【高效備課】高二生物下冊人教2019版選擇性必修3同步：3.3 基因工程的應(yīng)用（課件）

第3章基因工程第3節(jié)基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用有哪些？怎樣理性地看待基因工程在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用？本節(jié)聚焦12

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。我國擁有自主知識(shí)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(huì)中來】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

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)物的生長速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(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，將它導(dǎo)入作物中培育出具有抗蟲性的作物，我國已批準(zhǔn)的商業(yè)化品種有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（水稻未獲審批）。轉(zhuǎn)基因抗病毒植物

將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参铮嘤鲛D(zhuǎn)基因抗病毒植物，我國已批準(zhǔn)的商業(yè)化品種有轉(zhuǎn)基因抗病毒番木瓜、辣椒。轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物

將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可以培育出抗除草劑的品種。我國的抗除草劑大豆品種已于2019年打開了阿根廷市場。01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用普通棉花

抗蟲棉花蘇云金芽孢桿菌（Bt）Bt作用機(jī)理轉(zhuǎn)基因抗蟲植物：抗蟲棉轉(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，將它導(dǎo)入作物中培育出具有抗蟲性的作物，我國已批準(zhǔn)的商業(yè)化品種有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（水稻未獲審批）。改良植物的品質(zhì)轉(zhuǎn)基因玉米、水稻（提高賴氨酸等必需氨基酸的含量）?？茖W(xué)家最早希望通過轉(zhuǎn)入花青素基因獲得花色更深的矮牽牛，卻因?yàn)镽NA干擾，獲得了許多變色矮牽牛。提高動(dòng)物的生長速率科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長速率，如朱作言等育成了轉(zhuǎn)基因鯉魚（冠鯉）。但冠鯉至今并未獲得審批。改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)育成了世界上第一例轉(zhuǎn)基因低乳糖牛（將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M獲得），其所產(chǎn)牛奶中乳糖含量低，是眾多乳糖不耐受患者的福音。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02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用藥物類型細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等用途預(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)炎等成果我國生產(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利用微生物或動(dòng)植物生產(chǎn)藥物02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用利用微生物或動(dòng)植物生產(chǎn)藥物激素細(xì)胞因子抗體疫苗02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用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)產(chǎn)生干擾素的方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。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。1993年，我國批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國批準(zhǔn)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。侯云德（右）（2017年全國最高科學(xué)技術(shù)成就獎(jiǎng)獲得者）等成功研制了我國第一個(gè)基因工程藥物——重組人干擾素α-1b資料卡

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、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。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：02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用利用哺乳動(dòng)物生產(chǎn)藥物利用哺乳動(dòng)物生產(chǎn)藥物人生長激素基因提供受精卵顯微注射代孕轉(zhuǎn)基因羊生長激素牛奶載體含有乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)基因的啟動(dòng)子02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

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)少于靈長類動(dòng)物A.豬的優(yōu)點(diǎn)：B.最大難題：免疫排斥02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用建立移植器官工廠建立移植器官工廠2021年底在美國紐約，科學(xué)家通過基因編輯，敲除了豬體內(nèi)會(huì)導(dǎo)致人體免疫反應(yīng)的基因，然后將基因編輯豬的腎臟移植入人體（已腦死亡并發(fā)腎衰竭，家屬知情同意），病人的腎臟又繼續(xù)工作了2個(gè)月。（注：人類胚胎的基因編輯仍不屬于法律許可范疇）基因編輯胚胎代孕母豬基因編輯豬胸腺腎臟02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用抗體恒定區(qū)（C區(qū)）在不同物種中存在差異，因此鼠源單抗會(huì)被人體免疫系統(tǒng)識(shí)別為抗原。科學(xué)家設(shè)法將鼠源抗體的恒定區(qū)（C區(qū)）替換成人的，或者只保留鼠源抗體中對抗原識(shí)別起決定性作用的部分（CDRs）。這兩類的抗體都可以通過設(shè)計(jì)嵌合基因通過基因工程來實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。不過，最安全的還是全人源化抗體。補(bǔ)充了解：胚胎干細(xì)胞基因編輯敲除抗體生成基因人的抗體生成基因免疫系統(tǒng)的“自我”識(shí)別是胚胎發(fā)育階段發(fā)展出來的。在小鼠免疫系統(tǒng)發(fā)展出自我識(shí)別之前替換成人的抗體生成基因，就可以產(chǎn)生出全人源化抗體（并被小鼠識(shí)別為自我）。發(fā)育植入囊胚腔互交補(bǔ)充了解：

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。異想天開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)的菌類一般稱為基因工程菌。2.利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等產(chǎn)物應(yīng)用阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸就可以通過基因工程實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)凝乳酶科學(xué)家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)凝乳酶淀粉酶、酯酶通過構(gòu)建基因工程菌、然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)03基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用阿斯巴甜苯丙氨酸殘基天冬氨酸殘基細(xì)菌擬核質(zhì)粒質(zhì)粒重組質(zhì)粒核酸切割送入細(xì)胞重組細(xì)菌插入質(zhì)粒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)的菌類一般稱為基因工程菌。03基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用歸納總結(jié)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)入細(xì)胞生產(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、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件從動(dòng)物乳汁中提取，相對簡單（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，相對復(fù)雜乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物比較

基因工程使人們更容易培育出具有優(yōu)良性狀的動(dòng)植物品種，獲得很多過去難以得到的生物制品，甚至還能培育出可以降解多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”來處理環(huán)境污染，利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源……04其他方面的應(yīng)用科學(xué)、客觀、理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)對轉(zhuǎn)基因持兩種極端的觀點(diǎn)都不合適關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)入什么基因、表達(dá)產(chǎn)物是什么和如何監(jiān)管轉(zhuǎn)基因技術(shù)本身是中性的，應(yīng)該趨利避害農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域食品領(lǐng)域醫(yī)藥領(lǐng)域環(huán)保領(lǐng)域碩果累累課堂小結(jié)課堂小結(jié)本節(jié)相關(guān)視頻資料練習(xí)與應(yīng)用一、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(jí)細(xì)菌"D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌CA二、拓展應(yīng)用1.除草劑的有效成分草甘麟能夠?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。草甘騰沒有選擇性，它在除掉雜草的同時(shí)也會(huì)使作物受損。解決這個(gè)問題的方法之一就是培育抗草甘麟的作物。（1）下面是探究“轉(zhuǎn)入外源EPSP合酶基因能否使矮牽?？共莞黍v”的流程，請補(bǔ)充完整。①用_____________________________等處理含有目的基因的DNA片段和T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用草甘瞬同時(shí)噴酒轉(zhuǎn)基因植株和對照組植株。限制酶和DNA連接酶矮牽牛

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：________________________________________

轉(zhuǎn)基因矮牽牛對草甘膦產(chǎn)