選修基因工程的應(yīng)用

選修基因工程的應(yīng)用一、植物基因工程碩果累累：1.哪些轉(zhuǎn)基因作物已進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段?轉(zhuǎn)基因大豆、棉花、油菜和玉米大豆63%、棉花13%、油菜5%和玉米19%第2頁,共36頁，2024年2月25日，星期天2.植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?①提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿、抗除草劑等）②改良農(nóng)作物的品質(zhì)③利用植物生產(chǎn)藥物等方面.第3頁,共36頁，2024年2月25日，星期天(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物：1.蟲害給農(nóng)作物帶來了哪些影響?

對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲如何進(jìn)行防治?有哪些不足?2.現(xiàn)在已有哪些轉(zhuǎn)基因抗蟲植物問世?轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、楊、菊花、白花三葉草等。13%。化學(xué)農(nóng)藥。環(huán)境污染，損害健康，增加成本第4頁,共36頁，2024年2月25日，星期天3.抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等請(qǐng)閱讀P18生物資料技術(shù)卡,了解一些抗蟲基因及抗蟲機(jī)理。4.我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉取得了哪些進(jìn)展?我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就是轉(zhuǎn)入Bt毒蛋白基因培育出來的，對(duì)棉鈴蟲有較強(qiáng)的抗性。1998年占10%，2000年占64.4%，2002年我國種植面積95×104hm2，增加收益20億元。第5頁,共36頁，2024年2月25日，星期天（二）抗病轉(zhuǎn)基因植物：1.什么是病原微生物？有哪些種類？引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細(xì)菌等2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種？3.在抗病轉(zhuǎn)基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外殼蛋白（coatprotein，CP）基因、病毒的復(fù)制酶基因自身缺少抗病毒的基因第6頁,共36頁，2024年2月25日，星期天拓展：在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關(guān)于病毒外殼蛋白基因(CP基因)導(dǎo)入植物后的抗病毒機(jī)理，目前有幾種假說。一種假說認(rèn)為：CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后，會(huì)立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說認(rèn)為：植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會(huì)抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認(rèn)為抗性機(jī)理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。第7頁,共36頁，2024年2月25日，星期天4.在抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中使用什么基因？幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因

第8頁,共36頁，2024年2月25日，星期天（三）抗逆轉(zhuǎn)基因植物：1.哪些環(huán)境條件會(huì)造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？鹽堿、干旱、低溫和澇害等是常見因素2.鹽堿和干旱對(duì)農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)★在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因，來提高農(nóng)作物的抗鹽堿和抗干旱的能力第9頁,共36頁，2024年2月25日，星期天3.轉(zhuǎn)基因耐寒的煙草和番茄中哪種目的基因提高了其抗寒能力？目的基因從何而來？將魚的抗凍蛋白基因?qū)霟煵莺头?，使它們的耐寒能力均有提高?/p>

第10頁,共36頁，2024年2月25日，星期天4.抗除草劑基因有何用途？將抗除草劑基因?qū)氪蠖?、玉米等作物，噴灑除草劑時(shí)，殺死田間的雜草而不損傷作物第11頁,共36頁，2024年2月25日，星期天（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)：必需氨基酸：人體必不可少，而機(jī)體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補(bǔ)充的氨基酸，稱必需氨基酸。必需氨基酸共有８種：纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、色氨酸、蘇氨酸、賴氨酸?！队浄ǎ簲y（纈）一（異）兩（亮）本（苯）單（蛋）色書（蘇）來（賴）》如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸，可影響健康。另外12種氨基酸是人體內(nèi)能夠合成的叫做非必需氨基酸。第12頁,共36頁，2024年2月25日，星期天1.你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？豆類缺蛋氨酸，大米、玉米、小麥含賴氨酸少。2.如何用轉(zhuǎn)基因的方法加以改良？將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物改變必需氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。第13頁,共36頁，2024年2月25日，星期天3.轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕?，獲得轉(zhuǎn)基因延熟番茄。第14頁,共36頁，2024年2月25日，星期天4.轉(zhuǎn)基因矮牽牛的目的基因是什么？將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗Ｖ?，轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了花卉的觀賞價(jià)值。第15頁,共36頁，2024年2月25日，星期天異想天開第16頁,共36頁，2024年2月25日，星期天總結(jié)：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用（1）高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量。（2）抗逆性品種將細(xì)菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。第17頁,共36頁，2024年2月25日，星期天二、動(dòng)物基因工程前景廣闊（一）用于提高動(dòng)物生長速度：——?jiǎng)游锲贩N改良、建立生物反應(yīng)器、器官移植等導(dǎo)入外源生長激素基因第18頁,共36頁，2024年2月25日，星期天（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：舉例說明將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。第19頁,共36頁，2024年2月25日，星期天（三）用轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物生產(chǎn)藥物：1.就基因藥物而言，最理想的表達(dá)場(chǎng)所是哪里？該轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺。第20頁,共36頁，2024年2月25日，星期天

（1）乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝反應(yīng)。（2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。（3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時(shí)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可無限繁殖。2.為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)所呢？第21頁,共36頁，2024年2月25日，星期天1）含義：將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。3.乳腺生物反應(yīng)器（P21）2）優(yōu)點(diǎn)：①產(chǎn)量高②質(zhì)量好③成本低④易提取3）成果：已在牛和山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、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。第22頁,共36頁，2024年2月25日，星期天①獲取目的基因（例如生長激素基因）②構(gòu)建基因表達(dá)載體（在生長激素基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子<乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子>）③顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中④形成胚胎⑤將胚胎送入母體動(dòng)物⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（只有在產(chǎn)下的雌性個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）。思考:用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？第23頁,共36頁，2024年2月25日，星期天將目的基因?qū)氲絼?dòng)物的受精卵里，目的基因若與受精卵染色體DNA整合，細(xì)胞分裂時(shí)，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個(gè)細(xì)胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達(dá)，并穩(wěn)定地遺傳給后代，從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個(gè)體，稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。1.什么叫轉(zhuǎn)基因動(dòng)物？2.基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用主要是什么？繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動(dòng)物受精卵中?？偨Y(jié)：第24頁,共36頁，2024年2月25日，星期天（四）用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體：1.來源：利用基因工程對(duì)豬的器官進(jìn)行改造2.方法：將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官第25頁,共36頁，2024年2月25日，星期天異想天開第26頁,共36頁，2024年2月25日，星期天1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？從生物體相應(yīng)的組織、細(xì)胞或血液中提取。2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn):由于受原料來源的限制，價(jià)格十分昂貴。三、基因工程藥品異軍突起：第27頁,共36頁，2024年2月25日，星期天3.可利用什么方法來解決上述問題？利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系?；蚬こ趟幤钒ǎ杭?xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等第28頁,共36頁，2024年2月25日，星期天

胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需要。1979年，科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實(shí)現(xiàn)了表達(dá)。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場(chǎng)，售價(jià)降低了30%－50%。基因工程藥品——胰島素第29頁,共36頁，2024年2月25日，星期天

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素?，F(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬人的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰L激素第30頁,共36頁，2024年2月25日，星期天干擾素是動(dòng)物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對(duì)治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980－1982年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場(chǎng)?；蚬こ趟幤贰蓴_素第31頁,共36頁，2024年2月25日，星期天4.利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。有以下優(yōu)越性（1）利用微生物活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，繁殖快，表達(dá)效率高。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動(dòng)物或人體上獲取原料（3）無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。第32頁,共36頁，2024年2月25日，星期天1.基因治療概念：四、基因治療曙光初照：

把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。（P23）（把特定的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，從而達(dá)到治療疾病的目的）

將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，使其能產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。2.實(shí)例：對(duì)嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的治療第33頁,共36頁，2024年2月25日，星期天1990年9月14日，安德森對(duì)一例患ADA缺乏癥的4