人教版生物选修三1.3 基因工程应用教学.ppt

基因工程的应用 专题 基因工程 1 请同学们阅读P17 19思考以下几题 1 目前用于杀虫的转基因抗虫植物基因有哪些 2 抗病转基因植物所采用的基因 使用最多的是什么 3 在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因 使烟草 番茄的耐寒能力提高措施是什么 4 豆类中哪种必需氨基酸较少 大米 玉米 小麦中哪种必需氨基酸较少 举例说明科学家如何提高氨基酸的含量 5 转基因矮牵牛的目的基因是什么 2 1 抗虫转基因植物 3 2 抗病转基因植物 4 3 抗逆转基因植物 5 4 转基因改良植物的品质 6 1 下列转基因生物与所运用的目的基因正确是 多选 A 抗虫棉 Bt毒蛋白基因B 抗真菌立枯丝核菌的烟草 抗毒素合成基因C 抗盐碱和干旱植物 调节细胞渗透压的基因D 耐寒的番茄 抗冻蛋白基因 ABCD 7 2 抗病转基因植物成功表达后 以下说法正确的是 A 抗病毒转基因植物 可以抵抗所有病毒B 抗病毒转基因植物 对病毒的抗性具有局限性或特异性C 抗病毒转基因植物可以抗害虫D 抗病毒转基因植物可以稳定遗传 不会变异 B 8 1 动物基因工程在哪些方面显示了广阔的应用前景 举例说明 2 什么是乳腺生物反应器 在乳腺生物反应器的制作中 应将药用蛋白基因与什么重组在一起 受体细胞是什么 导入的方法又是什么 3 如何运用基因工程解决器官移植过程中的免疫排斥问题 9 将基因与 等调控组件重组在一起 通过 等方法 导入哺乳动物的中 将其送入母体 使其发育成转基因动物 转基因动物进入泌乳期后 可以通过分泌乳汁生产所需要的药品 称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器 乳腺生物反应器 药物蛋白 乳腺蛋白基因的启动子 显微注射 受精卵 10 转基因生物与目的基因的关系 Bt毒蛋白基因 苏云金芽孢杆菌 调节细胞渗透压的基因 抗冻蛋白基因 抗除草剂基因 鱼 含此抗性基因的植物 含此抗性基因的植物 11 花青素代谢有关基因 含有此基因的植物 控制番茄成熟的基因 富含赖氨酸蛋白质的编码基因 生长激素基因 动物 肠乳糖酶基因 含有此基因的植物 含有此基因的植物 人 12 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 1979年 科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组 并在大肠杆菌内实现了表达 1982年 美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场 售价降低了30 50 基因工程药品 胰岛素 13 传统疫苗存在许多缺点 生产过程需大量繁殖病原体 对工作人员健康造成很大威胁 病原体的减毒 灭活有可能不够彻底 导致接种者直接感染 基因工程疫苗 将起关键作用的 序列保守的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内 生产蛋白质 制作成疫苗 它不使用病原体本身 所以安全 还可以把不同病原体的抗原基因重组到同一受体细胞 生产多价疫苗 基因工程药品 基因工程疫苗 14 1 什么是基因治疗 2 基因治疗分为哪两种途径 三 基因工程药物异军突起 四 基因治疗曙光初照 15 一 基因工程在农业上的应用 1 培育高产 稳产和具优良品质的品种用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量 如 向日葵豆 植株 2 培育抗逆性品种将细菌的抗虫 抗病毒 抗除草剂 抗盐碱 抗干旱 抗高温等抗性基因转移到作物体内 将从根本上改变作物的特性 如转基因抗虫棉 16 高产 优质 缓解了粮食短缺 目的性强 缩短了育种时间 克服了远缘亲本难杂交的特点 优点 基因工程育种 17 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 18 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯 19 3 其他抗逆转基因植物 将抗除草剂 抗盐碱 抗干旱 抗高温等抗性基因转移到作物体内 将从根本上改变作物的特性 20 21 转鱼抗寒基因的番茄 22 我国在抗逆基因的分离 克隆和转化等方面的研究已取得一定进展 克隆了耐盐碱相关基因 通过遗传转化已获得了耐1 NaCl的苜蓿 耐O 8 NaCl的草莓 耐2 NaCl的烟草 抗逆基因工程作物已进入田间试验阶段 我国科学家刘岩等获得了耐盐性明显提高的转基因玉米植株 我国科学家张荃等获得了耐盐性提高的转基因番茄 23 4 利用转基因改良植物的品质 将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因 导入植物中 或者改变这些氨基酸合成途径中某种酶的活性 24 不会引起过敏的转基因大豆 25 26 27 动物基因工程前景广阔 思考题 1 如何利用动物基因工程技术提高动物的生长速率 2 怎样能在其他营养成分不受影响的情况下 降低乳糖的含量 3 目前科学家已在山羊等动物乳腺生物反应器中表达了抗凝血酶 血清白蛋白 生长激素和a 抗胰蛋白酶 科学家是怎样获得转基因动物的 28 繁殖具有抗病能力 高产仔率 高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物 该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中 基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么 将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中 得到的 超级小鼠 二 动物基因工程前景广阔 29 是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物 如鼠 兔 羊和猪 的受精卵里 目的基因若与受精卵染色体DNA整合 细胞分裂时 该基因随染色体的倍增而倍增 使每个细胞中都带有目的基因 使性状得以表达 并稳定地遗传给后代 从而获得基因产品 这样一种新的个体 称为转基因动物 什么叫转基因动物 30 1 用于提高动物生长速度 生长快 肉质好的转基因鱼 中国 31 转基因牛 乳汁中含有人生长激素的转基因牛 阿根廷 32 超级动物 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 33 2 用于改善畜产品的品质 3 用转基因的动物生产药物 乳腺生物反应器 牛奶 不适症 改善方法 缺乏乳糖酶 原因 将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组 过敏 腹泻 恶心等 34 获取目的基因 例如血清蛋白基因 构建基因表达载体 在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子 显微注射导入哺乳动物受精卵中 形成胚胎 将胚胎送入母体动物 发育成转基因动物 只有在产下的雌性动物个体中 转入的基因才能表达 35 1 乳腺是一个外分泌器官 乳汁不进入体内循环 不会影响转基因动物本身的生理代谢反应 2 从乳汁中获取目的基因产物 产量高 易提纯 表达的蛋白质已经过充分的修饰加工 具有稳定的生物活性 3 从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时 转基因动物又可无限繁殖 为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢 产量高 质量好 成本低 易提取 36 4 用转基因的动物作器官移植的供体 存在的难题 解决方法 将供体基因组导入某种基因调节因子 以抑制抗原决定基因的表达 或设法除去抗原决定基因 再结合克隆技术 培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官 免疫排斥 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 37 利用基因工程方法制造 工程菌 可高效率地生产出各种高质量 低成本的药品 三 基因工程药品异军突起 我国已生产的产品 白细胞介素 2 干扰素 乙肝疫苗等 近20种 年产值达30亿 工程菌 用基因工程的方法 使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系 38 作用 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 传统生产方法 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 产量低 价格昂贵 基因工程方法 1979年 科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组 并在大肠杆菌内实现了表达 1982年 美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场 售价降低了30 50 基因工程药品 胰岛素 39 化学本质 是病毒侵入动物或人体细胞后产生的一种糖蛋白 作用 干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染 是一种抗病毒的特效药 此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效 传统生产方法 从人血液中的白细胞内提取 基因工程方法 1980 1982年 科学家在酵母菌细胞内获得了干扰素 中国生产 1993年 重组人干扰素a 1b 治疗乙型肝炎 基因工程药品 干扰素 40 治疗侏儒症的唯一方法 是向人体注射生长激素 传统生产方法 需解剖尸体 从大脑的底部摘取垂体 并从中提取生长激素 基因工程方法 将人的生长激素基因导入大肠杆菌中 使其生产生长激素 人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素 相当于6万具尸体的全部产量 基因工程药品 生长激素 41 1 基因诊断 也称为DNA诊断或基因探针技术 即在DNA水平分析检测某一基因 从而对特定的疾病进行诊断 四 基因治疗曙光初照 基因探针 基因探针就是一段与目的基因或被测DNA互补的特异核苷酸序列 它包括整个基因 或基因的一部分 42 探针制备 放射性同位素 如32P 荧光分子等标记的DNA分子 原理 利用DNA分子杂交原理 原理是 互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链 即能够进行杂交 这种结合是特异的 即严格按照碱基互补配对进行 因此 当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针 与被测基因进行接触 若两者的碱基完全配对成双链 则表明被测基因中含有已知的基因序列 43 DNA分子杂交技术 该方法是根据碱基互补配对原则 把互补的双链DNA解开 把单股的DNA小片段用同位素 荧光分子或化学发光催化剂等进行标记 之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交 从而检出所要查明的DNA或基因 44 基因诊断技术在什么方面发展迅速 在诊断遗传性疾病方面发展迅速 目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断 1 珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症2 苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症3 白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 白血病 举例 45 2 基因治疗 1 原理 把正常基因导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 达到治疗疾病的目的 2 实例 复合型免疫缺陷症 病因 腺苷酸脱氨酶基因缺失 缺乏腺苷酸脱氨酶 免疫功能下降 46 复合型免疫缺陷症 47 治疗方法 提取患者的淋巴细胞 导入正常的腺苷酸脱氨酶基因 筛选出能够产生腺苷酸脱氨酶的淋巴细胞 将该淋巴细胞扩增后转入患者体内 半年后 血液检测 被改造的淋巴细胞 腺苷酸脱氨酶 患者产生抗体的功能显著改善 患者体内含有转基因淋巴细胞 48 3 基因治疗的方法 体外基因治疗 从病人体内获得某种细胞 进行培养 然后 在体外完成基因转移 再筛选成功转移的细胞扩增培养 最后重新输入患者体内 直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法 实例 遗传性囊性纤维化病 1994年美国科学家利用经过修饰过的腺病毒作载体 将正常基因导入患者肺组织中 体内基因治疗 49 1 下列转基因生物与所运用的目的基因正确是 多选 A 抗虫棉 Bt毒蛋白基因B 抗真菌立枯丝核菌的烟草 抗毒素合成基因C 抗盐碱和干旱植物 调节细胞渗透压的基因D 耐寒的番茄 抗冻蛋白基因 ABCD 50 2 小麦根尖细胞基因分布在 A 染色体 核糖体B 染色体 叶绿体C 染色体 线粒体D 染色体 线粒体 叶绿体 51 3 有关基因工程的说法 正确的是 多选 A 在基因工程操作中 只要在受体细胞中检测到目的基因 就能表达B 基因工程操作的必须的工具有限制性核酸内切酶 DNA连接酶和运载体C 抗虫棉的目的基因来自于苏云金芽胞杆菌D 抗虫棉的后代中可能有不抗虫的个体 52 4 生产上培育无籽番茄 青霉素高产菌株 杂交培育矮秆抗锈病小麦 抗虫棉的培育原理依次是 生长素促进果实发育 染色体变异 基因重组 基因突变 基因工程A B C D D 53 5 抗病转基因植物成功表达后 以下说法正确的是 A 抗病毒转基因植物 可以抵抗所有病毒B 抗病毒转基因植物 对病毒的抗性具有局限性或特异性C 抗病毒转基因植物可以抗害虫D 抗病毒转基因植物可以稳定遗传 不会变异 B 54 5 基因治疗是指 A 对有基因缺陷的细胞进行修复 从而使其恢复正常 达到治疗疾病的目的B 把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中 达到治疗疾病的目的C 运用人工诱变的方法 使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常D 运用基因工程技术 把有缺陷的基因切除 达到治疗疾病的目的 B 55 6 DNA分子杂交技术可比较不同种生物DNA分子的差异 将来自不同种生物的两条DNA单链进行杂交 两种生物的DNA分子碱基序列越相似 形成的杂合双链区的部位就越多 某人用甲 乙 丙三种生物的DNA单链进行杂交实验 结果如右图所示 根据图判断 下列叙述中错误的是 多选 A 游离的单链所对应的原物种DNA片段均不含遗传信息B杂合双链区的存在表示两种生物携带的遗传密码相同C 甲与乙的亲缘关系比甲与丙的亲缘关系远D 甲与乙的亲缘关系比乙与丙的亲缘关系近 ABD 56 基因工程与食品业 基因工程为人类开辟新的食物来源 1 鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功 这表明 未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白 2 用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类 脂肪和维生素等产品 基因工程为食品工业中提供了什么前景 57 基因工程与环境保护 1 用于环境监测 2 用于被污染环境的净化 基因工程在环保方面有什么应用 例如 用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量 特点 是快速 灵敏 1吨水中有10个病毒也能检测出来 通过基因工程方法怎样进行环境监测 58 基因工程与环境监测 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒 细菌等污染 1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来 59 基因工程与环境监测 利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况 却不易因环境污染而大量死亡 甚至还可以吸收和转化污染物 60 基因工程与环境污