黑龙江省大庆外国语学校高中生物《1.3 基因工程的应用》课件 新人教版选修3

基因工程的应用 基因工程的基本操作程序 获取目的基因从基因文库利用PCR化学方法人工合成构建基因表达载体目的基因 启动子 终止子 标记基因将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法 显微注射法 Ca2 处理法目的基因的检测与鉴定检测 是否插入 转录 翻译鉴定 个体生物学水平的鉴定 一 植物基因工程硕果累累 据国际农业生物技术应用服务组织 ISAAA 的统计 2011年全球共有29个国家的1670万名农民种植了1 6亿公顷的转基因作物 占全球耕地的10 这面积相当于中国可耕地面积的1 3倍 约等于美国的可耕地面积 报告显示 2011年转基因作物种植面积最大的国家是美国 达到6900万公顷 主要为玉米 大豆 棉花 油菜等 巴西 阿根廷分列第二和第三位 种植面积分别为3030万公顷和2370万公顷 其余名列前位的国家是印度 加拿大 中国 巴拉圭 巴基斯坦 南非和乌拉圭 种植面积均超过百万公顷 美国是世界上可以耕地面积最大的国家 也是转基因作物种植面积最大的国家 2011年 美国有6900万公顷的农田上种植了转基因作物 占美国可耕地面积的43 转基因作物包括玉米 大豆 棉花 油菜 甜菜 苜蓿 番木瓜和南瓜等 其中93 的大豆 93 的棉花 86 的玉米和90 油菜都是转基因品种 此外 80 的包装食品都使用转基因作物作为原料 而且美国和加拿大都没有强制要求食品公司在产品上注明 转基因 标识 植物基因工程技术主要用于哪些方面 提高农作物的抗逆能力 如抗除草剂 抗虫 抗病 抗干旱和抗盐碱等 以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面 一 抗虫转基因植物 1 虫害给农作物带来了哪些影响 传统农业如何防治害虫 有哪些不足 2 现在已有哪些抗虫植物问世 3 抗虫基因 Bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因等 请阅读P18生物资料技术卡 了解一些抗虫基因的抗虫机理 4 抗虫棉的目的基因是什么 目的基因从何而来 5 我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展 转基因双价抗虫棉是我国科学家将杀虫机理不同的两种抗虫基因 Bt杀虫基因和修饰的豇豆胰蛋白酶抑制剂基因 同时导入棉花 研制成功的一种抗虫棉花 由于这两种杀虫蛋白功能互补且协同增效 使双价抗虫棉不但可以有效延缓棉铃虫对单价抗虫棉产生抗性 还可增强抗虫性 预计将对控制棉铃虫对抗虫棉的抗性发展起到关键作用 双价抗虫棉的核心技术于1998年申请国家发明专利 2002年正式授权 使我国在抗虫棉的研究及应用领域达到了国际先进水平 目前 国产抗虫棉技术正在走出国门 出口到印度等国家 现在 我国已审定抗虫棉品种14个 其中单价棉11个 双价棉3个 这些抗虫棉品种均高抗棉铃虫 具有较好的品质性状及丰产性 此外 还有许多抗虫棉优良品系正在试验过程中 抗虫棉的推广应用可大幅度减少植棉的用工投入 但想获得高产仍须注意施肥 化控以及种植密度等配套栽培技术的应用 二 抗病转基因植物 1 什么是病原微生物 有哪些种类 引起植物生病的微生物 主要有病毒 真菌和细菌等 2 为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种 3 在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因 病毒外壳蛋白 coatprotein CP 基因 病毒的复制酶基因 拓展 在抗病毒转基因植物中 为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染 关于病毒外壳蛋白基因 CP基因 导入植物后的抗病毒机理 目前有几种假说 一种假说认为 CP基因在植物细胞内表达积累后 当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后 会立即被这些外壳蛋白重新包裹 从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译 另一种假说认为 植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳 使病毒核酸分子不能释放出来 然而最近的研究表明 如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失 使之不能被翻译 或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因 整合到植物细胞染色体上 转基因植物则有很好的抗性 因此 有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用 而是CP基因转录出RNA后 与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用 3 在抗真菌转基因植物中使用什么基因 几丁质酶基因和抗毒素合成基因 三 其他抗逆转基因植物 1 哪些环境条件会造成农作物低产 减产 盐碱 干旱 低温和涝害等 2 盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关 细胞内的渗透压调节 在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因 调节细胞渗透压的基因 3 转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力 目的基因从何而来 鱼的抗冻蛋白基因 4 抗除草剂基因有何用途 喷洒除草剂时 杀死田间的杂草而不损伤作物 四 利用转基因改良植物的品质 人体 或其它脊椎动物 必不可少 而机体内又不能合成的 必须从食物中补充的氨基酸 称必需氨基酸 必需氨基酸共有 种 赖氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 蛋氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸 如果饮食中经常缺少必需氨基酸 可影响健康 另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸 你知道哪些食品中缺少必需氨基酸 如何用转基因的方法加以改良 将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性 转基因延熟番茄的目的基因是什么 控制番茄果实成熟的基因 转基因矮牵牛的目的基因是什么 与植物花青素代谢有关的基因 异想天开 二 动物基因工程前景广阔 一 用于提高动物生长速度 动物品种改良 建立生物反应器 器官移植等 导入外源生长激素基因 二 用于改善畜产品的品质 举例说明 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低 三 用转基因的动物生产药物 设问 就基因药物而言 最理想的表达场所是哪里 转基因动物的乳腺 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 转基因动物又可正常繁殖 设问 为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢 将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起 通过显微注射等方法 导入哺乳动物的受精卵中 将受精卵送入母体 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 乳腺生物反应器的优点 产量高 质量好 成本低 易提取 获取目的基因 例如血清白蛋白基因 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 只有在产下的雌性个体中 转入的基因才能表达 思考 用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的 四 用转基因动物作器官移植的供体 利用基因工程对猪的器官进行改造 方法 将器官供体基因组导入某种调节因子 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 1 在传统的药品生产中 某些药品如胰岛素 干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取 从生物的组织 细胞或血液中提取 2 传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制 价格十分昂贵 三 基因工程药品异军突起 3 可利用什么方法来解决上述问题 利用基因工程方法制造转基因的工程菌 可高效率地生产出各种高质量 低成本的药品 工程菌 用基因工程方法 使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系 基因工程药品包括 细胞因子 即淋巴因子如白细胞介素 2 干扰素 抗体 疫苗 激素等 干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白 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 此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效 传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取 每300L血液只能提取出1mg干扰素 1980 1982年 科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素 是传统的生产量的12万倍 1987年上述干扰素大量投放市场 基因工程药品 干扰素 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 治疗侏儒症的有效方法 是向人体注射生长激素 而生长激素的获得很困难 以前 要获得生长激素 需解剖尸体 从大脑的底部摘取垂体 并从中提取生长激素 现可利用基因工程方法 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 利用微生物生产药物的优越性何在 利用微生物生产蛋白质类药物 是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因 构建成表达载体后导入微生物 然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物 有以下优越性 1 利用活细胞作为表达系统 表达效率高 无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品 2 可以解决传统制药中原料来源的不足 利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料 3 降低生产成本 减少生产人员和管理人员 1 基因治疗概念 四 基因治疗曙光初照 把正常基因导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 是治疗遗传病的最有效的手段 把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中 从而达到治疗疾病的目的 2 实例 将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中 再将这种淋巴细胞转入患者体内 1 对严重复合型免疫缺陷症的治疗 1990年9月14日 安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗 这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷 自身不能生产ADA 先天性免疫功能不全 只能生活在无菌的隔离帐里 他们将这个女孩的白血球进行基因改造 使有缺陷的基因被健康的基因替代 然后把含正常白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中 在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗 同时也接受酶治疗 后来 她的免疫功能日趋健全 能够走出隔离帐 过上了正常人的生活 并进入普通小学上学 3 基因治疗的类型 4 基因治疗的发展现状 处于初期的临床试验阶段 5 用于基因治疗的基因种类 正常基因 反义基因和自杀基因 补充 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 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 基因探针 基因探针就是一段与目的基因或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 可以是DNA本身 也可以是由之转录而来的RNA DNA分子杂交原理 DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一 其基本原理是 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 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 举例 珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症 苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症 白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 白血病 五 基因工程与食品业 基因工程为食品工业中提供了什么前景 基因工程为人类开辟新的食物来源 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 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 六 基因工程与环境保护 基因工程在环保方面有什么应用 用于环境监测 用于被污染环境的净化 通过基因工程方法怎样进行环境监测 例如 用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量 此方法的特点是快速 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净化被污染的环境 用基因工程产物 超级细菌 分解石油 可以大大提高细菌分解石油的效率 具体方法 将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内 创造出了能同时分解四种烃类的 超级细菌 用基因工程培养出 吞噬 汞和降解土壤中DDT的细菌 以及能够净化镉污染的植物 通过基因重组构建新的杀虫剂 取代生产过程中耗能多 易造成环境污染的农药 并试图通过基因工程回收和利用工业废物 七 基因芯片 从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱 从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱 通过比较 分析这两种图谱 就可以得出病变的DNA信息 基因芯片诊断技术以其快速 高效 敏感 经济 平行化 自动化等特点 将成为一项