【課件】3.3基因工程的應(yīng)用課件高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

第節(jié)3基因工程的應(yīng)用高中生物選擇性必修3第3章1.舉例說出基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應(yīng)用。2.認(rèn)同基因工程的應(yīng)用價(jià)值。3.關(guān)注基因工程的進(jìn)展。學(xué)習(xí)目標(biāo)？從社會中來

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(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？

抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因大豆、生產(chǎn)胰島素等。重組人胰島素注射液2023/2/2一、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(jì)數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)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(jì)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。2023/2/2【資料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(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。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(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物使用化學(xué)農(nóng)藥的弊端解決這些弊端的途徑污染環(huán)境，損害人類健康，增加生產(chǎn)成本。將具有殺蟲活性的基因?qū)胱魑镏?，使其具有抗蟲性?？瓜x目的基因應(yīng)用舉例Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等抗蟲水稻、棉花、玉米、馬鈴薯、煙草、番茄、大豆、蘋果、核桃、菊花等與對照組（黃色枯萎植株）轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）抗蟲棉普通棉2.轉(zhuǎn)基因抗病植物病原微生物引起植物生病的微生物如：病毒、真菌、細(xì)菌等?？共《灸康幕蚴褂米疃啵翰《就鈿さ鞍谆蚝筒《镜膹?fù)制酶基因舉例幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因抗病毒轉(zhuǎn)基因小麥、抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒

抗真菌目的基因抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物造成低產(chǎn)、減產(chǎn)的常見因素鹽堿、干旱、低溫、澇害等鹽堿、干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)與細(xì)胞內(nèi)滲透壓調(diào)節(jié)有關(guān)抗逆目的基因抗鹽堿和干旱作物：耐寒的番茄：抗除草劑的大豆：調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因魚的抗凍蛋白基因抗除草劑基因左側(cè):噴灑除草劑后，雜草全部除掉，轉(zhuǎn)基因玉米生長正常。轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米右側(cè)，未灑除草劑，雜草叢生。轉(zhuǎn)基因抗旱番茄4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)1、使食品的營養(yǎng)成分均衡將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物，或改變這種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。將富含氨基酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩?，獲得的轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量提高30%。轉(zhuǎn)基因高賴氨酸玉米2、使果品延熟，便于儲存將控制番茄成熟的基因?qū)敕?，獲得轉(zhuǎn)基因延熟番茄。轉(zhuǎn)基因延熟番茄3、豐富花品顏色，提高觀賞價(jià)值。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。轉(zhuǎn)基因矮牽牛普通矮牽牛動物基因工程前景廣闊1.用于提高動物生長速度普通鮭魚轉(zhuǎn)基因鮭魚

中科院水生生物研究所培育的轉(zhuǎn)基因鯉魚，表現(xiàn)出快速生長效應(yīng)。2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)如，將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，轉(zhuǎn)基因奶牛分泌的乳汁，乳糖含量降低，營養(yǎng)成分不變。美國通過基因工程將人的基因植入牛的體內(nèi)，由轉(zhuǎn)基因公牛授精的母牛產(chǎn)下5頭健壯的牛犢，每頭都含有一個(gè)人類的基因。轉(zhuǎn)基因動物把人或哺乳動物的某種基因?qū)氲讲溉閯游?如鼠、兔、羊和豬)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)基因動物。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用我國培養(yǎng)的轉(zhuǎn)基因兔，轉(zhuǎn)入的乙型肝炎表面抗原基因已在基因兔體內(nèi)整合并表達(dá)。兔研人員將乙型肝炎表面抗原基因注入兔受精卵的情形。就基因藥物而言，最理想的表達(dá)場所是乳腺為什么?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)基因動物又可無限繁殖。1）乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動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?；蚬こ趟幬飿?gòu)建基因表達(dá)載體顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動物只有在產(chǎn)下的雌性動物個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)。獲取目的基因例（如血清蛋白基因）發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。缺點(diǎn)解決途徑由于受原材料來源的限制，價(jià)格十分昂貴。利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品?；蚬こ桃葝u素（一）胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。胰島素分子結(jié)構(gòu)基因工程胰島素（二）將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!胰島素生產(chǎn)車間干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。干擾素生產(chǎn)車間干擾素分子結(jié)構(gòu)基因工程干擾素（一）

基因工程人工干擾素α-2b（安達(dá)芬）是我國第一個(gè)全國產(chǎn)化基因工程人干擾素α-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細(xì)胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當(dāng)前國際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物?；蚬こ谈蓴_素（二）我國第一個(gè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的生物高技術(shù)產(chǎn)品——人α型基因工程干擾素。人造血液及其生產(chǎn)

人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。其它基因工程藥物基因工程藥品——

生長激素

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。

現(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6萬具尸體的全部產(chǎn)量。

其它基因工程藥物設(shè)想建立器官移植工廠動物基因工程現(xiàn)實(shí)用動物的器官解決人類器官來源問題器官移植基因治療基因治療：

把正?；?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，這是治療遺傳病的最有效的手段。舉例：復(fù)合型免疫缺陷患者生存在無菌環(huán)境中

復(fù)合型免疫缺陷癥患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細(xì)菌或者病毒感染，就會發(fā)病死亡。這個(gè)病的機(jī)理是細(xì)胞的一個(gè)常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶的基因發(fā)生了突變?？梢酝ㄟ^基因工程的方法治療?；蛑委煹男问剑后w外基因治療體內(nèi)基因治療用于基因治療的基因種類：1）用正?；虼嫒毕莼?，或依靠其表達(dá)產(chǎn)物來彌補(bǔ)病變基因帶來的缺陷。如血友病、地中海貧血病的治療。2）反義基因。產(chǎn)生mRNA分子與病變的mRNA分子進(jìn)行互補(bǔ)，阻斷蛋白質(zhì)的合成。3）自殺基因。編碼可殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因?；蚬こ叹?）應(yīng)用：基因工程菌除了生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。（2）實(shí)例：①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中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。②通過構(gòu)建基因工程菌，用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)加工轉(zhuǎn)化糖漿所需要的淀粉酶。（3）優(yōu)點(diǎn)：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。三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用其他應(yīng)用培養(yǎng)出可以降解多種污染物的“超級細(xì)菌”，處理環(huán)境污染；用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)生物能源。當(dāng)堂檢測1.

蘇云金桿菌殺蟲晶體蛋白（Bt）與豇豆胰蛋白酶抑制劑（CpTⅠ）殺蟲機(jī)理不同。在轉(zhuǎn)Bt基因作物種植區(qū)，發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲種群抗性基因頻率顯著上升?？茖W(xué)家嘗試用轉(zhuǎn)雙基因煙草對2齡幼蟲進(jìn)行多代抗性篩選。以下敘述錯(cuò)誤的是（）A.利用DNA分子雜交技術(shù)不能檢測煙草植株的抗蟲性狀B.單基因抗性篩選與雙基因抗性篩選導(dǎo)致棉鈴蟲種群基因庫不同C.種植轉(zhuǎn)雙基因煙草可避免棉鈴蟲產(chǎn)生抗性基因D.轉(zhuǎn)基因植物的培育和種植應(yīng)考慮可能造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) 【答案】C【解析】利用DNA分子雜交技術(shù)可以檢測目的基因是否插入到受體細(xì)胞的DNA上，但是不能檢測煙草植株的抗蟲性狀，A項(xiàng)正確；蘇云金桿菌殺蟲晶體蛋白（Bt）與豇豆胰蛋白酶抑制劑（CpTⅠ）殺蟲機(jī)理不同，所以單基因抗性篩選與雙基因抗性篩選對棉鈴蟲的選擇作用不同，從而會導(dǎo)致棉鈴蟲種群基因庫有差異，B項(xiàng)正確；自然條件下存在對棉鈴蟲抗性強(qiáng)和抗性弱的基因，種植轉(zhuǎn)雙基因煙草只是對棉鈴蟲的抗性基因起到選擇作用，不會影響棉鈴蟲抗性基因的產(chǎn)生，C項(xiàng)錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)基因植物的培育和種植可能造成生物多樣性降低、產(chǎn)生超級雜草等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，D項(xiàng)正確。2.

乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成，科學(xué)家將該基因的反義基因?qū)敕鸭?xì)胞內(nèi)，培育轉(zhuǎn)基因延熟番茄，延長其儲藏期。反義基因的作用機(jī)制如下圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是（）A.有意義mRNA和反義mRNA是通過相應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄而來的B.乙烯生物合成酶基因的模板鏈的序列與反義基因的是互補(bǔ)的C.乙烯是乙烯生物合成酶基因的表達(dá)產(chǎn)物，可促進(jìn)果實(shí)成熟D.因?yàn)閙RNA形成雙鏈后無法進(jìn)行翻譯，所以無乙烯生物合成酶生成 【答案】C【解析】由題圖可以看出，有意義mRNA和反義mRNA是通過相應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄而來的，A項(xiàng)正確；反義mRNA能夠與有意義mRNA進(jìn)行雜交形成雙鏈，并且有意義mRNA和反義mRNA是通過相應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄而來的，所以乙烯生物合成酶基因的模板鏈的序列與反義基因的模板鏈的序列是互補(bǔ)的，B項(xiàng)正確；乙烯生物合成酶基因的表達(dá)產(chǎn)物可以控制乙烯的合成，乙烯不是其表達(dá)產(chǎn)物，C項(xiàng)錯(cuò)誤；翻譯過程是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程，題圖中兩種mRNA雜交在一起進(jìn)而阻斷了乙烯生物合成酶基因的有意義mRNA的翻譯過程，D項(xiàng)正確?！敬鸢浮緿【解析】科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。3.動物基因工程前景廣闊，最令人興奮的是利用基因工程技術(shù)可以使哺乳動物成為乳腺生物反應(yīng)器，以生產(chǎn)所需要的藥品，如利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)人的生長激素。科學(xué)家培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因動物成為乳腺生物反應(yīng)器時(shí)（）A.僅僅利用了基因工程技術(shù)B.不需要乳腺蛋白基因的啟動子C.利用基因槍法將人的生長激素基因?qū)胧芫阎蠨.需要進(jìn)入泌乳期才能成為“批量生產(chǎn)藥物的工廠”【答案】C【解析】目前，人體移植器官短缺是一個(gè)世界性難題。要實(shí)現(xiàn)器官移植最大的難題是免疫排斥，A項(xiàng)正確。豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似，而且與靈長類動物相比，豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要少得多，B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。目前，科學(xué)家正嘗試?yán)没蚬こ碳夹g(shù)對豬的器官進(jìn)行改造，采用的方法是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(dá)，或設(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，D項(xiàng)正確。4.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.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(dǎo)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(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【答案】C5.科學(xué)家將某藥物蛋白合成基因轉(zhuǎn)移