【課件】基因工程的應(yīng)用課件2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

我國是棉花的生產(chǎn)和消費大國。棉花在種植過程中，常常會受到一些害蟲的侵襲，其中以棉鈴蟲最為常見。普通棉花如何能培育出自身就能抵抗蟲害的棉花新品種呢？轉(zhuǎn)基因抗蟲棉第3章基因工程將蘇云金桿菌中的Bt抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉花【從社會中來】重組人胰島素注射液胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物——重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，得到飛速的發(fā)展，展示出廣闊的應(yīng)用前景。醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)方面農(nóng)牧業(yè)方面基因工程的應(yīng)用第3節(jié)基因工程的應(yīng)用01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用目錄/CONTENTS01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用【資料1】基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍，從1.7×106hm2發(fā)展到1.898×108

hm2（如圖）。據(jù)2016年世界范圍的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)殺蟲劑施用量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t，增加經(jīng)濟收益近1.3萬億元。美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家，轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米的種植面積占相關(guān)作物種植面積的比例都超過了90%。2017年，我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜?！举Y料2】在轉(zhuǎn)基因動物方面，近些年幾乎每年都有令人矚目的研究成果報道，有些成果正在進入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）轉(zhuǎn)基因抗蟲植物農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動物的生長速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。已被廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，導(dǎo)入作物，使其具有抗蟲性，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢。已問世的的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。蘇云金桿菌——Bt抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對照（被害蟲侵害的黃色植株）2.轉(zhuǎn)基因抗病植物科學(xué)家將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?，培育出轉(zhuǎn)基因抗病植物。如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等?！安　?-病原微生物，有病毒、真菌和細(xì)菌等3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時，田間雜草會被殺死而作物不會受到損傷。目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田4.改良植物的品質(zhì)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等①將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校梢蕴岣哌@種氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。②我國科學(xué)家將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，使它呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。高賴氨酸玉米轉(zhuǎn)基因矮牽牛5.提高動物的生長速率科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。例如，我國科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。轉(zhuǎn)生長激素基因鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）轉(zhuǎn)入外源生長激素基因的“超級小鼠”

6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國約有1/3的成年人乳糖不耐受。低乳糖奶?？茖W(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響?！締栴}探究1】轉(zhuǎn)基因植物和動物的培育（1）轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動物的制備用到的技術(shù)主要有哪些？基因工程植物組織培養(yǎng)基因工程體外胚胎培養(yǎng)胚胎移植（2）轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動物的制備，常用的受體細(xì)胞分別是什么？（3）從環(huán)境保護角度出發(fā)，分析轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性。轉(zhuǎn)基因植物：轉(zhuǎn)基因動物：體細(xì)胞受精卵或受精卵減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用量，降低了環(huán)境污染；降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量。（1）轉(zhuǎn)入外源生長素基因的轉(zhuǎn)基因動物，生長速率更快

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）（2）轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的Bt抗蟲蛋白基因能抗病毒、細(xì)菌、真菌

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）（3）“轉(zhuǎn)基因植物”是指植物體細(xì)胞中出現(xiàn)了新基因的植物

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）判斷?？颊Z句，澄清易混易錯抗蟲轉(zhuǎn)基因植物≠轉(zhuǎn)基因抗病植物01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用目錄/CONTENTS讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體對微生物或動植物的細(xì)胞進行基因改造生產(chǎn)藥物醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.對微生物或動植物的細(xì)胞進行基因改造，生產(chǎn)藥物①藥物成果：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。②藥物應(yīng)用：③實例：可以用來預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。資料卡——干擾素干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。1980-1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20—40mg干擾素。1993年我國批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物①實例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器②培育過程：獲取藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物發(fā)育目的基因？啟動子？受體細(xì)胞？藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子受精卵人生長激素基因提供受精卵顯微注射代孕轉(zhuǎn)基因牛生長激素牛奶載體含有乳腺細(xì)胞中特異表達基因的啟動子利用哺乳動物生產(chǎn)藥物③應(yīng)用：目前，已經(jīng)在牛、山羊等動物的乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。喝牛奶可以代替打針吃藥嗎？膀胱生物反應(yīng)器？將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達的基因的啟動子重組④乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別（在生產(chǎn)人的藥物蛋白方面）比較內(nèi)容乳腺生物反應(yīng)器工程菌（P91)基因結(jié)構(gòu)動物基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌和酵母菌的基因結(jié)構(gòu)與人類有較大差異基因表達合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌合成的藥物蛋白可能沒有活性生產(chǎn)條件不需嚴(yán)格滅菌；溫度等外界條件對其影響不大需嚴(yán)格滅菌；嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動物乳汁中提取從微生物細(xì)胞或其培養(yǎng)液中提取3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體，建立移植器官工廠①人體器官移植的難題：人體移植器官短缺是一個世界性難題。②解決途徑：尋求可替代的移植器官，如利用基因工程對豬的器官進行改造，來解決人類器官移植的來源問題。a.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似；b.豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物。豬的優(yōu)點：最大難題：免疫排斥③改造方法：a.在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達；b.設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。④優(yōu)點：解決人體移植器官短缺問題；避免免疫排斥反應(yīng)。假如某位心臟病病人換上經(jīng)過改造的豬心臟后，過上健康人的生活，在生活中，他會遭到歧視嗎？對此你怎么看？生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個病人換上了經(jīng)過改造的豬心臟重獲了健康，我們不僅不能歧視他，還應(yīng)該從他身上看到現(xiàn)代生物技術(shù)在維持人體健康、治療疾病等方面的應(yīng)用價值。【異想天開】01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用目錄/CONTENTS1.基因工程菌用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等①概念：②應(yīng)用：2.實例1：阿斯巴甜一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。實例2：凝乳酶大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。①傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。②基因工程技術(shù)：將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。實例3：淀粉酶、脂酶加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通過構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)?！緝?yōu)點】基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。3．其他方面的應(yīng)用基因工程使人們更容易培育出具有優(yōu)良性狀的動植物品種，獲得很多過去難以得到的生物制品，甚至還能培育出可以降解多種污染物的“超級細(xì)菌”來處理環(huán)境污染，利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源……未來可期！【問題探究2】工程菌的選擇及乳腺生物反應(yīng)器的制備（1）與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的胰島素有什么優(yōu)勢？酵母菌為真核生物，有生物膜系統(tǒng)，可通過

和

對產(chǎn)生的胰島素進行加工和修飾，從而產(chǎn)生有活性的胰島素。（2）培育乳腺生物反應(yīng)器時為什么要選用乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件與藥用蛋白基因重組在一起？目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體（3）與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比，用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)勢有哪些？①動物乳腺有完整的蛋白質(zhì)翻譯后加工修飾系統(tǒng)，生產(chǎn)的蛋白質(zhì)活性高，更穩(wěn)定。②產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌，易提取。（1）用大腸桿菌生產(chǎn)的人的胰島素沒有活性

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）（2）藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達的原因是藥用蛋白基因只存在于乳腺細(xì)胞中，其他細(xì)胞中沒有

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）（3）用基因工程技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)酶的優(yōu)點是：純度高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高

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）判斷?？颊Z句，澄清易混易錯【到社會中去】轉(zhuǎn)基因技術(shù)自誕生以來，發(fā)展迅速，研發(fā)對象已涵蓋至少35科、200多種的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。請調(diào)查：目前我國批準(zhǔn)發(fā)放了哪些轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書和進口安全證書？截至2019年年底，我國批準(zhǔn)發(fā)放過轉(zhuǎn)基因耐儲藏番茄、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽牛、轉(zhuǎn)基因抗病辣椒、轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書；批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進口安全證書，但我國進口的基本上是轉(zhuǎn)基因棉花的纖維，其他進口轉(zhuǎn)基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國沒有批準(zhǔn)任何一種轉(zhuǎn)基因糧食作物種子進口到我國境內(nèi)商業(yè)化種植?！揪W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長激素的基因后，重新導(dǎo)入大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列相關(guān)敘述正確的是

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A.轉(zhuǎn)錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標(biāo)記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等2.基因工程應(yīng)用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應(yīng)用的是

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A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物C.制造一種能降解石油的“超級細(xì)菌"D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌CA練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.除草劑的有效成分草甘麟能夠?qū)Ｒ坏匾种艵PSP合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導(dǎo)致植物死亡。草甘騰沒