5.3基因工程的應(yīng)用課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

5.3基因工程的應(yīng)用1.舉例說出基因工程的應(yīng)用及取得的豐碩成果。2.關(guān)注基因工程的進(jìn)展。3.認(rèn)同基因工程的應(yīng)用促進(jìn)生產(chǎn)力的提高。調(diào)查基因工程產(chǎn)品在社會(huì)中的應(yīng)用情況,討論轉(zhuǎn)基因生物的利與弊。學(xué)習(xí)目標(biāo)

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(guó)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？重組人胰島素注射液【從社會(huì)中來】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)生食品工業(yè)農(nóng)牧業(yè)轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(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)細(xì)胞因子抗體疫苗激素食品工業(yè)用酶食品工業(yè)用氨基酸食品工業(yè)用維生素一、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1.898×108hm2(如圖)。據(jù)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6.6×108t，增加經(jīng)濟(jì)收益近1.3萬億元。美國(guó)是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國(guó)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(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?！举Y料2】在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面，近些年幾乎每年都有令人矚目的研究成果報(bào)道，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(guó)獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物

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(shì)。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。轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對(duì)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。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(huì)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(shí)，田間雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)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種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。例如，將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，可以提高這種氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照高30%。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，大大提高了它的觀賞價(jià)值。5.提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率

科學(xué)家將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率。例如,我國(guó)科學(xué)家將外源生長(zhǎng)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(zhǎng)速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）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(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?？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(yíng)養(yǎng)成分不受影響。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用原因解決問題傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)類藥物生產(chǎn)中，是直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取而來的，所以產(chǎn)量低，價(jià)格貴，供應(yīng)不足對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物1.微生物制藥藥物蛋白基因載體重組載體微生物細(xì)胞轉(zhuǎn)基因微生物藥物蛋白藥物成果細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。藥物應(yīng)用

實(shí)

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(guó)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(chǎng)。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(duì)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(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)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.利用哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物----乳腺生物反應(yīng)器藥物蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因啟動(dòng)子重組載體哺乳動(dòng)物受精卵早期胚胎乳汁中含有藥用蛋白代孕母體轉(zhuǎn)基因奶牛目前已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)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(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品

應(yīng)

用

實(shí)

例乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器（三）建立移植器官的工廠原

因解決問題人體移植器官短缺是一個(gè)世界性難題。尋求可替代的移植器官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(zhǎng)類動(dòng)物。豬的優(yōu)點(diǎn)：最大難題：免疫排斥改造方法：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(dá)；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(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。優(yōu)點(diǎn)：解決人體移植器官短缺問題；避免免疫排斥反應(yīng)。三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用（1）基因工程菌：（2）用途：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。用于生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。閱讀課本91頁(yè)的內(nèi)容，了解基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用實(shí)例。學(xué)生活動(dòng)1．阿巴斯甜阿斯巴甜是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(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。2．淀粉酶加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食物需要的脂酶等也可通過構(gòu)建基因工程菌，結(jié)合發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。3．凝乳酶奶酪的生產(chǎn)需要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，將其第四胃的粘膜取出來提取。（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，再結(jié)合工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。1．下列有關(guān)基因工程的應(yīng)用的敘述，錯(cuò)誤的是（

）A．利用基因工程可改良作物的品質(zhì)，提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值B．通過乳腺生物反應(yīng)器可生產(chǎn)抗凝血酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品C．將正?；?qū)胧荏w細(xì)胞，以對(duì)21三體綜合征進(jìn)行治療D．制備工程菌以實(shí)現(xiàn)對(duì)胰島素、血清白蛋白的大規(guī)模生產(chǎn)課堂檢測(cè)C2．采用基因工程技術(shù)將人凝血因子基因?qū)肷窖蚴芫?，培育出轉(zhuǎn)基因羊。但是人凝血因子只存在于該轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中。以下有關(guān)敘述正確的是（

）A．人凝血因子基因只存在于山羊的乳腺細(xì)胞中B．可用顯微注射技術(shù)將含有人凝血因子基因的重組DNA分子導(dǎo)入羊的受精卵C．在該轉(zhuǎn)基因羊中，人凝血因子基因在各種體細(xì)胞中都能表達(dá)D．人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄時(shí)，DNA聚合酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA課堂檢測(cè)D3．下圖為利用生物技術(shù)獲得生物新品種的過程,有關(guān)說法錯(cuò)誤的是（

）

A．A→B過程中用到的原料有4種，加入的引物有2種B．A→B過程利用了DNA半保留復(fù)制原理，需要使用耐高溫的DNA聚合酶C．B→