3.3《基因工程的应用》课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

凝血因子9是一种通过基因工程生产的药物，它的诞生有效改善了血友病患者的现状。如何利用基因工程获取药物呢？第一步要___________________。筛选与获取目的基因温故知新提取在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因就是目的基因。根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。苏云金杆菌导入棉花细胞表达抗虫基因抗虫棉目的基因——抗虫基因重组DNA分子措施：从某些生物中分离出有抗虫功能的基因，导入作物中培育出具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。转基因抗虫植物一、基因工程在农牧业方面的应用普通棉花转基因抗虫棉花普通大豆转基因抗虫大豆普通玉米转基因抗虫玉米普通水稻转基因抗虫水稻成果：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等转基因抗虫植物一、基因工程在农牧业方面的应用普通马铃薯转基因抗虫马铃薯思考：从环境保护角度出发，分析转基因抗虫植物与普通植物相比，在害虫防治方面的优越性有哪些？·减少化学杀虫剂的施用量，减少环境污染·增加作物产量·增加经济效益除此之外，基因工程在农牧业方面还有哪些应用呢？目的基因分别是什么？学生活动一：阅读课本P88-89，找出相应的目的基因，填写表格。一、基因工程在农牧业方面的应用应用目的基因转基因抗虫植物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虫基因来源于某些病毒、真菌等的抗病基因降解或抵抗某种除草剂的基因与营养价值、观赏价值有关的基因，如必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、植物花青素代谢相关的基因外源生长激素基因肠乳糖酶基因若要利用基因工程生产凝血因子9，以治疗像小谭这样的乙型血友病患者。应选用_______________________作为目的基因。[思考]人凝血因子9的编码基因措施：许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常育种的方法很难培育出抗病的新品种。科学家得来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物，如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。转基因抗病植物一、基因工程在农牧业方面的应用转基因抗病甜椒病毒病甜椒成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。转基因抗病植物一、基因工程在农牧业方面的应用感染病毒的番木瓜转基因抗病毒番木瓜转基因抗病毒烟草感染病毒的烟草转基因抗除草剂植物一、基因工程在农牧业方面的应用措施：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷酒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。成果：目前已获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。转基因抗除草剂玉米草甘膦除草剂转基因品系草甘膦除草剂非转基因(CK)不除草转基因品系不除草非转基因（CK）目的：改良植物的营养价值、观赏价值。改良植物的品质一、基因工程在农牧业方面的应用成果：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量；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，大大提高了它的观赏价值。高赖氨酸玉米转基因牵牛花提高动物的生长速率一、基因工程在农牧业方面的应用原理：将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。举例：我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。改善畜产品的品质一、基因工程在农牧业方面的应用背景：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。方法：科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用改良植物的品质提高动物的生长速率改良畜产品的品质转基因抗虫植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物基因工程已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。一、基因工程在农牧业方面的应用转基因植物：1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。化学杀虫剂施用量减少8.2%作物产量增加了6.6×108t增加经济收益近1.3万亿元转基因动物：有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段。转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）二、基因工程在医药卫生领域的应用

应用目的对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物

药物种类细胞因子、抗体、疫苗和激素等

用途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

成果我国生产的重组人类干扰素、血小板生成素、促进红细胞生成素和粒细胞击落刺激等二、基因工程在医药卫生领域的应用干扰素是人体或动物受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。

传统生产方法从人血液中白细胞提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。

现代生产方法利用基因工程技术生产干扰素。

干扰素基因

质粒

重组质粒

大肠杆菌等微生物

可大量生产干扰素的大肠杆菌等构建导入培养用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。二、基因工程在医药卫生领域的应用利用大肠杆菌获得的干扰素，还需经过加工才能使用，为什么？大肠杆菌没有内质网和高尔基体，这两种细胞器有利于干扰素的成熟这对于生产凝血因子9有什么启示？（提示：受体细胞的选择）选用动植物细胞作为受体细胞二、基因工程在医药卫生领域的应用1.为了便于收集和提取，动物体内最理想的药物表达场所是哪里?

乳腺（从乳汁中获取药物）3.选择什么细胞作为受体细胞？药用蛋白基因存在于转基因动物哪些细胞中？

哺乳动物的受精卵，转基因动物的几乎所有细胞中学生活动利用基因工程让哺乳动物批量生产凝血因子9，思考讨论。2.如何确保目的基因在该场所特异性表达？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4.写出实施基因工程操作的具体步骤。二、基因工程在医药卫生领域的应用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药物泌乳期分泌乳汁凝血因子编码基因提供受精卵显微注射代孕转基因羊凝血因子羊奶载体含有乳腺细胞中特异表达基因的启动子转基因动物发情受精卵显微注射

乳腺生物反应器目前已在牛和山羊等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。二、基因工程在医药卫生领域的应用5.利用乳腺生物反应器制备药物有何优缺点？优点：①动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。②产物直接经乳汁分泌，产量高、成本低、产品质量好、易提取。6.用什么器官构建生物反应器，可以改进上述缺点？构建膀胱生物反应器。进一步探究缺点：处于生殖期的雌性动物才可以作为乳腺生物反应器。二、基因工程在医药卫生领域的应用构建膀胱生物反应器是将目的基因插入含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，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。膀胱生物反应器优点：周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯更高。虽然利用生物反应器能制备大量的凝血因子，但血友病患者需要终生注射药物，有没有一劳永逸的办法呢？二、基因工程在医药卫生领域的应用能否利用基因工程技术改造猪器官，减少免疫排斥呢？资料1：血友病骨髓移植是一种治疗遗传性出血性疾病的方法，通过植入健康的造血干细胞，来恢复患者的凝血因子产生能力。对于重型血友病患者，骨髓移植可能是有效的治疗方法之一。资料2：目前，人体移植器官短缺是一个世界性难题。猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似；而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。但用猪器官来进行人类器官移植也面临着巨大难题——免疫排斥，这与猪器官内的抗原决定基因密切相关。能否利用基因工程技术改造猪器官，减少免疫排斥呢？二、基因工程在医药卫生领域的应用能否利用基因工程技术改造猪器官，减少免疫排斥呢？目前，科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。猪的器官改造新闻联播美国53岁女子创人类移植猪肾存活记录三、基因工程在食品工业方面的应用学生活动：阅读课本，总结基因工程在食品工业方面的应用产物应用制备方法共性阿斯巴甜凝乳酶淀粉酶、脂酶普遍使用的甜味剂用于奶酪生产，凝聚固化奶中的蛋白质。转化糖浆（淀粉酶）、烘烤食物（脂酶）主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，可以通过基因工程实现大规模生产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通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产。产物纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。用基因工程菌生产三、基因工程在食品工业方面的应用（1）利用“超级细菌”来处理环境污染其他应用基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因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”。三、基因工程在食品工业方面的应用（2）利用经过基因改造的微生物来生产能源其他应用生物柴油生物乙醇拓展延伸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。基因工程如何让作物抵抗除草剂？苏云金杆菌世界上首个通过基因工程生产的药物是什么？胰岛素乙肝疫苗的生产利用了哪种微生物？酵母菌或大肠杆菌举例说明基因工程改造的食品微生物。高产淀粉酶的转基因酵母（用于酿酒、烘焙）基因工程育种的最大优势是什么？定向改造生物性状（打破物种界限）基因工程食品可能存在哪些风险？生态