3-3-基因工程的應用-課件2023-2024學年高二下學期生物人教版選擇性必修3

基因工程的應用基因工程Applicationofgeneticengineering從社會中來Fromsociety

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導入大腸桿菌細胞中，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用。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應用呢？從社會中來Fromsociety

基因工程自20世紀70年代興起后，得到了飛速的發(fā)展，在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面，展示出廣闊的前景。目錄基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry01基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth02基因工程在食品工業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinfoodindustry03Exercisestoconsolidate習題鞏固04基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry第一部分基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry1.轉基因農(nóng)作物全世界轉基因作物種植面積呈增加趨勢1.7×106hm21.898×108hm2100多倍1996年2017年2017年我國商業(yè)化種植的轉基因作物是棉花和番木瓜。美國是世界上轉基因作物種植面積最大的國家。棉花、玉米、大豆種植比例都超過90%?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry2.轉基因動物第一種用于食用的轉基因動物——轉基因大西洋鮭(俗稱“三文魚”)在美國獲得批準上市。每年都有令人矚目的轉基因研究成果，有些成果正在進入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。轉基因大西洋鮭的優(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?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry目前，基因工程技術已被廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面。轉基因抗蟲植物農(nóng)牧業(yè)方面的應用轉基因抗病植物轉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)抗逆性基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry1.轉基因抗蟲植物為什么做污染環(huán)境，損害人類健康，增加生產(chǎn)成本。使用化學農(nóng)藥殺蟲

從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，導入作物，使其具有抗蟲性，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應用——轉基因抗蟲植物Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry——Transgenicinsect-resistantplants主要殺蟲基因：①Bt毒蛋白基因：③淀粉酶抑制劑基因：②蛋白酶抑制劑基因：④植物凝集素基因：阻斷或降低蛋白酶的活性，使害蟲不能正常消化食物，還會引起厭食反應。導致細胞膜穿孔，細胞腫脹裂解。產(chǎn)生的抑制劑可與害蟲消化道內(nèi)的淀粉酶結合。可與害蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結合，影響害蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應用——轉基因抗蟲植物Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry——Transgenicinsect-resistantplants轉基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。成果：減少化學農(nóng)藥的使用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量。普通水稻

抗蟲水稻優(yōu)點：基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry2.轉基因抗病植物植物病害是多種多樣的，從根莖葉到花和果實都有病害發(fā)生。許多栽培作物自身缺少抗病基因。為什么做將某些病毒、真菌等的抗病基因導入植物中，培育出了轉基因抗病植物基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用——轉基因抗病植物Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry——Transgenicdisease-resistantplant主要抗病基因：①抗病毒基因：②抗真菌基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因成果：轉基因抗病毒甜椒、番木瓜、煙草番木瓜環(huán)斑病毒感染的番木瓜抗病毒的番木瓜轉基因抗病毒甜椒基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry3.轉基因抗除草劑植物為什么做雜草常常危害農(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)。雜草對除草劑產(chǎn)生抗性，殘留除草劑對人體有危害。將降解或抵抗某種除草劑的基因導入作物，可以培育出抗除草劑的作物品種?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應用——轉基因抗除草劑植物Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry——Transgenicherbicide-resistantplants優(yōu)點：在噴灑除草劑時，田間雜草會被殺死而作物不會受到損傷。成果：轉基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草劑后的轉基因抗除草劑玉米田種植轉基因抗除草劑大豆的農(nóng)田基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry轉基因作物的優(yōu)點第1：減少化學殺蟲劑的施用量，減少環(huán)境污染第2：增加作物產(chǎn)量第3：增加經(jīng)濟效益基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry4.改良植物的品質(zhì)為什么做隨著生活水平的提高，人們越來越關注植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。利用轉基因技術改良植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。成果：①使食品的營養(yǎng)成分均衡。②豐富花品顏色，提高觀賞價值?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應用——改良植物的品質(zhì)Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry——Improvethequalityofplants①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，導入植物，或改變這種氨基酸合成途徑中某種關鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。將富含氨基酸的蛋白質(zhì)編碼基因導入玉米，獲得的轉基因玉米中賴氨酸的含量提高30%。基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用——改良植物的品質(zhì)Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry——Improvethequalityofplants②豐富花品顏色，提高觀賞價值。將與植物花青素代謝有關的基因導入花卉植物矮牽牛中，轉基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色。轉基因矮牽牛普通矮牽?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry5.提高動物的生長速率為什么做外源生長激素基因的表達可以使轉基因動物生長得很快。將外源生長激素基因導入動物體內(nèi)，以提高動物生長速率。成果：我國科學家將外源生長激素基因導入鯉魚，在同等養(yǎng)殖條件下，轉基因鯉魚的生長速率比非轉基因鯉魚提高了42%～115%。基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)為什么做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?的成年人對乳糖不耐受?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應用——改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)Applicationofgeneticengineeringinagricultureandanimalhusbandry——Improvethequalityoflivestockproducts將乳糖酶基因導入奶?；蚪M，使獲得轉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。優(yōu)點：避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth第二部分基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth為什么做在傳統(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，因為受到原料來源的限制，產(chǎn)量低，價格貴，遠不能滿足患者的需求。如：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血液只能提取出1mg干擾素。基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth1.基因工程改造微生物或動植物的細胞生產(chǎn)藥物藥物類型用途成果細胞因子、抗體、疫苗和激素等預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關節(jié)炎等我國生產(chǎn)的重組人類干擾素、血小板生成素、促進紅細胞生成素和粒細胞擊落刺激等基因工程藥物均已投放市場基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth干擾素是人體或動物受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種細胞因子，是一種具有干擾病毒復制作用的

，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。糖蛋白傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：從人血液中的白細胞提取?，F(xiàn)代生產(chǎn)方法：干擾素基因質(zhì)粒重組質(zhì)粒大腸桿菌或酵母菌大量可以生產(chǎn)干擾素的大腸桿菌或酵母菌構建導入培養(yǎng)基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth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。抗生素≠干擾素①抗生素：抗細菌藥物②干擾素：抗病毒藥物基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth2.利用轉基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物——乳腺生物反應器藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子重組載體哺乳動物受精卵早期胚胎代孕母體轉基因動物培養(yǎng)胚胎移植分娩顯微注射乳汁中含有藥物蛋白目前，科學家已經(jīng)在牛、山羊等動物乳腺生物反應器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth1.乳腺生物反應器指的是轉基因動物的乳腺嗎？讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中特異性表達幾乎所有細胞不是，乳腺生物反應器指的就是這個轉基因生物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基因動物的哪些細胞中？基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用——乳腺生物反應器Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth——MammaryglandbioreactorA.動物泌乳期有間隔B.有些蛋白不能在乳腺里表達C.某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同優(yōu)點缺點A.適合于表達高等動物體內(nèi)的復雜蛋白B.制備乳腺反應器的方法成熟C.乳腺是天然的高效合成蛋白質(zhì)的器官D.乳汁中重組蛋白的提取和純化相對容易基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用——乳腺生物反應器Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth——Mammaryglandbioreactor補充：膀胱生物反應器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。基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth3.用轉基因動物作為器官移植的供體問題：解決：人體移植器官短缺是世界性難題尋求可替代的移植器官，如利用基因工程對豬的器官進行改造，來解決人類器官移植的來源問題。①豬的內(nèi)臟構造、大小、血管分布與人相似；最大的難題：豬的優(yōu)點：②豬體內(nèi)隱藏的致病基因遠遠少于靈長類動物。存在免疫排斥反應?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth對豬器官改造的方法：②設法除去抗原決定基因，然后再結合克隆技術，培育出不會

引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。①在器官供體的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；基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用Applicationofgeneticengineeringinthefieldofmedicineandhealth假如某位心臟病病人換上經(jīng)過改造的豬心臟后，過上了健康人的生活。在生活中，他會遭到歧視嗎?對此你怎么看?生命和健康是人最寶貴的東西,如果一個病人換上了經(jīng)過改造的豬心臟后重獲了健康,我們不僅不能歧視他,還應該從他身上看到現(xiàn)代生物技術在維持人體健康、治療疾病等方面的應用價值?；蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinfoodindustry第三部分基因工程在食品工業(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinfoodindustry1.概念:基因工程構建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)基因工程菌2.步驟：3.應用：阿斯巴甜苯丙氨酸殘基天冬氨酸殘基利用基因工程菌，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。如：一種普遍使用的甜味劑（阿斯巴甜），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)。用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類?；蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinfoodindustry實例1：凝乳酶基因工程技術：大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉、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?；蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應用Applicationofgeneticengineeringinfoodindustry實例2：淀粉酶、脂酶加工轉化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通過構建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術大量生產(chǎn)。優(yōu)點：相比從天然產(chǎn)物中提取的酶，用基因工程技術獲得的工業(yè)用酶純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。乳腺生物反應器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別（在生產(chǎn)人的藥物蛋白方面）Differencesbetweenmammaryglandbioreactorandengineeredbacteriaindrugproduction比較項目乳腺（房）生物反應器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結構基因產(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構與人類結構基本相同。細菌或酵母菌等生物的基因結構與人類基因結構有較大差異。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。基因工程在其他方面的應用Otherapplicationsofgeneticengineering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)境污染到社會中去Gooutintotheworld轉基因技術自誕生以來，發(fā)展迅速，研發(fā)對象已涵蓋至少35科、200多種的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。請調(diào)查：目前我國批準發(fā)放了哪些轉基因作物的生產(chǎn)應用安全證書和進口安全證書?截至2019年年底,我國批準發(fā)放過轉基因耐儲藏番茄、轉基因抗蟲棉、改變花色的轉基因矮牽牛、轉基因抗病辣椒、轉基因抗病番木瓜、轉基因抗蟲水稻、轉植酸酶基因玉米以及轉基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應用安全證書;批準了轉基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進口安全證書,但我國進口的基本上是轉基因棉花的纖維,其他進口轉基因作物的用途僅限于用作加工原料;我國沒有批準任何一種轉基因糧食作物種子進口到我國境內(nèi)商業(yè)化種植。課堂總結Classsummary一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用2、讓轉基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物(一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用概述(二）目前，基因工程技術已被廣泛用于改良動植物品種、

提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用1、基因工程改造微生物或動植物的細胞生產(chǎn)藥物3、用轉基因動物作為器官移植的供體三、基因工程在食品工業(yè)方面的應用1、基因工程菌2、實例習題鞏固Exercisestoconsolidate第四部分習題鞏固Exercisestoconsolidate1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長激素的基因后，重新導人大腸桿菌的細胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列敘述，正確的是()A.轉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)粒標記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等C習題鞏固Exercisestoconsolidate2.基因工程應用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應用的是()A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應器生產(chǎn)藥物C.制造一種能分解石油的