人教版高中生物选修3专题1第3节基因工程的应用 课件(共51张PPT)

1、基因工程基因工程 及其应用及其应用 第第3节节 转基因的番转基因的番 茄茄 转基因鲑转基因鲑 鱼鱼 高产、稳产和高产、稳产和 具有优良品质具有优良品质 的农作物和具的农作物和具 有抗逆性的作有抗逆性的作 物新品种物新品种. 抗虫害的玉米抗虫害的玉米 1 1、什么是基因工程、什么是基因工程? ? 2 2、基因工程的原理是什么？、基因工程的原理是什么？ 3 3、基因工程的基本操作工具有哪些、基因工程的基本操作工具有哪些? ? 阅读教材阅读教材 P102103，思考以下问题：，思考以下问题： 基因工程：基因工程：又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重组技术重组技术。 通俗的说，就是按照人们

2、的意愿，把一种生物的某通俗的说，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，生物的细胞里，定向定向地改造生物的地改造生物的遗传性状遗传性状。 原原 理理： 操作水平操作水平： 结结 果果： 基因重组基因重组 DNA分子水平分子水平 定向地改造生物的遗传性状，定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。获得人类所需要的品种。 基因的基因的“剪刀剪刀” 基因的基因的“针线针线”基因的运载体基因的运载体 二、基因操作的工具二、基因操作的工具 1.1.基因的基因的“剪刀剪刀”限制性内切酶（限制酶）限制

3、性内切酶（限制酶） 功能特点：一种限制酶只能识别一种功能特点：一种限制酶只能识别一种特定特定的的 核苷酸序列，并在核苷酸序列，并在特定特定的切点上切割的切点上切割DNADNA分子。分子。 专一性专一性 如如:EcoRI限制酶限制酶 限制性内切酶限制性内切酶（EcoREcoR）作用过作用过 程程 CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAA AATTCCGTAG 练习使用练习使用EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因 CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAA AATTCCGTAG 目的基因目

4、的基因 黏性末端黏性末端 什么是黏性末端什么是黏性末端？ 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口两条单链的切口 带有几个伸出的核苷酸，带有几个伸出的核苷酸， 它们之间正好互补配对，它们之间正好互补配对， 这样的切口叫黏性末端。这样的切口叫黏性末端。 被同一种限制酶切断的几个被同一种限制酶切断的几个DNADNA是否是否 具有相同的黏性末端？具有相同的黏性末端？ 思考思考: 是是 基因的针线：DNA连接 酶 G A A T T C C T T A A G G A A T T C C T T A A G G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T

5、 C G G C T T A A A A T T C G 用同种限制酶切割用同种限制酶切割 、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶 连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末连接酶的作用是：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端连接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。 DNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程 基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶 G A A T T C C T T A A G G A A T T C C T T A A G G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T C G G C T T A

6、 A A A T T C G 用同种限制酶切割用同种限制酶切割 DNA连接酶连接连接酶连接 的是的是DNA骨架上骨架上 的缺口的缺口磷酸二酯磷酸二酯 键键，不是不是碱基间碱基间 的氢键的氢键 使用使用DNA连接酶制作重组连接酶制作重组DNA分子分子 甲片段甲片段 CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段 GGCATCTTAA AATTCCGTAG 重组重组DNA分子分子 GGCATCTTAA AATTCCGTAG 3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体 运载体必须同时满足三运载体必须同时满足三 个要求：个要求： 具有一到多个限制酶的酶

7、具有一到多个限制酶的酶 切位点切位点, ,以便与外源基因连以便与外源基因连 接接; ; 能进入受体细胞并在受体能进入受体细胞并在受体 细胞内稳定存在并能复制、细胞内稳定存在并能复制、 表达；表达； 具有标记基因具有标记基因, ,便于目的便于目的 基因的筛选基因的筛选. . 3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体 常用的运载体：常用的运载体： 质粒、噬菌体和质粒、噬菌体和 动植物病毒等动植物病毒等 标记基标记基 因，便因，便 于进行于进行 检测。检测。 质粒存在于质粒存在于 许多细菌和酵母许多细菌和酵母 菌等生物中菌等生物中, ,是细是细 胞染色体外能够胞染色体外能够 自主复制的很小

8、自主复制的很小 的环状的环状DNADNA分子分子. . 三、基因工程基本步骤三、基因工程基本步骤 1 1、获取目的基因、获取目的基因 提取目的基因的方法提取目的基因的方法 用限制酶切用限制酶切 断成许多片段断成许多片段 直接分离基因直接分离基因鸟枪法鸟枪法 将供体生物的将供体生物的DNADNA用限制酶用限制酶 切割为许多片段，再用运载体将切割为许多片段，再用运载体将 这些片段都运载到受体生物的不这些片段都运载到受体生物的不 同细胞中去。只要有一个细胞获同细胞中去。只要有一个细胞获 得了需要的目的基因并得以表达，得了需要的目的基因并得以表达， 基因工程就算成功了。基因工程就算成功了。 该法最大的

9、缺点是该法最大的缺点是带有很大带有很大 的盲目性，工作量大，成功率低。的盲目性，工作量大，成功率低。 且不能将真核生物的基因转移到且不能将真核生物的基因转移到 原核生物中去。原核生物中去。 人工合成基因法人工合成基因法 DNADNA合成仪合成仪 有两种方法：有两种方法： 逆转录法逆转录法：以信使：以信使 RNARNA为模板，在逆转录酶为模板，在逆转录酶 的作用下利用脱氧核苷酸的作用下利用脱氧核苷酸 合成合成DNA(DNA(基因基因) )。 化学合成法化学合成法：根据：根据 蛋白质的氨基酸顺序推算蛋白质的氨基酸顺序推算 出信使出信使RNARNA核糖核苷酸顺核糖核苷酸顺 序，再据此推算出基因序，再

10、据此推算出基因 DNADNA的脱氧核苷酸顺序。的脱氧核苷酸顺序。 用游离脱氧核苷酸直接合用游离脱氧核苷酸直接合 成相应的基因。成相应的基因。 用与提取目的基因用与提取目的基因 相同的限制酶切割质粒相同的限制酶切割质粒 使之出现一个切口，将使之出现一个切口，将 目的基因插入切口处，目的基因插入切口处， 让目的基因的黏性末端让目的基因的黏性末端 与切口上的黏性末端互与切口上的黏性末端互 补配对后，在补配对后，在DNADNA连接连接 酶的作用下连接形成重酶的作用下连接形成重 组组DNADNA分子。分子。 2 2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受

11、体细胞 导入导入 扩增扩增 常用的受体细常用的受体细 胞：胞：菌类菌类和和动动 植物细胞植物细胞 4、目的基因的表达和检测、目的基因的表达和检测 大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受 体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中 检测出来。检测出来。 将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中 是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落， 保留有表达产物的进一步培养、研究。保留有表达产物的进一步培养、研究。

12、 无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物 有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物 第一步：获取目的基因第一步：获取目的基因 基因工程基本步骤：基因工程基本步骤： 第二步：目的基因与运载体结合第二步：目的基因与运载体结合 第三步：将目的基因导入受体细胞第三步：将目的基因导入受体细胞 第四步第四步: 目的基因的表达和检测目的基因的表达和检测 ？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？ 1 1、什么是基因工程、什么是基因工程? ? 2 2、基因工程的原理是什么、基因工程的原理是什么? ? 细菌和人是差异非常细菌和人是差异非常 大的两种生物大的两种生物, ,为什么通过为什么通过 基

13、因重组后基因重组后, ,细菌能够合成细菌能够合成 人体的某些蛋白质呢人体的某些蛋白质呢? ? 因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一样的。因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一样的。 细菌和人的遗传物质都是细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用一套遗传密，都使用一套遗传密 码子，遵循中心法则。码子，遵循中心法则。 水母 香香 蕉蕉 鱼鱼 （一）、基因工程与作物育种（一）、基因工程与作物育种 1、在农作物生产方面、在农作物生产方面 目的：培育出高产、稳产、抗逆性的优目的：培育出高产、稳产、抗逆性的优 良作物及新品种。良作物及新品种。 优点：降低生产成本，减少农药的使用优点：降低生产成本，减少农

14、药的使用 对环境的危害，提高农作物对不良环境对环境的危害，提高农作物对不良环境 的适应能力。的适应能力。 1993年，中国农业科学院的科学家成功的培育出年，中国农业科学院的科学家成功的培育出 了抗棉铃虫的转基因抗虫棉，了抗棉铃虫的转基因抗虫棉，抗虫的基因来自苏云金杆菌抗虫的基因来自苏云金杆菌， 科学家将抗性基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。科学家将抗性基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。 （一）、基因工程与作物育种（一）、基因工程与作物育种 2、在畜牧养殖方面、在畜牧养殖方面 科学家利用基因工程的方法培育出了转基科学家利用基因工程的方法培育出了转基 因奶牛、超级绵羊等多种转基

15、因动物。因奶牛、超级绵羊等多种转基因动物。 生长快、肉质好的转基生长快、肉质好的转基 因鱼因鱼( (中国中国) ) 乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素 的转基因牛的转基因牛( (阿根廷阿根廷) ) ( (二）、基因工程与药物研制二）、基因工程与药物研制 我国生产的部分基因我国生产的部分基因 工程疫苗和药物工程疫苗和药物 许多药品的生产许多药品的生产 是从是从生物组织生物组织中提取中提取 的。受材料来源限制的。受材料来源限制 产量有限，其价格往产量有限，其价格往 往十分昂贵。往十分昂贵。 微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工 业化生产。若业化生产。若

16、将生物合成相应药物成分的基因将生物合成相应药物成分的基因导导 入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但入微生物细胞内，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。能解决产量问题，还能大大降低生产成本。 胰岛素从猪、牛等动物的胰胰岛素从猪、牛等动物的胰 腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取 4-5g4-5g的胰岛素，其产量之低和价的胰岛素，其产量之低和价 格之高可想而知。格之高可想而知。 将合成的胰岛将合成的胰岛 素基因导入大肠杆素基因导入大肠杆 菌，每菌，每2000L2000L培养液培养液 就能产生就能产生100g100g胰岛胰岛 素！使其价

17、格降低素！使其价格降低 了了30%-50%!30%-50%! 优点：能够高效率地生产出各种高质量，低成本优点：能够高效率地生产出各种高质量，低成本 的药品。的药品。 （三）、环境保护（三）、环境保护基因工程做成的基因工程做成的“超超 级细菌级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。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 工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃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，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解 DDTD

18、DT等毒害物质。等毒害物质。 19981998年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食用了年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食用了 转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重 量减轻，免疫系统遭到破坏。量减轻，免疫系统遭到破坏。 安全吗? 转基因植物的安全性争论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强调，迄今为止并没有发现转基因食品危 害人体健康

19、和环境的确切证据。害人体健康和环境的确切证据。 反对派的观点反对派的观点 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；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。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，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。境造成负面影响。 我国态度我国态度 十分重视基因工程的安全性问题，对十分重视基因工程的

20、安全性问题，对 农业转基因生物的研究和试验、生产农业转基因生物的研究和试验、生产 和加工、经营和进口作了具体规定。和加工、经营和进口作了具体规定。 1.基因工程的概念基因工程的概念 2.基因工程操作的基本工具基因工程操作的基本工具 3.基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤 要使目的基因与对应的载体重组，所需的工具酶是要使目的基因与对应的载体重组，所需的工具酶是 限制酶限制酶连接酶连接酶解旋酶解旋酶还原酶还原酶 2.2.下列关于基因工程的叙述中下列关于基因工程的叙述中, ,正确的是正确的是: : A.A.限制酶只用于提取目的基因限制酶只用于提取目的基因 B.B.细菌体内的环状细菌体内的环状DNA

21、DNA均可作运载体均可作运载体 C.DNAC.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接连接酶可用于目的基因和运载体的连接 D.D.重组重组DNADNA分子一旦进入受体细胞分子一旦进入受体细胞, ,基因工程则完成基因工程则完成. . 3.3.以下说法正确的是以下说法正确的是: : A.A.目的基因是指重组目的基因是指重组DNA DNA B.B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C.DNAC.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 D.D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定只要受体细胞中含有目的基因

22、，目的基因就一定 能够成功表达能够成功表达 A C B DNADNA连接酶的作用是：连接酶的作用是： A.A.子链和母链之间形成氢键子链和母链之间形成氢键 B.B.黏性末端之间形成氢键黏性末端之间形成氢键 C.C.两个两个DNADNA末端间的缝隙连接（磷酸二酯键）末端间的缝隙连接（磷酸二酯键） D.AD.A、B B、C C都对都对 C 下列是由限制酶切割形成的下列是由限制酶切割形成的DNADNA片段，能用片段，能用 相应相应DNADNA连接酶将它们恢复连接的组合是连接酶将它们恢复连接的组合是 CTGC A G G CTTAA G ACGTC AATTC G A. A. ； B. B. ； C.

23、 C. ； D.D.以上都不对以上都不对 A b a ( (多选题多选题) )如图如图, ,下列有关酶功能的下列有关酶功能的 叙述中叙述中, ,正确的是正确的是 A.A.切断切断a a处的酶为限制性内切酶处的酶为限制性内切酶 B.B.连接连接a a处的酶为处的酶为DNADNA连接酶连接酶 C.C.切断切断b b处的酶为解旋酶处的酶为解旋酶 D.D.连接连接b b处的酶为处的酶为RNARNA聚合酶聚合酶 ABC 4.4.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农 业和改造沙漠方面显示了良好的前景业和改造沙漠方面显示了良好的前景, ,荷兰一家公荷兰一家公 司将

24、大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物( (如如 甜菜、马铃薯等甜菜、马铃薯等) )中并获得有效表达，使中并获得有效表达，使“工程植工程植 物物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是： （2）基因表达的含义是：）基因表达的含义是： （3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：）写出酶基因工程在植物体内的表达过程： （4）基因工程操作中的工具是：）基因工程操作中的工具是： 海藻糖合成酶基因的获取海藻糖合成酶基因的获取 目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测

25、目的基因的表达和检测 基因基因通过通过转录转录、翻译翻译合成蛋白质，体合成蛋白质，体 现出相应的性状现出相应的性状 酶基因酶基因 mRNA mRNA 海藻糖合成酶海藻糖合成酶 转录转录 翻译翻译 要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是( )( ) 限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶解旋酶解旋酶还原酶还原酶 2.2.基因工程的正确操作步骤是（）基因工程的正确操作步骤是（） 使目的基因与运载体结合使目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达是否符合特定性状要求检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 提取

26、目的基因提取目的基因 3.3.实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因 从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一 种限制性内切酶能识别分子的顺种限制性内切酶能识别分子的顺 序，切点在和之间，这是利用了酶的（）序，切点在和之间，这是利用了酶的（） 高效性专一性高效性专一性 多样性催化活性易受外界影响多样性催化活性易受外界影响 采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基 因的作法正确的是（）因的作法正确的是（） 将毒素蛋白注射到棉受精卵中将毒素蛋白注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入 细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养 将编码毒素蛋白的序列，与细菌质粒重组，将