基因、转基因与生物工程.ppt

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　　基因、转基因与生物工程 xxx

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　　什么是基因?

　　基因是生物体内的遗传物质。 基因是一段DNA序列。 基因位于细胞核中的染色体上，呈线性排列。 有性生殖的高等生物细胞内的染色体是成对出现的，一半来自于父本，一般来自于母本。这些成对出现的染色体，互为同源染色体。 一个生物物种全部的基因组合，叫做这个物种的基因组。

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　　基因：控制性状的基本遗传单位 控制红花的基因传给下一代，下一代就开红花。

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　　基因的发现

　　1866年，奥地利学者G.J.孟德尔在长达8年的豌豆杂交实验中，发现了生物遗传的基本规律。孟德尔是第一个以字母给遗传因子等命名的人。

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　　为什么是孟德尔?

　　孟德尔不仅考察生物的整体，更着眼于生物的个别性状。 豌豆属于具有稳定品种的自花授粉植物，容易栽种，易于逐一分离计数。

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　　孟德尔发现的遭遇

　　孟德尔发现遗传分离规律后，未能引起当时学术界的重视，一直被埋没了35年之久!直到孟德尔逝世16年后，豌豆实验论文正式出版后34年，他从事豌豆试验后43年后的1900年，他的学说才重新引起重视，从此，遗传学进入了孟德尔时代。

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　　孟德尔的贡献

　　孟德尔出身于贫寒农家，为了摆脱饥寒交迫的生活，他不得不违心进入修道院，成为一名修道士。孟德尔作为遗传学杰出的奠基人。他揭示出遗传学的两个基本定律——基因的分离规律和基因的自由组合定律。

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　　基因名称的由来

　　1909年丹麦学者W.L.约翰森提出了基因这一名词，用它来指任何一种生物中控制任何性状而其遗传规律又符合于孟德尔定律的遗传因子，并且提出基因型和表现型两个术语，前者是一个生物的基因成分，后者是这些基因所表现的性状。

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　　基因的突变

　　1910年美国遗传学家兼胚胎学家T.H.摩尔根在果蝇中发现白色复眼突变型，发现基因可以产生突变。

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　　基因的交换

　　1911年摩尔根在对果蝇的研究中发现，位于同一染色体上的两个基因可以通过染色体交换，而从同一条染色体上分离开来，转移到另一条同源染色体上。基因的交换是自然界普遍存在的遗传现象。

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　　基因的载体染色体

　　摩尔通过对果蝇的研究，认识到基因存在于染色体上，并且在染色体上是呈线性排列的。他还认为，一个基因是一个功能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。

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　　基因的化学本质

　　1928年，弗雷德里克?格里菲斯在实验中发现，平滑型的肺炎球菌，能转变成为粗糙型的同种细菌。 1944年 埃弗里等证实肺炎双球菌的转化因子是DNA，首次用实验证明了基因是由DNA构成。 1953年，阿弗雷德?赫希与玛莎?蔡斯在实验中发现，DNA是T2噬菌体的遗传物质，从而确认了DNA的遗传功能，

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　　DNA是什么?

　　DNA是一类生物大分子，全称叫做脱氧核糖核酸。这种生物大分子的组成成分是4种主要的脱氧核苷酸，腺苷酸、胸腺嘧啶、鸟苷酸、胞嘧啶组成。它们的简称分别依次是A、T、G、C。这四个字母所代表的核苷酸按照不同的顺序排列，组成一段DNA链，就可以代表不同的遗传信息。它们的组成和排列不同，显示的生物功能也不同，如编码功能、复制和转录的调控功能等。此外，它们的排列方式还意味着不同的氨基酸组成和结构信息，从而组成不同的蛋白质。

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　　DNA的发现

　　弗雷德里希?米歇尔是一名瑞士医生，1869年，他从废弃绷带里所残留的脓液中，发现一些只有在显微镜下可观察到的物质。由于这些物质位于细胞核中，因此米歇尔称之为“核素”。米歇尔是第一位发现DNA的人。 1919年，菲巴斯?利文进一步辨识出组成DNA的碱基、糖类以及磷酸核苷酸单元，他认为DNA可能是许多核苷酸经由磷酸基团的联结，而串联在一起。 1937年，威廉?阿斯特伯里完成了第一张X光绕射图，阐明了DNA结构的规律性。

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　　双螺旋模型的发现

　　1952年，奥地利裔美国生物化学家查伽夫测定了DNA中4种碱基的含量，发现其中腺膘呤与胸腺嘧啶的数量相等，鸟膘呤与胞嘧啶的数量相等。 1953年，当时在卡文迪许实验室的詹姆斯·沃森与佛朗西斯·克里克，依据伦敦国王学院的罗莎琳·富兰克林所拍摄的X光绕射图及上述4种碱基数量两两对应的关系，提出了最早的DNA结构精确模型，即著名的双螺旋模型。

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　　双螺旋模型

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　　基因、染色体、DNA以及脱氧核糖核酸的关系

　　基因是具有遗传效应的DNA片断。 每条染色体只含有1~2个DNA分子。 每个DNA分子上有多个基因。 每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。

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　　基因的两个特点

　　忠实地复制自己 能够产生突变

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　　进化的光芒

　　基因的忠实地复制自己为保持物种的延续性和稳定性奠定了基础，而突变则为自然选择提供了原始材料。 一般说来，大部分的基因突变都是有害的，甚至是致命的，但是一些突变则是有益的，能够增加生物对自然界的适应性，使其较其他个体存活率更高，繁殖率更高，这样的有益的基因突变一代代累积固化在基因组里，逐步形成了新的物种，书写着生物进化的壮丽史诗。

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　　生物工程技术是什么?

　　生物工程是以现代生命科学的理论和方法为基础，利用分子生物学技术等现代生物技术，在基因等生物大分子水平上水平对生物体进行遗传改良或利用生物体系生产产品的科学技术手段。主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四个领域。

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　　转基因技术是什么?

　　利用DNA重组技术，将外源基因转移到受体生物中，使之产生定向的、稳定遗传的改变，即获得新的性状。 “遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体”(Genetically modified organism，简称GMO)。

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　　为什么可以让基因转移?

　　1969年J.夏皮罗等从大肠杆菌中分离到乳糖操纵子，并且使它在离体条件下进行转录，证实了一个基因可以离开染色体而独立地发挥作用。 随着生物技术的发展，对基因的认识又有了新的进展，发现了重叠的基因、断裂的基因和可以移动位置的基因。

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　　为什么要发展转基因技术

　　地球人口增长，衣食住行等各种生存需求高速增长。 受环境保护和生态平衡的限制，人类不能无限制地在地球上毁林开荒，围海、围湖造田。 地球上可耕作土地面积数量的有限性，决定了人类只能寻求对传统农业技术的突破，不断提升粮食产量。 农业生产中能源、水资源的巨大消耗，决定了传统农业发展必然是不可持续的。 化肥、农药对于自然水体、土壤的污染，将会对人类的生存环境造成毁灭性的破坏。

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　　转基因技术可能带来的产业突破

　　农业生物技术不仅能在解决“三农”问题，实现传统农业向现代农业的跨越中发挥重大作用，而且将成为解决21世纪食物安全、人民健康、环境保护、能源短缺等重大社会与经济问题的有效手段。未来转基因技术将可能在能源、医药、环境保护、食品等多个产业领域获得巨大的突破。

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　　转基因技术在农业中的应用

　　农业生物技术是指运用基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程以及分子育种等生物技术，改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物及微生物新品种、生产生物农药、兽药与疫苗的新技术。

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　　自然界的转基因

　　一种原核微生物根瘤农秆菌是天生的转基因高手，能将细菌基因转入高等植物中。

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　　实验室里的转基因

　　基因的体外操作：分离克隆和功能验证 转基因体系：农杆菌，基因枪等 植物细胞的全能性：一个细胞可长成一个植株

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　　A. 农杆菌介导法

　　科学家以根瘤农秆菌为师，将外源基因插入到经改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移。

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　　B. 基因枪法

　　加速包被DNA的金颗粒或钨颗粒，穿透细胞或组织; 动植物细胞的培养器官，培养物和外植体，细菌等; 压力范围是450-2200psi

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　　C. 花粉管通道法

　　利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步被整合到受体细胞的基因组中。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。

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　　传统育种中的转基因

　　传统的杂交和选择技术一般是在生物个体水平上进行，操作对象是整个基因组。是成千上万基因的大规模转移。

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　　转基因技术的应用

　　分子反应器：利用转基因植物或某些植物组织或细胞规模化生产功能蛋白( 药用蛋白、营养保健蛋白、饲料用酶制剂、生物材料、工业原料等)

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　　中央一号文件

　　推动现代农业产业技术体系建设，提升农业区域创新能力。启动转基因生物新品种培育科技重大专项，加快实施种子工程和畜禽水产良种工程(2008年) 加快推进转基因生物新品种培育科技重大专项，整合科研资源，加大研发力度，尽快培育一批抗病虫、抗逆、高产、优质、高效的转基因新品种，并促进产业化(2009年) 抓紧开发具有重要应用价值和自主知识产权的功能基因和生物新品种，在科学评估、依法管理基础上，推进转基因新品种产业化(2010年)

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