第六章第二节_基因工程及其应用(好).

能否让细菌“吐出”蛛丝？让禾本科植物也能固氮？设想根瘤菌的固氮作用知识点一知识点二学业分层测评当堂即时达标第2节基因工程及其应用1．概述基因工程的原理和应用。(重、难点)2．了解转基因生物和转基因食品的安全性。基因“嫁接”基因工程及其应用第2节基因工程：即。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，地改造生物的。原理：操作水平：结果：基因重组DNA分子水平定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。基因拼接技术或DNA重组技术定向遗传性状•培育转基因大肠杆菌的简要过程：普通大肠杆菌(不能分泌人的胰岛素)人体组织细胞提取胰岛素基因与运载体DNA拼接导入大肠杆菌(含人的胰岛素基因)转基因大肠杆菌(能分泌人的胰岛素)基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花苏云金杆菌提取抗虫基因重组DNA导入拼接抗虫棉“剪刀”（限制酶）“针线”（DNA连接酶）“运载体”思考：1、每一步需要哪种工具？各有什么作用？2、每一步是怎样具体操作的？1、基因工程的限制性核酸内切酶(限制酶)主要存在于微生物一种限切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割DNA分子已发现的有200多种种类:来源:特点:“”作用于：磷酸二酯键限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程点击播放黏性末端黏性末端EcoRI限制酶的切割被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAGEcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因黏性末端被同一种限制酶切断的几个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G1’2’3’4’5’1’2’3’4’5’A3’,5’-磷酸二酯键3’端5’端3’端5’端磷酸二酯键限制性核酸内切酶主要是从的一种酶。识别双链DNA分子的某种，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开。形成原核生物中分离纯化出来特定的核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端2、基因工程的DNA连接酶“”作用：将互补配对的两个粘性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子DNA连接酶的作用过程点击播放两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来DNA连接酶的缝合作用可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口，但不能连接单链DNA！AATTGCAATTAATTDNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶的作用DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？基因的针线：DNA连接酶GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG用同种限制酶切割DNA连接酶连接的是DNA骨架上的缺口，不是碱基间的氢键使用DNA连接酶制作重组DNA分子甲片段CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAGGGCATCTTAAAATTCCGTAGDNA连接酶的作用位点是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：磷酸二酯键。3、基因的运载体（3）条件①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接③具有标记基因，便于进行筛选（2）常用的运载体：质粒、噬菌体和动、植物病毒等（1）概念标记基因，便于进行检测。质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是能够自主复制的很小的环状DNA分子。导入接种培养接种培养接种培养含有四环素的完全培养基完全培养基大肠杆菌不含抗四环素基因证明：不存活含有四环素的完全培养基证明：大肠杆菌的受体细胞含有目的基因四环素抗性基因四环素抗性基因存活如何把导入了目的基因的受体细胞筛选出来？存活从细胞中分离出DNA从大肠杆菌中提取质粒限制酶提取目的基因限制酶目的基因与运载体结合DNA连接酶目的基因导入受体细胞目的基因的表达与检测三、基因工程操作的基本步骤GAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGTAAATTCGGCTA用识别GAATTC的限制酶切割重组质粒(重组DNA)+DNA连接酶AATTCGGCTTAA目的基因AATTCGGCTTAA切开的质粒质粒基因工程的基本过程重组DNA分子导入受体细胞•能接纳重组质粒的活细胞称为受体细胞导入扩增受体细胞•常用的受体细胞是？•导入的方法?目的基因的筛选和表达•为什么要筛选？•如何筛选？筛选的结果？•如何判断目的基因真正起作用？抗虫棉抗CMV甜椒抗虫原理？抗虫结果？1、基因工程与作物育种苏云金杆菌Bt基因普通棉转基因抗虫棉普通棉的受精卵抗虫转基因植物转基因矮牵牛转基因蓝玫瑰生长快、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄2、基因工程与药物研制我国生产的部分基因工程疫苗和药物许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!⑵基因诊断与基因治疗诊断：用放射性同位素等标记的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。基因诊断——DNA探针概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测，是基因诊断最基本的技术之一。条件：（1）必须是单链；（2）带有容易被检测出来的标记物。原理：DNA分子杂交（碱基互补配对）临床常见的生长激素，干扰素和乙肝疫苗等药物都可以用基因工程来大规模生产1987年开始上市的干扰素生产胰岛素历史？基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种假单孢杆菌只能分解石油中的一种烃类．用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质的细菌。3、环境污染治理利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。转基因食品安全吗?!转基因植物的安全性争论支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的，还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引起死亡。加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均有几千万人在吃，到现在为止也没有—个案例说明它有问题。反对派的观点一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMO产品的进口。基因工程的操作工具1.基因的剪刀——限制酶2.基因的针线——ＤＮＡ连接酶3.基因的运输工具——运载体基因工程的操作步骤1.目的基因的提取2.目的基因与运载体结合3.目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与表达一、基因工程的原理二、基因工程的应用三、转基因和转基因食品的安全性限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。（1）请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。（2）请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。（3）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？—G↓GATCC——CCTAG↑G—用酶Ⅰ切割—GGATCC——CCTAGG——↓GATC—……—↓GATC——CTAG↑—……—CTAG↑—用酶Ⅱ切割目的基因—GATC—……—GATC——CTAG—……—CTAG—目的基因可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）小试身手基因工程别名操作环境操作对象操作水平基本工具基本过程结果实质基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物提取→拼接→导入→检测和鉴定基因重组限制酶、DNA连接酶、运载体几种常见育种方法的比较育种方法杂交育种单倍体育种多倍体育种诱变育种基因工程育种基本原理方法优点缺点实例作业：杂交→自交→选优基因重组不同个体的优良性状可集中到同一个个体上育种时间长，需及时发现优良性状杂交水稻中国荷斯坦牛花药离体培养、秋水仙素诱导加倍染色体变异明显缩短育种年限，后代一般都为纯种技术复杂，成本高普通小麦花药离体培养秋水仙素处理萌发的种子、幼苗染色体变异植物茎杆粗壮，果实、种子大，营养高发育延迟，结实率低无籽西瓜物理或化学方法处理动植物、微生物基因突变提高变异频率，大幅度改良某些性状，加速育种进程有利变异少，需要处理大量实验材料，具有不确定性青霉菌高产菌株的培育黑农五号大豆基因重组将一种生物特定基因转移到另一种生物体内染色体变异定向地改造生物的遗传性状可能引起生态危机，技术难度大转基因抗虫棉