基因工程的应用-高二生物课件(人教版2019选择性必修3)

第三章基因工程第3节

基因工程的应用本节聚焦:基因工程的应用有哪些？怎样理性看待基因工程在生产和生活中的应用？

羊产出蜘蛛丝——动物转基因技术

抗病毒基因鱼类的抗冻蛋白基因萤火虫的荧光基因乌龟的长寿基因人类胰岛素的合成基因富含赖氨酸的蛋白质合成基因

植物花青素代谢有关的基因根据基因工程的原理我们可以利用下面这些基因培育什么样的个体呢？受体细胞=导入？自20世纪70年代兴起后，基因工程得到飞速发展，展示出广阔前景。农牧业方面食品工业医疗卫生领域199620170100200189.81.7全世界转基因作物种植面积/(×106hm2)1996—2017年，全世界转基因作物种植趋势变化年份资料1：1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了一百多倍；1.植物方面资料3：2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%，作物产量增加了66×108t，增加经济收益近1.3万亿元。资料2：我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。基因工程应用广泛基因工程优势明显基因工程在农牧业方面的应用一资料4：2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。2.动物方面转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）基因工程在农牧业中的应用发展迅速，已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等。基因工程在农牧业方面的应用一转基因抗虫植物农牧业方面的应用转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改良植物的品质提高动物的生长速率改良畜产品的品质抗逆性任务1：自主阅读P88-89，总结基因工程应用于农牧业的6个具体内容基因工程在农牧业方面的应用一转基因抗虫植物思考1：转基因抗虫植物导入的是什么基因？具有什么优势？相关基因：具有抗虫功能的基因，优势：植物具有抗虫性实例：转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等对照（被害虫侵害的黄绿色植株）转基因抗虫水稻（绿色植株）非转基因抗虫棉（左）转基因抗虫棉（右）转基因抗虫植物成为目前防治作物虫害的发展趋势基因工程在农牧业方面的应用一转基因抗病植物右为转基因抗病毒甜椒右为转基因抗病毒番木瓜科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。基因工程在农牧业方面的应用一转基因抗除草剂植物思考1：杂草常常危害农业生产，大量施用除草剂可能存在什么问题？施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田转基因抗除草剂植物：通过导入降解或抵抗某种除草剂的基因

使得喷洒除草剂时，杀死杂草，同时不会损伤作物基因工程在农牧业方面的应用一改善植物品质资料一：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。提高营养价值。资料二：我国科学家将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高观赏价值。高赖氨酸玉米转基因的矮牵牛花基因工程在农牧业方面的应用一学以致用：如何培育转基因抗虫植物、抗病植物、抗除草剂植物？（选择其中一例写出具体过程）Bt抗虫蛋白质基因Ti质粒重组Ti质粒农杆菌作物细胞抗虫作物苏云金芽孢杆菌抗病基因Ti质粒重组Ti质粒病毒真菌子房或花柱切面转基因种子转基因植物提高动物的生长速度思考：导入什么基因可提高动物的生长速率？外源生长激素基因资料：我国科学家培育的转生长激素基因鲤鱼，同等养殖条件下，生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%-115%。非转基因鲤鱼（上）转生长激素基因鲤鱼（下）基因工程在农牧业方面的应用一改善畜产品品质资料：有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，这称为乳糖不耐受。我国约有1/3的成年人乳糖不耐受。思考：请问是否可以想出一个方案，解决我国人群乳糖不耐受的问题？基因工程在农牧业方面的应用一乳糖酶基因牛受精卵代孕母体转基因奶牛显微注射胚胎移植分娩人载体早期胚胎培养任务2：自主阅读P90-91，总结医药卫生领域的应用主要包括哪3个方面让转基因哺乳动物批量生产药物用转基因动物作为器官移植的供体基因改造微生物或动植物的细胞生产药物医药卫生领域的应用基因工程在医疗卫生领域的应用二基因工程在医疗卫生领域的应用二【资料1】：胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。

将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!【资料2】：干扰素是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白。干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！对癌症也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。

科学家利用基因工程，从1kg细菌培养液中可20-40mg干扰素。

①干扰素的化学本质是什么？②干扰素的作用机理是怎样的？③干扰素用于哪些疾病的治疗？④传统生产干扰素的方法是什么？⑤目前大量生产干扰素的方法是什么？⑥我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？用于治疗哪些疾病？糖蛋白干扰病毒复制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等从人血液中的白细胞内提取用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得重组人干扰素α-1b主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等干扰素资料卡干扰素的化学本质是

，其为抗

药物；抗生素为抗

药物。糖蛋白病毒细菌干扰素生产过程：干扰素基因质粒重组质粒大肠杆菌大量可生产干扰素的大肠杆菌培养导入构建改造微生物或动植物细胞生产药物基因工程在医疗卫生领域的应用二学以致用根据前面学过的基因工程的操作程序，说出通过基因工程方法用酵母菌生产乙肝疫苗的过程是怎样的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）①用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；②将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；③将该基因表达载体导入酵母菌(该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不是用Ca2+处理，而是用醋酸锂处理）；④检测并鉴定，筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养，分离并提纯产物，获得乙肝病毒抗原蛋白。用转基因哺乳动物批量生产药物乳汁中含有人凝血因子Ⅸ的转基因羊乳汁中含有人生长激素的转基因牛基因工程在医疗卫生领域的应用二乳腺生物反应器或乳房生物反应器药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体显微注射受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物发育任务乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较(导学案P78)【情境】利用基因工程生产人胰岛素有两种方法:方法一:将胰岛素基因转入细菌细胞,进行微生物培养,提取胰岛素;方法二:将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵,培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。(1)方法一中,为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞,应用

处理细菌细胞,目的是使细胞处于一种

。

能吸收周围环境中DNA分子的生理状态Ca2+(2)方法二中,将目的基因导入受体细胞常用的方法是

。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达,应该采取的措施是在人胰岛素基因的首端加上

等调控组件。

(3)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌,该类工程菌的优点是

(至少答出两点)。

(4)上述两种方法中,哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性?试解释其原因。乳腺蛋白基因的启动子单细胞、繁殖快方法一。方法一中的受体细胞是细菌,其细胞内无内质网和高尔基体,无法对胰岛素进行加工和修饰。显微注射法例1利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器,以生产所需要的药品,如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时,下列说法错误的是 (

)A.利用显微注射法将人的生长激素基因导入受体哺乳动物体内B.需要将乳腺中特异表达的基因的启动子与目的基因重组在一起C.动物必须是雌性才能满足要求D.动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”任务活动A例2如图3-3-1表示应用基因工程技术生产干扰素的三条途径,下列相关叙述错误的是 (

)A.途径甲中,过程Ⅰ应将干扰素基因和乳腺中特异表达的基因的启动子重组B.途径乙中,过程Ⅱ一般所采用的方法是农杆菌转化法C.途径丙中,过程Ⅱ可用Ca2+处理大肠杆菌D.三条途径中,过程Ⅲ依据的生物学原理相同任务活动D图3-3-1人体移植器官短缺寻求可代替的移植器官猪的内脏与人相似培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官抑制抗原决定基因表达或除去抗原决定基因在器官供体基因组中导入某种体调节因子用转基因动物做器官移植的供体基因工程在医疗卫生领域的应用二假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？

生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值；

关爱生命利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等基因工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。细菌拟核质粒质粒重组质粒核酸切割送入细胞重组细菌插入质粒基因工程在食品工业方面的应用三将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。传统制作杀死未断奶的小牛，然后将它的第四胃的黏膜取出来提取凝乳酶来固化奶中的蛋白质。基因工程制作奶酪的制作利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等基因工程在食品工业方面的应用三思维导图改良微生物移植从社会中来转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查：目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书?截至2019年年底,我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书;批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书,但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维,其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料;我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。一、概念检测1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导人大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列叙述，正确的是()A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等C练习与应用（P92）2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是()A.培育青霉菌并从中提取青霉素B.利用乳腺生物反应器生产药物C.制造一种能分解石油的“超级细菌”D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌A二、拓展应用1.除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途，径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。(1)下面是探究“转人外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请补充完整。①