基因工程的應用價值課件高二下學期生物選擇性必修3

第三章基因工程第二節(jié)基因工程的應用價值傳統(tǒng)的育種方式從遺傳學本質上是以自然條件下的基因突變?yōu)榛A，以有性雜交為手段，以選擇優(yōu)良基因型重組體為目的的植物性狀改良過程。遠古時代植物馴化20世紀初植物育種學建立基因工程育種我國祖先利用野生稻逐漸培育水稻的過程依靠傳統(tǒng)育種方法。基因工程開辟了一條基因在植物、動物和微生物之間交流的新途徑，讓人類的遐想成為現(xiàn)實。一、基因工程在農牧業(yè)方面的應用

利用基因工程技術培育的、能穩(wěn)定遺傳外源基因所決定的性狀的生物稱為轉基因生物。轉基因生物可以是動物、植物或微生物。

那么，基因工程在農牧業(yè)、食品業(yè)和醫(yī)藥業(yè)中到底具有哪些應用價值呢？轉基因生物（一）植物基因工程碩果累累

閱讀教材103~104頁的內容，從具體實例入手，了解植物基因工程在如何提高農作物抗病、抗蟲、抗鹽堿等方面的應用。學生活動項目轉基因抗病植物轉基因抗蟲植物轉基因抗逆植物現(xiàn)狀

成果

實例

1．轉基因抗病植物——番木瓜的實例

（1）現(xiàn)狀：番木瓜環(huán)斑病在全球的番木瓜產地都有發(fā)生，在中國南方的多個省份也廣泛流行。番木瓜環(huán)斑病毒是一種變異性很強的RNA病毒，不同地區(qū)的毒株感染番木瓜的能力差異較大?；挤竟檄h(huán)斑病的果實

（2）成果：科學家利用番木瓜環(huán)斑病毒優(yōu)勢毒株——“黃點花葉”株，將這個毒株的復制酶基因轉入番木瓜細胞內，培育出具有很強抗病性能的轉基因品系——“華農1號”。轉基因番木瓜

（3）其他實例：科學家利用基因工程技術，將一些特定的基因，如病毒的復制酶基因和衣殼蛋白基因以及幾丁質酶基因、植物抗毒素基因導入小麥、甜椒或番茄等作物，獲得了抗病的小麥、甜椒或番茄等新品種。2．轉基因抗蟲植物——抗蟲棉的實例（1）現(xiàn)狀：蟲害給農作物造成的損失也十分巨大。（2）成果：科學家將從蘇云金桿菌中分離出來的編碼蘇云金桿菌Bt毒蛋白的基因導入棉細胞，培育出了轉基因抗蟲棉。轉基因抗蟲棉對棉鈴蟲等具有很強的抗性。

（3）其他實例：轉基因抗蟲水稻、玉米、大豆、馬鈴薯、煙草、番茄、蘋果、核桃、楊樹和菊花等抗蟲品種相繼問世。

3．轉基因抗逆植物——抗凍番茄（1）現(xiàn)狀：幾乎所有的植物在它們的生長過程中都會遇到凍害、鹽堿、干旱、水澇等逆境條件。對于許多有經濟價值的植物而言，凍害是影響其產量和品質的重要因素。

（2）抗凍蛋白：在地球的南、北兩極，環(huán)境溫度常常達到零下幾十度，生活在這些地區(qū)海洋里的魚類血液中含有大量的抗凍蛋白。這些抗凍蛋白可以降低魚類體液的冰點，使魚類免于因體液凍結而死亡。能不能利用基因工程手段將這些海洋魚類細胞中編碼抗凍蛋白的基因轉入到植物細胞中去呢？3．轉基因抗逆植物——抗凍番茄（3）成果：科學家成功將抗凍蛋白的基因轉入番茄細胞，培育出轉基因抗凍番茄。這類番茄由于具有抗凍性狀，保鮮期和貯藏期都大為延長。（4）其他實例：鹽堿和干旱因影響細胞的滲透壓和水分供應而危害作物，科學家已成功地向某些作物（如煙草）轉入一些可以調節(jié)細胞滲透壓的基因來提高作物的抗鹽堿和抗干旱的能力。（二）動物基因工程顯示出誘人的應用前景

閱讀教材104頁的內容，結合表格提示完成該內容的學習。根據(jù)實例思考：運用基因工程改良動植物品種的優(yōu)點是什么？學生活動應用項目轉入基因成果改善畜牧產品的品質提高動物的生長速度ω-3脂肪酸去飽和酶基因可產生較多ω-3脂肪酸的轉基因豬外源生長激素基因轉基因綿羊、轉基因三文魚優(yōu)點：能打破常規(guī)育種難以突破的物種之間的界限。二、基因工程在食品業(yè)中的應用價值1．利用基因工程改良植物品質

植物品質的改良主要包括植物蛋白質、糖類、脂肪品質的改良以及維生素種類和含量的改良。

根據(jù)植物品質改良的目的需要獲得怎樣的目的基因呢？現(xiàn)階段有哪些成果？（1）目的基因：如與淀粉、脂質合成有關的基因，與植物代謝過程有關的基因等。（2）成果：獲得了蒸煮品質和食味品質得到改善的轉基因水稻、油脂品質得到改善的轉基因大豆、富含β-胡蘿卜素的水稻、高賴氨酸含量的玉米等。2．利用基因工程生產氨基酸、助鮮劑、甜味劑等食品添加劑，以及應用于食品制造業(yè)的淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶、蛋白酶等。三、基因工程在醫(yī)藥業(yè)中的應用價值

基因工程和人類健康的關系密切，主要表現(xiàn)在基因工程藥物和基因治療兩方面。（一）基因工程藥物1．利用轉基因工程菌生產基因工程藥物成果應用重組人胰島素、細胞因子、抗體、疫苗、激素等可用于腫瘤、心血管病、傳染病、糖尿病、類風濕等疾病的預防和治療（一）基因工程藥物1．利用轉基因工程菌生產基因工程藥物

口蹄疫是豬、牛、羊等主要家畜及野生偶蹄動物共患的一種急性接觸性傳染病，口蹄疫疫苗能有效控制該疾病的發(fā)生和傳播。實例限制酶DNA連接酶2．乳腺生物反應器

閱讀教材中104~105頁的內容，思考：什么是乳腺生物反應器？以轉基因牛為例繪制乳腺生物反應器的產生過程？根據(jù)表格的比較內容，比較乳腺生物反應器與基因工程生產藥物的區(qū)別。學生活動2．乳腺生物反應器（1）概念

科學家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導入哺乳動物的受精卵中，由這個受精卵發(fā)育成的轉基因動物在進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產所需要的藥物。

除此之外，還有膀胱生物反應器、輸卵管生物反應器。構建表達載體方法受體細胞2．乳腺生物反應器（2）過程胚胎移植顯微注射法如人血清白蛋白基因、生長激素基因獲取目的基因構建基因表達載體目的基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子重組質粒性成熟的公牛性成熟的母牛受精卵卵母細胞精子早期胚胎轉基因牛利用分泌的乳汁生產所需的藥物（2）過程（3）比較乳腺生物反應器與基因工程生產藥物的區(qū)別比較項目乳腺生物反應器基因工程菌生產藥物基因結構哺乳動物基因的結構與人類基因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基因產物與天然蛋白質完全相同細菌缺少內質網、高爾基體等，合成的蛋白質可能不具有生物活性受體細胞導入目的基因的方式生產條件不需嚴格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需嚴格滅菌，控制工程菌生長繁殖所需的溫度、pH、營養(yǎng)等外界條件產物提取哺乳動物的受精卵微生物細胞顯微注射法Ca2+處理法從哺乳動物乳汁中提取，相對簡單從微生物細胞中提取，相對復雜

為什么基因表達載體導入的不是乳腺上皮細胞，卻只能在乳腺細胞中表達？

基因表達載體導入的是受精卵，這樣由受精卵發(fā)育成的個體的體細胞中均含有目的基因，但由于目的基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起，所以目的基因只在乳腺細胞中表達。易錯辨析（二）基因治療1．基因治療是指利用正?；蛑脫Q或彌補缺陷基因的治療方法，包括基因診斷、基因分離、載體構建、目的基因導入等多項技術。2．基因診斷是采用多種方法確定和定位病變基因的過程。

例如，利用探針（一段已知基因的核苷酸序列）和分子雜交情況，來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常（如遺傳病患者的基因缺陷)等。3．基因治療有體內和體外兩種途徑（1）體內途徑

將分離出來的帶有治療作用的基因通過載體轉入患者體內的某些細胞，直接糾正或彌補缺陷基因的功能。

（2）體外途徑

例如，1990年，美國國立衛(wèi)生研究院采用體外途徑，用腺苷脫氨酶基因有效治療了一名患有腺苷脫氨酶基因缺陷癥的女孩。實踐應用

閱讀教材107頁中“如何治愈腺苷脫氨酶基因缺陷癥患者”的實例。閱讀之后思考以下問題。實踐應用

1．分析腺苷脫氨酶基因缺陷癥的病因是什么？

（1）直接原因是缺乏腺苷脫氨酶，這種酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的。（2）根本原因是腺苷脫氨酶基因缺失。構建含有正常腺苷脫氨酶基因的表達載體從患者體內分離出T淋巴細胞重組逆轉錄病毒感染T淋巴細胞，將基因整合到細胞內的染色體上將攜帶正常基因的T淋巴細胞再注射入患者體內實踐應用

2．上述病癥的基因治療過程包括哪些主要步驟？課堂小結基因工程的應用價值農牧業(yè)中的應用價值植物基因工程的應用價值轉基因抗病植物轉基因抗蟲植物轉基因抗逆植物動物基因工程的應用價值改善畜牧產品的品質提高動物的生長速率食品業(yè)中的應用價值植物品質改善食品添加劑、食品制造業(yè)醫(yī)藥業(yè)中的應用價值基因工程藥物基因治療體外基因治療體內基因治療難點突破途徑體外基因治療體內基因治療不同點方法特點相同點從患者體內獲得某種細胞→細胞培養(yǎng)→體外完成基因轉移→篩選、細胞擴增→轉入患者體內外源基因→載體攜帶→患者體內相應組織細胞操作復雜，但效果可靠方法較簡單，但效果難以控制都是將外源基因導入靶細胞，以糾正或補償缺陷或異?；蛞鸬募膊?，目前兩種方法都處于臨床試驗階段1．目前人類利用基因工程的方法成功培育出轉基因抗蟲棉，以下說法正確的是（

）A．編碼蘇云金桿菌Bt毒蛋白的基因與質粒結合后直接進入棉花的葉肉細胞中表達B．抗蟲基因導入棉花葉肉細胞后，可通過傳粉、受精的方法，使抗蟲性狀遺傳下去C．標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因D．轉基因抗蟲棉，不會對棉鈴蟲的抗性產生影響C2．我國已能自行生產乙肝疫苗等基因工程藥物，乙肝疫苗的生產方法是（

）

A．在受體細胞內大量增殖乙肝病毒

B．在液體培養(yǎng)基中大量增殖乙肝病毒

C．將乙肝病毒的全部基