資源簡(jiǎn)介

(共34張PPT)
第3節(jié)
基因工程的應(yīng)用
情景教學(xué)、探究式教學(xué)
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
烏龜?shù)拈L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（花色）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
？
腦洞大開
基因工程自20世紀(jì)70年代興起后， 得到了飛速的發(fā)展， 展示出廣闊的前景。
基因工程的應(yīng)用
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
（一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用概述
1
植物方面
【情景】1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍，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。
美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家。
世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的是大豆，其次是玉米、棉花；
思考：轉(zhuǎn)基因作物有哪些優(yōu)點(diǎn)？
減少化學(xué)殺蟲劑使用量（生物防治）
增加作物產(chǎn)量
增加經(jīng)濟(jì)收益
【情景】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。
轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）
2
動(dòng)物方面
（一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用概述
基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。
基因工程被廣泛用于_______________、________________________等方面
改良動(dòng)植物品種
提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量
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)物的生長速率
改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)
抗逆性
（二）具體內(nèi)容
培育方法：從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因， 導(dǎo)入作物。
實(shí) 例：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。
培育方法：將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?。
實(shí) 例：抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒、番木瓜和煙草等。
培育目的：噴灑除草劑時(shí)，雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷。
實(shí) 例：轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。
基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用
1
轉(zhuǎn)基因抗蟲植物
目的基因：抗蟲功能的基因。
2
轉(zhuǎn)基因抗病植物
目的基因：抗病功能的基因。
3
轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物
目的基因：降解或抵抗某種除草劑的基因。
培育目的：改良植物的營養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。
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
與植物花青素代謝相關(guān)的基因 ____________
必需氨基酸含量多
轉(zhuǎn)基因矮牽牛
基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用
5
改良植物的品質(zhì)
轉(zhuǎn)基因矮牽牛
轉(zhuǎn)基因玉米
實(shí) 例：
轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因的大米
1）哪些環(huán)境條件會(huì)造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？
鹽堿、干旱、低溫和澇害等
2）鹽堿和干旱對(duì)農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？
細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)
3）我國西北地區(qū)的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是年降雨量小，從而影響糧食的產(chǎn)量，如果從基因工程的角度考慮，如何避免糧食減產(chǎn)？
思考·討論:
可以用基因工程技術(shù)培育抗旱作物（篩選獲取抗旱基因）
培育方法：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。
實(shí) 例：轉(zhuǎn)基因鯉魚、轉(zhuǎn)基因小鼠。
解決問題：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。
實(shí) 例：轉(zhuǎn)基因牛(乳汁中乳糖的含量大大降低)。
基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用
5
提高動(dòng)物的生長速率
目的基因：外源生長激素基因。
6
改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)
目的基因：腸乳糖酶基因。
1.從環(huán)境保護(hù)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)越性有哪些？
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。
2.種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉若干年后， 害蟲會(huì)不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)生抗性？為什么？
會(huì)。害蟲會(huì)因遺傳物質(zhì)發(fā)生改變產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗性。
3.為什么將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M能降低牛奶中的乳糖含量？
腸乳糖酶基因在奶牛乳腺細(xì)胞中表達(dá)出乳糖酶， 可以分解乳汁中的乳糖。
思考·討論:
基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
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
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
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；
①藥物舉例：
細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。
②應(yīng)用：
③實(shí)例：
基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
1
基因改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物
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。 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(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。
基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
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.目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？
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
思考·討論:
用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得
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、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。
①實(shí)例：
乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器
②培育過程：
③應(yīng)用：
注意：?jiǎn)?dòng)子具有物種和組織的特異性
基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
2
讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物
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
早期胚胎培養(yǎng)
胚胎移植
早期胚胎
比較項(xiàng)目 乳腺（房）生物反應(yīng)器 基因工程菌生產(chǎn)藥物
基因結(jié)構(gòu)
基因產(chǎn)物
受體細(xì)胞
導(dǎo)入方式
生產(chǎn)條件
產(chǎn)物提取
哺乳動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同
細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異
與天然蛋白質(zhì)完全相同
細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器， 合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性
哺乳動(dòng)物的受精卵
微生物細(xì)胞
顯微注射法
Ca2+處理法（感受態(tài)細(xì)胞法）
不需要嚴(yán)格的滅菌， 溫度等外界條件對(duì)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
從動(dòng)物乳汁中提取， 相對(duì)簡(jiǎn)單
（一般經(jīng)過工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細(xì)胞（或發(fā)酵液）中提取， 相對(duì)復(fù)雜
基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
尋求可替代的移植器官， 如用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題
①人體器官移植的難題：
人體移植器官短缺是世界性難題
②解決途徑：
豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似
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(dòng)物
豬的優(yōu)點(diǎn)：
最大難題：
免疫排斥
基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
3
用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體
基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
③對(duì)豬的器官進(jìn)行改造的方法：在器官供體的_______中導(dǎo)入某種_________，以______________________，或設(shè)法_________________，然后再結(jié)合______技術(shù)，培育出____________________的__________________。
基因組
調(diào)節(jié)因子
抑制抗原決定基因的表達(dá)
除去抗原決定基因
克隆
不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)
轉(zhuǎn)基因克隆豬器官
1.乳腺生物反應(yīng)器指的是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺嗎？
2.為什么將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等
調(diào)控元件重組在一起？
3.藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的哪些細(xì)胞中？
4.膀胱生物反應(yīng)器哪些方面優(yōu)于乳腺生物反應(yīng)器？
5.研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)如何處理目的基因？
讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)
幾乎所有細(xì)胞
不是，乳腺生物反應(yīng)器指的就是這個(gè)轉(zhuǎn)基因生物
思考·討論:
不局限于性別與生長期（乳腺生物反應(yīng)器必須是雌性，且泌乳期才會(huì)分泌）
將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子重組
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：
基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用
1
基因工程菌
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淀粉酶、脂酶：
應(yīng)用：
制備方法：
加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶， 加工烘烤食物要用到脂酶
構(gòu)建基因工程菌， 然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用
②凝乳酶：
應(yīng)用：
奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)
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
制備方法：
2
實(shí)例
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)。
①阿斯巴甜：
　　基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。
1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針檢測(cè)出來
1
環(huán)境監(jiān)測(cè)：
2
凈化污染的環(huán)境：
　有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。
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”。
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(shì)？
酵母菌為真核生物， 有生物膜系統(tǒng)， 可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體對(duì)產(chǎn)生的胰島素進(jìn)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(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？
目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)。
3.與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比， 用動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)勢(shì)有哪些？
(1)動(dòng)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。
思考·討論:
【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
轉(zhuǎn)基因抗蟲植物
基因工程的應(yīng)用
農(nóng)牧業(yè)方面
醫(yī)藥衛(wèi)生方面
轉(zhuǎn)基因抗病植物
轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物
改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)
提高動(dòng)物的生長速率
改良植物的品質(zhì)
讓哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物
建立移植器官工廠
食品工業(yè)方面
生產(chǎn)食品工業(yè)用酶
構(gòu)建基因工程菌
課堂小結(jié)
一、概念檢測(cè)
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（ ）
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
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.制造一種能降解石油的“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
練習(xí)與應(yīng)用（P92）
二、拓展應(yīng)用
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)入外源EPSP合酶基因能否使矮牽牛抗草甘膦”的流程，請(qǐng)補(bǔ)充完整。
①用_____________________________等處理含有目的基因的DNA片段和T質(zhì)粒，構(gòu)建重組Ti質(zhì)粒；
②將重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌中；
限制酶和DNA連接酶
練習(xí)與應(yīng)用（P92）
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)入外源EPSP合酶基因能否使矮牽牛抗草甘膦”的流程，
請(qǐng)補(bǔ)充完整。
③利用含有重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌侵染___________細(xì)胞，再通過培育得到轉(zhuǎn)基因植株；
④用草甘膦同時(shí)噴灑轉(zhuǎn)基因植株和對(duì)照組植株。
矮牽牛
結(jié)果：對(duì)照組植株死亡，轉(zhuǎn)基因植株存活，但也受到了影響。
結(jié)論：________________________________________
轉(zhuǎn)基因矮牽牛對(duì)草甘膦產(chǎn)生了一定的抗性。
練習(xí)與應(yīng)用（P92）
（2）請(qǐng)思考并回答下列問題。
①在該實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照組是怎樣設(shè)計(jì)的？
②如果增加轉(zhuǎn)入的外源 EPSP 合酶基因的數(shù)量，轉(zhuǎn)基因矮牽牛對(duì)草甘膦的抗性是否會(huì)增加？請(qǐng)你給出進(jìn)一步探究的思路。
①對(duì)照組為非轉(zhuǎn)基因矮牽牛
②理論上增加轉(zhuǎn)入的外源EPSP合酶基因的數(shù)量，矮牽牛體內(nèi)EPSP合酶的表達(dá)水平會(huì)升高，它對(duì)草甘膦的抗性會(huì)增強(qiáng)。
將不同拷貝數(shù)的EPSP合酶基因分別轉(zhuǎn)入矮牽牛細(xì)胞中，培育轉(zhuǎn)基因植株，比較它們對(duì)草甘膦抗性的差異。
練習(xí)與應(yīng)用（P92）
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