第六章 从杂交育种到基因工程第2节 基因工程及其应用.ppt

基因重组 基因突变 染色体变异 成倍减少 染色体变异 成倍增加 杂交 用物理或化学方法处理生物 花药离体培养 单倍体 秋水仙素处理 纯种 秋水仙素处理 使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上 提高变异频率 加速育种进程 有利变异少 需大量处理供试材料 明显缩短育种年限 育种时间较短 技术复杂 需与杂交育种配合 各种器官大 营养成分高 抗性强 与杂交育种配合 获得的新品种发育延迟 育种时间最长 事实 杂交育种一般不能在不同的物种之间进行 不同物种的优良性状不能组合在一个品种中 诱变育种工作量大 而且有相当大的盲目性 而单倍体育种也不能使一个物种获得新的基因 设想 能否在分子水平上对控制一个物种性状的基因进行改造 从而实现定向地改变一个物种的遗传特性 培养出人类所需要的种 基因工程及其应用 第2节 嫁接 了人胰岛素基因的大肠杆菌 从大肠杆菌说起 培育转基因大肠杆菌的简要过程 普通大肠杆菌 不能分泌胰岛素 人体组织细胞 提取 胰岛素基因 与运载体结合导入 大肠杆菌 含胰岛素基因 转基因大肠杆菌分泌胰岛素 实例展示 普宁二中zcw88 6 能发荧光的热带斑马鱼 普通热带斑马鱼是不发荧光的 发光的水母 发光的小鼠 超级小鼠 思考 1 为什么能把一种生物的基因 嫁接 到另一种生物上 2 推测这种 嫁接 怎样能实现 基因工程 又叫做基因拼接技术或dna重组技术 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 定向地改造生物的遗传性状 原理 操作水平 结果 一 基因工程的原理 目的基因 受体细胞 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 获得新性状 指 限制性内切酶 微生物 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并在特定切点切割 已发现的有200多种 这个特点说明了 酶具有专一性 二 基因操作的工具 1 基因的 剪刀 限制性核酸内切酶 限制酶 基因的剪刀 限制性内切酶 简称限制酶 大肠杆菌 e coli 的一种限制酶能识别gaattc序列 并在g和a之间切开 限制酶 基因的剪刀 限制性内切酶 简称限制酶 限制酶 什么叫黏性末端 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 基因的针线 dna连接酶 连接酶的作用是 将互补配对的两个黏性末端连接起来 使之成为一个完整的dna分子 基因的针线 dna连接酶 gaattc cttaag gaattc cttaag g cttaa aattc g g cttaa aattc g g cttaa aattc g 用同种限制酶切割 外源基因 如抗虫基因 怎样才能导入受体细胞 如棉花细胞 导入过程需要运输工具 运载体 运载体的作用有哪些 作用一 作为运载工具 将外源基因 抗虫基因 转移到受体细胞 棉花细胞 中去 作用二 利用运载体在受体细胞 棉花细胞 内 对外源基因 抗虫基因 进行大量复制 3基因的运载工具 运载体 常用的运载体主要有两类 1 细菌细胞质的质粒2 噬菌体或某些动植物病毒 质粒 质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单位 包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的dna分子 现在习惯上用来专指细菌 酵母菌和放线菌等生物中核以外的dna分子 质粒是基因工程最常用的运载体 绝大多数细菌质粒都是闭合环状dna分子 有的一个细菌中有一个 有的一个细菌中有多个 大肠杆菌的质粒 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒 其中常含有抗药基因 如四环素的标记基因 质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用 但复制只能在宿主细胞内成 四个基本步骤 三 基因操作的基本步骤 1 提取目的基因2 目的基因与运载体结合3 将目的基因导入受体细胞4 目的基因的检测和表达 一 提取目的基因 目的基因是人们所需要转移或改造的基因 如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因 还有植物的抗病 抗病毒 抗细菌 基因 种子贮藏蛋白的基因 以及人的胰岛素基因 干扰素基因等 目的基因的提取方法 二 目的基因与运载体重组 1 用一定的限制酶切割质粒 使其出现一个切口 露出黏性末端 2 用同一种限制酶切断目的基因 使其产生相同的黏性末端 3 将切下的目的基因片段插入质粒的切口处 再加入适量dna连接酶 形成了一个重组dna分子 重组质粒 目的基因与运载体的结合过程 实际上是不同来源的基因重组的过程 三 目的基因导入受体细胞 常用的受体细胞 有大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌 酵母菌和动植物细胞等 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 三 目的基因的检测和表达 不能 受体细胞必须表现出特定的性状 才能说明目的基因完成了表达 受体细胞摄入dna分子后就说明目的基因完成了表达吗 若不能表达 要对抗虫基因再进行修饰 四 基因工程的应用 1 基因工程与作物育种 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 获得高产 稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种 我国培育的抗青枯病马铃薯在大棚中繁殖 转基因鲑鱼 同时具有高产 稳产和抗逆性等优良品质的农作物新品种 抗虫害的玉米 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 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 基因工程生产药品的方法 控制某种物质合成基因 转基因 工程菌 基因工程药品 基因表达产物 基因工程 发酵 分离提取 基因工程生产的药品 发酵罐 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 3 环境保护基因工程做成的 超级细菌 能吞食和分解多种污染环境的物质 通常一种细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 有的还能吞食转化汞 镉等重金属 分解ddt等毒害物质 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 五 转基因生物和转基因食品的安全性 转基因成果 1 利用重组微生物进行基因制药等 2 转基因家畜 家禽 生长迅速 营养品质优良 奶中富含某种营养物质 珍贵药物或人类所需蛋白 3 转基因植物 具有抗虫 抗病 抗除草剂 抗逆等性状 种植面积最大的国家有美国 阿根廷 加拿大 中国 种植最多的转基因植物有大豆和玉米 棉花和油菜次之 转基因生物安全性 一方观点 转基因植物可能会对生物多样性构成潜在的风险和威胁 理由 转基因植物扩散到种植区外变成野生种或杂草 转基因植物竞争能力强 可能成为 入侵的外来物种 转基因植物的外源基因与细菌或病毒杂交 重组出有害的病原体 可能使杂草成为有抗除草剂基因的 超级杂草 一方观点 转基因农作物不大可能对生物多样性构成威胁 理由 转基因农作物扩散到种植区会很快死亡 转基因农作物表现出新性状必须具有一定条件和种植技术 存在生殖隔离 很难与其他植物杂交 农作物传粉距离有限 花粉存活时间有限 转基因食品安全性 一方观点 不能对转基因食物安全性掉以轻心 理由 反对 实质性等同 担心出现滞后效应 担心出现新的过敏源 担心营养成分改变 担心会侵犯宗教信仰者或素食者的权益 一方观点 转基因食物潜在的安全隐患可在技术上进行克服理由 实质性等同 是对安全性评价的起点 不是终点 多环节 严谨的安全性评价 科学家的负责态度可防止过敏蛋白出现 至今未发现转基因食物影响健康的实例 采取举证排除法 防止贻误技术发展 实质性等同 是对转基因农作物安全性的最终评价 正确做法 以科学的态度予以思考 应该趋利避害 而不能因噎废食 理性地看待转基因技术 1 20世纪90年代 乌干达木薯业遭到了病害的毁灭性打击 科学家究其原因发现 是一种新的病毒引发的疾病 而这种新病毒是由两种已知病毒重组产生的 这一事实有力地支持了下列哪一观点 a 转基因生物有可能成为 入侵的外来物种 威胁生态系统中其他生物的生存b 导入转基因生物的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌或病原体杂交 从而重组出对人类或其他生物有害的病原体c 转基因植物的抗除草剂基因 有可能通过花粉传播而进入杂草中 使杂草成为除不掉的 超级杂草 d 抗虫棉能抵抗棉铃虫 但随着棉铃虫抗性的增强 抗虫棉有可能被淘汰 解析 由题干材料可知 这种新病毒是由两种已知病毒重组产生的 说明两种病毒的基因可以重新组合 形成新的生物 因而是对b项的有力支持 答案 b 课堂练习 2 04北京理综 转基因抗虫棉可以有效地用于棉铃虫的防治 在大田中种植转基因抗虫棉的同时 间隔种植少量非转基因的棉花或其他作物 供棉铃虫取食 这种做法的主要目的是a 维持棉田物种多样性b 减缓棉铃虫抗性基因频率增加的速度c 使食虫鸟有虫可食d 维持棉田生态系统中的能量流动 b 课堂练习 3 下列哪项不是转基因食物潜在的安全隐患 a 转基因植物有可能合成出对人体有直接毒性或潜在毒性的蛋白质b 转基因植物合成的某些新的蛋白质有可能成为某些人的过敏源c 某些转基因生物可以合成干扰素 进人人体增强相应细胞的免疫力d 某些基因足以使植物体内某些代谢途径发生变化 导致转基因农作物营养成分的改变 c 课堂练习 课堂练习4 农业上大量使用化肥存在许多负面影响 生物固氮 已成为一项重要研究课题 实验证明 生物固氮是某些微生物 如根瘤菌 蓝藻等 将空气中的n2固定为nh3的过程 1 与人工合成nh3所需的高温 高压条件相比 生物固氮的顺利进行是因为根瘤菌 蓝藻体内含有特定的 这类物质的化学本质是 2 人们正在着力研究转基因固氮植物 如固氮水稻 固氮小麦等 某科学家将根瘤菌 细胞中的固氮基因 通过基因工程方法转移到水稻植株细胞中 经检测 转基因水稻具备了固氮功能 据上述材料分析 固氮基因已经整合到水稻细胞的中 写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式 酶 蛋白质 dna 转录翻译dna 固氮基因 rna蛋白质 5 干扰素是治疗癌症的重要物质 人血液中每升只能提取0 05 g干扰素 因而其价格昂贵 平民百姓用不起 但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉 药性一样的干扰素 其具体做法是 1 从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的 并使之与一种叫做质粒的dna结合 然后移植到酵母菌内 从而用酵母菌来 2 酵母菌繁殖速度很快 所以 能在较短的时间内大量生产 利用这种方法不仅产量高 并且成本也较低 基因 产生干扰素 干扰素 课堂练习 6 人类基因组计划 的研究工作已经历时10年 投资近百亿美元 一开始它是一项 国际参与 免费分享 的国际合作研究项目 现在由于其潜在的巨大经济价值 使得它还未完成时 争抢就已经开始 而且愈演愈烈的趋势 起步本已较晚的我国生物科技人员还面临着经费严重不足等巨大困难 但是他们说 我们的民族已经在信息产业的上游 软件和硬件上受制于人 我们再也不能让我们的子孙后代在这个领域付出代价 当该课题组的杨焕明 汪键在没