基因工程的應(yīng)用-高二生物課件(人教版2019選擇性必修3)

第三章基因工程第3節(jié)

基因工程的應(yīng)用本節(jié)聚焦:基因工程的應(yīng)用有哪些？怎樣理性看待基因工程在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用？

羊產(chǎn)出蜘蛛絲——?jiǎng)游镛D(zhuǎn)基因技術(shù)

抗病毒基因魚類的抗凍蛋白基因螢火蟲的熒光基因?yàn)觚數(shù)拈L(zhǎng)壽基因人類胰島素的合成基因富含賴氨酸的蛋白質(zhì)合成基因

植物花青素代謝有關(guān)的基因根據(jù)基因工程的原理我們可以利用下面這些基因培育什么樣的個(gè)體呢？受體細(xì)胞=導(dǎo)入？自20世紀(jì)70年代興起后，基因工程得到飛速發(fā)展，展示出廣闊前景。農(nóng)牧業(yè)方面食品工業(yè)醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域199620170100200189.81.7全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積/(×106hm2)1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物種植趨勢(shì)變化年份資料1：1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了一百多倍；1.植物方面資料3：2016年世界范圍的統(tǒng)計(jì)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66×108t，增加經(jīng)濟(jì)收益近1.3萬億元。資料2：我國(guó)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。基因工程應(yīng)用廣泛基因工程優(yōu)勢(shì)明顯基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一資料4：2015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(guó)獲得批準(zhǔn)上市。2.動(dòng)物方面轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）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(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品產(chǎn)量等?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一轉(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(dòng)物的生長(zhǎng)速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性任務(wù)1：自主閱讀P88-89，總結(jié)基因工程應(yīng)用于農(nóng)牧業(yè)的6個(gè)具體內(nèi)容基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一轉(zhuǎn)基因抗蟲植物思考1：轉(zhuǎn)基因抗蟲植物導(dǎo)入的是什么基因？具有什么優(yōu)勢(shì)？相關(guān)基因：具有抗蟲功能的基因，優(yōu)勢(shì)：植物具有抗蟲性實(shí)例：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等對(duì)照（被害蟲侵害的黃綠色植株）轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）非轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（左）轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（右）轉(zhuǎn)基因抗蟲植物成為目前防治作物蟲害的發(fā)展趨勢(shì)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一轉(zhuǎn)基因抗病植物右為轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒右為轉(zhuǎn)基因抗病毒番木瓜科學(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?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物思考1：雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，大量施用除草劑可能存在什么問題？施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物：通過導(dǎo)入降解或抵抗某種除草劑的基因

使得噴灑除草劑時(shí)，殺死雜草，同時(shí)不會(huì)損傷作物基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一改善植物品質(zhì)資料一：將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，提高氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照高30%。提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。資料二：我國(guó)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，大大提高觀賞價(jià)值。高賴氨酸玉米轉(zhuǎn)基因的矮牽牛花基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一學(xué)以致用：如何培育轉(zhuǎn)基因抗蟲植物、抗病植物、抗除草劑植物？（選擇其中一例寫出具體過程）Bt抗蟲蛋白質(zhì)基因Ti質(zhì)粒重組Ti質(zhì)粒農(nóng)桿菌作物細(xì)胞抗蟲作物蘇云金芽孢桿菌抗病基因Ti質(zhì)粒重組Ti質(zhì)粒病毒真菌子房或花柱切面轉(zhuǎn)基因種子轉(zhuǎn)基因植物提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度思考：導(dǎo)入什么基因可提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率？外源生長(zhǎng)激素基因資料：我國(guó)科學(xué)家培育的轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鯉魚，同等養(yǎng)殖條件下，生長(zhǎng)速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%-115%。非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鯉魚（下）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一改善畜產(chǎn)品品質(zhì)資料：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，這稱為乳糖不耐受。我國(guó)約有1/3的成年人乳糖不耐受。思考：請(qǐng)問是否可以想出一個(gè)方案，解決我國(guó)人群乳糖不耐受的問題？基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一乳糖酶基因牛受精卵代孕母體轉(zhuǎn)基因奶牛顯微注射胚胎移植分娩人載體早期胚胎培養(yǎng)任務(wù)2：自主閱讀P90-91，總結(jié)醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括哪3個(gè)方面讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體基因改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用二基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用二【資料1】：胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需要。

將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!【資料2】：干擾素是動(dòng)物或人體細(xì)胞受到病毒感染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素治療病毒感染簡(jiǎn)直是“萬能靈藥”！對(duì)癌癥也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。

科學(xué)家利用基因工程，從1kg細(xì)菌培養(yǎng)液中可20-40mg干擾素。

①干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？②干擾素的作用機(jī)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(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物的名稱叫什么？用于治療哪些疾?。刻堑鞍赘蓴_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、慢性丙型肝炎等干擾素資料卡干擾素的化學(xué)本質(zhì)是

，其為抗

藥物；抗生素為抗

藥物。糖蛋白病毒細(xì)菌干擾素生產(chǎn)過程：干擾素基因質(zhì)粒重組質(zhì)粒大腸桿菌大量可生產(chǎn)干擾素的大腸桿菌培養(yǎng)導(dǎo)入構(gòu)建改造微生物或動(dòng)植物細(xì)胞生產(chǎn)藥物基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用二學(xué)以致用根據(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）①用PCR擴(kuò)增乙肝病毒抗原蛋白基因；②將乙肝病毒抗原蛋白基因插入質(zhì)粒，構(gòu)建基因表達(dá)載體；③將該基因表達(dá)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）；④檢測(cè)并鑒定，篩選出成功轉(zhuǎn)化的酵母菌，進(jìn)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。用轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物乳汁中含有人凝血因子Ⅸ的轉(zhuǎn)基因羊乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因?；蚬こ淘卺t(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用二乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥物發(fā)育任務(wù)乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較(導(dǎo)學(xué)案P78)【情境】利用基因工程生產(chǎn)人胰島素有兩種方法:方法一:將胰島素基因轉(zhuǎn)入細(xì)菌細(xì)胞,進(jìn)行微生物培養(yǎng),提取胰島素;方法二:將胰島素基因轉(zhuǎn)入高等哺乳動(dòng)物的受精卵,培養(yǎng)成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物并從其乳汁中提取胰島素。(1)方法一中,為使胰島素基因能順利進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞,應(yīng)用

處理細(xì)菌細(xì)胞,目的是使細(xì)胞處于一種

。

能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)Ca2+(2)方法二中,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞常用的方法是

。要確保人胰島素基因只在牛的乳腺細(xì)胞中表達(dá),應(yīng)該采取的措施是在人胰島素基因的首端加上

等調(diào)控組件。

(3)大腸桿菌和酵母菌均可作為生產(chǎn)胰島素的工程菌,該類工程菌的優(yōu)點(diǎn)是

(至少答出兩點(diǎn))。

(4)上述兩種方法中,哪種方法得到的胰島素需要進(jìn)一步加工和修飾以使其獲得生物活性?試解釋其原因。乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子單細(xì)胞、繁殖快方法一。方法一中的受體細(xì)胞是細(xì)菌,其細(xì)胞內(nèi)無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,無法對(duì)胰島素進(jìn)行加工和修飾。顯微注射法例1利用基因工程技術(shù)使哺乳動(dòng)物成為乳腺生物反應(yīng)器,以生產(chǎn)所需要的藥品,如轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人的生長(zhǎng)激素?？茖W(xué)家培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物成為乳腺生物反應(yīng)器時(shí),下列說法錯(cuò)誤的是 (

)A.利用顯微注射法將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胧荏w哺乳動(dòng)物體內(nèi)B.需要將乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子與目的基因重組在一起C.動(dòng)物必須是雌性才能滿足要求D.動(dòng)物需要進(jìn)入泌乳期才能成為“批量生產(chǎn)藥物的工廠”任務(wù)活動(dòng)A例2如圖3-3-1表示應(yīng)用基因工程技術(shù)生產(chǎn)干擾素的三條途徑,下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 (

)A.途徑甲中,過程Ⅰ應(yīng)將干擾素基因和乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子重組B.途徑乙中,過程Ⅱ一般所采用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法C.途徑丙中,過程Ⅱ可用Ca2+處理大腸桿菌D.三條途徑中,過程Ⅲ依據(jù)的生物學(xué)原理相同任務(wù)活動(dòng)D圖3-3-1人體移植器官短缺尋求可代替的移植器官豬的內(nèi)臟與人相似培育無免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官抑制抗原決定基因表達(dá)或除去抗原決定基因在器官供體基因組中導(dǎo)入某種體調(diào)節(jié)因子用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用二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(huì)遭到歧視嗎？對(duì)此你怎么看？

生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個(gè)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(jià)值；

關(guān)愛生命利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等基因工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。細(xì)菌擬核質(zhì)粒質(zhì)粒重組質(zhì)粒核酸切割送入細(xì)胞重組細(xì)菌插入質(zhì)粒基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用三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)?；蚬こ讨谱髂汤业闹谱骼没蚬こ叹a(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用三思維導(dǎo)圖改良微生物移植從社會(huì)中來轉(zhuǎn)基因技術(shù)自誕生以來，發(fā)展迅速，研發(fā)對(duì)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(qǐng)調(diào)查：目前我國(guó)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(jìn)口安全證書?截至2019年年底,我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放過轉(zhuǎn)基因耐儲(chǔ)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(jìn)口安全證書,但我國(guó)進(jìn)口的基本上是轉(zhuǎn)基因棉花的纖維,其他進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物的用途僅限于用作加工原料;我國(guó)沒有批準(zhǔn)任何一種轉(zhuǎn)基因糧食作物種子進(jìn)口到我國(guó)境內(nèi)商業(yè)化種植。一、概念檢測(cè)1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長(zhǎng)激素的基因后，重新導(dǎo)人大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素。下列敘述，正確的是()A.轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長(zhǎng)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(zhǎng)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C練習(xí)與應(yīng)用（P92）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()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.制造一種能分解石油的“超級(jí)細(xì)菌”D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌A二、拓展應(yīng)用1.除草劑的有效成分草甘膦能夠?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。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時(shí)也會(huì)使作物受損。解決這個(gè)問題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。(1)下面是探究“轉(zhuǎn)人外源EPSP合酶基因能否使矮牽?？共莞熟ⅰ钡牧鞒蹋?qǐng)補(bǔ)充完整。①