5.3基因工程的應(yīng)用課件高二下學期生物人教版選擇性必修3

5.3基因工程的應(yīng)用1.舉例說出基因工程的應(yīng)用及取得的豐碩成果。2.關(guān)注基因工程的進展。3.認同基因工程的應(yīng)用促進生產(chǎn)力的提高。調(diào)查基因工程產(chǎn)品在社會中的應(yīng)用情況,討論轉(zhuǎn)基因生物的利與弊。學習目標

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，科學家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物--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，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？重組人胰島素注射液【從社會中來】基因工程自20世紀70年代興起后，得到飛速的發(fā)展，展示出廣闊的應(yīng)用前景。醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)農(nóng)牧業(yè)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)細胞因子抗體疫苗激素食品工業(yè)用酶食品工業(yè)用氨基酸食品工業(yè)用維生素一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用【資料1】基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。1996-2017年,全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍，從1.7×106hm2發(fā)展到1.898×108hm2(如圖)。據(jù)2016年世界范圍的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學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)濟收益近1.3萬億元。美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家，轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米的種植面積占相關(guān)作物種植面積的比例都超過了90%。2017年，我國轉(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?！举Y料2】在轉(zhuǎn)基因動物方面，近些年幾乎每年都有令人矚目的研究成果報道，有些成果正在進入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。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”)在美國獲得批準上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物

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，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢。已問世的的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對照（被害蟲侵害的黃色植株）2.轉(zhuǎn)基因抗病植物

科學家將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?，培育出轉(zhuǎn)基因抗病植物。如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物

大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。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。這樣在噴灑除草劑時，田間雜草會被殺死而作物不會受到損傷。目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田4.改良植物的品質(zhì)

利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。例如，將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校梢蕴岣哌@種氨基酸的含量，科學家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。我國科學家將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ校顾尸F(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。5.提高動物的生長速率

科學家將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。例如,我國科學家將外源生長激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。轉(zhuǎn)生長激素基因鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)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，這稱為乳糖不耐受。我國約有1/3的成年人乳糖不耐受?？茖W家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用原因解決問題傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)類藥物生產(chǎn)中，是直接從生物的組織、細胞或血液中提取而來的，所以產(chǎn)量低，價格貴，供應(yīng)不足對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(chǎn)藥物1.微生物制藥藥物蛋白基因載體重組載體微生物細胞轉(zhuǎn)基因微生物藥物蛋白藥物成果細胞因子、抗體、疫苗和激素等。藥物應(yīng)用

實

例可以用來預(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、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。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。傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的白細胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。1980-1982年，科學家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20—40mg干擾素。1993年我國批準生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國批準生產(chǎn)的第一個基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。2.利用哺乳動物批量生產(chǎn)藥物----乳腺生物反應(yīng)器藥物蛋白基因乳腺中特異表達的基因啟動子重組載體哺乳動物受精卵早期胚胎乳汁中含有藥用蛋白代孕母體轉(zhuǎn)基因奶牛目前已經(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

應(yīng)

用

實

例乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器（三）建立移植器官的工廠原

因解決問題人體移植器官短缺是一個世界性難題。尋求可替代的移植器官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遠少于靈長類動物。豬的優(yōu)點：最大難題：免疫排斥改造方法：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；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。優(yōu)點：解決人體移植器官短缺問題；避免免疫排斥反應(yīng)。三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用（1）基因工程菌：（2）用途：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。用于生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。閱讀課本91頁的內(nèi)容，了解基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用實例。學生活動1．阿巴斯甜阿斯巴甜是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現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。2．淀粉酶加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食物需要的脂酶等也可通過構(gòu)建基因工程菌，結(jié)合發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。3．凝乳酶奶酪的生產(chǎn)需要凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。（1）傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的粘膜取出來提取。（2）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，再結(jié)合工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。1．下列有關(guān)基因工程的應(yīng)用的敘述，錯誤的是（

）A．利用基因工程可改良作物的品質(zhì)，提高其營養(yǎng)價值B．通過乳腺生物反應(yīng)器可生產(chǎn)抗凝血酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品C．將正?；?qū)胧荏w細胞，以對21三體綜合征進行治療D．制備工程菌以實現(xiàn)對胰島素、血清白蛋白的大規(guī)模生產(chǎn)課堂檢測C2．采用基因工程技術(shù)將人凝血因子基因?qū)肷窖蚴芫眩嘤鲛D(zhuǎn)基因羊。但是人凝血因子只存在于該轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中。以下有關(guān)敘述正確的是（

）A．人凝血因子基因只存在于山羊的乳腺細胞中B．可用顯微注射技術(shù)將含有人凝血因子基因的重組DNA分子導(dǎo)入羊的受精卵C．在該轉(zhuǎn)基因羊中，人凝血因子基因在各種體細胞中都能表達D．人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄時，DNA聚合酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA課堂檢測D3．下圖為利用生物技術(shù)獲得生物新品種的過程,有關(guān)說法錯誤的是（

）

A．A→B過程中用到的原料有4種，加入的引物有2種B．A→B過程利用了DNA半保留復(fù)制原理，需要使用耐高溫的DNA聚合酶C．B→