能发光的水母
能否让热带鱼也发光?
设想
不能发光的热带斑马鱼
超级小鼠与超级鱼
同时具有高产、稳产和抗逆性等优良品质的农作物新品种.
能产生人胰岛素的大肠杆菌
基因“嫁接”
基因工程及其应用
第2节
什么叫基因工程?
基因工程的基本操作步骤有哪些?
阅读教材 P102—103解决以下问题：
能力体现
又称基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗的说，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，定向的改造生物的遗传性状。
 基因工程(gene engineering)
原 理：
操作水平：
结 果：
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。
 基因工程(gene engineering)
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)
实例展示
培育转基因大肠杆菌的关键步骤：
指“ 限制性核酸内切酶 ”
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割
特点:
这个特点说明了：
酶具有专一性
如:EcoRI
1、该限制酶只能识别GAATTC的序列，说明了限制酶具有的特性是 。
2、 EcoRI限制酶识别了GAATTC的序列后，将会发生什么样的变化？
专一性
1.基因的剪刀—限制性内切酶
基因操作(gene engineering)的工具
大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别
GAATTC序列，并在G和A之间切开。
EcoRⅠ
限制酶切割的是么？
切割DNA分子两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
一、基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶
G A A T T C
C T T A A G
↓
限制酶
↓
一、基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶
G A A T T C
C T T A A G
↓
限制酶
↓
切割磷酸二酯键
一、基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶
A A T T C
C T T A A
G
G
氢键自动断裂
黏性末端
限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程
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，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？
思考:
形成的黏性末端一般不同
不同的限制酶呢？
具有
模型构建1
练习使用EcoRⅠ 剪切目的基因
目的基因
黏性末端
黏性末端
如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？
会产生相同的（互补的）黏性末端，如果让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子。
基因工程
尝试标出下列序列受EcoRI限制酶作用的切点
小试身手:
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
乙DNA片段
GAATTCCGTAGAATTCGGATT
CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA
模型构建2
使用DNA连接酶制作重组DNA分子
甲片段
重组DNA分子
DNA连接酶可把脱氧核糖和磷酸交替连接而成的DNA骨架上的缺口“缝合”起来（形成磷酸二酯键），这样一个重组的DNA分子就形成了。
指“DNA连接酶”
连接“梯子”断口的“扶手”(磷酸二酯键）而非“梯子”中间的“踏板”（氢键）。
其作用与限制酶相反，但作用点相同
恢复两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
恢复两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
DNA连接酶连接的是什么？
2、DNA连接酶
DNA连接酶的作用位点是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：磷酸二酯键。
DNA连接酶的作用过程
DNA聚合酶和DNA连接酶的比较
不同点
相同点
DNA聚合酶
DNA连接酶
连接DNA片段
不需要模板
连接单个的脱氧核苷酸，使其聚合为一条链
需要模板
连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖，形成磷酸二酯键
DNA连接酶的主要作用是：
A.DNA复制时促使子链和母链之间形成氢键B.促使黏性末端之间形成氢键C.将两个DNA末端之间的缝隙连接起来D.A、B、C都对
C
（2006.台州质检）下列是由限制酶切割形成的DNA片段，能用相应DNA连接酶将它们恢复连接的组合是
①…CTGCA …G
②…G
…CTTAA
③ G…
ACGTC…
④ AATTC…
G…
A. ①③；②④ B. ①②；③④C. ①④；②③ D.以上都不对
A
多选题)如图,下列有关酶功能的叙述中,正确的是
A.切断a处的酶为限制性内切酶B.连接a处的酶为DNA连接酶C.切断b处的酶为解旋酶D.连接b处的酶为RNA聚合酶
ABC
A、常用
的运载体：
质粒、噬菌体和动、植物病毒等

标记基因，便于进行检测。
其中质粒是基因工程最常用的运载体。质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是拟核或细胞核外能够自主复制的小型环状DNA分子.
B、它们的共同特点是：
都有侵染或进入宿主细胞的能力
大肠杆菌的质粒 (plasmid)：
运载体(carrying)还应该具有什么特 点呢?
？
基因操作(gene engineering)的工具
运载体(carrying)的特点
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．
DNA片段的连接工具（“针线”）
——DNA连接酶
基因转移工具（“运载体”）
——运载体
一、DNA重组技术的基本工具
准确切割DNA的工具（“剪刀”）
——限制酶
二、基因工程基本操作的四个步骤
1、提取目的基因
基因操作的基本步骤
目的基因是人们所需要的特定基因。
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，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。
步骤一：提取目的基因
①用一定的_________切割质粒，使其出现一个切口，露出____________。

②用_____________切断目的基因，使其产生____________
③将切下的目的基因片段插入质粒的________处，再加入适量_______________，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）
限制酶
黏性末端
同一种限制酶
相同的黏性末端
切口
DNA连接酶
步骤二：目的基因与运载体结合
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。
基因的针线：DNA连接酶
目的基因片段
质粒DNA片段
重组DNA分子
常用的受体细胞：
有大肠杆菌、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
目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制
步骤四：目的基因的检测和表达
检测：根据受体细胞是否具有某些标记基因判断目的基因是否导入
表达：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
步骤四：目的基因的检测和表达
从细胞中分离出DNA
从大肠杆菌中提取质粒
提取目的基因
目的基因与运载体结合
DNA连 接酶
目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
（三）基因工程操作的基本步骤
基因工程的操作工具
1.基因的剪刀
——限制性内切酶
2.基因的针线
——DNA连接酶
3.基因的运输工具
——运载体
基因工程的操作步骤
1.目的基因的提取
2.目的基因与运载体结合
3.目的基因导入受体细胞
4.目的基因的检测与表达
基因工程(gene engineering)的原理
小结
2、
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，能按照人的意愿定向地改变生物的遗传性状；克服远源杂交不亲和障碍；育种周期短
基因工程
优点
①目的性强，定向改造生物的性状。
②克服远缘杂交不亲和的障碍。
③育种周期短
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。
1、基因工程与作物育种
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
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
基因工程与药物研制
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）
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%!
3、基因工程与环境保护
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。
环境监测
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。
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。
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。
环境污染治理
讨论：转基因食品安全吗？
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
1.基因工程的正确操作步骤是:
①使目的基因与运载体结合
②将目的基因导入受体细胞
③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求
④提取目的基因
③ ② ④ ① B. ② ④ ① ③
C. ④ ① ② ③ D. ③ ④ ① ②
小试身手
2.要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是( )　
①限制酶　②连接酶　③解旋酶　④还原酶　　　 
Ａ．①②　Ｂ．③④　Ｃ．①④　Ｄ．②③
A
3.基因工程技术中的目的基因主要来源于
A.自然界现存在生物体内的基因B.自然突变产生的新基因C.人工诱变产生的新基因D.科学家在实验室中人工合成的基因
A
4.下列关于基因工程的叙述中,正确的是:
A.限制酶只用于提取目的基因B.细菌体内的环状DNA均可作运载体C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成.
5.以下说法正确的是:
A.目的基因是指重组DNA B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够成功表达
C
B
A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的 基因和质粒B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C.可用抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达.
（2006年.四川）用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列说法不正确的是
B
6.切取牛的生长激素或人的生长激素基因,用显微注射技术将它们分别注入小鼠的受精卵中,从而获得了”超级鼠”,次项技术遵循的原理是
A.基因突变 DNA RNA 蛋白质
B.基因工程 RNA DNA 蛋白质
C.细胞工程 DNA RNA 蛋白质
D.基因工程 DNA RNA 蛋白质
D
7.(多选题)如图,下列有关酶功能的叙述中,正确的是
A.切断a处的酶为限制性内切酶B.连接a处的酶为DNA连接酶C.切断b处的酶为解旋酶D.连接b处的酶为RNA聚合酶
ABC
基因重组
基因突变
染色体变异（成倍减少）
染色体变异（成倍增加）
杂交→自交→选优→自交（至纯种）
用物理或化学方法处理生物
花药离体培养→单倍体→秋水仙素处理→纯种
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
将不同个体的优良性状集中在一起
产生新基因和新性状，提高变异频率，加速育种进程
有利变异少，需大量处理供试材料
明显缩短育种年限
技术复杂，需与杂交育种配合
器官大、营养成分含量高
获得的新品种发育延迟，结实率低
育种时间长
1、
B
Thank You !
Bye Bye!