基因工程的應(yīng)用高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

第3章

基因工程3.3基因工程的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應(yīng)用干擾素、乳腺生物反應(yīng)器羊產(chǎn)出蜘蛛絲——動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)基因工程的應(yīng)用抗病毒基因魚類的抗凍蛋白基因螢火蟲的熒光基因?yàn)觚數(shù)拈L壽基因人類胰島素的合成基因富含賴氨酸的蛋白質(zhì)合成基因植物花青素（花色）代謝有關(guān)的基因根據(jù)基因工程的原理我們可以利用下面這些基因培育什么樣的個體呢？受體細(xì)胞導(dǎo)入=？基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，得到了飛速的發(fā)展，展示出廣闊的前景基因工程的應(yīng)用0102農(nóng)牧業(yè)方面醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域03食品工業(yè)方面基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，得到了飛速的發(fā)展，展示出廣闊的前景農(nóng)牧業(yè)方面課本P87【情景一】1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)殺蟲劑施用量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t，增加經(jīng)濟(jì)收益近1.3萬億元2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準(zhǔn)上市轉(zhuǎn)基因鮭魚縮短了其成長周期，因此它受到的污染和體內(nèi)聚集的有毒物質(zhì)殘留比普通鮭魚少得多思考：轉(zhuǎn)基因作物有哪些優(yōu)點(diǎn)？①

減少化學(xué)殺蟲劑使用量②

增加作物產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益【情景二】轉(zhuǎn)基因動物方面的成果正在進(jìn)入實(shí)用化和商業(yè)化開發(fā)的階段轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）農(nóng)牧業(yè)方面課本P87-89基因工程被廣泛用于_______________、_________和_____________等方面改良動植物品種提高作物農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動物的生長速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性畜產(chǎn)品的產(chǎn)量農(nóng)牧業(yè)方面課本P87-89目的基因應(yīng)用實(shí)例轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)自主學(xué)習(xí)：閱讀P88-89，按照下面幾個方面進(jìn)行梳理抗蟲功能的基因轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等抗病功能的基因抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒、番木瓜和煙草等降解或抵抗某種除草劑的基因轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等與植物花青素代謝相關(guān)的基因轉(zhuǎn)基因矮牽牛農(nóng)牧業(yè)方面課本P88-89培育方法：從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，導(dǎo)入作物，使其具有抗蟲性。實(shí)例：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。1轉(zhuǎn)基因抗蟲植物非轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（左）轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（右）對照（被害蟲侵害的黃綠色植株）轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）非轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米（下）轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米（上）主要?dú)⑾x基因：植物凝集素基因等。

Bt抗蟲蛋白基因；蛋白酶抑制劑基因；淀粉酶抑制劑基因；補(bǔ)充在課本P88對應(yīng)位置1轉(zhuǎn)基因抗蟲植物主要?dú)⑾x基因：植物凝集素基因等。

Bt抗蟲蛋白基因；蛋白酶抑制劑基因；淀粉酶抑制劑基因；2轉(zhuǎn)基因抗病植物主要抗病基因抗病毒基因病毒外殼蛋白基因（CP基因）病毒的復(fù)制酶基因抗真菌基因幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因補(bǔ)充在課本P90資料卡對應(yīng)位置抗生素

干擾素①抗生素：抗細(xì)菌藥物②干擾素：抗病毒藥物≠優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取容易受時間和性別的限制乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)？補(bǔ)充在課本P90左下角農(nóng)牧業(yè)方面課本P88-892轉(zhuǎn)基因抗病植物培育方法：將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?，培育出轉(zhuǎn)基因抗病植物。實(shí)例：抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒、番木瓜和煙草等。抗病基因抗病毒基因病毒外殼蛋白基因（CP基因）病毒的復(fù)制酶基因抗真菌基因幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因農(nóng)牧業(yè)方面課本P88-895提高動物的生長速率實(shí)例：轉(zhuǎn)基因鯉魚、轉(zhuǎn)基因小鼠實(shí)例：轉(zhuǎn)基因牛(乳汁中乳糖的含量大大降低)目的基因：外源生長激素基因目的基因：腸乳糖酶基因解決問題：有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，稱之為乳糖不耐受6改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域課本P901.對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等①常見藥物類型：②應(yīng)用：可以用來預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等；我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。③實(shí)例：醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域課本P901.對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物(1)基因工程藥品——干擾素

通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌及酵母菌，每1Kg的培養(yǎng)物可提取20—40mg干擾素

干擾素治療病毒感染是“萬能靈藥”！過去從人血提取，300L血才提取1mg！“珍貴”程度自不用多說人干擾素α-2b（安達(dá)芬）資料卡——干擾素課本P901.干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？糖蛋白2.干擾素的作用機(jī)理是怎樣的？干擾病毒復(fù)制3.傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取4.目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得抗生素

干擾素①抗生素：抗細(xì)菌藥物②干擾素：抗病毒藥物≠根據(jù)基因工程的操作程序和發(fā)酵工程的相關(guān)內(nèi)容，嘗試說出生產(chǎn)重組人干擾素的過程。1.目的基因的篩選與獲取2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4.目的基因的檢測與鑒定①用PCR擴(kuò)增干擾素基因②將干擾素基因插入質(zhì)粒，構(gòu)建基因表達(dá)載體③將該基因表達(dá)載體導(dǎo)入大腸桿菌（Ca2+處理法）④檢測并鑒定，篩選出成功轉(zhuǎn)化的大腸桿菌，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，

分離并提純產(chǎn)物，獲得干擾素蛋白干擾素基因質(zhì)?；虮磉_(dá)載體大腸桿菌或酵母菌大量可以生產(chǎn)干擾素的大腸桿菌或酵母菌構(gòu)建導(dǎo)入培養(yǎng)資料卡——干擾素課本P90醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域課本P901.對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物(2)基因工程藥品——胰島素

將合成的胰島素基因?qū)氪竽c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%!

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胰島素是一種降低血糖的激素，是治療糖尿病的特效藥物。我國目前有1.164億糖尿病患者，占全球糖尿病患者的1/4。醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域課本P901.對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物(2)基因工程藥品——胰島素思考：大腸桿菌生產(chǎn)的重組人胰島素與人體細(xì)胞產(chǎn)生的胰島素結(jié)構(gòu)相同嗎？胰島素是分泌蛋白，人體細(xì)胞產(chǎn)生的胰島素會經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工;不相同大腸桿菌是原核生物，沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，所以在大腸桿菌體內(nèi)無法對胰島素進(jìn)行進(jìn)一步加工；需要在體外進(jìn)行人工再加工。醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域課本P901.對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物(3)其他基因工程藥品

生長激素、乙肝疫苗、人造血液等通過基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用基因工程肝炎疫苗重組人生長激素人造血液醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域課本P902.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物①實(shí)例：乳腺（房）生物反應(yīng)器②培育過程：目前已經(jīng)在牛、山羊等動物的乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。③應(yīng)用：藥用蛋白基因基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植早期胚胎目的基因？啟動子？受體細(xì)胞？藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子受精卵乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件乳腺是理想的外源基因表達(dá)場所，因?yàn)槿橄賹儆谕夥置谄鞴?，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會影響動物自身的新陳代謝，因此不會損害轉(zhuǎn)基因動物的健康。同時從轉(zhuǎn)基因動物的乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物具有產(chǎn)量高、易提純、生物活性較穩(wěn)定等特點(diǎn)為什么只讓藥物蛋白基因在轉(zhuǎn)基因動物乳腺中表達(dá)？2.為什么將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起？思考幾乎所有細(xì)胞讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)3.藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動物的哪些細(xì)胞中？1.乳腺生物反應(yīng)器指的是轉(zhuǎn)基因動物的乳腺嗎？不是，乳腺生物反應(yīng)器指的就是整個轉(zhuǎn)基因生物喝這種牛奶可以代替打針吃藥嗎？優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取容易受時間和性別的限制4.乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)？拓展：膀胱生物反應(yīng)器構(gòu)建膀胱生物反應(yīng)器是將目的基因插入含將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動子重組，從而指導(dǎo)目的基因表達(dá)產(chǎn)物分泌在尿液中。具有周期短、不受性別和年齡的限制，易收集和提純更高。優(yōu)點(diǎn)：醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域課本P913.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體(1)人體器官移植的世界性難題：尋求可替代的移植器官,如用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題人體移植器官短缺(2)解決途徑：豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物豬的優(yōu)點(diǎn)：最大難題：免疫排斥醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域課本P913.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體(3)對豬的器官進(jìn)行改造的方法：②設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。①在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)轉(zhuǎn)基因豬(轉(zhuǎn)抗原抑制基因)食品工業(yè)方面課本P91基因工程外源基因高效表達(dá)基因工程菌概念：用___________的方法，使___________得到__________的菌類應(yīng)用：利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等阿斯巴甜苯丙氨酸殘基天冬氨酸殘基

一種普遍使用的甜味劑（阿斯巴甜），主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)例1：食品工業(yè)方面課本P91基因工程技術(shù)：將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶實(shí)例2：凝乳酶大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通過構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)：相比從天然產(chǎn)物中提取的酶，用基因工程獲得的工業(yè)用酶純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高實(shí)例3：淀粉酶、脂酶其他應(yīng)用課本P911.培育出可以

的“超級細(xì)菌”來處理環(huán)境污染；2.利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源。降解多種污染物生物乙醇總結(jié)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物2.轉(zhuǎn)基因抗病植物3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物4.改良植物的品質(zhì)5.提高動物的生長速率6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1.對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使它們能夠生產(chǎn)藥物2.利用基因工程技術(shù)，可以讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物,如乳腺生物反應(yīng)器3.用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體等構(gòu)建基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸、維生素

一、概念檢測1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長激素的基因后，重新導(dǎo)入大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列相關(guān)敘述正確的是

A.轉(zhuǎn)錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標(biāo)記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等2.基因工程應(yīng)用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應(yīng)用的是（

）A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物C.制造一種能降解石油的“超級細(xì)菌"D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌CA練習(xí)課本P92練習(xí)課本P921.除草劑的有效成分草甘膦能夠?qū)Ｒ坏匾种艵PSP合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途，徑受到影響而導(dǎo)致植物死亡。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時也會使作物受損。解決這個問題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。(1)下面是探究“轉(zhuǎn)人外源EPSP合酶基因能否使矮牽?？共莞熟ⅰ钡牧鞒?，請補(bǔ)充完整。①用______________________等處理目的基因和Ti質(zhì)粒，構(gòu)建重組Ti質(zhì)粒;②將重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌中;③利用含有重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌侵染________細(xì)胞，再通過培育得到轉(zhuǎn)基因植株；④用草甘膦同時噴灑轉(zhuǎn)基因植株和對照組植株。結(jié)果：對照組植株死亡，轉(zhuǎn)基因植株存活，但也受到了影響。結(jié)論：

。(2)①在該實(shí)驗(yàn)中，對照組是怎樣設(shè)計的？②如果增加轉(zhuǎn)入的外源EPSP合酶基因的數(shù)量，轉(zhuǎn)基因矮牽牛對草甘麟的抗性是否會增加？請你給出進(jìn)一步探究的思路。限制酶和DNA連接酶

矮牽牛轉(zhuǎn)基因矮牽牛對草甘膦產(chǎn)生了一定的抗性非轉(zhuǎn)基因矮牽牛植株理論上會增加，因?yàn)镋PSP合酶的表達(dá)水平會提高；可以用草甘膦同時噴灑對照組植株、轉(zhuǎn)基因植株和增加轉(zhuǎn)入的外源EPSP合酶基因數(shù)量的轉(zhuǎn)基因植株，觀察三者的存活情況乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物的比較【情境】利用基因工程生產(chǎn)人胰島素有兩種方法:方法一:將胰島素基因轉(zhuǎn)入細(xì)菌細(xì)胞,進(jìn)行微生物培養(yǎng),提取胰島素;方法二:將胰島素基因轉(zhuǎn)入高等哺乳動物的受精卵,培養(yǎng)成轉(zhuǎn)基因動物并從其乳汁中提取胰島素。(1)方法一中，為使胰島素基因能順利進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，應(yīng)用

處理細(xì)菌細(xì)胞,目的是使細(xì)胞處于一種

。

能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)Ca2+(2)方法二中，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞常用的方法是

。要確保人胰島素基因只在牛的乳腺細(xì)胞中表達(dá)，應(yīng)該采取的措施是在人胰島素基因的首端加上_________________________________等調(diào)控組件。

(3)上述兩種方法中，哪種方法得到的胰島素需要進(jìn)一步加工和修飾以使其獲得生物活性？試解釋其原因。方法一。方法一中的受體細(xì)胞是細(xì)菌，其細(xì)胞內(nèi)無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，無法對胰島素進(jìn)行加工和修飾。顯微注射法在乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物的比較比較項(xiàng)目乳腺（房）生物反應(yīng)器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物受體細(xì)胞導(dǎo)入方式