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1、剪切 拼接 导入 表达 基因操作的基因操作的 基本步骤基本步骤 第三节 基因工程的应用 一、基因工程与遗传育种 二、基因工程与疾病治疗 三、基因工程与生态环境保护 方法方法原理原理原 因原 因实 例实 例优 点优 点 无性 繁殖 有丝 分裂 遗传物质没有发生改 变 无核蜜桔 杂交 基因 重组 非同源染色体上的非 等位基因自由组合 抗倒伏抗 锈病小麦 诱变基因 突变 人工使DNA复制过程 发生差错 青霉素高 产菌株 单倍体 染色体 倍减 秋水仙素处理单倍体 使其染色体加倍 小麦新品 种 多倍体 染色体 倍增 秋水仙素处理使染色 体加倍 无籽西瓜 基因 工程 DNA 拼接 将不同物种的基因拼 接在
2、一起 抗虫棉 1.常见育种方式比较 保持优良性状 组合优良性状 提高变异频率， 出现新性状 缩短育种进程， 得到纯合体 器官大，营养 成分含量高 目的性强，打 破物种界限 “超级植物 ” 转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力抗逆能力， 以及以及改良农作物的品质改良农作物的品质和利用植物和利用植物生产药物生产药物等方面。等方面。 2、转基因植物： 抗虫转基因植物抗虫转基因植物 抗虫棉抗虫棉普通棉普通棉 科学家从科学家从苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌中提取出中提取出 毒蛋白基因毒蛋白基因，并成功的导入棉细胞内使，并成功的导入棉细胞内使 之合成毒蛋白。之合成毒蛋
3、白。 转鱼抗寒基因 的番茄 转黄瓜抗青枯病 基因的甜椒 繁殖具有繁殖具有抗病能抗病能 力力、高产仔率高产仔率、高产高产 奶率奶率和和高质量的皮毛高质量的皮毛 等优良品质的等优良品质的转基因转基因 动物动物。 3、转基因动物： 该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过感染感染或或显微注射技术显微注射技术 将重组将重组DNADNA转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。 用口径为用口径为1m1m 的的DNADNA注射器注射器，将，将 大量的目的基因片大量的目的基因片 段注入到段注入到受精卵的受精卵的 核核内，然后把经过内，然后把经过 注射的受精卵注射的受精卵移植移植 到另一只雌性动物到另一只雌
4、性动物 的的子宫子宫内，使内，使受精受精 卵发育卵发育为转基因动为转基因动 物。物。 什么叫显微注射技术？什么叫显微注射技术？ 生长 快、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 1）乳腺是一个外分泌器官，）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进乳汁不进 入体内循环入体内循环，不会影响不会影响转基因动物本身的转基因动物本身的生生 理代谢反应理代谢反应。 2 2）从乳汁中获取目的基因产物，）从乳汁中获取目的基因产物，产量产量 高高，易提纯易提纯，表达的，表达的蛋白质已经过充分的修蛋白质已经过充分的修 饰加工饰加工，具有，具有稳定的生物活性稳定的生物活性。
5、3 3）从乳汁中）从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的获得目的基因的 产物的同时，产物的同时，转基因动物转基因动物又可又可无限繁殖无限繁殖。 为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理 想的表达场所呢？想的表达场所呢？ 二、基因工程与疾病治疗 1 1）生产基因）生产基因药品药品 2 2）基因诊断基因诊断 3 3）基因治疗基因治疗 传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格价格十分十分昂贵昂贵。 可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？ 利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可
6、，可 高效率高效率地生产出各种地生产出各种高质量高质量、低成本低成本的药品的药品 。 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛在传统的药品生产中，某些药品如胰岛 素、干扰素、生长激素等是素、干扰素、生长激素等是直接从生物体的直接从生物体的 组织、细胞或血液中提取得到的组织、细胞或血液中提取得到的。 胰岛素是胰岛素是治疗糖尿病治疗糖尿病的的特效药特效药。一般临床。一般临床 上使用的胰岛素主要从上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺猪、牛等家畜的胰腺中中 提取，每提取，每100kg100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g45g胰岛素。用胰岛素。用 该方法生产的胰岛素该方法生产的胰岛素产量低产量低，价格昂
7、贵价格昂贵，远不远不 能满足社会需要能满足社会需要。19791979年，科学家将动物体内年，科学家将动物体内 的的胰岛素基因与大肠杆菌胰岛素基因与大肠杆菌DNADNA分子重组分子重组，并在，并在 大肠杆菌内实现了表达。大肠杆菌内实现了表达。19821982年，美国一家基年，美国一家基 因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场 ，售价降低了，售价降低了30%50%30%50%。 基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 干扰素是干扰素是病毒侵入细胞后产生病毒侵入细胞后产生的一种的一种糖糖 蛋白蛋白。干扰素几乎能。干扰素几乎能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起
8、的感感 染染，是一种，是一种抗病毒抗病毒的的特效药特效药。此外干扰素对。此外干扰素对 治疗治疗某些某些癌症癌症和和白血病白血病也有一定疗效。也有一定疗效。 基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素 传统的干扰素生产方法是从人血液中的传统的干扰素生产方法是从人血液中的 白细胞内提取白细胞内提取，每，每300L300L血液只能提取出血液只能提取出1mg1mg 干扰素。干扰素。1980198219801982年，科学家用基因工程年，科学家用基因工程 方法在方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰 素素，是传统的生产量的，是传统的生产量的1212万倍。万倍。19871987
9、年上述年上述 干扰素大量投放市场。干扰素大量投放市场。 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射，是向人体注射 生长激素。而生长激素的获得很困难。以前生长激素。而生长激素的获得很困难。以前 ，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的 底部底部摘取垂体摘取垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。 基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素 现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的生长激生长激 素基因导入大肠杆菌素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素中，使其生产生长激素 。人们从。人们从 450 L450 L大肠杆菌培养液中提
10、取的生大肠杆菌培养液中提取的生 长激素，相当于长激素，相当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。 基因诊断：基因诊断： 也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即在，即在 DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定的水平分析检测某一基因，从而对特定的 疾病进行诊断。疾病进行诊断。 基因探针：基因探针： 基因探针就是一段与目的基因或基因探针就是一段与目的基因或DNADNA互互 补的补的特异核苷酸序列特异核苷酸序列。它包括整个基因，。它包括整个基因， 或基因的一部分；可以是或基因的一部分；可以是DNADNA本身，也可以本身，也可以 是由之转录而来的是由之转录而来的
11、RNARNA。 原理：原理：利用DNA分子杂交原理。 基因诊断技术在什么方面发展迅速？基因诊断技术在什么方面发展迅速？ 在在诊断遗传性疾病诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前方面发展迅速。目前 已经可以对几十种遗传病进行已经可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。 1 1）珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀状细胞贫血症镰刀状细胞贫血症 2 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症苯丙酮尿症 3 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的 DNADNA探针探针 白血病白血病 举例举例 基因治疗：基因治疗： 是指是把是指是把健康的外源基
12、因导入有基因缺健康的外源基因导入有基因缺 陷的细胞陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。中，达到治疗疾病的目的。 患半乳糖血症的患者患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳由于细胞内半乳 糖苷转移酶糖苷转移酶基因缺陷基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶而缺少半乳糖苷转移酶 ，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑 等功能受损。等功能受损。 19711971年，美国科学家在体外做了试验，年，美国科学家在体外做了试验， 用用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患 者的离体组织细胞者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞，结果发现这些组织细胞 能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的 方法治疗这种遗传病是可能的。方法治疗这种遗传病是可能的。 三、基因工程与生态环境保护 生产可降解塑料的植物 分解石油能力强的“超级细菌” 处理工业废水的微生物 练习练习