3.3 基因工程的應(yīng)用課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

第3章第3節(jié)基因工程的應(yīng)用從社會(huì)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(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抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因大豆、重組人干擾素、促紅細(xì)胞生成素等。自20世紀(jì)70年代興起后，得到飛速發(fā)展，展示出廣闊前景。低乳糖奶牛基因工程肝炎疫苗轉(zhuǎn)入三色紫羅蘭基因的藍(lán)玫瑰轉(zhuǎn)入抗黃瓜花葉病毒基因的甜椒01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用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(xué)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(jì)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；基因工程的應(yīng)用現(xiàn)狀概述⑤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；⑥2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)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）01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(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1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物①培育方法：②實(shí)例：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻、馬鈴薯等

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01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用③優(yōu)點(diǎn)：減少因化學(xué)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)量拓展各種抗蟲基因的作用機(jī)理①Bt抗蟲蛋白可降解成有毒的多肽，多肽與害蟲腸上皮細(xì)胞的特異性受體結(jié)合，導(dǎo)致其細(xì)胞膜穿孔，最終導(dǎo)致害蟲死亡。②蛋白酶抑制劑和淀粉酶抑制劑分別抑制相應(yīng)酶的活性，影響害蟲對蛋白質(zhì)和淀粉的消化，還能引起害蟲的厭食反應(yīng)③植物凝集素基因控制植物合成一種糖蛋白，此糖蛋白能與害蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合，影響害蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用

將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏校嘤鲛D(zhuǎn)基因抗病植物。2.轉(zhuǎn)基因抗病植物①培育方法：②實(shí)例：抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒、番木瓜和煙草等轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒感染環(huán)斑病毒的番木瓜(左）與轉(zhuǎn)基因番木瓜(右）01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用

將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可培育?/p>

抗除草劑的作物品種。3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物①培育方法：轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等②實(shí)例：機(jī)械化生產(chǎn)農(nóng)田中噴灑除草劑轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。4.改良植物的品質(zhì)①培育方法：

將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校岣甙被岬暮?，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。②實(shí)例：高賴氨酸玉米

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，大大提高觀賞價(jià)值。轉(zhuǎn)基因矮牽?；?1基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用拓展利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物品質(zhì)的途徑①直接導(dǎo)入控制該性狀的結(jié)構(gòu)蛋白基因②導(dǎo)入與該性狀有關(guān)的某種關(guān)鍵酶的基因或者改變某種關(guān)鍵酶的活性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。5.提高動(dòng)物的生長速率①培育方法：轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。②實(shí)例：01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)

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。②培育方法：

乳汁中乳糖的含量大大降低的轉(zhuǎn)基因牛③實(shí)例：①問題: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(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，稱之為乳糖不耐受。01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1.從環(huán)境保護(hù)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(xué)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(huì)不會(huì)對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)生抗性？為什么？會(huì)。害蟲會(huì)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(xì)胞中表達(dá)出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。思考討論:【基礎(chǔ)訓(xùn)練1】(1)轉(zhuǎn)入外源生長素基因的轉(zhuǎn)基因動(dòng)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(xì)菌、真菌()(3)“轉(zhuǎn)基因植物”是指植物體細(xì)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(jìn)入受體細(xì)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√我國西北地區(qū)的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是年降雨量小，從而影響糧食的產(chǎn)量，如果從基因工程的角度考慮，如何避免糧食減產(chǎn)？可以用基因工程技術(shù)培育抗旱作物（篩選獲取抗旱基因）干旱鹽堿地澇災(zāi)學(xué)以致用02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用讓轉(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(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等；1.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①藥物類型：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。②應(yīng)用：③實(shí)例：02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？2.干擾素的作用機(jī)理是怎樣的？3.干擾素用于哪些疾病的治療？4.傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？5.目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？6.我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物的名稱叫什么？用于治療哪些疾??？糖蛋白干擾病毒復(fù)制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得重組人干擾素α-1b主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等思考閱讀P90資料卡——干擾素侯云德院士根據(jù)前面學(xué)過的基因工程的操作程序，說出通過基因工程方法用酵母菌生產(chǎn)乙肝疫苗的過程是怎樣的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）①用PCR擴(kuò)增乙肝病毒抗原蛋白基因；②將乙肝病毒抗原蛋白基因插入質(zhì)粒，構(gòu)建基因表達(dá)載體；③將該基因表達(dá)載體導(dǎo)入酵母菌(該過程也是將酵母菌制備成感受態(tài)細(xì)胞，但是并不是用Ca2+處理，而是用醋酸鋰處理）；④檢測并鑒定，篩選出成功轉(zhuǎn)化的酵母菌，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，分離并提純產(chǎn)物，獲得乙肝病毒抗原蛋白。學(xué)以致用目前已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(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(dòng)物批量生產(chǎn)藥物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)用注意：啟動(dòng)子具有物種和組織的特異性含有人凝血因子Ⅸ的轉(zhuǎn)基因羊人治療性抗體轉(zhuǎn)基因奶牛乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛注意：乳腺生物反應(yīng)器實(shí)質(zhì)是在動(dòng)物的乳汁中生產(chǎn)一些具有重要價(jià)值產(chǎn)品的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的總稱02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用拓展：膀胱生物反應(yīng)器繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了成功?？茖W(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使藥用蛋白基因在什么細(xì)胞中特異性表達(dá)？它與乳腺生物反應(yīng)器相比，有什么優(yōu)點(diǎn)？膀胱上皮細(xì)胞不受性別和生理期限制，且尿液蛋白質(zhì)少，更容易分離藥用蛋白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(dòng)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(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動(dòng)物選擇豬器官移植給人最大的難題是什么？免疫排斥為什么可以選擇豬作為器官供體？思考02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用a.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)；3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體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(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。③對豬的器官進(jìn)行改造的方法：02基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠異想天開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。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(P91相關(guān)信息)：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。①概念：②應(yīng)用：基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)③步驟：03基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用2.實(shí)例：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(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。（1）阿斯巴甜：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②制備方法：（2）凝乳酶：①應(yīng)用：奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)03基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用（3）淀粉酶、脂酶：①應(yīng)用：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂肪酶②制備方法：構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)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優(yōu)點(diǎn)：2.實(shí)例：03基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用（4）其他應(yīng)用實(shí)例①培育可以降解多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”來處理環(huán)境污染②利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源2.實(shí)例：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)入方式生產(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)雜一、基因工程的應(yīng)用1.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？思考討論：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(jìn)行加工和修飾，從而產(chǎn)生有活性的胰島素。2.培育乳腺生物反應(yīng)器時(shí)為什么要選用乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件與藥用蛋白基因重組在一起？目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)。3.與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比，用動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)勢有哪些？(1)動(dòng)物乳腺有完整的蛋白質(zhì)翻譯后修飾系統(tǒng)，生產(chǎn)的蛋白質(zhì)活性高，更穩(wěn)定。(2)產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌，易提取?！净A(chǔ)訓(xùn)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(xì)胞中表達(dá)的原因是藥用蛋白基因只存在于乳腺細(xì)胞中，其他細(xì)胞中沒有()(3)用基因工程技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)酶的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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√【典例4】動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器是一項(xiàng)利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生物發(fā)酵，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質(zhì)的現(xiàn)代生物技術(shù)?？茖W(xué)家已在牛和羊等動(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、生長激素等重要藥品，其大致過程如圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是A.通過③形成的重組質(zhì)粒具有人的藥用蛋白基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因即可B.④通常采用顯微注射技術(shù)C.在轉(zhuǎn)基因母牛的乳腺細(xì)胞中人的藥用蛋白基因才會(huì)得以表達(dá)，因此可以從乳汁中提取藥物D.該技術(shù)生產(chǎn)藥物的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、易提取√1.下列有關(guān)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面應(yīng)用的敘述，錯(cuò)誤的是()A.將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参?，可培育出轉(zhuǎn)基因抗病植物B.將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可培育出轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物C.將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参铮商岣咧参锏臓I養(yǎng)價(jià)值D.將基因工程生產(chǎn)的腸乳糖酶作為藥物添加在牛奶中，可解決人的乳糖不耐受問題D課堂練習(xí)2.利用轉(zhuǎn)基因山羊乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)丁酰膽堿酯酶，可治療有機(jī)磷中毒。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.應(yīng)該用山羊乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子構(gòu)建基因表達(dá)載體B.通過體細(xì)胞克隆可將丁酰膽堿酯酶基因傳遞給子代C.通過顯微注射法將基因表達(dá)載體導(dǎo)入山羊乳腺細(xì)胞D.山羊乳腺細(xì)胞可將肽鏈加工成具有一定空間結(jié)構(gòu)的丁酰膽堿酯酶C課堂練習(xí)3.下列關(guān)于用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植供體的研究的敘述，不正確的是