【生物課件】基因工程的應(yīng)用課件 高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

3.3基因工程的應(yīng)用低乳糖奶?；蚬こ谈窝滓呙?978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，基因工程還有那些應(yīng)用呢？重組人胰島素注射液從社會中來農(nóng)牧業(yè)方面醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)方面乳腺生物反應(yīng)器2016年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積（單位：百萬公頃）按國家劃分一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1.1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了100多倍。(一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用概述2.轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)農(nóng)藥的施用量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t,增加經(jīng)濟效益1.3萬億。1全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積（1996-2016）發(fā)達國家和發(fā)展中國家（百萬公頃，百萬英畝）全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積（1996-2016）按作物劃分（百萬公頃，百萬英畝）3.美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家。棉花、玉米、大豆種植比例都超過90%。4.2017年，我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積居世界第八位。商業(yè)化種植的有棉花、番木瓜。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）5.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。1、轉(zhuǎn)基因抗蟲植物從某些生物中分離出抗蟲基因?qū)胱魑?，使之具有抗蟲性狀。主要殺蟲基因：方法：Bt毒蛋白基因淀粉酶抑制劑基因蛋白酶抑制劑基因植物凝集素基因阻斷或降低蛋白酶的活性，使害蟲不能正常消化食物，還會引起厭食反應(yīng)。導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞腫脹裂解。產(chǎn)生的抑制劑可與害蟲消化道內(nèi)的淀粉酶結(jié)合?？膳c害蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合，影響害蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。抗蟲目的基因種類棉鈴蟲轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對照（被害蟲侵害的黃色植株）減少因化學(xué)農(nóng)藥的使用而造成的環(huán)境污染和對人類健康的損害、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。成果：優(yōu)點：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。方法：抗病基因：抗病毒基因抗真菌基因病毒外殼蛋白基因（CP基因）病毒的復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。成果：3、轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而大多數(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)胱魑铮梢耘嘤隹钩輨┑淖魑锲贩N。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種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田背景：方法：成果：我國科學(xué)家培育出了賴氨酸含量提高30%的轉(zhuǎn)基因玉米。賴氨酸缺少對健康很不利?？茖W(xué)家們將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物，或改變這種氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)提高植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗Ｖ?，轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色，大大提高了它的觀賞價值。目的:成果：科學(xué)家們將外源生長激素基因，導(dǎo)入動物體內(nèi)，以提高動物生長速率。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%。5、利用轉(zhuǎn)基因提高動物的生長速率轉(zhuǎn)生長激素基因鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）成果：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，稱之為乳糖不耐受。6、用來改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適。成果：科學(xué)家們將腸乳糖酶基因，導(dǎo)入奶牛基因組，獲得的轉(zhuǎn)基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。優(yōu)點：1、基因工程改造微生物或動植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物常見藥物類型：應(yīng)用：實例：二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等?？梢杂脕眍A(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。2中國干擾素之父---侯云德院士思考：1.干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？糖蛋白干擾病毒復(fù)制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得重組人干擾素α-1b主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等2.干擾素的作用機理是怎樣的？3.干擾素用于哪些疾病的治療？4.傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？5.目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？6.我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個基因工程藥物的名稱叫什么？用于治療哪些疾??？思考：根據(jù)前面學(xué)過的基因工程的操作程序，說出通過基因工程方法用酵母菌生產(chǎn)乙肝疫苗的過程是怎樣的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）用PCR擴增乙肝病毒抗原蛋白基因；將乙肝病毒抗原蛋白基因插入質(zhì)粒，構(gòu)建基因表達載體；將該基因表達載體導(dǎo)入酵母菌(該過程也是將酵母菌制備成感受態(tài)細(xì)胞，但是并不是用Ca2+處理，而是用醋酸鋰處理）；檢測并鑒定，篩選出成功轉(zhuǎn)化的酵母菌，進行發(fā)酵培養(yǎng)，分離并提純產(chǎn)物，獲得乙肝病毒抗原蛋白。2、讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物實例：轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需藥品。乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器目前已經(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-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。應(yīng)用：我的奶不是一般的奶！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)基因動物藥物胚胎移植早期胚胎培養(yǎng)早期胚胎培育過程：(1)動物乳腺有完整的蛋白質(zhì)翻譯后修飾系統(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。優(yōu)點：【易錯點撥】1.利用乳腺生物反應(yīng)器的動物性別是

。2.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物時受體細(xì)胞是

________，原因是_________________________________________________。受精卵的性染色體組成是_______。3.目的基因可在乳腺細(xì)胞中表達，其他組織細(xì)胞中含有該目的基因嗎？

。理由是：

。4.要使目的基因在乳腺組織中特異性表達，在構(gòu)建基因表達載體時要在目的基因序列前加上乳腺組織中特異表達的啟動子：

。雌性受精卵受精卵具有全能性，可使外源基因在相應(yīng)的組織細(xì)胞中表達含有因為它們都是由同一個受精卵分裂、分化而來的乳腺蛋白基因的啟動子繼哺乳動物乳腺發(fā)生器研發(fā)成功后，膀胱生物發(fā)生器的研究也取得了一定進展。最近，科學(xué)家培養(yǎng)出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答:（1）將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方法是

。（2）通常采用

技術(shù)檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組。（3）在研制膀胱生物反應(yīng)器時，應(yīng)使外源基因在小鼠的________細(xì)胞中特異表達。（4）膀胱生物發(fā)生器比乳腺生物反應(yīng)器有什么優(yōu)點？顯微注射技術(shù)PCR或DNA分子雜交

膀胱上皮

不受性別和發(fā)育時期的限制3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體人體移植器官短缺是世界性難題尋找可代替的移植器官①豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人相似；②豬體內(nèi)隱藏的致病基因遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物。最大的難題：存在免疫排斥反應(yīng)。豬的優(yōu)點：問題：解決：②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。①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；改造方法：思考：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；用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)1、基因工程菌三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用步驟：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。如：一種普遍使用的甜味劑（阿斯巴甜），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)。概念:應(yīng)用：

（1）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)。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?；蚬こ碳夹g(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。2、實例（2）淀粉酶、脂酶加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通過構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。相比從天然產(chǎn)物中提取的酶，用基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。優(yōu)點：雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。這表明，未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產(chǎn)人類所需要的卵清蛋白。用基因工程的方法從微生物中獲得人們所