基因工程及其应用人教版高中生物必修二

第六章从杂交育种到基因工程

第2节基因工程及其应用高中生物必修二转入人胰岛素基因的大肠杆菌问题探讨图中可不是普通的细菌，它是“嫁接”了人胰岛素基因的工程菌。虽然看起来与普通细菌没有什么不同，但它能大量合成人胰岛素，用来治疗糖尿病，使胰岛素的生产成本大大降低。1、为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？2、这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？3、推测这种“嫁接”怎样能实现？①不同生物的DNA在空间结构上一致②几乎所有的生物都共用一套遗传密码可定向改造生物1、基因工程概念：又叫基因拼接技术或DNA重组技术。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。基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术原理基因重组操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物一、基因工程的原理2、基因工程的工具（1）基因剪刀──限制性核酸内切酶（限制酶）一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。①分布：主要在微生物体内②作用特点：专一性（特异性）④作用结果：产生2个带有黏性末端的DNA片段③作用部位：磷酸二酯键G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

CTT

AA

AA

TT

C

G例如：大肠杆菌中的一种叫做EcoRI的限制酶能够专一识别GAATTC序列，并在G和A之间切开黏性末端黏性末端被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个未配对的核苷酸片段，这样的切口叫黏性末端。AATTCGGCTTAA磷酸二酯键磷酸二酯键限制性核酸内切酶（限制酶）

GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG用同种限制酶切割两种后，末端可以互相黏合，这种黏合只能使互补的碱基连接起来，而DNA骨架上的缺口，需要“缝合”。（2）基因针线——磷酸二酯键注意：是连接磷酸二酯键，不是连接氢键连接酶的作用是：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。DNA连接酶2、基因工程的工具AATTCGGCTTAA磷酸二酯键磷酸二酯键DNA连接酶DNA连接酶和DNA聚合酶的比较

比较项目

DNA连接酶DNA聚合酶

不同点作用对象作用条件

相同点作用部位连接DNA片段连接游离的脱氧核苷酸不需要模板需要模板连接磷酸二酯键抗生素抗性基因（3）基因的运输工具——目前常用的有质粒、噬菌体、动植物病毒。运载体①种类：2、基因工程的工具②分布：细菌、酵母菌细胞质中③本质：能自主复制的环状DNA④作用：将外源基因送入受体细胞3基因的运输工具——运载体⑤运载体具备的条件：C具有某些标记基因，便于进行检测目的基因是否导入受体细胞中。

D安全性A能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。B具多个限制酶切点，以便与多种目的基因连接。2、基因工程的工具DNA质粒供体细胞1目的基因的提取目的基因二、基因工程的步骤提取细菌质粒质粒DNA质粒供体细胞同种限制酶DNA连接酶重组DNA

（重组质粒）目的基因提取细菌质粒2目的基因与运载体结合重组DNA

（重组质粒）重组质粒DNA受体细胞导入方法：利用细菌或病毒侵染细胞3将目的基因导入受体细胞重组DNA

（重组质粒）重组质粒DNA受体细胞导入增殖目的基因产物检测：根据受体细胞中是否具有标记基因鉴定：受体细胞表现出特定的性状4目的基因的检测和鉴定抗生素抗性基因例：某载体质粒上有青霉素抗性基因，那么怎么验证该载体有没有导入受体细胞？导入受体细胞后有没有表达？用含有青霉素的培养基培养受体细胞，若载体导入成功，则受体细胞中应该具有青霉素抗性基因，对青霉素有抗性，可以在培养基中生长；若载体导入不成功，则没有抗性基因则不能再培养基中生长。所以，能在培养基中生长的都是载体导入成功的受体细胞。1、基因工程与作物育种：转基因抗虫棉、耐贮存番茄、耐盐碱棉花、抗除草作物、转基因奶牛、超级绵羊等等2、基因工程与药物研制：干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、疫苗3、基因工程与环境保护：如：“超级菌”——几小时就降解自然菌种需一年才能讲解的水上浮油三、基因工程的应用获得高产、稳产、质优、抗逆的农作物和动物新品种。转基因抗虫棉抗病毒转基因西葫芦耐盐碱的转基因棉花抗除草剂转基因小麦转人乳清蛋白基因的奶牛耐储存的转基因番茄1、基因工程与作物育种能够高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。2、基因工程与药物研制胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100g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%!能清除石油污染的“超级细菌”1975年，科学家用基因工程的方法，把能分解三种烃类的基因都转移到一种假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。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、基因工程与环境保护四、转基因生物和转基因食品的安全性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，到现在为止也没有一个案例说明它有问题。支持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系统功能；美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴