【生物】基因工程的應(yīng)用 2023-2024學(xué)年高二生物同步課件（人教版2019選擇性必修3）

聚焦學(xué)習(xí)目標(biāo)：

1.舉例分別說出基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應(yīng)用2.認(rèn)同基因工程的應(yīng)用價(jià)值

第3節(jié)基因工程的應(yīng)用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(dòng)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(dá)重組人胰島素。我國擁有自主知識(shí)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？1.發(fā)展現(xiàn)狀1)1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了100多倍。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(jì)效益1.3萬億。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。一.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用5)在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面，有些成果正在進(jìn)入實(shí)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(dòng)物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準(zhǔn)上市。

目前，基因工程技術(shù)已被廣泛用于改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面。①縮短了生長周期。②都是雌性而且不育，避免了野生鮭魚雜交的風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）轉(zhuǎn)基因大西洋鮭的優(yōu)點(diǎn)：1)轉(zhuǎn)基因抗蟲植物成果轉(zhuǎn)基因抗蟲棉非轉(zhuǎn)基因棉(對照)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等對照（被害蟲侵害的黃綠色植株）轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）2.應(yīng)用成果轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒轉(zhuǎn)基因抗病毒番木瓜轉(zhuǎn)基因抗病毒煙草轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等2)轉(zhuǎn)基因抗病植物：3)轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物成果種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等轉(zhuǎn)基因作物優(yōu)點(diǎn)減少化學(xué)殺蟲劑的施用量，減少環(huán)境污染增加作物產(chǎn)量增加經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)良基因成果

的蛋白質(zhì)編碼基因富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因____________必需氨基酸含量多轉(zhuǎn)基因玉米黃金大米轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰富含維生素A的大米4)改良植物的品質(zhì)：五)提高動(dòng)物的生長速率：轉(zhuǎn)基因鯉魚轉(zhuǎn)基因“超級(jí)小鼠”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%。將外源生長激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長速率。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。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(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，稱之為乳糖不耐受。低乳糖奶牛六)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)1.對微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物我國生產(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?？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；1)藥物類型：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。2)用途：3)成果：二.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用【資料】：

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??！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)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血中的白細(xì)胞內(nèi)提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。

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細(xì)菌培養(yǎng)液中可20～40mg干擾素。資料卡——干擾素注意：抗生素（抗細(xì)菌藥物）≠干擾素（抗病毒藥物）思考：干擾素生產(chǎn)的操作流程？干擾素基因質(zhì)粒重組質(zhì)粒大腸桿菌或酵母菌可大量生產(chǎn)干擾素的大腸桿菌或酵母菌構(gòu)建導(dǎo)入培養(yǎng)思考：能直接利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)干擾素/胰島素嗎？為什么？思考：與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的干擾素有什么優(yōu)勢？1.(2023·江蘇鎮(zhèn)江高二診斷)在應(yīng)用農(nóng)桿菌侵染植物葉片獲得耐旱基因植株的實(shí)驗(yàn)步驟中，不需要的是A.將轉(zhuǎn)基因細(xì)胞進(jìn)行脫分化和再分化B.用PEG誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的原生質(zhì)體融合C.將轉(zhuǎn)基因幼苗栽培在干旱環(huán)境中以檢驗(yàn)植株的耐旱性D.將耐旱基因插入農(nóng)桿菌T－DNA并通過農(nóng)桿菌侵染植物葉片細(xì)胞2.下列有關(guān)目的基因的操作能夠改善產(chǎn)品品質(zhì)的是A.將草魚的生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)B.將腸乳糖酶的基因?qū)肽膛５幕蚪MC.將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胗衩譊.將Bt抗蟲蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實(shí)現(xiàn)表達(dá)2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物1)乳腺生物反應(yīng)器的生產(chǎn)過程獲取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵形成胚胎將胚胎送入母體動(dòng)物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（藥用蛋白基因）（將目的基因與乳腺中特異表達(dá)的基因

的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組）（顯微注射法）（利用分泌的乳汁生產(chǎn)所需的藥物）（早期胚胎培養(yǎng)）（胚胎移植）思考：藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的哪些細(xì)胞中？培育乳腺生物反應(yīng)器時(shí)為什么要選用乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件與藥用蛋白基因重組在一起？藥用蛋白基因幾乎存在于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的所有細(xì)胞中。目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)。①優(yōu)點(diǎn)Ⅰ.產(chǎn)量高，易收獲目標(biāo)產(chǎn)品，隨著乳汁分泌排出體外。Ⅱ.目標(biāo)產(chǎn)品質(zhì)量好，乳腺組織不僅具有合成蛋白質(zhì)的能力，而且具有全面的蛋白質(zhì)修飾和加工能力。Ⅲ.生產(chǎn)成本低。Ⅳ.提取產(chǎn)品操作比較簡單。②缺點(diǎn)：Ⅰ.必須選擇雌性個(gè)體Ⅱ.動(dòng)物泌乳期有間隔Ⅲ.有些蛋白不能在乳腺里表達(dá)Ⅳ.某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同人生長激素基因提供受精卵顯微注射代孕轉(zhuǎn)基因羊生長激素羊奶載體含有乳腺細(xì)胞中特異表達(dá)基因的啟動(dòng)子構(gòu)建膀胱生物反應(yīng)器是將藥用蛋白基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子重組，從而指導(dǎo)目的基因表達(dá)產(chǎn)物分泌在尿液中，其原理是根據(jù)膀胱尿乳頭頂端表面可表達(dá)一組稱之為尿血小板溶素的膜蛋白。2)膀胱生物反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：可以從動(dòng)物一出生就收集產(chǎn)物，不論動(dòng)物的性別和是否處于生殖期（性別、年齡）。從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡便、高效。1)選用豬作為器官移植供體的原因①豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似。②與靈長類動(dòng)物相比，豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要少得多。3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體（建立移植器官工廠）2)器官改造方法：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(dá)，或設(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(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院在2022年1月7日成功為57歲的心臟病患者大衛(wèi)·貝內(nèi)特移植了一顆基因編輯的豬心臟，這是世界首例。這顆心臟來自Revivicor公司專門培育的小豬。雖然大衛(wèi)在2022年3月8日因病情惡化去世，但手術(shù)讓他延長了2個(gè)月壽命。他的家人表示：感謝每一個(gè)創(chuàng)新時(shí)刻，每一個(gè)瘋狂的夢想，每一個(gè)不眠之夜，感謝每一分努力。希望這個(gè)故事成為希望的開始，而不是結(jié)束。1.基因工程菌利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。1)概念：2)應(yīng)用：2.實(shí)例產(chǎn)物應(yīng)用制備方法阿斯巴甜凝乳酶淀粉酶、脂酶主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸就可以通過基因工程實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)科學(xué)家將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶通過構(gòu)建基因工程菌、然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)普遍使用的甜味劑用于奶酪生產(chǎn)，凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)化糖漿（淀粉酶）、烘烤食物（脂酶）三.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。傳統(tǒng)制作殺死未斷奶的小牛，然后將它的第四胃的黏膜取出來提取凝乳酶來固化奶中的蛋白質(zhì)。基因工程制作相比從天然產(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。

基因工程將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時(shí)分解四種烴類的“超級(jí)細(xì)菌”。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。1)凈化污染的環(huán)境3.其他生物乙醇生物柴油2)生產(chǎn)清潔能源3種淀粉酶基因組成的復(fù)合基因玉米乙醇單位產(chǎn)量的利潤提高了8%~15%3.

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（）A.

轉(zhuǎn)錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接