第六章 第二節(jié) 基因工程及其應(yīng)用

基因工程及其應(yīng)用第2節(jié)視頻鏈接江蘇省濱海中學(xué)什么是基因工程?

基因工程的原理是什么?本課聚焦:豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮資料一：目前，全球的氮肥生產(chǎn)耗費(fèi)世界總電力的3%-4%，且農(nóng)作物只能吸收氮肥的1/10,造成了大面積土壤和水質(zhì)的污染。資料分析引入蜘蛛能夠吐出蛛絲資料二：蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強(qiáng)的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因?yàn)樗鼈儠ハ嗤淌常圆豢赡芙⑷斯わ曫B(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場。30多年來，科學(xué)家們一直試圖找到利用其他生物體來制造蛛絲的辦法。資料三以往，治療糖尿病的胰島素是從動物胰腺中提取的，從100千克豬、牛等動物的胰腺只能提取3－4克胰島素，治療一個患者需宰殺40－50頭牛，這種藥物的造價就可想而知了。微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁殖速率快設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蛛絲？設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？設(shè)想三經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基因工程?；蚬こ蹋河纸凶龌蚱唇蛹夹g(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。原理：操作水平：結(jié)果：一、基因工程的定義目的基因供體細(xì)胞受體細(xì)胞基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。獲得新性狀二、基因操作的工具1.基因的“剪刀”──限制性內(nèi)切酶（限制酶）一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。專一性如:EcoRI限制酶限制性內(nèi)切酶（EcoRⅠ）作用過程點(diǎn)擊播放

被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？思考:GAATTCCGTAGAATTCGGATT嘗試寫出下列序列受EcoliI內(nèi)切酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT練一練:GGCATCTTAAAATTCCGTAG２、基因的針線──DNA連接酶連接酶的作用是：將互補(bǔ)配對的兩個黏性末端連接起來，使之成為一個完整的DNA分子。DNA連接酶的作用過程點(diǎn)擊播放基因的針線：DNA連接酶

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G用同種限制酶切割DNA連接酶連接的是DNA骨架上的缺口，不是堿基間的氫鍵3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體

運(yùn)載體必須同時滿足三個要求：①具有一到多個限制酶的酶切位點(diǎn),以便與外源基因連接;②能進(jìn)入受體細(xì)胞并在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在并能復(fù)制、表達(dá)；③具有標(biāo)記基因,便于目的基因的篩選.3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體常用的運(yùn)載體：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等標(biāo)記基因，便于進(jìn)行檢測。質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵母菌等生物中,是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子.三、基因工程基本步驟1、獲取目的基因提取目的基因的方法用限制酶切斷成許多片段⑴直接分離基因——鳥槍法將供體生物的DNA用限制酶切割為許多片段，再用運(yùn)載體將這些片段都運(yùn)載到受體生物的不同細(xì)胞中去。只要有一個細(xì)胞獲得了需要的目的基因并得以表達(dá)，基因工程就算成功了。

該法最大的缺點(diǎn)是帶有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成儀有兩種方法：

①逆轉(zhuǎn)錄法：以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下利用脫氧核苷酸合成DNA(基因)。

②化學(xué)合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA核糖核苷酸順序，再據(jù)此推算出基因DNA的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應(yīng)的基因。用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補(bǔ)配對后，在DNA連接酶的作用下連接形成重組DNA分子。2、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞導(dǎo)入擴(kuò)增常用的受體細(xì)胞：菌類和動植物細(xì)胞4、目的基因的表達(dá)和檢測大量的受體細(xì)胞接受不多的目的基因。處理的受體細(xì)胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。將每個受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。淘汰無表達(dá)產(chǎn)物的菌落，保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。無表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物有表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物

第一步：獲取目的基因基因工程基本步驟：第二步：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞第四步:目的基因的表達(dá)和檢測？如何讓大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素？①從細(xì)胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質(zhì)粒④DNA重組⑤用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)：基因重組1、什么是基因工程?

2、基因工程的原理是什么?課堂小結(jié)：⒈要使目的基因與對應(yīng)的載體重組，所需的兩種酶是()①限制酶②DNA連接酶③解旋酶④還原酶Ａ．①②Ｂ．③④Ｃ．①④Ｄ．②③2.基因工程的正確操作步驟是（）

①使目的基因與運(yùn)載體結(jié)合

②將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

③檢測目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求

④提取目的基因Ａ．③②④①Ｂ．②④①③

Ｃ．④①②③Ｄ．③④①②積極思維:3.實(shí)施基因工程的第一步的一種方法是把所需的基因從供體細(xì)胞內(nèi)分離出來，這要利用限制性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識別ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ順序，切點(diǎn)在Ｇ和Ａ之間，這是利用了酶的（）

Ａ．高效性Ｂ．專一性

Ｃ．多樣性Ｄ．催化活性易受外界影響

⒋采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的作法正確的是（）

①將毒素蛋白注射到棉受精卵中

②將編碼毒素蛋白的ＤＮＡ序列，注射到棉受精卵中

③將編碼毒素蛋白的ＤＮＡ序列，與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入細(xì)菌，用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，在進(jìn)行組織培養(yǎng)

④將編碼毒素蛋白的ＤＮＡ序列，與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵中

Ａ．①②Ｂ．②③Ｃ．③④Ｄ．④①思維拓展:細(xì)菌和人是差異非常大的兩種生物,為什么通過基因重組后,細(xì)菌能夠合成人體的某些蛋白質(zhì)呢?？水母四、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和具有抗逆性的作物新品種?？瓜x害的玉米生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)獲得人們所需要的和具有優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因鮭魚2、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!3、環(huán)境保護(hù)

基因工程做成的“超級細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。

利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。環(huán)境檢測：用DNA探針檢測水中病毒的含量4、其他基因診斷：如用基因探針檢測肝類病毒、診斷遺傳病基因治療：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性閱讀P105資料分析，討論：你認(rèn)為應(yīng)該如何對待轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性問題？轉(zhuǎn)基因生物與食物安全反對實(shí)質(zhì)性等同。擔(dān)心滯后效應(yīng)。擔(dān)心出現(xiàn)新的過敏原。擔(dān)心營養(yǎng)成分改變。把動物蛋白轉(zhuǎn)入農(nóng)作物是否侵犯了素食者的權(quán)益？實(shí)質(zhì)性等同是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物安全性評價的起點(diǎn)而非終點(diǎn)。多環(huán)節(jié)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩栽u價，可以保證轉(zhuǎn)基因食物的安全?？茖W(xué)家審慎的態(tài)度。沒有轉(zhuǎn)基因食物影響人體健康的實(shí)例。舉證排除法。轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。重組的微生物在降解某些化合物時所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，可能造成二次污染。重組DNA與微生物雜交可能產(chǎn)生對人類有害的病原微生物。轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有的毒蛋白通過食物鏈有可能進(jìn)入動物或人體。轉(zhuǎn)入的是自然界已有的基因，，不會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？梢詼p少農(nóng)藥用量?？钩輨┺r(nóng)作物使農(nóng)田管理更容易。新聞報道不實(shí)，公眾的過分擔(dān)憂。雀巢:堅(jiān)持使用轉(zhuǎn)基因原料稱安全性已經(jīng)被證明我國的行動2001年5月，國務(wù)院公布《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》，對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的研究和試驗(yàn)、生產(chǎn)和加工、經(jīng)營和進(jìn)出口等作了具體規(guī)定。趨利避害，不能因噎廢食。雜交育種誘變育種多倍體育種單倍體育種基因工程處理雜交射線、輻射處理秋水仙素花藥離體培養(yǎng)基因轉(zhuǎn)移原理基因重組基因突變?nèi)旧w變異染色體變異基因重組優(yōu)點(diǎn)集“優(yōu)”提高突變頻率，產(chǎn)生新基因果實(shí)大營養(yǎng)豐富縮短育種年限

定向改變生物性狀缺點(diǎn)育種時間長需要處理大量材料發(fā)育遲結(jié)實(shí)率低技術(shù)復(fù)雜操作復(fù)雜小結(jié)：五種育種方式的比較練習(xí)題例題1:請寫出下面各項(xiàng)培育方法：（1）通過花藥離體培養(yǎng)再用秋水仙素加倍得到煙草新品種的方法是

。（2）用60Co輻射谷氨酸棒狀桿菌，選育出合成谷氨酸的新菌種，所用方法是

。（3）用小麥和黑麥培育八倍體黑小麥的方法是

。（4）將青椒的種子搭載人造衛(wèi)星，在太空中飛行數(shù)周后返回地面，獲得了果大、肉厚和維生素含量高的青椒新品種，這種育種原理本質(zhì)上屬于

。（5）用抗倒伏、不抗銹病和不抗倒伏、抗銹病的兩個小麥品種，培育出抗倒伏、抗銹病的品種，所用方法是

。（6）用秋水仙素或硫酸二乙酯處理蕃茄、水稻種子，獲