基因工程及其應(yīng)用B

第二節(jié)基因工程及其應(yīng)用選擇育種：回顧：技術(shù)簡單、容易操作選擇范圍有限，育種周期長

優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：雜交育種：主要優(yōu)點(diǎn)：有目的地把位于兩個(gè)品種的優(yōu)良性狀集于一身局限：不能產(chǎn)生新的基因誘變育種：主要優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生新基因局限：該方法具有一定的盲目性均不能實(shí)行種間的基因交流能發(fā)光的水母不能發(fā)光的熱帶斑馬魚請您欣賞能否讓熱帶魚也能發(fā)光?設(shè)想能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚普通熱帶斑馬魚是不發(fā)熒光的請您欣賞超級小鼠與超級魚請您欣賞抗蟲害的玉米抗蟲棉能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌從大腸桿菌說起－－胰島素胰島素每100kg豬或牛的胰腺中提取4~5g胰島素1979年，利用大腸桿菌的DNA分子重組，2000L培養(yǎng)液提取100g，相當(dāng)于2噸豬胰腺中提取的量從大腸桿菌說起－－干擾素

干擾素一千克純的干擾素價(jià)值可達(dá)440億美元。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：血液中提出白細(xì)胞，然后用病毒去感染它，這時(shí)會產(chǎn)生干擾素，1個(gè)細(xì)胞最多生產(chǎn)100~1000個(gè)干擾素分子基因工程：改造的大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)：一天內(nèi)便可生產(chǎn)20萬個(gè)干擾素分子。1KG培養(yǎng)物中可以得到20~40mg干擾素思考：1、為什么能把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上？2、推測這種“嫁接”怎樣能實(shí)現(xiàn)？3、這種“嫁接”對品種的改良有什么意義？什么叫基因工程?基因工程的基本操作步驟有哪些?歸納出科學(xué)家實(shí)施基因工程的總體思路。閱讀教材P102，解決以下問題：一、基因工程原理基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。1.原理：基因重組2.操作水平：DNA分子水平3.操作環(huán)境：生物體外4.結(jié)果：定向改造生物的性狀，獲得人類所需要的品種。提取培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的簡要過程你認(rèn)為上述培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟有哪些？普通大腸桿菌(不能分泌胰島素)人體組織細(xì)胞胰島素基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入大腸桿菌(含胰島素基因)轉(zhuǎn)基因大腸桿菌(能分泌胰島素)實(shí)例展示：培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟基因的“剪刀”基因的“針線”基因的運(yùn)載體1.ONE胰島素基因從人體細(xì)胞內(nèi)提取出來2.TWO胰島素基因與運(yùn)載體DNA拼接3.THREE胰島素基因?qū)胧荏w(大腸桿菌)細(xì)胞（一）基因的剪刀一種限切酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并在特定切點(diǎn)切割3.特點(diǎn):專一性和特異性2.來源:微生物“”4.結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端二、基因操作的工具5.切割部位：3,5—磷酸二酯鍵1.名稱：限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶）黏性末端例：大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。EcoRⅠCTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG練習(xí)使用EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG

目的基因黏性末端1、被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端？思考:形成的黏性末端不同不同的限制酶呢？具有。指“DNA連接酶”“”（二）基因的針線—DNA連接酶2.連接部位：

3,5—磷酸二酯鍵將互補(bǔ)配對的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子,“即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來”。其作用與限制性內(nèi)切酶相反，作用點(diǎn)相同。1.作用：（二）基因的針線—DNA連接酶磷酸二酯鍵使用DNA連接酶制作重組DNA分子甲片段CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG

重組DNA分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG注意：要連接的兩個(gè)DNA分子，必須是用同種限制酶剪切過的。因?yàn)橹挥杏猛N限制酶剪切的兩個(gè)DNA才能出現(xiàn)相同（互補(bǔ)）的黏性末端。（三）基因的運(yùn)載體—質(zhì)粒1.作用：

將外源基因送入受體細(xì)胞。2.運(yùn)載體應(yīng)該具備的條件：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，并穩(wěn)定地保存。具有多個(gè)限制酶切點(diǎn),

以便與外源基因相連。具有某些標(biāo)記基因,

便于進(jìn)行篩選。3.種類：

質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。質(zhì)粒：習(xí)慣上用來專指細(xì)菌、酵母菌和放線菌等生物中除擬核或細(xì)胞核以外的環(huán)狀DNA分子。有的一個(gè)細(xì)菌中有一個(gè)，有的一個(gè)細(xì)菌中有多個(gè)。

質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體。四個(gè)基本步驟：三、基因操作的基本步驟1）提取目的基因2）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4）目的基因的檢測和表達(dá)四、基因工程的應(yīng)用運(yùn)用基因工程技術(shù)，不但可以培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培育出具有特殊用途的動、植物。生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)1、基因工程與作物育種

培育抗逆性作物

將細(xì)菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。

抗蟲基因作物的意義：減少農(nóng)藥的使用，降低了生產(chǎn)的成本，減少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。2002年，中國轉(zhuǎn)基因棉花達(dá)到150萬公頃，已經(jīng)占到棉花產(chǎn)量的1／3.

我國大豆食用油近七成是“轉(zhuǎn)基因”產(chǎn)品與雜交育種、誘變育種相比較，基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)有哪些？①克服遠(yuǎn)源雜交不親和的障礙②目的性強(qiáng)③育種周期短導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國PPL醫(yī)療公司稱，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動物器官提供巨大的幫助。特殊動物2、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物

用基因工程的方法生產(chǎn)胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素、凝血因子，以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒、瘧疾等的疫苗。提高生產(chǎn)產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本。1、微生物基因工程：2、細(xì)胞基因工程：3、轉(zhuǎn)基因動物：即把目的基因?qū)胛⑸矬w內(nèi)，通過微生物表達(dá)目的基因的產(chǎn)物。即用哺乳動物細(xì)胞株表達(dá)目的產(chǎn)物即將目的基因直接導(dǎo)入哺乳動物體內(nèi)，使目的基因在哺乳動物體內(nèi)表達(dá)，獲得目的產(chǎn)物3、基因工程與環(huán)境保護(hù)⑴環(huán)境監(jiān)測：

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針檢測出來利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。⑵環(huán)境污染治理：

基因工程做成的“超級細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。2006年3月14日綠色和平組織發(fā)布消息,稱亨氏營養(yǎng)米粉含有轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻成分。那么轉(zhuǎn)基因食品到底安全嗎？什么樣的轉(zhuǎn)基因食品才能上市？如何面對市場上的轉(zhuǎn)基因食品呢？

五、轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性兩種觀點(diǎn)不安全：證據(jù)安全：證據(jù)你們的觀點(diǎn)？了解部分：

安全觀點(diǎn)：1、轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品的構(gòu)成是一樣的；2、減少農(nóng)藥使用、減少環(huán)境污染；3、節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價(jià)；4、增加食品營養(yǎng)、提高食品產(chǎn)量等。不安全觀點(diǎn)：1、可能產(chǎn)生抗除草劑的超級雜草；2、可能使疾病的散播跨越物種障礙；3、可能損害農(nóng)作物的生物多樣性；4、認(rèn)為創(chuàng)造新物種，可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；5、可能產(chǎn)生新毒素和新過敏源。1、提取目的基因補(bǔ)充：基因操作的基本步驟目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗病（抗病毒、抗細(xì)菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。直接分離基因人工合成基因提取方法①反（逆）轉(zhuǎn)錄法②據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列來推測（常用于提取原核生物基因）（常用于提取真核生物基因）基因操作的基本步驟2、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切口，露出黏性末端。2）用同一種限制酶切割目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個(gè)重組DNA分子（重組質(zhì)粒）目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合過程，實(shí)際上是不同來源的基因重組的過程?；虿僮鞯幕静襟E常用的受體細(xì)胞：有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細(xì)胞等。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的原理借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞基因操作的基本步驟4、目的基因的檢測和表達(dá)四環(huán)素抗性基因氨芐青霉素抗性基因①通過檢測受體細(xì)胞是否具備運(yùn)載體的標(biāo)記基因性狀來判定重組DNA是否被導(dǎo)入受體細(xì)胞基因操作的基本步驟不能，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出目的基因的特定性狀，才能說明目的基因完成了表達(dá)。

②受體細(xì)胞攝入重組DNA分子后就說明目的基因完成了表達(dá)嗎？若不能表達(dá)，要對目的基因再進(jìn)行修飾。（1）要將目的基因與運(yùn)載體連接起來，在基因操作中應(yīng)選用A、只需DNA連接酶B、同一種限制酶和DNA連接酶C、只需限制酶D、不同的限制酶和DNA連接酶練習(xí)（2）下列各項(xiàng)中，說明目的基因完成了表達(dá)的是A、棉珠中含有殺蟲蛋白基因B、大腸桿菌中具有胰島素基因C、酵母菌中產(chǎn)生了干擾素D、抗病毒基因?qū)胪炼辜?xì)胞中（3）有關(guān)基因工程的敘述正確的是A、限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用B、重組質(zhì)粒的形成在細(xì)胞內(nèi)完成C、質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體D、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料（4）有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來B、限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得C、目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞D、人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶（5）要使目的基因與對應(yīng)的載體重組，所需的兩種酶是①限制酶②連接酶③解旋酶④還原酶Ａ、①②Ｂ、③④Ｃ、①④Ｄ、②③（6）實(shí)施基因工程的第一步的一種方法是把所需的基因從供體細(xì)胞內(nèi)分離出來，這要利用限制性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識別ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ順序，切點(diǎn)在Ｇ和Ａ之間，這是利用了酶的Ａ、高效性Ｂ、專一性Ｃ、多樣性Ｄ、催化活性易受外界影響（8）不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥物是A、干擾素B、白細(xì)胞介素C、青霉素D、乙肝疫苗

（7）基因工程的正確操作步驟是①使目的基因與運(yùn)載體結(jié)合②將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞③檢測目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求④提取目的基因Ａ、③②④①Ｂ、②④①③Ｃ、④①②③