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基 因 工 程及 其 应 用第 3节 转 基 因 的 番茄 转 基 因 鲑鱼高 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 . 抗 虫 害 的 玉 米 1、 什 么 是 基 因 工 程 ?2、 基 因 工 程 的 原 理 是 什 么 ？3、 基 因 工 程 的 基 本 操 作 工 具 有 哪 些 ?阅 读 教 材 P102103， 思 考 以 下 问 题 ： 基 因 工 程 ： 又 叫 做 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 地 改 造 生 物 的 遗 传 性 状 。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 的 “ 剪 刀 ” 基 因 的 “ 针 线 ” 基 因 的 运 载 体 二 、 基 因 操 作 的 工 具1.基 因 的 “ 剪 刀 ” 限 制 性 内 切 酶 （ 限 制 酶 ） 功 能 特 点 ： 一 种 限 制 酶 只 能 识 别 一 种 特 定 的核 苷 酸 序 列 ， 并 在 特 定 的 切 点 上 切 割 DNA分 子 。专 一 性 如 :EcoRI限 制 酶 限 制 性 内 切 酶 （ EcoR ） 作 用 过程 CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG练 习 使 用 EcoRI 剪 切 目 的 基 因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目 的 基 因 黏 性 末 端 什 么 是 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 : 是 基 因 的 针 线 ： DNA连 接酶 G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A G G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用 同 种 限 制 酶 切 割 、 基 因 的 针 线 DNA连 接 酶 连 接 酶 的 作 用 是 ： 将 互 补 配 对 的 两 个 黏 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 基 因 的 针 线 ： DNA连 接 酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A G G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用 同 种 限 制 酶 切 割 DNA连 接 酶 连 接的 是 DNA骨 架 上的 缺 口 磷 酸 二 酯键 ， 不 是 碱 基 间的 氢 键 使 用 DNA连 接 酶 制 作 重 组 DNA分 子甲 片 段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙 片 段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重 组 DNA分 子GGCATCTTAAAATTCCGTAG 3、 基 因 的 运 输 工 具 运 载 体 运 载 体 必 须 同 时 满 足 三个 要 求 ： 具 有 一 到 多 个 限 制 酶 的 酶切 位 点 ,以 便 与 外 源 基 因 连接 ; 能 进 入 受 体 细 胞 并 在 受 体细 胞 内 稳 定 存 在 并 能 复 制 、表 达 ； 具 有 标 记 基 因 ,便 于 目 的基 因 的 筛 选 . 3、 基 因 的 运 输 工 具 运 载 体 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 。 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 . 三 、 基 因 工 程 基 本 步 骤1、 获 取 目 的 基 因 提 取 目 的 基 因 的 方 法 用 限 制 酶 切断 成 许 多 片 段 直 接 分 离 基 因 鸟 枪 法 将 供 体 生 物 的 DNA用 限 制 酶切 割 为 许 多 片 段 ， 再 用 运 载 体 将这 些 片 段 都 运 载 到 受 体 生 物 的 不同 细 胞 中 去 。 只 要 有 一 个 细 胞 获得 了 需 要 的 目 的 基 因 并 得 以 表 达 ，基 因 工 程 就 算 成 功 了 。 该 法 最 大 的 缺 点 是 带 有 很 大的 盲 目 性 ， 工 作 量 大 ， 成 功 率 低 。且 不 能 将 真 核 生 物 的 基 因 转 移 到原 核 生 物 中 去 。 人 工 合 成 基 因 法DNA合 成 仪 有 两 种 方 法 ： 逆 转 录 法 ： 以 信 使RNA为 模 板 ， 在 逆 转 录 酶的 作 用 下 利 用 脱 氧 核 苷 酸合 成 DNA(基 因 )。 化 学 合 成 法 ： 根 据蛋 白 质 的 氨 基 酸 顺 序 推 算出 信 使 RNA核 糖 核 苷 酸 顺序 ， 再 据 此 推 算 出 基 因DNA的 脱 氧 核 苷 酸 顺 序 。用 游 离 脱 氧 核 苷 酸 直 接 合成 相 应 的 基 因 。 用 与 提 取 目 的 基 因相 同 的 限 制 酶 切 割 质 粒使 之 出 现 一 个 切 口 ， 将目 的 基 因 插 入 切 口 处 ，让 目 的 基 因 的 黏 性 末 端与 切 口 上 的 黏 性 末 端 互补 配 对 后 ， 在 DNA连 接酶 的 作 用 下 连 接 形 成 重组 DNA分 子 。2、 目 的 基 因 与 运 载 体 结 合 3、 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞导 入扩 增 常 用 的 受 体 细胞 ： 菌 类 和 动植 物 细 胞 4、 目 的 基 因 的 表 达 和 检 测 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 。 无 表 达 产 物 无 表 达 产 物 有 表 达 产 物 无 表 达 产 物 第 一 步 ： 获 取 目 的 基 因基 因 工 程 基 本 步 骤 ：第 二 步 ： 目 的 基 因 与 运 载 体 结 合第 三 步 ： 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞第 四 步 : 目 的 基 因 的 表 达 和 检 测 ？ 如 何 让 大 肠 杆 菌 生 产 人 胰 岛 素 ？ 1、 什 么 是 基 因 工 程 ? 2、 基 因 工 程 的 原 理 是 什 么 ? 细 菌 和 人 是 差 异 非 常大 的 两 种 生 物 ,为 什 么 通 过基 因 重 组 后 ,细 菌 能 够 合 成人 体 的 某 些 蛋 白 质 呢 ?因 为 在 基 因 水 平 上 ， 人 和 细 菌 的 遗 传 机 制 是 一 样 的 。细 菌 和 人 的 遗 传 物 质 都 是 DNA， 都 使 用 一 套 遗 传 密码 子 ， 遵 循 中 心 法 则 。 水 母 香 蕉 鱼 （ 一 ） 、 基 因 工 程 与 作 物 育 种 1、 在 农 作 物 生 产 方 面目 的 ： 培 育 出 高 产 、 稳 产 、 抗 逆 性 的 优良 作 物 及 新 品 种 。优 点 ： 降 低 生 产 成 本 ， 减 少 农 药 的 使 用对 环 境 的 危 害 ， 提 高 农 作 物 对 不 良 环 境的 适 应 能 力 。 1993年 ， 中 国 农 业 科 学 院 的 科 学 家 成 功 的 培 育 出了 抗 棉 铃 虫 的 转 基 因 抗 虫 棉 ， 抗 虫 的 基 因 来 自 苏 云 金 杆 菌 ，科 学 家 将 抗 性 基 因 导 入 作 物 ， 使 作 物 自 身 具 有 抵 御 虫 害 的 能 力 。 （ 一 ） 、 基 因 工 程 与 作 物 育 种 2、 在 畜 牧 养 殖 方 面 科 学 家 利 用 基 因 工 程 的 方 法 培 育 出 了 转 基因 奶 牛 、 超 级 绵 羊 等 多 种 转 基 因 动 物 。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 ) (二 ） 、 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%!优 点 ： 能 够 高 效 率 地 生 产 出 各 种 高 质 量 ， 低 成 本的 药 品 。 （ 三 ） 、 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DDT等 毒 害 物 质 。 1998年 ， 英 国 一 位 生 物 学 家 在 电 视 节 目 中 宣 布 ： 老 鼠 食 用 了转 基 因 马 铃 薯 后 ， 肾 、 脾 和 消 化 道 都 出 现 了 损 伤 ， 体 重 和 器 官 重量 减 轻 ， 免 疫 系 统 遭 到 破 坏 。 安 全 吗 ? 转 基 因 植 物 的 安 全 性 争 论 支 持 派 认 为 ： 如 果 转 基 因 农 业 生 物 技 术 得不 到 社 会 支 持 ， 这 一 研 究 将 被 扼 杀 ， 并 且强 调 ， 迄 今 为 止 并 没 有 发 现 转 基 因 食 品 危害 人 体 健 康 和 环 境 的 确 切 证 据 。 反 对 派 的 观 点 一 英 国 科 学 家 声 称 ， 转 基 因 马 铃 薯 会 减 弱 老 鼠 免 疫系 统 功 能 ； 美 国 康 乃 尔 大 学 也 发 现 ， 转 基 因 玉 米 会 危 害 蝴 蝶 幼虫 及 其 相 关 生 态 环 境 。 环 保 团 体 认 为 这 种 违 反 自 然 的 转 基 因 作 物 及 产 品 ，未 经 长 期 安 全 测 试 ， 长 期 食 用 可 能 对 人 类 及 生 态 环境 造 成 负 面 影 响 。 我 国 态 度 十 分 重 视 基 因 工 程 的 安 全 性 问 题 ， 对农 业 转 基 因 生 物 的 研 究 和 试 验 、 生 产和 加 工 、 经 营 和 进 口 作 了 具 体 规 定 。 1.基 因 工 程 的 概 念2.基 因 工 程 操 作 的 基 本 工 具3.基 因 操 作 的 基 本 步 骤 要 使 目 的 基 因 与 对 应 的 载 体 重 组 ， 所 需 的 工 具 酶 是 限 制 酶 连 接 酶 解 旋 酶 还 原 酶 2.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 . 3.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 ACB 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 （ 磷 酸 二 酯 键 ）D.A、 B、 C都 对 C 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 CTGCA G GCTTAA GACGTC AATTC GA. ； B. ； C. ； D.以 上 都 不 对A ba(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 4.基 因 工 程 技 术 在 培 育 抗 旱 植 物 用 于 发 展 沙 漠 农业 和 改 造 沙 漠 方 面 显 示 了 良 好 的 前 景 ,荷 兰 一 家 公司 将 大 肠 杆 菌 中 的 海 藻 糖 合 成 酶 基 因 导 入 植 物 (如甜 菜 、 马 铃 薯 等 )中 并 获 得 有 效 表 达 ， 使 “ 工 程 植物 ” 增 强 了 耐 旱 性 、 耐 寒 性 的 基 本 操 作 步 骤 是 ： （ 2） 基 因 表 达 的 含 义 是 ： （ 3） 写 出 酶 基 因 工 程 在 植 物 体 内 的 表 达 过 程 ： （ 4） 基 因 工 程 操 作 中 的 工 具 是 ： 海 藻 糖 合 成 酶 基 因 的 获 取 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 表 达 和 检 测基 因 通 过 转 录 、 翻 译 合 成 蛋 白 质 ， 体现 出 相 应 的 性 状酶 基 因 mRNA 海 藻 糖 合 成 酶转 录 翻 译 要 使 目 的 基 因 与 对 应 的 载 体 重 组 ， 所 需 的 两 种 酶 是 ( ) 限 制 酶 DNA连 接 酶 解 旋 酶 还 原 酶 2.基 因 工 程 的 正 确 操 作 步 骤 是 （ ） 使 目 的 基 因 与 运 载 体 结 合 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞 检 测 目 的 基 因 的 表 达 是 否 符 合 特 定 性 状 要 求 提 取 目 的 基 因 3.实 施 基 因 工 程 的 第 一 步 的 一 种 方 法 是 把 所 需 的 基 因从 供 体 细 胞 内 分 离 出 来 ， 这 要 利 用 限 制 性 内 切 酶 。 一种 限 制 性 内 切 酶 能 识 别 分 子 的 顺序 ， 切 点 在 和 之 间 ， 这 是 利 用 了 酶 的 （ ） 高 效 性 专 一 性 多 样 性 催 化 活 性 易 受 外 界 影 响 采 用 基 因 工 程 的 方 法 培 育 抗 虫 棉 ， 下 列 导 入 目 的 基因 的 作 法 正 确 的 是 （ ） 将 毒 素 蛋 白 注 射 到 棉 受 精 卵 中 将 编 码 毒 素 蛋 白 的 序 列 ， 注 射 到 棉 受 精 卵 中 将 编 码 毒 素 蛋 白 的 序 列 ， 与 质 粒 重 组 ， 导 入 细 菌 ， 用 该 细 菌 感 染 棉 的 体 细 胞 ， 在 进 行 组 织 培 养 将 编 码 毒 素 蛋 白 的 序 列 ， 与 细 菌 质 粒 重 组 ，注 射 到 棉 的 子 房 并 进 入 受 精 卵 中 练 习 题例 题 1:请 写 出 下 面 各 项 培 育 方 法 ：（ 1） 通 过 花 药 离 体 培 养 再 用 秋 水 仙 素 加 倍 得 到 烟 草 新 品 种 的 方 法 是 。（ 2） 用 60Co 辐 射 谷 氨 酸 棒 状 杆 菌 ， 选 育 出 合 成 谷 氨 酸 的 新 菌 种 ， 所 用 方 法 是 。（ 3） 用 小 麦 和 黑 麦 培 育 八 倍 体 黑 小 麦 的 方 法 是 。（ 4） 将 青 椒 的 种 子 搭 载 人 造 卫 星 ， 在 太 空 中 飞 行 数 周 后 返 回 地 面 ， 获 得 了 果 大 、 肉 厚 和维 生 素 含 量 高 的 青 椒 新 品 种 ， 这 种 育 种 原 理 本 质 上 属 于 。（ 5） 用 抗 倒 伏 、 不 抗 锈 病 和 不 抗 倒 伏 、 抗 锈 病 的 两 个 小 麦 品 种 ， 培 育 出 抗 倒 伏 、 抗 锈 病的 品 种 ， 所 用 方 法 是 。（ 6） 用 秋 水 仙 素 或 硫 酸 二 乙 酯 处 理 蕃 茄 、 水 稻 种 子 ， 获 得 成 熟 期 早 、 蛋 白 质 含 量 高 的 品 系 ， 这 种 方 法 是 。（ 7） 将 白 菜 与 甘 蓝 的 体 细 胞 用 酶 处 理 ， 再 用 聚 乙 二 醇 使 其 融 合 ， 通 过 组 织 培 养 获 得 新 的植 物 品 种 。 这 种 方 法 是 。（ 8） 将 苏 云 金 芽 孢 杆 菌 的 抗 虫 基 因 导 入 棉 花 受 精 卵 中 ， 培 育 出 抗 虫 棉 的 方 法 是 。（ 9） 生 产 “ 人 工 种 子 ” 采 用 的 方 法 是 。 单 倍 体 育 种 诱 变 育 种 多 倍 体 育 种 诱 变 育 种 杂 交 育 种 多 倍 体 育 种 植 物 体 细 胞 杂 交 育 种 转 基 因 育 种 植 物 组 织 培 养
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