第3节---基因工程与转基因生物

,普通棉花,转基因抗虫棉,想一想：转基因抗虫棉的抗虫性状是如何获得的？,抗虫棉体内能产生苏云金杆菌毒蛋白,第六章第3节基因工程与转基因生物,基因工程：能使一种生物的某些性状在另一种生物中表达的生物技术,基因工程依据的原理：,1.遗传信息的传递和表达的规律：中心法则,2.不同生物的遗传信息表达途径相同,各种生物共有一套遗传密码、蛋白质的合成方法相同,即：基因决定性状,普通棉花(无抗虫特性),苏云金杆菌,获取,抗虫基因,与运载体DNA拼接导入,棉花细胞(含抗虫基因),棉花植株(有抗虫特性),上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？,一、基因工程,我国具有自主知识产权的抗虫棉的培育简要过程：,棉花细胞(产生毒蛋白),一、基因工程,从具有抗虫性状的细菌DNA分子中获取抗虫基因,将抗虫基因与运载体拼接成为重组DNA,将重组DNA导入选育棉花细胞内，使基因在其中得到表达,化学剪刀限制性核酸内切酶,化学浆糊DNA连接酶,分子运输车运载体(质粒),？,？,？,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,一、基因工程,基因工程的三种必要的工具：,1、化学剪刀：,切割DNA的工具限制性核酸内切酶（限制酶）,2、化学浆糊：,连接抗虫基因和运载体的工具DNA连接酶,3、分子运输车：,将重组DNA导入细胞中的工具运载体（质粒）,一、基因工程,基因工程的三种必要的工具：,1、限制酶“化学剪刀”,2、DNA连接酶“化学浆糊”,3、质粒“分子运输车”,一、基因工程,基因工程的三种必要的工具：,1、限制酶：,2、DNA连接酶：,3、质粒：,基因工程的概念：,一、基因工程,基因工程的三种必要的工具：,1、限制酶：,2、DNA连接酶：,3、质粒：,基因工程的概念：,基因工程的过程：,1、获取目的基因,2、目的基因与运载体重组,3、重组DNA分子导入受体细胞,4、筛选含目的基因的受体细胞,人们利用基因工程技术获得了哪些成果？,转基因生物产品安全吗？,基因工程还可以应用在哪些方面？,思考：,转基因技术,甲生物,乙生物,新类型,转基因技术,2008年11月1日，转基因蓝玫瑰亮相日本东京国际花卉博览会。这种蓝玫瑰是转基因玫瑰，被植入三色紫罗兰所含一种能刺激蓝色素产生的基因，花瓣因而自然呈现蓝色。,真正蓝玫瑰面世转基因技术造就,台湾科学家用转基因技术开发出全球首条红荧光鱼,中国台湾网2004年4月1日消息：该鱼是将珊瑚红色基因以运用基因工程及基因转殖的生技技术殖入青鱼的胚胎中，而产生全身发红萤光的萤光鱼。除此之外，台港也首度展现“缤纷的萤光世界”，首次将陆续研发成功的各色台港2号萤光斑马鱼置于一缸，让红、绿、紫、黄等色在短波长黑色及蓝色灯的照射下相互辉映，真正展现出“五彩缤纷”的萤光世界！,2009-01-06西南大学：转基因研究，首先需要用一根极细的金属针在比米粒还小的蚕卵上打一个洞，再用用钨丝做材料的玻璃针把绿色荧光基因注射进去。这种转基因蚕所吐的蚕丝在紫外光下会发出绿色荧光。,蚕卵,一、基因工程,基因工程的三种必要的工具：,1、限制酶：,2、DNA连接酶：,3、质粒：,基因工程的概念：,基因工程的过程：,1、获取目的基因,2、目的基因与运载体重组,3、重组DNA分子导入受体细胞,4、筛选含目的基因的受体细胞,转基因技术的应用：,1、微生物基因工程,2、植物基因工程,3、动物基因工程,微生物基因工程,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,微生物：繁殖迅速结构简单遗传操作容易,微生物基因工程：技术比较成熟研制周期比较短可以大量生产（发酵）,胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、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！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!,植物基因工程和动物基因工程,运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。,生长快、耐不良环境、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,转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯,不会引起过敏的转基因大豆,超级小鼠,超级动物,转基因小鼠巨型小数鼠,正常小鼠,核未融合的受精卵,大鼠生长激素基因(外源基因),将受精卵注入输卵管,转基因生物产品的安全性,一、基因工程,基因工程的三种必要的工具：,1、限制酶：,2、DNA连接酶：,3、质粒：,基因工程的概念：,基因工程的过程：,1、获取目的基因,2、目的基因与运载体重组,3、重组DNA分子导入受体细胞,4、筛选含目的基因的受体细胞,转基因技术的应用：,1、微生物基因工程,2、植物基因工程,3、动物基因工程,转基因生物产品的安全性：,转基因生物产品的安全性,两个担心：,一、转基因生物本身是否会对生态环境造成不利的影响。,1、导致现有的生态系统结构的改变，影响生物多样性,2、转基因技术产生的基因向其他生物扩散,二、转基因食品中可能含有致敏物质，影响人体的健康。,转基因食品转基因食品（GeneticallyModifiedFoods，GMF）是利用现代分子生物技术，将某些生物的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是“转基因食品”。,从转基因食品诞生的那一天起，有关它的争论就从未停息过,欧美形成两大阵营,美国、加拿大、阿根廷等支持转基因食品2009年,全球1.34亿公顷的转基因作物中,美国占到了47.8%,居全球之首。,欧盟、澳大利亚、新西兰、日本、英国等反对转基因食品欧盟的转基因作物种植面积还不到全球的0.3%,近来欧盟的态度有所改变,一个显著的标志是2010年3月2日.欧盟委员会批准了一种转基因土豆的种植。,1：俄罗斯拒绝转基因：2006年，俄罗斯科学院高级神经研究所科学家伊琳娜.艾尔马科娃博士研究发现:食用转基因大豆食物的老鼠,其幼鼠一半以上在出生后头三个星期死亡,是没有食用转基因大豆老鼠死亡率的6倍.2：意大利拒绝转基因:意大利科学家进行了一个长期试验,他们用抗草甘膦转基因大豆喂养雌性小鼠长达24个月,结果发现食用GM大豆的雌性小鼠肝脏出现了异常.3：瑞士拒绝转基因:1997年,德国黑森州北部农民试种BT_176玉米，并用奶牛的补充饲料。2000年，当农民开始提高该玉米在饲料中的比例后，所有牛都死啦；2004年，瑞士，瑞士联邦技术研究院植物研究所海尔比克教授发现，BT176中用来毒杀欧洲螟的BT毒素，在牛体内无法分解，最终毒死了奶牛摘自海外（影色无忌）4：澳大利亚拒绝转基因：2005年11月16日，澳大利亚联邦科学与工业研究组织CSIRO发表的一篇研究报告显示：一项持续4个星期的实验表明，被喂养了转基因豌豆的小白鼠肺部产生炎症，小白鼠发生过敏反应，并对其他过敏原更加敏感。澳大利亚从此叫停了历史10年、耗资300万美元的转基因项目.,一些事例,中国形成三大派别在中国，关于转基因食品的争论也是一波接一波2010年3月,争论再掀高潮，导火索是,2009年底颁发的转基因水稻和转基因玉米的安全证书，这波争论的焦点是转基因水稻原因很简单，水稻是中国人的主要粮食。,1.反对派代表人物:绿色和平组织食品与农业项目组主任方立峰主要观点:1.转基因水稻的长期安全性还没有定论不能让中国人冒险2.种植了转基因作物后,其花粉与周围的其他植物特别是该作物的野生品种进行杂交会造成基因污染，野生品种往往有抗病虫害抗逆、优质和高产等重要性状，基因污染可能会造成宝贵野生遗传资源的丢失。3.中国最接近商业生产的八种转基因水稻都不同程度涉及国外专利这会威胁我国的粮食安全,2.支持派代表人物:抗虫害转基因水稻研发者张启发院士,科普作家方舟子主要观点:1.主要转基因食品在被批准上市前经过了严格的安全性检测,获得了联合国粮农组织、世界卫生组织、国际科学理事会等国际权威机构的肯定。2.美国人吃转基因食品已经有十几年的历史迄今未发现一例不良反应张启发和方舟子等支持者用自己的亲身经历(食用转基因食品很多年)证明：转基因食品很安全。3.转基因技术对环境的影响被夸大了“基因污染”并非转基因作物特有的问题，种植传统的作物同样有可能造成基因污染，比如“杂交水稻”4.种植转基因作物能减少农药、除草剂的使用，有利于环境保护。,3.谨慎派代表人物:中国杂交水稻之父袁隆平主要观点:1.由于基因不同,不同转基因食品的安全性也不同，有的转基因食品已经被证明是安全的不能将所有转基因食品一棍子打死。2.至于抗病抗虫的转基因食品对人类到底有没有问题，目前唯一的办法是用人来做实验，而且,必须证明志愿者和志愿者的下一代都没有问题，如果两代人都没有问题的话,就证明这种转基因食品可以大胆地吃。,我们应该正确认识转基因与转基因食品，转基因技术的许多目标与传统方法的目标是一致的，而且转基因技术可以减少盲目性，包括全球“基因组计划”在内的基因技术信息的价值会越来越大。用传统方法构建新的遗传变异时，基因技术知识只是补充，而不会取而代之。今后随着相关技术的发展，传统技术与基因技术之间的界线也会越来越模糊。,基因工程的三种必要的工具：,1、限制性核酸内切酶（限制酶）：,专一性一种限制酶只能识别双链DNA分子的一种特定脱氧核苷酸序列，并在特定的位点切断两个脱氧核苷酸之间的键。如：,特点：,限制酶可以产生黏性末端即在切割时，DNA双链不在同一处断开，因而产生的片段都带有数个碱基的尾巴。如：,+,黏性末端,黏性末端,限制酶EcoR识别的碱基序列,限制酶Hind识别的碱基序列,+,切下的DNA片段,如：,要获得某个特定性状的基因要用限制酶切个切口,两,如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就可以合成重组DNA分子了。,下列黏性末端属于同一种限制酶切割而成的是（）ABCD,思考：,B,2、DNA连接酶,DNA连接酶将两个DNA片断“粘连”起来拼接成重组DNA分子,基因工程的三种必要的工具：,作用：将断裂的DNA黏性末端连接起来,3、运载体（如：质粒）,质粒DNA分子上含有特殊的遗传标记基因，如：抗四环素抗性基因抗青霉素抗性基因可据此进行重组DNA的鉴定和筛选。,基因工程的三种必要的工具：,概念：独立于细菌拟核DNA外的，能自主复制的双链闭环的DNA分子。作用：把外源基因送入细胞,携带外源基因的质粒进入细胞后，可以独立复制，也可以接合到染色体DNA分子上同步复制,基因工程的概念,依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种生物的基因，接合到另一种生物的基因组DNA中，并使其表达，使后者获得新的遗传性状，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的新生物类型和产品,获取目的基因,目的基因与运载体重组,重组DNA分子导入受体细胞,筛选含目的基因的受体细胞,基因工程的过程：,目的基因是人们为了得到其表达产物而把它转入到新的生物体中去的基因,从生物体细胞中分离,通过化学方法人工合成,获得目的基因的方法,步骤,基因定位（确定目的基因在DNA上的位置）,用限制酶从DNA分子中切取,第一步：,获取目的基因,第二步：,用与切取目的基因相同的限制酶将质粒切开，在DNA连接酶的作用下，使抗虫基因与质粒结合成环状的重组DNA分子（重组质粒）。,目的基因与运载体重组,第三步：,通过运载体把目的基因导入细胞内，并使目的基因在受体细胞内能准确地转录和翻译。,重组DNA分子导入受体细胞,第四步：,思考：将抗虫基因导入棉花细胞，目的基因表达成功的标志是什么？