基因工程及其应用一
基因工程技术及其应用
基因工程技术及其应用随着科技的不断进步和发展，人们对于生命科学的研究和探索也日益深入。
其中，基因工程技术作为一种生物技术的代表，将基因的轮廓调整和优化变成了可能。
它不仅在医学领域发挥了重要作用，还为人类社会的发展提供了新的契机。
本文将从基因工程技术的基本概念、研究发展现状、应用前景以及影响等方面进行分析探讨。
一、基因工程技术的基本概念基因工程技术是指通过对生物基因的分离、克隆和重组，对基因进行改造和操作以达到人为设计和控制的目的的一种技术手段。
其主要功能是将生物基因转移到其他生物体中，从而实现对生物功能的精准调控和改良。
基因工程技术包含的操作包括：基因克隆、转化、筛选、鉴定及表达等环节。
其中，基因克隆是通过PCR技术或者贡献基因文库，将寻找到的基因扩增或者分离出来，起到建立基础的功能单体的作用。
转化是将基因转移到宿主细胞中，筛选是通过多种技术手段从中寻找出具有理想表达性状的细胞。
二、基因工程技术的研究发展现状基因工程技术的研究历程可追溯到20世纪70年代初期，当时科学家们已经开始使用基因工程技术制备合成蛋白等生物大分子，并用此方法培育了许多新品种的植物和动物。
后来，随着研究的不断深入和技术手段的不断完善，基因工程技术已经成为现代生命科学领域中不可或缺的重要工具。
在过去的三十年里，随着世界各国在生命科学领域的不断探索和研究，基因工程技术也得到了更加广泛的应用。
目前，基因工程技术在生产、农业、医学以及环保等多个领域均取得了显著的成果。
例如，在农业早期，基因工程技术已被应用于进行植物基因的精准改良。
同时，在生产和医学方面，基因工程技术也在不断的发展。
比如说，研究人员利用基因工程技术成功地制备了大量的重组蛋白，如人干扰素、生长激素、血小板刺激因子等，这些蛋白已广泛用于医学临床治疗，对人类健康发挥了十分重要的作用。
三、基因工程技术的应用前景随着科学技术的不断进步，基因工程技术在医学、生物工程、灾害响应等领域的应用将愈加广泛。
基因工程及其在医学上的应用
基因工程及其在医学上的应用随着现代科技的不断发展，基因工程技术的应用在医学领域中显得愈加重要。
基因工程技术被广泛应用于生物医学研究、医学诊断、慢性病治疗、基因治疗等领域。
本文将围绕基因工程技术的概念，介绍其在医学上的应用以及未来展望。
一、基因工程技术的概念基因工程技术是一种通过改变生命体内的基因序列来实现目标的技术。
其核心技术是基因重组，也就是将不同的基因重组到一起形成新的生物体。
基因重组技术的出现，为科学家和医生提供了一种强有力的手段，可以通过人工方法创造、改变和重组基因序列以实现目标，用于治疗人类疾病、改善人类生存环境等。
二、基因工程技术在医学上的应用1.生物医学研究基因工程技术在生物医学研究领域中应用非常广泛，主要通过精准地研究基因的表达和功能，为疾病的防治提供重要的科学依据。
例如，利用基因工程技术也可制备、筛选特定的基因诊断工具，而在癌症、遗传病、免疫障碍等领域以及疫苗研制等方面都有广泛的应用。
2.医学诊断基因工程技术在医学诊断方面也展现了强大的能力。
利用基因工程技术可以开发出一些比传统方法更有效的诊断技术，这些新技术具有更快速、更准确和替代性强等特点。
例如，利用基因工程相关的技术，可以制备出可以检测出肿瘤特异性抗原（TSA）的检测工具，包括肿瘤标志物（tumor markers）、遗传偏差、遗传突变等工具，大大提高了肿瘤诊断的精确度和准确度。
3.慢性病治疗基因工程技术在对慢性病的研究和治疗方面也发挥了重要的作用。
例如，通过克隆和改变特定基因，可以生产出一系列的人工血液和人工神经等生物素，同时还可以用多克隆技术制备出特异性强的免疫药物和肿瘤免疫疫苗。
在糖尿病、白血病、艾滋病等疾病的治疗研究中，基因工程技术可以实现人工制造特定基因以及生产出识别病毒、细菌等病原体的针对性免疫药物。
4.基因治疗基因工程技术的另一个重要应用是基因治疗。
随着近年来对基因工程技术的深入研究和不断发展，基因治疗被视为一种新型治疗方法。
高中高一生物教案：基因工程及其应用
高中高一生物教案：基因工程及其应用一、教学目标1.理解基因工程的概念、原理及其在各个领域的应用。
2.掌握基因工程的基本操作步骤。
3.培养学生的实验操作能力和创新思维。
二、教学重点与难点1.教学重点：基因工程的概念、原理、操作步骤及其应用。
2.教学难点：基因工程的操作步骤及其实际应用。
三、教学过程第一课时一、导入新课1.利用多媒体展示基因工程在生物技术领域的应用实例，如转基因食品、基因治疗等，激发学生兴趣。
2.提问：同学们，你们知道什么是基因工程吗？它有哪些应用？二、探究新知1.讲解基因工程的概念：基因工程是指按照人们的意愿，通过分子生物学技术对生物体的基因进行重组和改造，使其具有新的性状或功能。
2.讲解基因工程的原理：基因工程利用DNA重组技术，将目的基因插入到载体中，然后将其转化到受体细胞中，使受体细胞具有新的性状或功能。
3.讲解基因工程的操作步骤：（1）目的基因的获取：从基因库中筛选或利用PCR技术扩增目的基因。
（2）载体的选择与制备：选择适合的载体，如质粒、噬菌体等，并将其制备成感受态细胞。
（3）基因重组：将目的基因与载体连接，形成重组DNA。
（4）转化：将重组DNA导入受体细胞。
（5）筛选与鉴定：检测转化后的细胞是否具有新的性状或功能。
4.讲解基因工程的应用：（1）农业：转基因作物、抗病抗虫植物等。
（2）医药：基因治疗、生产生物药物等。
（3）环境保护：生物降解污染物、生产生物农药等。
（4）其他领域：生物制药、生物能源等。
三、课堂小结2.提问：同学们，你们能用自己的语言概括一下基因工程的应用领域吗？第二课时一、复习导入1.复习上节课的学习内容，提问：什么是基因工程？它有哪些应用？二、实验操作1.分组讨论：如何进行基因工程实验？2.学生展示实验方案，教师点评并给出建议。
3.学生进行实验操作，教师指导。
三、课堂小结2.提问：同学们，你们在实验过程中遇到了哪些问题？是如何解决的？四、课后作业1.根据教材内容，完成课后练习题。
植物学中的基因工程及其应用
植物学中的基因工程及其应用随着现代科技的飞速发展，生命科学领域也不断涌现出新的成果。
在生物技术领域中，基因工程技术成为了一个热门话题。
植物学作为生命科学的重要分支，也开始应用基因工程技术，为人类社会作出了很大的贡献。
一、基因工程技术的发展历程基因工程即利用现代生物技术手段对生物体的基因进行人工改造以改变其表现、结构与性质的技术。
在基因工程发展的历程中，以细菌为研究对象进行基因操作开创了这个领域的新时代。
最早的基因修饰技术是基于转染的方法，这种方法只适用于单细胞生物。
1983年，由Caulobacter crescentus基因构建的第一个高复杂度重组DNA分子，标志着真正意义上基因工程技术的诞生。
二、基因工程在植物学上的应用2.1转基因植物的生产转基因植物的构建与相关应用的初衷在于提高农作物的品质、抗性、产量等，从而使食品更加安全、健康。
以达到对人类生活的积极影响。
比较典型的转基因植物有抗虫及增长激素、草甘膦耐药、耐盐、节水和病毒抗性。
最近，市场上出现的某些转基因玉米和大豆其表现出强烈的消费者反感，是一个另一面的故事。
另外，利用基因工程技术来开发新型植物药的研究也在逐渐普及。
2.2基因工程技术在植物病原体控制中的应用作为一个极其重要的农业领域，农业防病治病问题以往只能通过抗生素、农药等传统手段来控制病害的发生，而这些方法难以保证对环境、生物重要性的体现。
随着越来越多沃莱蒂的推出，一些良性在线病原体可以用于研究，通过利用基因工程技术对植物表现出具有免疫调节的能力，从而抵制病原体，出现了一个崭新的被动防控体系，而此关实验也正常逐渐普及到农田上。
2.3基因工程技术在植物种质资源保护、利用和研究中的应用最近，基因工程技术应用到植物种质资源的保护和利用中，建立完备的生物技术综合技术体系，使得植物遗传资源得到更好地保护和利用，对于植物资源卫生与质量的提高有明显促进作用。
三、基因工程技术在植物学中面临的挑战和未来发展3.1面临的挑战目前，基因工程技术在植物学中仍面临一些挑战。
第2节 基因工程及其应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P103
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
三、基因工程的操作步骤
4：目的基因的检测与鉴定
P103
分子水平检测 ：DNA分子杂交；mRNA分子杂交 ；抗原-抗体杂交 个体水平鉴定：抗虫或抗病的接种试验
转基因食品
安全吗?
P105
转基因植物的安全性争论
P105
• 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
P105
• 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。
标记基 因，便 于进行 检测。
作为运载体必须具备哪些条件？
（1）一个或多个限制酶的切割位点（以便目的基因的插入）
P103
（2）具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而 同步复制（以便目的基因的复制保留）。 （3） 带有标记基因（鉴别受体细胞中是否含有目的基因） （4） 安全（不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞 中去） （5）分子大小适合（以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作） 实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后 才能用于基因工程操作
制酶） 专一性： 一种限制酶只能
→ 并在特定的切点上切割DNA →
第2节 基因工程及其应用
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。
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 。
↓
G
限制酶
A A T T
C G
C
T T A A
↓
二、基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶(限制 酶)
↓
G C
限制酶
A A T T C
↓
T T A A
G
二、基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶(限制酶)
↓ 限制酶
G C T T A A A A T T C G
A A T T C G
二、基因工程的基本工具
(2)基因的针线：DNA连接酶
G C T T A A A A T T C G
二、基因工程的基本工具
(2)基因的针线：DNA连接酶 A A T T C T T A A G
G C
二、基因工程的基本工具
(2)基因的针线：DNA连接酶
G A A T T C C T T A A G
↓
二、基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶(限制酶)
黏性末端
G C T T A A
黏性末端
A A T T C G
二、基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶(限制酶)
特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 ②作用特点： ③结果： ④举例： 产生黏性未端（碱基相同且互补配对）。 大肠杆菌的一种ECORI限制酶识别GAATTC序列， 并在G和A之间切开）。 黏性末端
6.2 基因工程及其应用
能生产胰岛素的大肠杆菌
转基因超级小鼠
荧光小猪
导入人基因的小鼠(长出人的耳朵)——器官移植
荧光小鱼
个头特别大的转基因鲤鱼
日 本 生 产 的 转 基 因 方 形 西 瓜
日本转基因蓝色玫瑰
未来会不会出现这样的香蕉？
一、基因工程的概念——分子水平改变生物
标准概念——在生物体外，通过对DNA分子进行人工 “切割”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新 组合，然后导入受体细胞内，使重组基因在受体细胞 内表达，产生出人类所需要的产物。 基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 通俗概念——按照人们的意愿，把一种生物的个别基 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。
富含赖氨酸的转基因玉米
（二）动物基因工程——提高动物生长速度
转生长激素 基因鲤鱼
（二）动物基因工程——生产药物
转有人α-抗胰蛋白酶 基因的转基因羊
（三）基因工程药物
我国生产的部分基因工程药物
（三）基因工程药物
以候云德院士(右)为首的研究 人员，成功地研制出我国第一 个基因工程药物——干扰素
干扰素的生产车间
（四）基因治疗
我国研究人员正在制备用 于治疗的基因工程细胞
为病人注射基因工程细胞
六、转基因生物和转基因食品的安全性
目前，转基因生物和转基因食品的安全性还 没有证实，国际上对于转基因食品的管理主要有 两种态度，即欧洲国家的严格管理的态度和美国 相对宽松的态度。
三、基因操作的基本步骤
细菌 取出质粒 用相同的限制酶切出黏性末端 供体细胞 取出DNA分子 用限制酶切取目的基因
将目的基因插入质粒切口 用DNA连接酶将目的基因与质粒相连 基因工程的 将重组DNA分子导入受体细胞 遗传学原理： 基因重组 重组DNA分子增殖、表达 检测目的基因产物
医学中的基因工程及其应用
医学中的基因工程及其应用基因工程是指利用生物技术手段，对生物体的基因进行修改、操作和调控的过程。
近年来，随着生物技术的不断进步和发展，基因工程技术在医学领域中的应用也越来越广泛。
本文将探讨基因工程在医学中的应用，包括基因治疗、基因诊断以及生物药物的生产等方面。
一、基因治疗基因治疗是指通过将正常的基因导入病患体内，从而达到治疗疾病的目的。
比如，某些疾病是由于基因突变所导致，这时候科学家可以通过基因编辑技术来修复这些基因，从而治愈患病的人。
目前，该技术已经应用于多种疾病的治疗中。
例如，基因治疗在癌症的治疗中应用得较为广泛。
科学家们利用基因编辑技术，将治疗相关的基因导入人体，然后通过体内产生的蛋白质与癌细胞进行作用，达到治疗癌症的目的。
此外，基因治疗还可以用于治疗其他一些疾病，如先天性遗传病、免疫缺陷病等。
二、基因诊断基因诊断是指通过检测个体的基因信息，进而进行疾病的预测、诊断、鉴定和治疗的手段。
随着基因测序技术的发展，基因诊断正逐渐成为一种主流的医学诊断手段。
目前，基因诊断在肿瘤、心血管疾病、遗传病等多种疾病的诊断中得到了广泛的应用。
对于肿瘤的诊断而言，基因诊断可以通过检测病人的DNA或RNA得到其具体的肿瘤类型，然后进一步做出更为精确的治疗方案。
同时，基因诊断技术还可以预测肿瘤的发生、转移及复发的风险等。
对于遗传病而言，基因诊断可以辅助医生进行疾病的早期预测和诊断，使患者通过早期知晓疾病早期进行针对性的治疗。
这对于患者及其家族人员，尤其是在家族中具有遗传基础的人群，是非常重要和有益的。
三、生物药物的生产生物药物是指利用生物技术手段生产出来的药物，因为其具有较高的特异性和生物活性，逐渐成为临床医学的重要药物。
基因工程技术在生物药物的生产过程中发挥着至关重要的作用。
通过基因编辑技术将人体需要的蛋白质基因插入到大肠杆菌、酵母等微生物体内，实现对蛋白质的大规模生产。
这种基因工程技术被称为“蛋白质表达系统”。
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现在普遍认为，一种多肽就有一种相对应的基因。因此,基因的转移或重组可以根据其表达产物多肽的性质来检查。
(7）基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代
经重组的基因一般来说是能传代的，可以获得相对稳定的转基因生物。
二、基因工程的研究内容-----基础研究
基因工程问世以来,科技工作者始终十分重视基础研究，包括构建一系列克隆载操作方法等，各方面取得了丰硕的研究成果，使基因工程技术不断趋向成熟。
1、基因工程克隆载体的研究
基因工程的发展是与克隆载体构建密切相关的,由于最早构建和发展了用于原核生物的克隆载体，所以以原核生物为对象的基因工程研究首先得以迅速发展。Ti质粒的发现以及成功地构建了Ti质粒衍生的克隆载体后，植物基因工程研究随之就迅速发展起来。动物病毒克隆载体的构建成功,使动物基因工程研究也有一定的进展。可以认为构建克隆载体是基因工程技术路线中的核心环节。至今已构建了数以千计的克隆载体。但是构建新的克隆载体仍是今后研究的重要内容之一。尤其是适合用于高等动植物转基因的表达载体和定位整合载体还须大力发展。
酵母菌是十分简单的单细胞真核生物，具有与原核生物很多相似的性状。酵母菌营异养生长，便于工业化发酵；基因组相对较小,有的株系还含有质粒，便于基因操作。因此酵母菌是较早被用作基因工程受体的真核生物。有人把酵母菌同大肠杆菌一起看作是第一代基因工程受体系统。酵母菌不仅是外源基因（尤其是真核基因）表达的受体，建立了一系列工程菌株，而且被用于研究外源基因表达的受体系统。
2、基因工程受体系统的研究
基因工程的受体与载体是一个系统的两个方面。前者是克隆载体的宿主，是外源目的基因表达的场所。受体可以是单个细胞,也可以是组织、器官、甚至是个体。用作基因工程的受体可分为两类,即原核生物和真核生物。
原核生物大肠杆菌是早期被采用的最好受体系统，应用技术成熟,几乎是现有一切克隆载体的开发了一批已投入市场的基因工程产品。蓝细菌(蓝藻)是进行植物型光合作用的原核生物,兼具植物自养生长和原核生物遗传背景简单的特性，便于基因操作和利用光能进行无机培养。因此,近年来蓝细菌开始被用作廉价高效表达外源目的基因的受体系统。
（４）基因是可切割的
基因直线排列在ＤNＡ分子上。除少数基因重叠排列外，大多数基因彼此之间存在着间隔序列。因此,作为DＮA分子上一个特定核苷酸序列的基因,允许从DNA分子上一个一个完整地切割下来。即使是重叠排列的基因,也可以把指定的基因切割下来,尽管破坏了其他基因。
(5）基因是可以转移的
基因不仅是可以切割下来的，而且发现生物体内有的基因可以在染色体DＮA上移动，甚至可以在不同染色体间进行跳跃,插入到靶DNA分子之中。由此表明基因不仅是可转移的。
虽然某些病毒的基因定位在ＲNA上，但是这些病毒的ＲNA仍可以通过反转录产生。DNA并不影响不同基因的重组或互换。
A：肺炎双球菌转化实验
194４年美国微生物学家Ａvｅrｙ,通过细菌（肺炎链球菌）转化（有毒与无毒）研究确定了基因的分子载体是DNA，而不是蛋白质。
B：噬菌体转染实验
１952年Ａlｆred Hershy和Marｓha Chａsｅ用标记物的噬菌体（P３２和S3５)感染大肠杆菌，发现只有Ｐ32标记的DNA注入寄主细胞才能繁殖下一代进一步证明遗传物质是DNA。
基因工程的操作步骤是:、目的基因与运载体结合，目的基因导入受体细胞、目的基因的和。
二、基因工程的原理、操作对象各是什么?
三、限制性内切酶的分布、特点、作用部位和作用结果如何？
四、作为基因的运载体,需具备哪些条件？
五、ＤNＡ连接酶的作用对象、位置和结果如何?
六、基因工程的优点是什么?
七、基因重组与基因工程比较
比较项目
基因重组
基因工程
不同点
重组
方式
繁殖
方式
变异
大小
相同点
拓展延申
基因工程技术
一、基因工程诞生的理论依据
（１) DＮBiblioteka 是遗传物质不同基因具有相同的物质基础。地球上的一切生物,从细菌到高等动物和植物,直至人类,它们的基因都是一个具有遗传功能的特定核苷酸序列的DNA片段。而所有生物的ＤNA的基本结构都是一样的。因此,不同生物的基因(DＮＡ片段)原则上是可以重组互换的。
（2）DNＡ双螺旋结构
19５３年ＪamｅｓＤ.Ｗatson和FrancｉsＨ. C．Ｃｒicｋ揭示了DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机制。
(3）中心法则和遗传密码
遗传密码是通用的。一系列三联密码子（除极少数的几个以外)同氨基酸之间的对应关系,在所有生物中都是相同的。也就是说遗传密码是通用的，重组的DNA分子不管导人什么样的生物细胞中，只要具备转录翻译的条件,均能转译出原样的氨基酸。即使人工合成的DNA分子(基因）同样可以转录翻译出相应的氨基酸。现在，基因是可以人工会成的。
一、基因工程的原理
基因工程又叫做或。通俗地说，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,然后放到另一种生物细胞里,地改造生物的遗传性状。基因工程是在DNA上进行的水平的设计施工,基因的剪刀是指,简称限制酶。其作用特点是一种限制酶只能识别一种序列。基因的针线是指。目前常用的运载体有、和等。质粒存在于许多以及等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的小型分子。
.---基因工程及其应用(一)
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ﻩ
第2节基因工程及其应用(第1课时)
知识链接及考试地位
本知识与“DNA分子的结构与复制”、“基因突变和基因重组”、“DNA重组技术的基本工具”、“基因工程的基本操作程序”等内容相联系，考试过程中常设计基因工程的原理、基本工具等基础知识，多以个别填空或选择题的形式呈现。
知识回顾
1、DＮA分子的结构特点是什么？
2、什么是基因重组?
学习目标
1、简述基因工程的诞生。
2、简述基因工程的原理及技术。要明确基因工程操作的基本步骤和最基本的工具。
重难点
1．教学重点
基因工程的基本原理。
2.教学难点
基因工程的基本原理
新知探究
传统育种的方法一般只能在生物中进行,很难将一种生物的优良性状移植到生物身上。基因工程的出现使人类有可能按照自己的意愿地改变生物,培育出。