第2节 基因工程及其应用
第6章 从杂交育种到基因工程
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、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键
C
练习
2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 （ ）
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNA
D
练习
3.有关基因工程的叙述中，错误的是（ ）
A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种
B、重组DNA的形成在细胞内完成
C、目的基因须由运载体导入受体细胞
D、质粒都可作为运载体
B D
练习
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你想过吗?
谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？
基因工程：即 。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， 地改造生物的 。
原 理：
操作水平：
结 果：
一、基因工程
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。
基因拼接技术或DNA重组技术
定向
遗传性状
1、基因工程的剪刀
指“ 限制性核酸内切酶 ”
主要存在于微生物
一种限切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割DNA分子
已发现的有200多种
作用于：
磷酸二酯键：
识别特定序列
在特定部位切割
二、基因操作的工具
“ ”
限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程
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
黏性末端
（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
2、基因工程的针线
指“DNA连接酶”
将互补配对的两个粘性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子
DNA连接酶的作用过程
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。
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
Recombinant DNA
DNA连接酶的作用是：
A.子链和母链之间形成氢键B.黏性末端之间形成氢键C.两个DNA末端间的缝隙连接D.A、B、C都对
C
核心要点突破
1．限制酶与DNA连接酶的区别
2．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
下列关于限制酶的说法正确的是(　　)
A．限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少
B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C．不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端
D．限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
【思路点拨】　从限制酶的来源、作用部位及特性入手分析。
【尝试解答】　B
3、基因的运载体
（2）
条
件
①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存
②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
③具有标记基因，便于进行筛选
（3）常用的运载体：
质粒、噬菌体和动、植物病毒等
（1）运载体的概念
运载外源DNA进入受体细胞的运输工具

标记基因，便于进行检测。
注意：质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子.
（4）它们的共同特点是：
都有侵染或进入宿主细胞的能力
思考感悟
1．运载体和载体相同吗？
【提示】　不同。①运载体是将外源基因导入受体细胞的运输工具。②载体是位于细胞膜上的载体蛋白质，与物质进出细胞有关。
第一步：
第二步：
获取目的基因
目的基因与运载体结合
注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。
1.目的基因:主要指编码蛋白质的结构基因
2.方法：(1)从自然界已有物种中分离：
(2)人工合成法:
基因文库中分离
PCR技术
逆转录法
化学合成法
三、基因工程的基本步骤
第三步：
第四步:
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测和鉴定
1、常用的受体细胞：
大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动植物细胞等
2、常用微生物作受体细胞的原因：
微生物增殖快、代谢快、目的产物多
一般检测：
受体细胞是否有标记基因，判断目的基因是
否已导入受体细胞。
鉴定:
受体细胞是否表现出目的基因控制的性状。如棉花的抗虫性状的表现
大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。
将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。

1．基因工程步骤中应注意的几个问题
(1)四个步骤中只有第三步将目的基因导入受体细胞不涉及到碱基互补配对。
(2)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞，才能稳定地保存，并进行复制。
(3)受体细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢快、目的产物多。
(4)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。
(5)目的基因的检测利用质粒中的标记基因。
2．基因工程成功的理论基础
(1)运载体与目的基因结合成功的基础
①基本单位相同：不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。
②空间结构相同：不同生物的DNA分子都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。
③碱基配对方式相同：不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式都是A与T配对，G与C配对。
(2)表现出相同性状的基础是密码子相同，即不同生物的相同密码子所对应的氨基酸是相同的。
基因工程基本操作流程如图，请据图分析回答：
(1)图中A是________；在基因工程中，需要在________酶的作用下才能完成剪接过程。
(2)图中遵循碱基互补配对原则的步骤有_ _______。(用图中序号表示)
(3)从分子水平分析不同种生物之间的基因移植能够成功的主要原因是________，也说明了不同生物共用一套________________________。
【尝试解答】　(1)运载体　限制酶和DNA连接
(2)①②④
(3)不同生物的DNA分子基本结构是相同的　遗传密码
【互动探究】　如果目的基因是人的胰岛素基因，选择的工程菌为大肠杆菌，则能表达出有活性的胰岛素吗？
【提示】　不能。由于大肠杆菌没有内质网和高尔基体，不能对核糖体合成的胰岛素前体进行加工，所以大肠杆菌是无法产生有活性的胰岛素的，还需进行体外加工，才具活性。
基因工程操作的工具
将目的基因片断从人体细胞内提取，
需要基因的剪刀——限制性内切酶。
将目的基因与运载体DNA连接，
需要基因的针线——DNA连接酶。
将目的基因运入大肠杆菌，
需要基因的运输工具——运载体。
基因操作的基本步骤
提取目的基因
目的基因与运载体结合
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测和表达
归纳：
？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？
①从细胞中分离出DNA
1、 下列关于基因工程技术的叙述，正确的是（　　）
A.重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体
B.所有限制酶都只能识别同一种按规定的核苷酸序列
C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细胞繁殖快
D.只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达

2、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．质粒是基因工程中惟一的运载体
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．基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复
3、实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞
分离出来，这要利用限性内切酶。一种限制性内切酶能识别DNA
中的GAATTC顺序，切点在G和A之间，这是应用了酶的（　） A．高效性 　　 B.专一性
C．多样性 　　 D.催化活性受外界条件影响
C
C
B
4、基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 （　）　　 A．人工合成基因 　　　　
B．目的基因与运载体结合　　 C．将目的基因导入受体细胞
D．目的基因的检测和表达
C
基因工程的应用
1、基因工程与作物育种：转基因抗虫棉、耐贮存番茄、耐盐碱棉花、抗除草作物、转基因奶牛、超级绵羊等等
2、基因工程与药物研制：干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、疫苗
3、基因工程与环境保护：超级细菌
甲生物
乙生物
新类型
基因敲除技术
转基因技术
生物
新类型
蓝色妖姬
一,日本三得利公司利用移植的基因和三色紫罗兰中的蓝色色素合成培植出了世界上第一株蓝色玫瑰。
　　玫瑰的栽培历史可以追溯到5000年前，但通过色素呈现出蓝色的玫瑰却从来没有出现过。这是因为玫瑰花的基因功能缺陷，没有生成翠雀花素所需的酶“黄酮类化合物3‘5’-氢氧化酶”，因此蓝玫瑰被认为是不可能的。
　　三得利公司从蓝色三叶草中提取制造蓝色色素的基因，然后注入到玫瑰中，使玫瑰的基因重组。以新开发玫瑰为杂交母体，有望使玫瑰的花色更加绚丽多彩。
转基因西红柿
转基因驱蚊草
转基因超级小鼠
能发荧光的热带斑马鱼
普通热带斑马鱼是不发荧光的
如何让普通热带斑马鱼也发荧光?
用口径为1μm的DNA注射器，将大量的目的基因片段注入到受精卵的核内，然后把经过注射的受精卵移植到另一只雌性动物的子宫内，使受精卵发育为转基因动物。
什么叫显微注射技术？
在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活泼的小猴“安迪”。　　通过对“安迪”的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发研究。
一、基因工程与作物育种
基因工程的应用
抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅口害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。
抗虫转基因植物
意义：通过转基因技术，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种。
2、基因工程与药物研制
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。
干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。
传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素。
基因工程药品 —— 干扰素
治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。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，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。
现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。
基因工程药品 —— 生长激素
3、　环境保护　　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，分解一些毒害物质。
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。
转基因食品
安全吗?!
转基因生物和转基因食品的安全性
你认为应该如何对待转基因生物和转基因食品的安全性问题？
目前，大多数专家认为，已经投入商品化生产的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题的科学报道。
转基因抗虫棉、耐贮藏番茄、抗病毒甜椒及基因工程疫苗等已获得生产应用安全证书。
怪物
当人类拥有了只有大自然才拥有的改造生物、创造生物的能力时，我们是否感到很坦然呢？