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1、第二节 基因工程及其应用,原 理：,操作水平：,结 果：,目的基因,供体细胞,受体细胞,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,获得新性状,提取,培育转基因大肠杆菌的简要过程,你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？,普通大肠杆菌 (不能分泌胰岛素),人体组织细胞,胰岛素基因,与运载体DNA拼接 导入,大肠杆菌(含胰岛素基因),转基因大肠杆菌 (能分泌胰岛素),培育转基因大肠杆菌的关键步骤,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
2、的，故名限制性内切酶。 特点：专一性。 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。,大肠杆菌(EcoRI)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,限制酶,练习使用EcoRI 剪切目的基因,黏性末端,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,使用DNA连接酶制作重组DNA分子,甲片段,重组DN
3、A分子,（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。,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,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,胰岛素基因,运载体 1.能够在宿主细胞内复制并稳定保存； 2.具有多个限制酶切点以便与外源基因相连； 3.具有标记基因，便于进行筛选,四个基本步骤：,（三）基因操作的基本步骤,1）提取目的基因 2）
4、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,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
5、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。,目的基因导入受体细胞,（三）基因操作的基本步骤,目的基因的检测和表达,（三）基因操作的基本步骤,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。,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
6、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,基因工程在农业上的应用,培育抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。,抗虫基因作物的意义： 减少农药的用量，降低了生产的成本，减少了农药对环境的污染。,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,基因工程在畜牧业的应用,繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物（如奶牛）。 该过程的重要步骤是重组DNA转移到动物受精卵中。,将人的生长
7、激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。,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,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，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。,胰岛素从猪、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！使其价格降低了30%-50%!,3、基因工程
8、与环境保护, 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。, 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。,1.基因工程的设计施工是在什么水平上进行的 A.细胞 B.细胞器 C.分子 D.原子 2.目前不常被
9、使用的基因载体有 A.质粒 B.噬菌体 C.染色体 D.动.植物病毒 3.某科学工作者把兔子的血红蛋白的信使RNA加入到大肠杆菌的提取液中，在这个细胞的合成系统中能合成兔子的血红蛋白，这个事实说明 A.蛋白质合成是在核糖体上进行的 B.各种生物共用一套遗传密码 C.兔子和大肠杆菌的基因发生了重组 D.兔子的基因发生了突变,4.基因治疗是把健康的外源基因导入： A.有基因缺陷的细胞中 B.有基因缺陷的染色体中 C.有基因缺陷的细胞器中 D.有基因缺陷的DNA分子中 5.下列不属于基因工程的是： A.培养出抗烟草花叶病的番茄植株 B.在大肠杆菌中获取人的干扰素 C.培养出兼有鲤鱼与鲫鱼特点的鲤鲫移
10、核鱼 D.利用“工程菌”生产乙肝疫苗,6.有关基因工程的叙述正确的是 A.限制性内切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.质粒都可以作为运载体 D.蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料 7.基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是 A.质粒、线粒体、噬菌体 B.染色体、叶绿体、线粒体 C.质粒、噬菌体、动植物病毒 D.细菌、噬菌体、动植物病毒,8.DNA连接酶的重要功能是 A.DNA复制时母链与子链之间形成氢键 B.黏性末端碱基之间形成氢键 C.两条DNA末端之间的缝隙连接起来 D.ABC都不正确 9.在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是 A.限制酶和连接酶 B.限制酶和水解酶 C.限制酶和运载体 D.连接酶和运载体,10.1976年，美国科学家首次将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌，并获得表达，这是人类第一次获得的转基因生物.此文中的“表达”是指该基因在大肠杆菌内 A.能进行自我复制 B.能进行转录 C.能控制合成人的生长抑制素释放因子 D.能合成人的生长激素,