现代生物科技讲座.ppt

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1、转萤火虫转萤火虫发光基因发光基因兔兔导入人基因具导入人基因具特殊用途的小特殊用途的小鼠鼠一一、植物基因工程硕果累累、植物基因工程硕果累累转基因工程技术主要用于转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力,以及改以及改良农作物的良农作物的品质品质和利用植物生产和利用植物生产药物药物等方面等方面.1.1.抗虫转基因植物抗虫转基因植物 我国的转基因抗虫棉就是转入了我国的转基因抗虫棉就是转入了 基因培育基因培育出来的。因为用化学农药防治害虫最大的危害是环境出来的。因为用化学农药防治害虫最大的危害是环境污染，因此可将具有杀虫活性的基因导入到农作物中。污染，因此可将具有杀虫活性的基因导入

2、到农作物中。BtBt毒蛋白毒蛋白主要杀虫基因：主要杀虫基因：BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等抗病基因：抗病基因：病毒外壳蛋白基因、病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因.抗真菌基因：抗真菌基因：几丁质酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗毒素合成基因.2.2.抗病转基因植物抗病转基因植物 引起生物生病的微生引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌物，主要有病毒、真菌和细菌等和细菌等3.3.其他抗逆转基因植物其他抗逆转基因植物抗盐碱抗盐碱抗干旱抗干旱抗涝害抗涝害抗寒抗寒抗除草剂抗除草

3、剂转基因抗除草剂玉米转基因抗除草剂玉米转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转基因植物：提高作物转基因植物：提高作物 能力，改良农作能力，改良农作物的物的 。抗逆抗逆品质品质3.3.其他抗逆转基因植物其他抗逆转基因植物不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆优点：优点：改善粮食作物的营养成改善粮食作物的营养成改善粮食作物的营养成改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白分含量，如氨基酸、蛋白分含量，如氨基酸、蛋白分含量，如氨基酸、蛋白质质质质4.4.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质紫紫 色色 番番 茄茄转生长激素基因小转生长激素基因小鼠鼠水母荧光转基因小水母荧光转基因小猪

4、猪 转基因抗乙肝西红柿转基因抗乙肝西红柿(中国中国)，虽然不能治愈，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。殖，使转入的基因稳定化。用转基因的植物生产药物用转基因的植物生产药物异想天开异想天开二、动物基因工程前景广阔二、动物基因工程前景广阔1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度例如将例如将 导入奶牛基因组，使转基导入奶牛基因组，使转基因牛分

5、泌的乳汁中乳糖的含量大大因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大 。乳糖酶基因乳糖酶基因减低减低2.2.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质方法：方法：乳腺生物反应器乳腺生物反应器注意：注意：雌性个体才能生产药物雌性个体才能生产药物3.3.用转基因的动物生产药物用转基因的动物生产药物为什么乳腺能成为基因药物最理想的表为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？达场所呢？乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。代谢反应。从乳汁中获取目的基因产物，产量高，从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯

6、，表达的蛋白质已经过充分的修饰易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。加工，具有稳定的生物活性。从乳汁中源源不断获得目的基因的产物从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。的同时，转基因动物又可无限繁殖。过程：过程：1 1、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子启动子2 2、用显微注射法导入到受精卵、用显微注射法导入到受精卵3 3、将受精卵植入母体生长发育、将受精卵植入母体生长发育4 4、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁产物：产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗凝血酶、血清白蛋

7、白、生长激素、-抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶胰岛素从猪、牛等动物的胰胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-4-5g5g的胰岛素，其产量之低和价格的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。之高可想而知。将合成的胰岛素将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，基因导入大肠杆菌，每每2000L2000L培养液就能产培养液就能产生生100g100g胰岛素！使其胰岛素！使其价格降低了价格降低了30%-50%!30%-50%!基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素从人血中提取干扰素，从人血中提取干扰素，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！通过基因工程通过基因工程

8、的方式创造了能合的方式创造了能合成人干扰素的大肠成人干扰素的大肠杆菌，每杆菌，每1Kg1Kg的培的培养液可提取养液可提取202040mg40mg干扰素干扰素人人造造血血液液及及其其生生产产基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素4.4.用转基因的动物器官作移植的供体用转基因的动物器官作移植的供体导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 图为图为20012001年年1212月底出生的月底出生的5 5只可爱的转基因只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国克隆小猪。据培育者英国PPLPPL医疗公司称，这些医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和转基因小猪将为研究和“生产生产”适用于人体移植

9、适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。手术使用的动物器官提供巨大的帮助。v原理原理v二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术v一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术v概念概念v概念概念v原理原理 v过程过程 v过程过程v意义意义为什么植物的花瓣可以培育成完整的植株呢？为什么植物的花瓣可以培育成完整的植株呢？一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术1、植物组织培养原理：细胞的全能性1 1）概念）概念:已已高度分化的细胞高度分化的细胞仍具有发育成仍具有发育成完整完整个体个体的潜能。的潜能。2 2）原因：）原因：生物体细胞含有本物种所特有的全套遗传信息生物体细胞含有本物种所特有的全套

10、遗传信息为什么植物的茎、叶、花瓣在植物体内没有能为什么植物的茎、叶、花瓣在植物体内没有能发育成完整的植株发育成完整的植株，而是分化成不同的组织器，而是分化成不同的组织器官？官？在生物体内，在特定的时间和空间条件下，细在生物体内，在特定的时间和空间条件下，细胞胞基因的选择性表达基因的选择性表达，细胞不能表现出全能性，细胞不能表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官。而是分化成为不同的组织器官。3 3）全能性表现的条件：）全能性表现的条件：植物花瓣怎样才能培育成完整的植株呢？植物花瓣怎样才能培育成完整的植株呢？离体条件离体条件 一定的营养物质一定的营养物质无菌环境无菌环境激素激素其他适宜的外界条件

11、其他适宜的外界条件脱分化脱分化 ：再分化：再分化：脱分化产生的脱分化产生的愈伤组织愈伤组织继续进行培养又可以继续进行培养又可以重新分化成根或芽等器官重新分化成根或芽等器官。让已经让已经分化分化的细胞的细胞,经过经过诱导诱导后后,失去其特有失去其特有的结构和功能而转变成的结构和功能而转变成未分化未分化细胞的过程细胞的过程.阅读课本：阅读课本：愈伤组织：愈伤组织：已经已经分化分化的细胞的细胞,经过激素经过激素诱导诱导后后，形成一种形成一种具有分生具有分生能力的能力的薄壁组织薄壁组织细胞细胞。离体的离体的植物植物器官、组织、器官、组织、细胞细胞愈愈伤伤组组织织根根芽芽胚胚状状体体植植物物体体脱分化脱

12、分化再分化再分化2 2、组织培养、组织培养的的过程过程高度分化、高度分化、失去分裂能失去分裂能力力 细胞分裂素、细胞分裂素、生长素协同调生长素协同调控控“激素杠杆激素杠杆”外植体外植体一定的营养物质一定的营养物质无菌环境无菌环境 植物组织培养植物组织培养就是在就是在 条件下，条件下，将将 ，培养在人工配制，培养在人工配制的的 上，给予适宜的培养条件，诱导其产生上，给予适宜的培养条件，诱导其产生 、，最终形成，最终形成 。3、植物组织培养的概念：无菌和人工控制无菌和人工控制离体的植物器官、组织、细胞离体的植物器官、组织、细胞培养基培养基愈伤组织愈伤组织丛芽丛芽完整的植株完整的植株拓展 查阅相关资

13、料，帮助焦农设查阅相关资料，帮助焦农设计香蕉组织培养流程？计香蕉组织培养流程？20 20世纪世纪6060年代，有的科学家提出这样一个设年代，有的科学家提出这样一个设想：让想：让番茄和马铃薯杂交番茄和马铃薯杂交，培育出一种地上结番，培育出一种地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。1 1、概念：、概念：将两个来自不同植物的将两个来自不同植物的体细胞融合体细胞融合成成一个一个杂种细胞杂种细胞，且把，且把杂种细胞培育成杂种细胞培育成新的植物体新的植物体的过程。的过程。二、植物体细胞杂交二、植物体细胞杂交2 2、意义：、意义：打破打破了不同种生物间的了不同种生物间的生殖

14、隔离限制生殖隔离限制（克服不同生物的远源杂交克服不同生物的远源杂交），大大扩），大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。展了可用于杂交的亲本组合范围。植物细胞结构图植物细胞结构图如何温如何温和和去除去除细胞壁细胞壁呢？呢？用纤维用纤维素酶和素酶和果胶酶果胶酶啊！啊！（1 1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？一起，遇到的第一个障碍是什么？流动性流动性（2 2）把原生质体的放在一起会自然）把原生质体的放在一起会自然融合融合吗？吗？物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGP

15、EG）常常用用人人工工诱诱导导方方法法 再问（3 3）如果两个来源不同的原生质体发生融合形）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？处理？植物组织培养植物组织培养3 3、原理：、原理：1）细胞膜的流动性）细胞膜的流动性2）植物细胞的全能性）植物细胞的全能性杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株植物细胞植物细胞A A植物细胞植物细胞B 原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体融合原生质体融合去壁去壁去壁去壁人工诱导人工诱导再生壁再生壁脱分化脱分化再分化再分化融合完成融合完成的标志的标志植物组织培养植物组织培养

16、4 4、流程：、流程：注意注意实例实例白白菜菜 白菜白菜 甘蓝甘蓝体细胞杂交体细胞杂交甘甘蓝蓝萝卜-白菜异想天开为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？结马铃薯？探讨 主要原因是：主要原因是：生物基因的表达生物基因的表达不是孤立的，不是孤立的，它们之间是它们之间是相互调控、相互影响相互调控、相互影响的，所以马铃的，所以马铃薯薯番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互遗传物质的表达受到相互干扰干

17、扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。地下结马铃薯就是很自然的了。材料消毒材料消毒愈伤组织愈伤组织试管苗试管苗完整植株完整植株 诱导培养基诱导培养基 分化分化培养基培养基植物组织培养植物组织培养流程图流程图移栽到大田移栽到大田2.1.2植物细胞工程的实际应用 资料资料1 1 科学家应用多倍体育种的方法，科学家应用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、含糖高、口感好等特点。含糖高、口感好等特点。但因其但因其

18、不结种子不结种子，每年必须用四倍体和每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培育二倍体西瓜杂交培育种子，不仅增加了生种子，不仅增加了生产成本，也给无籽西产成本，也给无籽西瓜的普及带来困难。瓜的普及带来困难。资料资料2 2 病毒引起的植物病害有病毒引起的植物病害有500500多种。多种。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济

19、损失。失。病毒多集中在种子、老叶等器官中病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几在分生区几乎不含病毒。乎不含病毒。资料资料3 3 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的常规繁殖中，遇到的难题是：用难题是：用分根法繁分根法繁殖速度缓慢，殖速度缓慢，不利于不利于新品种的推广新品种的推广;用种子用种子繁殖又很困难，因为繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎胚很纤弱，种子几乎没有储

20、藏营养物质，没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。在发芽过程中很容易夭折。回忆：植物组织培养的原理及过程回忆：植物组织培养的原理及过程原理：细胞的全能性原理：细胞的全能性高度分化的组织高度分化的组织（离体的植物器官、组织或细胞）（离体的植物器官、组织或细胞）脱分化（又叫去分化）脱分化（又叫去分化）愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡化、（排列疏松而无规则，高度液泡化、呈无定形状态、薄壁。）呈无定形状态、薄壁。）再分化再分化幼根或芽幼根或芽（胚状体）（胚状体）完整的植株完整的植株过程：过程：利用植物组织培养技术能利用植物组织培养技术能做哪些工作？做哪些工作？一、植物繁殖的新途径、微型

21、繁殖技术微型繁殖技术（1）概念）概念:（2）优点:繁殖速度快；繁殖速度快；“高保真高保真”高效保持优良品种的高效保持优良品种的遗传特性、无性繁殖遗传特性、无性繁殖不受自然生长季节的限制（因为在不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。具有一定人工设施的室内生产）。是快速高效实现种苗繁植是快速高效实现种苗繁植 培育优良植物品种的培育优良植物品种的植物组织培植物组织培养技术养技术，也叫，也叫快速繁殖技术快速繁殖技术。教材38页讨论1.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点

22、？特点？提示：植物提示：植物“微型微型”繁殖技术具有繁殖技术具有高效性高效性和可以和可以保持种苗的优良遗传特性保持种苗的优良遗传特性的优势。的优势。工厂化大规模育苗生产正是利用了植物工厂化大规模育苗生产正是利用了植物“微型微型”繁殖技术的这两方面优势。利用植繁殖技术的这两方面优势。利用植物物“微型微型”繁殖技术我们可以在短时间中繁殖技术我们可以在短时间中获得大量的优质种苗。获得大量的优质种苗。产业化育苗产业化育苗 生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产

23、上生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产般减产30%30%50%50%。作物脱毒材料作物脱毒材料:作物脱毒方法作物脱毒方法:结果结果:分生区（如根尖或茎尖）分生区（如根尖或茎尖）组织培养组织培养脱毒苗脱毒苗2、作物脱毒（适用于无性生殖生物适用于无性生殖生物）常规种子植物生产的不足常规种子植物生产的不足p 不少植物需要生长数年才能结出种子不少植物需要生长数年才能结出种子p 优良杂种的后代因发生性状分离而丧失优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性其优良特性p 种

24、子的生产受季节、气候和地域的限制种子的生产受季节、气候和地域的限制p制种需要占用大量土地制种需要占用大量土地自然种子胚胚 种皮种皮 胚乳胚乳结构：结构：3、神奇的人工种子人工薄膜人工薄膜（海藻酸钠）（海藻酸钠）+胚状体胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）（不定芽、顶芽、腋芽）探究：人工种子有哪些优点？优点：优点：（3）时间短，占地少）时间短，占地少（2）保留优良性状）保留优良性状（1）不受气候、季节、地域的限制。）不受气候、季节、地域的限制。养分、无机盐、有机碳源养分、无机盐、有机碳源以及以及农药、抗生素、有益农药、抗生素、有益菌菌和和植物生长调节剂植物生长调节剂等。等。教材40页讨论思考：常规选育出

25、一个可以稳定遗传的农作常规选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，一般要经过物优良品种，一般要经过56年的连续筛年的连续筛选。选。请结合已学知识寻找一条作物育种的请结合已学知识寻找一条作物育种的新途径？新途径？1、单倍体育种明显缩短了育种年限明显缩短了育种年限二、作物新品种的培育（1）、过程（2）、特点思考：在植物的组织培养过程中，由于培养在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。生突变。如何利用这些突变体培育新品种？如何利用这些突变体培育新品种？2、突变体的利

26、用突变体利用的实例突变体利用的实例:从这些产生突变的个体中可以从这些产生突变的个体中可以筛选筛选对人们对人们有用的突变体，进而培育成新品种。有用的突变体，进而培育成新品种。世界各国已经筛选出抗病、抗盐、含高蛋世界各国已经筛选出抗病、抗盐、含高蛋白，以及高产的突变体，由此而品种已经用于白，以及高产的突变体，由此而品种已经用于生产，如生产，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草草、抗除草剂的白三叶草等。等。比较：比较：单倍体育种：单倍体育种：突变体的利用：突变体的利用：植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种优点：优点：育种原理：育种原理：优点：优点：育种原理：育种原理：优点：优点：育种原理：育种原理：明显缩短育种年限明显缩短育种年限染色体变异染色体变异能够产生新性状能够产生新性状基因突变基因突变克服远缘杂交不亲和障碍克服远缘杂交不亲和障碍染色体变异染色体变异三、细胞产物的工厂化生产人参皂甙的工厂化生产人参皂甙的工厂化生产细胞产物的种类细胞产物的种类:蛋白质、脂肪、糖类、蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等药物、香料、生物碱等 红豆杉与紫杉醇红豆杉与紫杉醇怎样拯救红豆怎样拯救红豆杉并且生产大杉并且生产大量紫杉醇？量紫杉醇？讨论讨论