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1、基 因 工 程及 其 應 用第 3節(jié) 轉(zhuǎn) 基 因 的 番茄 轉(zhuǎn) 基 因 鮭魚高 產(chǎn) 、 穩(wěn) 產(chǎn) 和具 有 優(yōu) 良 品 質(zhì)的 農(nóng) 作 物 和 具有 抗 逆 性 的 作物 新 品 種 . 抗 蟲 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 ?閱 讀 教 材 P102103， 思 考 以 下 問 題 ： 基 因 工 程 ： 又 叫 做 基 因 拼 接 技 術 或 DNA重 組 技 術 。通 俗 的 說 ， 就 是 按 照 人 們 的 意 愿 ， 把 一 種 生 物 的 某種 基 因

2、提 取 出 來 ， 加 以 修 飾 改 造 ， 然 后 放 到 另 一 種生 物 的 細 胞 里 ， 定 向 地 改 造 生 物 的 遺 傳 性 狀 。原 理 ：操 作 水 平 ：結(jié) 果 ： 基 因 重 組DNA分 子 水 平定 向 地 改 造 生 物 的 遺 傳 性 狀 ，獲 得 人 類 所 需 要 的 品 種 。 基 因 的 “ 剪 刀 ” 基 因 的 “ 針 線 ” 基 因 的 運 載 體 二 、 基 因 操 作 的 工 具1.基 因 的 “ 剪 刀 ” 限 制 性 內(nèi) 切 酶 （ 限 制 酶 ） 功 能 特 點 ： 一 種 限 制 酶 只 能 識 別 一 種 特 定 的核 苷 酸 序

3、列 ， 并 在 特 定 的 切 點 上 切 割 DNA分 子 。專 一 性 如 :EcoRI限 制 酶 限 制 性 內(nèi) 切 酶 （ EcoR ） 作 用 過程 CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG練 習 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 開 的 DNA兩 條 單 鏈 的 切 口帶 有 幾 個 伸 出 的 核 苷

4、 酸 ，它 們 之 間 正 好 互 補 配 對 ，這 樣 的 切 口 叫 黏 性 末 端 。 被 同 一 種 限 制 酶 切 斷 的 幾 個 DNA是 否具 有 相 同 的 黏 性 末 端 ？思 考 : 是 基 因 的 針 線 ： DNA連 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 種 限 制 酶 切 割 、 基 因 的 針 線 DNA連 接 酶 連 接 酶 的 作 用 是 ： 將 互 補 配

5、對 的 兩 個 黏 性 末端 連 接 起 來 ， 使 之 成 為 一 個 完 整 的 DNA分 子 。 DNA連 接 酶 的 作 用 過 程 基 因 的 針 線 ： DNA連 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 種 限 制 酶 切 割 DNA連 接 酶 連 接的 是 DNA骨 架 上的 缺 口 磷 酸 二 酯鍵 ， 不 是 堿 基 間的 氫 鍵 使 用 DNA連 接 酶 制 作 重 組 D

6、NA分 子甲 片 段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙 片 段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重 組 DNA分 子GGCATCTTAAAATTCCGTAG 3、 基 因 的 運 輸 工 具 運 載 體 運 載 體 必 須 同 時 滿 足 三個 要 求 ： 具 有 一 到 多 個 限 制 酶 的 酶切 位 點 ,以 便 與 外 源 基 因 連接 ; 能 進 入 受 體 細 胞 并 在 受 體細 胞 內(nèi) 穩(wěn) 定 存 在 并 能 復 制 、表 達 ； 具 有 標 記 基 因 ,便 于 目 的基 因 的 篩 選 . 3、 基 因 的 運 輸 工 具

7、 運 載 體 常 用 的 運 載 體 ： 質(zhì) 粒 、 噬 菌 體 和動 植 物 病 毒 等標 記 基因 ， 便于 進 行檢 測 。 質(zhì) 粒 存 在 于許 多 細 菌 和 酵 母菌 等 生 物 中 ,是 細胞 染 色 體 外 能 夠自 主 復 制 的 很 小的 環(huán) 狀 DNA分 子 . 三 、 基 因 工 程 基 本 步 驟1、 獲 取 目 的 基 因 提 取 目 的 基 因 的 方 法 用 限 制 酶 切斷 成 許 多 片 段 直 接 分 離 基 因 鳥 槍 法 將 供 體 生 物 的 DNA用 限 制 酶切 割 為 許 多 片 段 ， 再 用 運 載 體 將這 些 片 段 都 運 載 到 受

8、 體 生 物 的 不同 細 胞 中 去 。 只 要 有 一 個 細 胞 獲得 了 需 要 的 目 的 基 因 并 得 以 表 達 ，基 因 工 程 就 算 成 功 了 。 該 法 最 大 的 缺 點 是 帶 有 很 大的 盲 目 性 ， 工 作 量 大 ， 成 功 率 低 。且 不 能 將 真 核 生 物 的 基 因 轉(zhuǎn) 移 到原 核 生 物 中 去 。 人 工 合 成 基 因 法DNA合 成 儀 有 兩 種 方 法 ： 逆 轉(zhuǎn) 錄 法 ： 以 信 使RNA為 模 板 ， 在 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶的 作 用 下 利 用 脫 氧 核 苷 酸合 成 DNA(基 因 )。 化 學 合 成 法 ： 根 據(jù)蛋

9、 白 質(zhì) 的 氨 基 酸 順 序 推 算出 信 使 RNA核 糖 核 苷 酸 順序 ， 再 據(jù) 此 推 算 出 基 因DNA的 脫 氧 核 苷 酸 順 序 。用 游 離 脫 氧 核 苷 酸 直 接 合成 相 應 的 基 因 。 用 與 提 取 目 的 基 因相 同 的 限 制 酶 切 割 質(zhì) 粒使 之 出 現(xiàn) 一 個 切 口 ， 將目 的 基 因 插 入 切 口 處 ，讓 目 的 基 因 的 黏 性 末 端與 切 口 上 的 黏 性 末 端 互補 配 對 后 ， 在 DNA連 接酶 的 作 用 下 連 接 形 成 重組 DNA分 子 。2、 目 的 基 因 與 運 載 體 結(jié) 合 3、 將 目

10、 的 基 因 導 入 受 體 細 胞導 入擴 增 常 用 的 受 體 細胞 ： 菌 類 和 動植 物 細 胞 4、 目 的 基 因 的 表 達 和 檢 測 大 量 的 受 體 細 胞 接 受 不 多 的 目 的 基 因 。 處 理 的 受體 細 胞 中 真 正 攝 入 了 目 的 基 因 的 很 少 ， 必 須 將 它 從 中檢 測 出 來 。 將 每 個 受 體 細 胞 單 獨 培 養(yǎng) 形 成 菌 落 ， 檢 測 菌 落 中是 否 有 目 的 基 因 的 表 達 產(chǎn) 物 。 淘 汰 無 表 達 產(chǎn) 物 的 菌 落 ，保 留 有 表 達 產(chǎn) 物 的 進 一 步 培 養(yǎng) 、 研 究 。 無 表

11、達 產(chǎn) 物 無 表 達 產(chǎn) 物 有 表 達 產(chǎn) 物 無 表 達 產(chǎn) 物 第 一 步 ： 獲 取 目 的 基 因基 因 工 程 基 本 步 驟 ：第 二 步 ： 目 的 基 因 與 運 載 體 結(jié) 合第 三 步 ： 將 目 的 基 因 導 入 受 體 細 胞第 四 步 : 目 的 基 因 的 表 達 和 檢 測 ？ 如 何 讓 大 腸 桿 菌 生 產(chǎn) 人 胰 島 素 ？ 1、 什 么 是 基 因 工 程 ? 2、 基 因 工 程 的 原 理 是 什 么 ? 細 菌 和 人 是 差 異 非 常大 的 兩 種 生 物 ,為 什 么 通 過基 因 重 組 后 ,細 菌 能 夠 合 成人 體 的 某 些

12、 蛋 白 質(zhì) 呢 ?因 為 在 基 因 水 平 上 ， 人 和 細 菌 的 遺 傳 機 制 是 一 樣 的 。細 菌 和 人 的 遺 傳 物 質(zhì) 都 是 DNA， 都 使 用 一 套 遺 傳 密碼 子 ， 遵 循 中 心 法 則 。 水 母 香 蕉 魚 （ 一 ） 、 基 因 工 程 與 作 物 育 種 1、 在 農(nóng) 作 物 生 產(chǎn) 方 面目 的 ： 培 育 出 高 產(chǎn) 、 穩(wěn) 產(chǎn) 、 抗 逆 性 的 優(yōu)良 作 物 及 新 品 種 。優(yōu) 點 ： 降 低 生 產(chǎn) 成 本 ， 減 少 農(nóng) 藥 的 使 用對 環(huán) 境 的 危 害 ， 提 高 農(nóng) 作 物 對 不 良 環(huán) 境的 適 應 能 力 。 199

13、3年 ， 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學 院 的 科 學 家 成 功 的 培 育 出了 抗 棉 鈴 蟲 的 轉(zhuǎn) 基 因 抗 蟲 棉 ， 抗 蟲 的 基 因 來 自 蘇 云 金 桿 菌 ，科 學 家 將 抗 性 基 因 導 入 作 物 ， 使 作 物 自 身 具 有 抵 御 蟲 害 的 能 力 。 （ 一 ） 、 基 因 工 程 與 作 物 育 種 2、 在 畜 牧 養(yǎng) 殖 方 面 科 學 家 利 用 基 因 工 程 的 方 法 培 育 出 了 轉(zhuǎn) 基因 奶 牛 、 超 級 綿 羊 等 多 種 轉(zhuǎn) 基 因 動 物 。生 長 快 、 肉 質(zhì) 好 的 轉(zhuǎn) 基因 魚 (中 國 ) 乳 汁 中 含 有 人 生

14、長 激 素的 轉(zhuǎn) 基 因 牛 (阿 根 廷 ) (二 ） 、 基 因 工 程 與 藥 物 研 制 我 國 生 產(chǎn) 的 部 分 基 因工 程 疫 苗 和 藥 物 許 多 藥 品 的 生 產(chǎn)是 從 生 物 組 織 中 提 取的 。 受 材 料 來 源 限 制產(chǎn) 量 有 限 ， 其 價 格 往往 十 分 昂 貴 。 微 生 物 生 長 迅 速 ， 容 易 控 制 ， 適 于 大 規(guī) 模 工業(yè) 化 生 產(chǎn) 。 若 將 生 物 合 成 相 應 藥 物 成 分 的 基 因 導入 微 生 物 細 胞 內(nèi) ， 讓 它 們 產(chǎn) 生 相 應 的 藥 物 ， 不 但能 解 決 產(chǎn) 量 問 題 ， 還 能 大 大 降

15、 低 生 產(chǎn) 成 本 。 胰 島 素 從 豬 、 牛 等 動 物 的 胰腺 中 提 取 ， 100Kg胰 腺 只 能 提 取4-5g的 胰 島 素 ， 其 產(chǎn) 量 之 低 和 價格 之 高 可 想 而 知 。 將 合 成 的 胰 島素 基 因 導 入 大 腸 桿菌 ， 每 2000L培 養(yǎng) 液就 能 產(chǎn) 生 100g胰 島素 ！ 使 其 價 格 降 低了 30%-50%!優(yōu) 點 ： 能 夠 高 效 率 地 生 產(chǎn) 出 各 種 高 質(zhì) 量 ， 低 成 本的 藥 品 。 （ 三 ） 、 環(huán) 境 保 護 基 因 工 程 做 成 的 “ 超級 細 菌 ” 能 吞 食 和 分 解 多 種 污 染 環(huán) 境

16、 的 物 質(zhì) 。 通 常 一 種 細 菌 只 能 分 解 石 油 中 的 一 種 烴 類 ， 用 基 因工 程 培 育 成 功 的 “ 超 級 細 菌 ” 卻 能 分 解 石 油 中 的 多 種 烴類 化 合 物 。 有 的 還 能 吞 食 轉(zhuǎn) 化 汞 、 鎘 等 重 金 屬 ， 分 解DDT等 毒 害 物 質(zhì) 。 1998年 ， 英 國 一 位 生 物 學 家 在 電 視 節(jié) 目 中 宣 布 ： 老 鼠 食 用 了轉(zhuǎn) 基 因 馬 鈴 薯 后 ， 腎 、 脾 和 消 化 道 都 出 現(xiàn) 了 損 傷 ， 體 重 和 器 官 重量 減 輕 ， 免 疫 系 統(tǒng) 遭 到 破 壞 。 安 全 嗎 ? 轉(zhuǎn)

17、 基 因 植 物 的 安 全 性 爭 論 支 持 派 認 為 ： 如 果 轉(zhuǎn) 基 因 農(nóng) 業(yè) 生 物 技 術 得不 到 社 會 支 持 ， 這 一 研 究 將 被 扼 殺 ， 并 且強 調(diào) ， 迄 今 為 止 并 沒 有 發(fā) 現(xiàn) 轉(zhuǎn) 基 因 食 品 危害 人 體 健 康 和 環(huán) 境 的 確 切 證 據(jù) 。 反 對 派 的 觀 點 一 英 國 科 學 家 聲 稱 ， 轉(zhuǎn) 基 因 馬 鈴 薯 會 減 弱 老 鼠 免 疫系 統(tǒng) 功 能 ； 美 國 康 乃 爾 大 學 也 發(fā) 現(xiàn) ， 轉(zhuǎn) 基 因 玉 米 會 危 害 蝴 蝶 幼蟲 及 其 相 關 生 態(tài) 環(huán) 境 。 環(huán) 保 團 體 認 為 這 種 違

18、反 自 然 的 轉(zhuǎn) 基 因 作 物 及 產(chǎn) 品 ，未 經(jīng) 長 期 安 全 測 試 ， 長 期 食 用 可 能 對 人 類 及 生 態(tài) 環(huán)境 造 成 負 面 影 響 。 我 國 態(tài) 度 十 分 重 視 基 因 工 程 的 安 全 性 問 題 ， 對農(nóng) 業(yè) 轉(zhuǎn) 基 因 生 物 的 研 究 和 試 驗 、 生 產(chǎn)和 加 工 、 經(jīng) 營 和 進 口 作 了 具 體 規(guī) 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 驟 要 使 目 的 基 因 與 對 應 的 載 體 重 組 ， 所 需 的 工 具 酶 是 限 制 酶 連 接 酶

19、解 旋 酶 還 原 酶 2.下 列 關 于 基 因 工 程 的 敘 述 中 ,正 確 的 是 :A.限 制 酶 只 用 于 提 取 目 的 基 因B.細 菌 體 內(nèi) 的 環(huán) 狀 DNA均 可 作 運 載 體C.DNA連 接 酶 可 用 于 目 的 基 因 和 運 載 體 的 連 接D.重 組 DNA分 子 一 旦 進 入 受 體 細 胞 ,基 因 工 程 則 完 成 . 3.以 下 說 法 正 確 的 是 :A.目 的 基 因 是 指 重 組 DNA B.一 種 限 制 酶 只 能 識 別 一 種 特 定 的 核 苷 酸 序 列C.DNA重 組 所 用 的 工 具 酶 是 限 制 酶 、 連

20、接 酶 和 運 載 體D.只 要 受 體 細 胞 中 含 有 目 的 基 因 ， 目 的 基 因 就 一 定 能 夠 成 功 表 達 ACB DNA連 接 酶 的 作 用 是 ：A.子 鏈 和 母 鏈 之 間 形 成 氫 鍵B.黏 性 末 端 之 間 形 成 氫 鍵C.兩 個 DNA末 端 間 的 縫 隙 連 接 （ 磷 酸 二 酯 鍵 ）D.A、 B、 C都 對 C 下 列 是 由 限 制 酶 切 割 形 成 的 DNA片 段 ， 能 用相 應 DNA連 接 酶 將 它 們 恢 復 連 接 的 組 合 是 CTGCA G GCTTAA GACGTC AATTC GA. ； B. ； C. ；

21、 D.以 上 都 不 對A ba(多 選 題 )如 圖 ,下 列 有 關 酶 功 能 的敘 述 中 ,正 確 的 是A.切 斷 a處 的 酶 為 限 制 性 內(nèi) 切 酶B.連 接 a處 的 酶 為 DNA連 接 酶C.切 斷 b處 的 酶 為 解 旋 酶D.連 接 b處 的 酶 為 RNA聚 合 酶ABC 4.基 因 工 程 技 術 在 培 育 抗 旱 植 物 用 于 發(fā) 展 沙 漠 農(nóng)業(yè) 和 改 造 沙 漠 方 面 顯 示 了 良 好 的 前 景 ,荷 蘭 一 家 公司 將 大 腸 桿 菌 中 的 海 藻 糖 合 成 酶 基 因 導 入 植 物 (如甜 菜 、 馬 鈴 薯 等 )中 并 獲

22、得 有 效 表 達 ， 使 “ 工 程 植物 ” 增 強 了 耐 旱 性 、 耐 寒 性 的 基 本 操 作 步 驟 是 ： （ 2） 基 因 表 達 的 含 義 是 ： （ 3） 寫 出 酶 基 因 工 程 在 植 物 體 內(nèi) 的 表 達 過 程 ： （ 4） 基 因 工 程 操 作 中 的 工 具 是 ： 海 藻 糖 合 成 酶 基 因 的 獲 取 目 的 基 因 與 運 載 體 結(jié) 合將 目 的 基 因 導 入 受 體 細 胞 目 的 基 因 的 表 達 和 檢 測基 因 通 過 轉(zhuǎn) 錄 、 翻 譯 合 成 蛋 白 質(zhì) ， 體現(xiàn) 出 相 應 的 性 狀酶 基 因 mRNA 海 藻 糖 合

23、 成 酶轉(zhuǎn) 錄 翻 譯 要 使 目 的 基 因 與 對 應 的 載 體 重 組 ， 所 需 的 兩 種 酶 是 ( ) 限 制 酶 DNA連 接 酶 解 旋 酶 還 原 酶 2.基 因 工 程 的 正 確 操 作 步 驟 是 （ ） 使 目 的 基 因 與 運 載 體 結(jié) 合 將 目 的 基 因 導 入 受 體 細 胞 檢 測 目 的 基 因 的 表 達 是 否 符 合 特 定 性 狀 要 求 提 取 目 的 基 因 3.實 施 基 因 工 程 的 第 一 步 的 一 種 方 法 是 把 所 需 的 基 因從 供 體 細 胞 內(nèi) 分 離 出 來 ， 這 要 利 用 限 制 性 內(nèi) 切 酶 。

24、一種 限 制 性 內(nèi) 切 酶 能 識 別 分 子 的 順序 ， 切 點 在 和 之 間 ， 這 是 利 用 了 酶 的 （ ） 高 效 性 專 一 性 多 樣 性 催 化 活 性 易 受 外 界 影 響 采 用 基 因 工 程 的 方 法 培 育 抗 蟲 棉 ， 下 列 導 入 目 的 基因 的 作 法 正 確 的 是 （ ） 將 毒 素 蛋 白 注 射 到 棉 受 精 卵 中 將 編 碼 毒 素 蛋 白 的 序 列 ， 注 射 到 棉 受 精 卵 中 將 編 碼 毒 素 蛋 白 的 序 列 ， 與 質(zhì) 粒 重 組 ， 導 入 細 菌 ， 用 該 細 菌 感 染 棉 的 體 細 胞 ， 在 進

25、 行 組 織 培 養(yǎng) 將 編 碼 毒 素 蛋 白 的 序 列 ， 與 細 菌 質(zhì) 粒 重 組 ，注 射 到 棉 的 子 房 并 進 入 受 精 卵 中 練 習 題例 題 1:請 寫 出 下 面 各 項 培 育 方 法 ：（ 1） 通 過 花 藥 離 體 培 養(yǎng) 再 用 秋 水 仙 素 加 倍 得 到 煙 草 新 品 種 的 方 法 是 。（ 2） 用 60Co 輻 射 谷 氨 酸 棒 狀 桿 菌 ， 選 育 出 合 成 谷 氨 酸 的 新 菌 種 ， 所 用 方 法 是 。（ 3） 用 小 麥 和 黑 麥 培 育 八 倍 體 黑 小 麥 的 方 法 是 。（ 4） 將 青 椒 的 種 子 搭

26、載 人 造 衛(wèi) 星 ， 在 太 空 中 飛 行 數(shù) 周 后 返 回 地 面 ， 獲 得 了 果 大 、 肉 厚 和維 生 素 含 量 高 的 青 椒 新 品 種 ， 這 種 育 種 原 理 本 質(zhì) 上 屬 于 。（ 5） 用 抗 倒 伏 、 不 抗 銹 病 和 不 抗 倒 伏 、 抗 銹 病 的 兩 個 小 麥 品 種 ， 培 育 出 抗 倒 伏 、 抗 銹 病的 品 種 ， 所 用 方 法 是 。（ 6） 用 秋 水 仙 素 或 硫 酸 二 乙 酯 處 理 蕃 茄 、 水 稻 種 子 ， 獲 得 成 熟 期 早 、 蛋 白 質(zhì) 含 量 高 的 品 系 ， 這 種 方 法 是 。（ 7） 將 白 菜 與 甘 藍 的 體 細 胞 用 酶 處 理 ， 再 用 聚 乙 二 醇 使 其 融 合 ， 通 過 組 織 培 養(yǎng) 獲 得 新 的植 物 品 種 。 這 種 方 法 是 。（ 8） 將 蘇 云 金 芽 孢 桿 菌 的 抗 蟲 基 因 導 入 棉 花 受 精 卵 中 ， 培 育 出 抗 蟲 棉 的 方 法 是 。（ 9） 生 產(chǎn) “ 人 工 種 子 ” 采 用 的 方 法 是 。 單 倍 體 育 種 誘 變 育 種 多 倍 體 育 種 誘 變 育 種 雜 交 育 種 多 倍 體 育 種 植 物 體 細 胞 雜 交 育 種 轉(zhuǎn) 基 因 育 種 植 物 組 織 培 養(yǎng)