生物基因工程的应用新人教选修

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基因工程及其应用 基因的剪刀 —— 限制性内切酶（简称限制酶） （一）基因操作的工具 限制酶是在生物体 ( 主要是 微生物 ) 内的一种酶，能将外来的 DNA 切断 ，由于这种切割作用是在 DNA 分子内部进行的，故名限制性内切酶。 特点： 特异性 。 即 一种 限制酶 只能识别一种 特定的 核苷酸序列 ，并且能在 特定的切点 上切割 DNA 分子。 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 （二）基因操作的工具 DNA 连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的 DNA 分子就形成了。 磷酸二酯键 外源基因 ( 如抗虫基因 ) 怎样才能导入受体细胞 ( 如棉花细胞 ) ？ （二）基因操作的工具 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。 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 目的基因 （三）基因操作的基本步骤 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。 直接分离基因 人工合成基因 目的基因的提取方法 （三）基因操作的基本步骤 步骤二：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）基因操作的基本步骤 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。 步骤三：目的基因导入受体细胞 （三）基因操作的基本步骤 步骤四：目的基因的检测和表达 四环素 抗性基因 氨苄青霉 素抗性基因 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 。 （三）基因操作的基本步骤 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 。 二、基因工程的应用 　　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 ) 1 、基因工程与作物育种 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转鱼抗寒基因的番茄 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 转基因龙胆花色奇异 转基因蓝猪耳改变花色 转基因牵牛花改变了花色 A ：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的 Eustoma ( Lisianthus ) 花。 B ：转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花， 会发光的转基因鱼 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 超级动物 特殊动物 图为 2001 年 12 月底出生的 5 只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国 PPL 医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和 “ 生产 ” 适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。 首只转基因猴诞生，人类未来忧喜参半 2 、 2002 年，中国转基因棉花达到 150 万公顷，已经占到棉花产量的 1 ／ 3. 我国大豆食用油近七成是 “ 转基因 ” 产品 与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？ 目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短 1993 年我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因抗虫棉，其抗虫基因来源于（ ） A 、普通棉花的基因突变 B 、棉铃虫变异形成的致死基因 C 、寄生在棉铃虫体内的线虫 D 、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因 D 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 1 、微生物基因工程 ： 即把目的基因导入大肠杆菌等菌中，通过微生物表达目的基因的产物。 2 、细胞基因工程 ： 即用哺乳动物细胞株表达目的产物 3 、转基因动物 ： 即将目的基因直接导入鼠、兔、羊和猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达，从儿获得目的产物 产品名称 菌株或细胞 应用 人胰岛素 大肠杆菌 人生长激素 大肠杆菌 表皮生长因子 大肠杆菌 白细胞介素 -2 大肠杆菌 a — 干扰素 酵母菌 乙型肝炎疫苗 酵母菌 溶血栓剂 哺乳动物细胞 治疗糖尿病 治疗生长缺陷症 治疗烫伤、胃溃疡 治疗某些癌症 治疗癌症或病毒感染 预防病毒性肝炎 治疗心血管病（心脏病） 　　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%! 　　干扰素治疗病毒感染简直是 “ 万能灵药 ” ！过去从人血中提取， 300L 血才提取 1mg ！其 “ 珍贵 ” 程度自不用多说。 　　人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。 人造血液及其生产 2 、不属于基因工程方法生产的药物是（ ） A 、干扰素 B 、白细胞介素 C 、青霉素 D 、乙肝疫苗 C 3 、基因工程与环境保护 ⑴ 　环境监测： 　　基因工程做成的 DNA 探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。 1t 水中只有 10 个病毒也能被 DNA 探针检测出来 　　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。 ⑵ 　环境污染治理： 　　 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 。 2006 年 3 月 14 日 绿色和平组织发布消息 , 称亨氏营养米粉含有转 Bt 基因抗虫水稻成分。 那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？   四、基因食品的安全性 1 、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他疾病 。 2 、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响 。 3 、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险 。 1 ）以下说法正确的是 （ ） A 、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B 、质粒是基因工程中唯一的运载体 C 、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 D 、基因控制的性状都能在后代表现出来 C 练习 2 ）有关基因工程的叙述正确的是 （ ） A 、限制酶只在获得目的基因时才用 B 、重组质粒的形成在细胞内完成 C 、质粒都可作为运载体 D 、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料 D 3 ）有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A 、 DNA 连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B 、 限制性内切酶用于目的基因的获得 C 、目的基因须由运载体导入受体细胞 D 、 人工合成目的基因不用限制性内切酶 A 参考资源： 展示你的搜索成果 有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，犹如水能载舟，亦能覆舟，甚至带来灾难性的后果，你是否同意这一观点？举例说明。 思维拓展