3.3基因工程的应用课件【知识精研】高二下学期生物人教版选择性必修3

3.3基因工程的应用复习基因工程的操作步骤、目的基因的获取方法运载体必须具备的条件、双酶切的优点导入动物、植物、微生物细胞的方法如何检测与鉴定：①转基因植物细胞内是否含有目的基因②目的基因是否转录及翻译③表达产物的功能DNA的粗提取原理、鉴定原理PCR的原理及过程、电泳的原理1.质粒是基因工程中广泛使用的载体，但真正被用作载体的质粒都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。为获得适宜的质粒，对大肠杆菌的质粒A和质粒B进行改造。下图为质粒A和质粒B的示意图。其中EcoR1和BamH1为限制酶识别部位（形成的黏性末端不同）；ori为复制原点；npt表示卡那霉素抗性基因，str表示链霉素抗性基因；gfp表示绿色荧光蛋白基因（质粒B中不含其启动子），其产物在紫外线照射下可发出绿色荧光；

P1是含有受乳糖诱导表达启动子的序列；P2是通用启动子序列。(1)质粒中启动子的作用是______________________。(2)除题中提到的组分外，上述质粒载体上还应具有_________________。复习RNA聚合酶结合和识别的部位，启动基因的转录终止子EcoR1和BamH1为限制酶识别部位（黏性末端不同）

ori为复制原点；npt表示卡那霉素抗性基因，str表示链霉素抗性基因；gfp表示绿色荧光蛋白基因（质粒B中不含其启动子），其产物在紫外线照射下可发出绿色荧光；P1是含有受乳糖诱导表达启动子的序列；P2是通用启动子序列。(3)已知三个或三个以上DNA片段发生连接的几率很小，可忽略；两个或两个以上质粒难以同时进入大肠杆菌；含有两个或两个以上ori的质粒无法在大肠杆菌内复制。为获得可发绿色荧光的大肠杆菌，进行以下操作：①将含质粒A和质粒B的混合溶液中加入限制酶_________________，充分反应。②加入DNA连接酶，充分反应（所有酶切末端都已经连上）得到的产物有_______种。将产物导入大肠杆菌。③将这些大肠杆菌涂布在含有________的固体培养基上在适宜条件下培养24h，能淘汰掉部分不含绿色荧光蛋白基因的大肠杆菌菌落;复习EcoR1和BamH1

六链霉素2.

利用基因工程方法培育抗虫棉的过程。回答相关问题：(1)从苏云金芽孢杆菌的DNA上获取抗虫基因，需要用到的工具是_________，此工具主要是从原核生物中分离纯化出来的，它能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的_____________。(2)构建重组质粒时，常用Ti质粒作为载体。是因为Ti质粒上具有_______，它能把目的基因整合到受体细胞的_____________上。(3)要确定抗虫基因导入棉花细胞后，是否赋予了棉花抗虫特性，在个体水平上还需要做抗虫接种实验；若要检测具有抗虫基因的棉花是否产生了相应毒蛋白，在分子水平上可利用________________方法进行检测。(4)在转基因绵羊培育过程中，可利用_____________法将目的基因导入到该种生物的受精卵中。复习限制酶磷酸二酯键断开T-DNA染色体DNA抗原-抗体杂交显微注射3.人体内的t-PA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药。通过基因工程技术可以大量制备基因工程药物t-PA。(1)研究人员采用PCR技术可以获得大量t-PA基因，PCR的原理是_______________。此外，大量获得t-PA基因的方法还有___________、____________________（答出1种）。(2)高质量的DNA模板是成功扩增目的基因的前提条件之一，在制备DNA模板时，可以用高温处理的方法去除其中的蛋白质，原因是________________。复习DNA双链复制人工合成从基因文库中获取蛋白质在高温条件下会变性失活，而DNA虽然在高温时会变性，但在低温时又会复性。3.人体内的t-PA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药。通过基因工程技术可以大量制备基因工程药物t-PA。(3)研究表明，为心梗患者注射大量t-PA会诱发颅内出血，其原因在于t-PA与纤维蛋白结合的特异性不高，若将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的t-PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良t-PA蛋白。（注：如图1表示相关的目的基因、载体及限制酶。pCLY11为质粒，新霉素为抗生素。）请回答下列问题：①以上制造出性能优异的改良t-PA蛋白的过程被称为___________。已知人t-PA基因第84位半胱氨酸的模板链碱基序列为ACA，而丝氨酸的密码子为UCU，因此改造后的基因决定第84位丝氨酸的模板链的碱基序列应设计为_______。复习蛋白质工程AGA3.人体内的t-PA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药。通过基因工程技术可以大量制备基因工程药物t-PA。(3)研究表明，为心梗患者注射大量t-PA会诱发颅内出血，其原因在于t-PA与纤维蛋白结合的特异性不高，若将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的t-PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良t-PA蛋白。（注：如图1表示相关的目的基因、载体及限制酶。pCLY11为质粒，新霉素为抗生素。）请回答下列问题：②如图所示，需选用限制酶XmaI和___________切开质粒pCLY11，才能与t-PA改良基因高效连接。与单一酶酶切相比，本操作采用的双酶切方法的优点是___________。复习BglⅡ防止质粒载体和目的基因自身环化保证目的基因与质粒载体正向连接3.人体内的t-PA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药。通过基因工程技术可以大量制备基因工程药物t-PA。(3)研究表明，为心梗患者注射大量t-PA会诱发颅内出血，其原因在于t-PA与纤维蛋白结合的特异性不高，若将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的t-PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良t-PA蛋白。（注：如图1表示相关的目的基因、载体及限制酶。pCLY11为质粒，新霉素为抗生素。）请回答下列问题：③将连接好的DNA分子导入大肠杆菌，含t-PA改良基因重组DNA分子的细胞应具有的性状是：__A．新霉素抗性且呈蓝色

B．新霉素敏感且呈蓝色C．新霉素抗性且呈白色D．新霉素敏感且呈白色复习C4.研究者利用根癌农杆菌，将人工合成的新冠病毒（SARS-CoV-2）基因组序列转化到本氏烟草细胞中，待成熟后从叶片中提取、纯化病毒样颗粒，用于新冠疫苗的生产。病毒样颗粒具有了新冠病毒的抗原性，但没有致病性；而根癌农杆菌是一种天然高效的转基因运载体，图15所示为根癌农杆菌感染植物细胞的部分过程示意图。(1)科学家人工合成的基因组序列应包含新冠病毒_______。（填编号）①核心部分的全部遗传信息②遗传物质复制相关蛋白的基因③衣壳的部分结构蛋白基因(2)结合图判断，目的基因应插入在____。A．vir基因区域 B．核质DNA上的任意区域C．T-DNA区域 D．Ti上除vir和T-DNA以外的区域(3)为大量、快速获得带有病毒样颗粒的叶片，也可取部分叶组织进行体外培养，该技术是_______________.复习②③C植物组织培养技术

胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素需要上千头牛，生产的成本非常高。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程物---重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。

除了生产胰岛素，基因工程还有那些应用呢？重组人胰岛素注射液

抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素、促红细胞生成素等。一、基因工程在农牧业方面的应用1.植物方面①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。

转基因作物的种植使化学农药的施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t,增加经济效益1.3万亿。②美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家③世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；④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；

从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性转基因抗虫植物A.培育方法：B.实例：C.主要杀虫基因：D.优点：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。一、基因工程在农牧业方面的应用1.植物方面抗虫水稻非抗虫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。

减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、降低生产成本、提高产量。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。转基因抗病植物A.培育方法：B.实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等一、基因工程在农牧业方面的应用1.植物方面抗病毒的目的基因：抗真菌的目的基因：病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因（缺陷型）几丁质酶基因、抗毒素合成基因C.主要抗病基因：

将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。

转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等转基因抗除草剂植物A.培育方法：B.实例：一、基因工程在农牧业方面的应用1.植物方面

利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。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%。

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。改良植物的品质A.培育方法：B.实例：一、基因工程在农牧业方面的应用1.植物方面①几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段；②2015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。转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）2.动物方面一、基因工程在农牧业方面的应用

转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。提高动物的生长速率A.培育方法：B.实例：2.动物方面一、基因工程在农牧业方面的应用转入外源生长激素基因的“超级小鼠”

改善畜产品的品质A.培育方法：B.实例：乳糖耐受（有乳糖酶）乳糖不耐受（无乳糖酶）大肠肠道内渗透压增高，刺激胃肠蠕动增加

乳汁中乳糖的含量大大降低的转基因牛2.动物方面一、基因工程在农牧业方面的应用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一、基因工程在农牧业方面的应用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对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物医药卫生领域的应用二、基因工程在医药卫生领域的应用

我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等

可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等；（1）对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物①药物举例：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。②应用：③实例：二、基因工程在医药卫生领域的应用1.生产药物资料卡——干扰素（1）对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物二、基因工程在医药卫生领域的应用1.生产药物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

目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品（2）让转基因哺乳动物批量生产药物①实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器②培育过程：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③应用：注意：启动子具有物种和组织的特异性二、基因工程在医药卫生领域的应用1.生产药物【思考3】如何实现让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达？将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起【思考1】该转基因动物，药用蛋白基因在哪里表达？乳腺细胞（2）让转基因哺乳动物批量生产药物二、基因工程在医药卫生领域的应用1.生产药物几乎所有细胞【思考2】药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？【思考4】研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因使其在膀胱中特异性表达？将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组【思考5】转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？基因工程植物组织培养基因工程体外胚胎培养胚胎移植二、基因工程在医药卫生领域的应用【思考6】在转基因植物和转基因动物的制备中，常用的受体细胞分别是什么？体细胞受精卵受精卵二、基因工程在医药卫生领域的应用④乳腺生物反应器A.动物泌乳期有间隔B.有些蛋白不能在乳腺里表达C.某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同

优点

缺点A.适合于表达高等动物体内的复杂蛋白B.制备乳腺反应器的方法成熟C.乳腺是天然的高效合成蛋白质的器官D.乳汁中重组蛋白的提取和纯化相对容易（2）让转基因哺乳动物批量生产药物⑤膀胱生物反应器A.可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否处于生殖期。B.从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。二、基因工程在医药卫生领域的应用1.生产药物

寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题用转基因动物作为器官移植的供体①人体器官移植的难题：人体移植器官短缺是世界性难题②解决途径：a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似b.猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物A.猪的优点：B.最大难题：免疫排斥二、基因工程在医药卫生领域的应用2.器官移植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改造方法：二、基因工程在医药卫生领域的应用用转基因动物作为器官移植的供体2.器官移植

一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。

利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等1.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。①概念：②应用：2.实例：①阿斯巴甜：②凝乳酶：A.应用：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质

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组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶B.制备方法：三、基因工程在食品工业方面的应用

基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。③淀粉酶、脂酶：①应用：②制备方法：加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产③优点：三、基因工程在食品工业方面的应用四、其他应用：环保领域的应用生产清洁能源治理环境污染生物乙醇生物柴油植物淀粉/纤维素提取可发酵糖糖化微生物乙醇发酵微生物生物乙醇的生产流程基因工程改造思路：A.改造植物B.改造微生物四、其他应用：环保领域的应用1.生产清洁能源3种淀粉酶基因组成的复合基因海底热泉古生菌玉米乙醇单位产量的利润提高了8%~15%植物淀粉/纤维素提取可发酵糖糖化微生物乙醇发酵微生物淀粉酶生物乙醇的生产流程四、其他应用：环保领域的应用1.生产清洁能源技术难点白色垃圾生物降解塑料四、其他应用：环保领域的应用2.治理环境污染工程菌金属硫蛋白基因水稻镉污染金属硫蛋白能结合Cd2+和Hg2+比较项目乳腺（房）生物反应器基因工程菌生产药物基因结构基因产物受体细胞导入方式生产条件产物提取哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异与天然蛋白质完全相同细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性哺乳动物的受精卵微生物细胞显微注射法Ca2+处理法（感受态细胞法）不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件从动物乳汁中提取，相对简单（一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂比较

到社会中去

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？