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32

3.3基因工程的應(yīng)用【學習目標】1、基于基因工程在農(nóng)牧、醫(yī)藥和食品等行業(yè)應(yīng)用的實例，說明基因工程給社會帶來的巨大價值

2、基于基因工程在各方面發(fā)展的前景，理性看待基因工程的安全性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從社會中來1、發(fā)展現(xiàn)狀:（1）植物: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)濟效益1.3萬億。②美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家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；（2）動物:①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；②2015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)基因大西洋鮭的優(yōu)點：（1）縮短了生長周期（2）都是雌性而且不育，避免了野生鮭魚雜交的風險。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）基因工程自20世紀70年代興起后，得到飛速發(fā)展，展示出廣闊前景。醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)方面農(nóng)牧業(yè)方面基因工程的應(yīng)用一、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)提高動物的生長速率改良畜產(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2、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用:（1）轉(zhuǎn)基因抗蟲植物：①方法：③優(yōu)點：②成果：從某些生物中分離出抗蟲基因?qū)胱魑?，使之具有抗蟲性狀。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。減少因化學農(nóng)藥的使用而造成的環(huán)境污染和對人類健康的損害、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量。（2）轉(zhuǎn)基因抗病植物：①方法：②成果：轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。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。（3）轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物：①背景：雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會損傷作物，導致作物減產(chǎn)。②方法：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。③成果：轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、

油菜和甜菜等。（4）改良植物的品質(zhì)培育方法：利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。優(yōu)良基因成果

的蛋白質(zhì)編碼基因富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米與植物花青素代謝相關(guān)的基因____________必需氨基酸含量多轉(zhuǎn)基因矮牽牛（5）提高動物的生長速率

培育方法：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。

實例：轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。（6）改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)

培育方法：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。

實例：乳汁中乳糖的含量大大降低的轉(zhuǎn)基因牛1.從環(huán)境保護角度出發(fā)，分析轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性有哪些？減少了化學農(nóng)藥的使用量，降低了環(huán)境污染。降低生產(chǎn)成本。2.種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉若干年后，害蟲會不會對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)生抗性？為什么？會。害蟲會因遺傳物質(zhì)發(fā)生改變產(chǎn)生對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗性。3.為什么將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M能降低牛奶中的乳糖含量？腸乳糖酶基因在奶牛乳腺細胞中表達出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。思考討論:【基礎(chǔ)訓練1】(1)轉(zhuǎn)入外源生長素基因的轉(zhuǎn)基因動物，生長速率更快()(2)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的Bt抗蟲蛋白基因能抗病毒、細菌、真菌()(3)“轉(zhuǎn)基因植物”是指植物體細胞中出現(xiàn)了新基因的植物()×××【典例1】下列關(guān)于培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的敘述，正確的是A.DNA連接酶能把Bt抗蟲蛋白基因與噬菌體相連接B.Bt抗蟲蛋白基因可借助花粉管通道進入受體細胞C.Bt抗蟲蛋白對害蟲和人都有不同程度的毒害作用D.需制備好相應(yīng)抗原來檢測Bt基因是否翻譯成Bt抗蟲蛋白√讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(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可以用來預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關(guān)節(jié)炎等；（1）對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(chǎn)藥物①藥物舉例：細胞因子、抗體、疫苗和激素等。②應(yīng)用：③實例：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。一、基因工程的應(yīng)用思考：與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的胰島素有什么優(yōu)勢？酵母菌為真核生物，有生物膜系統(tǒng)，可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體對產(chǎn)生的胰島素進行加工和修飾，從而產(chǎn)生有活性的胰島素。1、傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？從人血液中的白細胞內(nèi)提取2、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胞內(nèi)獲得2、讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物（1）實例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器注意：啟動子具有物種和組織的特異性，如乳腺中特異表達的基因的啟動子只在乳腺細胞被特異性激活，使乳腺細胞的目的基因得以表達藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達載體受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物蛋白顯微注射法發(fā)育（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：要求：乳腺生物反應(yīng)器必須是雌性，且泌乳期胚胎移植前應(yīng)做DNA分析，鑒定性別，保留雌性關(guān)于乳腺生物反應(yīng)器優(yōu)點缺點

適合于表達高等動物體內(nèi)的復雜蛋白制備乳腺反應(yīng)器的方法成熟乳腺是天然的高效合成蛋白質(zhì)的器官乳汁中重組蛋白的提取和純化相對容易動物泌乳期有間隔有些蛋白不能在乳腺里表達某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同優(yōu)點：產(chǎn)量高；成本低；產(chǎn)品質(zhì)量好，易提取。補充：膀胱生物反應(yīng)器①可以從動物一出生就收集產(chǎn)物，不論動物的性別和是否處于生殖期。②從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡便、高效。思考討論：1、乳腺生物反應(yīng)器指的是轉(zhuǎn)基因動物的乳腺嗎？讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中特異性表達。不局限于性別與生長期（乳腺生物反應(yīng)器必須是雌性，且泌乳期才會分泌）。將目的基因與膀胱上皮細胞中特異表達的基因的啟動子重組。不是，乳腺生物反應(yīng)器指的就是這個轉(zhuǎn)基因生物。2、為什么將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起？3、藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動物的哪些細胞中？4、膀胱生物反應(yīng)器哪些方面優(yōu)于乳腺生物反應(yīng)器？5、研制膀胱生物反應(yīng)器時，應(yīng)如何處理目的基因？幾乎所有細胞。（2）讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物①實例：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的基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物發(fā)育注意：啟動子具有物種和組織的特異性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（2）讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物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)用比較項目乳腺（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)物受體細胞導入方式生產(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同細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)完全相同細菌細胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性哺乳動物的受精卵微生物細胞顯微注射法Ca2+處理法（感受態(tài)細胞法）不需要嚴格的滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需嚴格滅菌，嚴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）從微生物細胞（或發(fā)酵液）中提取，相對復雜一、基因工程的應(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（3）用轉(zhuǎn)基因動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、可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物A.豬的優(yōu)點：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③改造方法：a.在器官供體的基因組中導入調(diào)控基因表達的DNA序列，以抑制抗原決定基因的表達；b.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。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的菌類。①概念：②應(yīng)用：(2)實例：①阿斯巴甜：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②凝乳酶：A.應(yīng)用：奶酪生產(chǎn)中用來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：A.應(yīng)用：B.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)C.相比從天然產(chǎn)物中提取的酶，用基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶的優(yōu)點：4.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用利用經(jīng)過基因改造的微生物生產(chǎn)清潔能源培育可以降解多種污染物的“超級細菌”治理環(huán)境污染【基礎(chǔ)訓練2】(1)用大腸桿菌生產(chǎn)的人的胰島素沒有活性()(2)藥用蛋白基因只在乳腺細胞中表達的原因是藥用蛋白基因只存在于乳腺細胞中，其他細胞中沒有()(3)用基因工程技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)酶的優(yōu)點是：純度高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高()√×√【典例3】(2021·遼寧沈陽期中)下列關(guān)于用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植供體的研究的敘述，不正確的是A.人體移植器官短缺和免疫排斥是目前制約人體器官移植的兩大難題B.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小和血管分布與人的極為相似C.靈長類動物體內(nèi)隱藏的、可導致人類疾病的病毒少于豬D.無論以哪種動物作為供體，都需要在其基因組中導入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達，或設(shè)法除去抗原決定基因√轉(zhuǎn)基因抗蟲植物基因工程的應(yīng)用農(nóng)牧業(yè)方面醫(yī)藥衛(wèi)生方面轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)提高動物的生長速率改良植物的品質(zhì)讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物建立移植器官工廠食品工業(yè)方面生產(chǎn)食品工業(yè)用酶構(gòu)建基因工程菌【課堂小結(jié)】【鞏固練習】1．SOD是一種抗氧化酶，它能將O2轉(zhuǎn)化成H2O2，增強植物的抗逆性。如圖為培育農(nóng)作物新品種的一種方式。以下敘述正確的是()A．過程①可以用動物病毒作為載體B．從該農(nóng)作物新品種的細胞中檢測出了SOD基因，說明該基因工程成功了C．新品種的獲得屬于可遺傳的變異，可能將抗逆性狀遺傳給子代D．基因工程又叫重組DNA技術(shù)，所用工具