新教材同步備課2024春高中生物第3章基因工程3.3基因工程的應(yīng)用課件新人教版選擇性必修3

3.3基因工程的應(yīng)用

胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程物---重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。

除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有那些應(yīng)用呢？重組人胰島素注射液

抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因大豆、重組人干擾素、促紅細(xì)胞生成素等。

從社會(huì)中來(lái)科學(xué)、客觀、理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)，面對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的利弊，應(yīng)該趨利避害，而不能因噎廢食。提高產(chǎn)量提高品質(zhì)基因工程制藥異種器官移植疾病動(dòng)物模型生產(chǎn)添加劑制造食物生產(chǎn)清潔能源治理環(huán)境污染醫(yī)藥食品農(nóng)牧業(yè)環(huán)保一、基因工程的應(yīng)用1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（1）植物方面①1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了100多倍。

轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)農(nóng)藥的施用量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t,增加經(jīng)濟(jì)效益1.3萬(wàn)億。②美國(guó)是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國(guó)家③世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的是大豆，其次是玉米、棉花；④我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜；一、基因工程的應(yīng)用①幾乎每年都有令人矚目的研究成果報(bào)道，有些成果正在進(jìn)入實(shí)用化和商業(yè)化開發(fā)的階段；②2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國(guó)獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（1）動(dòng)物方面一、基因工程的應(yīng)用基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。已被廣泛用于改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。轉(zhuǎn)基因抗蟲植物農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(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(dòng)物的生長(zhǎng)速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用

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①轉(zhuǎn)基因抗蟲植物A.培育方法：B.實(shí)例：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。（3）轉(zhuǎn)基因生物碩果累累1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用蘇云金芽孢桿菌Bt毒蛋白基因Bt毒蛋白翻譯轉(zhuǎn)錄棉花生殖隔離利用Bt毒蛋白基因得到的轉(zhuǎn)基因植物對(duì)人體有毒害嗎？Bt毒蛋白基因Bt毒蛋白（抗蟲）翻譯轉(zhuǎn)錄將來(lái)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。②轉(zhuǎn)基因抗病植物A.培育方法：B.實(shí)例：抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒、番木瓜和煙草等（3）轉(zhuǎn)基因生物碩果累累1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用

將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可培育出抗除草劑的作物品種。

轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等③轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物A.培育方法：B.實(shí)例：（3）轉(zhuǎn)基因生物碩果累累1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用

利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校岣甙被岬暮?，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照高30%。

將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，使它呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高觀賞價(jià)值。④改良植物的品質(zhì)A.培育方法：B.實(shí)例：（3）轉(zhuǎn)基因生物碩果累累1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用

轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長(zhǎng)速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。⑤提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率A.培育方法：B.實(shí)例：（3）轉(zhuǎn)基因生物碩果累累1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用⑥改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)B.培育方法：A.實(shí)例：（3）轉(zhuǎn)基因生物碩果累累1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用乳糖耐受（有乳糖酶）乳糖不耐受（無(wú)乳糖酶）大腸腸道內(nèi)滲透壓增高，刺激胃腸蠕動(dòng)增加

乳汁中乳糖的含量大大降低的轉(zhuǎn)基因牛讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用

我國(guó)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

可以用來(lái)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；（1）對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物①藥物舉例：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。②應(yīng)用：③實(shí)例：2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用資料卡——干擾素

干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對(duì)于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。

1993年我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。

1980-1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20—40mg干擾素。

傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。

一、基因工程的應(yīng)用①干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？②干擾素的作用機(jī)理是怎樣的？③干擾素用于哪些疾病的治療？④傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？⑤目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？⑥我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物的名稱叫什么？用于治療哪些疾?。刻堑鞍赘蓴_病毒復(fù)制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得重組人干擾素α-1b主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等【思考】：資料卡——干擾素一、基因工程的應(yīng)用

目前已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)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(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品（2）讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物①實(shí)例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器②培育過程：藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥物發(fā)育③應(yīng)用：2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用注意：?jiǎn)?dòng)子具有物種和組織的特異性④乳腺生物反應(yīng)器A.動(dòng)物泌乳期有間隔B.有些蛋白不能在乳腺里表達(dá)C.某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)A.適合于表達(dá)高等動(dòng)物體內(nèi)的復(fù)雜蛋白B.制備乳腺反應(yīng)器的方法成熟C.乳腺是天然的高效合成蛋白質(zhì)的器官D.乳汁中重組蛋白的提取和純化相對(duì)容易（2）讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用⑤膀胱生物反應(yīng)器A.可以從動(dòng)物一出生就收集產(chǎn)物，不論動(dòng)物的性別和是否處于生殖期。B.從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡(jiǎn)便、高效。

尋求可替代的移植器官，如用豬的器官來(lái)解決人類器官移植的來(lái)源問題（3）用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體①人體器官移植的難題：人體移植器官短缺是世界性難題②解決途徑：a.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似b.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(zhǎng)類動(dòng)物A.豬的優(yōu)點(diǎn)：B.最大難題：免疫排斥2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用人體移植器官短缺尋求可代替的移植器官豬的內(nèi)臟與人相似培育無(wú)免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官抑制抗原決定基因表達(dá)或除去抗原決定基因在器官供體基因組中導(dǎo)入某種體調(diào)節(jié)因子③改造方法：（3）用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用異想天開

假如某位心臟病病人換上經(jīng)過改造的豬心臟后，過上健康人的生活，在生活中，他會(huì)遭到歧視嗎？對(duì)此你怎么看？

生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個(gè)病人換上了經(jīng)過改造的豬心臟重獲了健康，我們不僅不能歧視他，還應(yīng)該從他身上看到現(xiàn)代生物技術(shù)在維持人體健康、治療疾病等方面的應(yīng)用價(jià)值；（3）用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用

一種普遍使用的甜味劑，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)。

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(1)基因工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。①概念：②應(yīng)用：(2)實(shí)例：①阿斯巴甜：②凝乳酶：A.應(yīng)用：奶酪生產(chǎn)中用來(lái)凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)

將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶B.制備方法：3.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用

基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。（3）淀粉酶、脂酶：①應(yīng)用：②制備方法：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)③優(yōu)點(diǎn)：3.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用比較項(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)入方式生產(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異與天然蛋白質(zhì)完全相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性哺乳動(dòng)物的受精卵微生物細(xì)胞顯微注射法Ca2+處理法（感受態(tài)細(xì)胞法）不需要嚴(yán)格的滅菌，溫度等外界條件對(duì)其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件從動(dòng)物乳汁中提取，相對(duì)簡(jiǎn)單（一般經(jīng)過工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細(xì)胞（或發(fā)酵液）中提取，相對(duì)復(fù)雜3.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用生產(chǎn)清潔能源治理環(huán)境污染4.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用（1）生產(chǎn)清潔能源生物乙醇生物柴油4.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用植物淀粉/纖維素提取可發(fā)酵糖糖化微生物乙醇發(fā)酵微生物淀粉酶生物乙醇的生產(chǎn)流程基因工程改造思路：A.改造植物B.改造微生物3種淀粉酶基因組成的復(fù)合基因海底熱泉古生菌玉米乙醇單位產(chǎn)量的利潤(rùn)提高了8%~15%（1）生產(chǎn)清潔能源4.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用不與人爭(zhēng)糧植物淀粉/纖維素提取可發(fā)酵糖糖化微生物乙醇發(fā)酵微生物技術(shù)難點(diǎn)（1）生產(chǎn)清潔能源4.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用(2)治理環(huán)境污染白色垃圾污染物X√治理思路：生物降解塑料4.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用水稻鎘污染金屬硫蛋白能結(jié)合Cd2+和Hg2+工程菌金屬硫蛋白基因(2)治理環(huán)境污染4.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用

到社會(huì)中去

目前我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放了哪些轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書和進(jìn)口安全證書？

截至2019年年底，我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放過轉(zhuǎn)基因耐儲(chǔ)藏番茄、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽牛、轉(zhuǎn)基因抗病辣椒、轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書；批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進(jìn)口安全證書，但我國(guó)進(jìn)口的基本上是轉(zhuǎn)基因棉花的纖維，其他進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國(guó)沒有批準(zhǔn)任何一種轉(zhuǎn)基因糧食作物種子進(jìn)口到我國(guó)境內(nèi)商業(yè)化種植。一、概念檢測(cè)1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長(zhǎng)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(zhǎng)激素。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長(zhǎng)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(zhǎng)激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標(biāo)記基因中腺瞟吟和尿囉曉的含量相等C練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)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(jí)細(xì)菌”D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌A練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.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