資源簡介

(共26張PPT)
3.3基因工程的應(yīng)用
抗蟲害的玉米
轉(zhuǎn)基因鮭
魚
轉(zhuǎn)魚抗寒基 因的番茄
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1、基于基因工程在農(nóng)牧、醫(yī)藥和食品等行業(yè)應(yīng)用的實(shí) 例，說明基因工程給社會(huì)帶來的巨大價(jià)值
2、基于基因工程在各方面發(fā)展的前景，理性看待基因 工程的安全性
①1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積增 加了100多倍。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。
②美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家
③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；
④我國轉(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；
100
1.7
0
1996 2017
199 6-2017年，全世界轉(zhuǎn) 基因作物種植趨勢(shì)變化
1、發(fā)展現(xiàn)狀：
(1)植物：
全世界轉(zhuǎn)基因作物
種 植 面 積 / ( × 1 0 °
200
189.8
年份
h m )
(2)動(dòng)物：
①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；
②2015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)基因大西洋鮭的優(yōu)點(diǎn)：
(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)
農(nóng)牧業(yè)方面
醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域
食品工業(yè)方面
一、基因工程的應(yīng)用
基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，得到飛速發(fā)展，展示出廣闊前景。
基因工程的應(yīng)用
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 抗逆性
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)
1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用
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)量等方面。
一、基因工程的應(yīng)用
2、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：
①方法：從某些生物中分離出抗蟲基因?qū)胱魑铮怪哂锌瓜x性狀。
②成果 轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。
③優(yōu)點(diǎn)：
減少因化學(xué)農(nóng)藥的使用而造成的環(huán)境污染和對(duì)人類
健康的損害、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量。
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)
(2 )轉(zhuǎn)基因抗病植物：
① 方 法 ：
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。
②成果 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：
①背景：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(huì)損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。
②方法：將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑铮梢耘嘤隹钩?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。
③成果：轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、 油菜和甜菜等。
優(yōu)良基因
成果
必需氨基酸含量多的蛋白質(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
轉(zhuǎn)基因矮牽牛
培育方法：利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。
(4)改良植物的品質(zhì)
(6)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)
培育方法：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。
實(shí)例：乳汁中乳糖的含量大大降低的轉(zhuǎn)基因牛
(5)提高動(dòng)物的生長速率
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)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高 了42%～115%。
思考討論：
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。
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
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
一、基因工程的應(yīng)用
2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
(1 ) 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藥物舉例：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。
②應(yīng)用：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；
③實(shí)例：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.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
一、基因工程的應(yīng)用
用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得
思考：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。
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。
1、傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么
從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取
2、目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么
一、基因工程的應(yīng)用
以侯云德院士(右)為首的研究人員，成功地研制 出我國第一個(gè)基因工程藥物——干擾素
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
(3)應(yīng)用：
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
2、讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物
(1)實(shí)例 乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器
注意：啟動(dòng)子具有物種和組織的特異性， 如乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子只在 乳腺細(xì)胞被特異性激活，使乳腺細(xì)胞的 目的基因得以表達(dá)
(2)培育過程： 要求：乳腺生物反應(yīng)器必須是雌性，且泌乳期
分析，鑒定性別，保留雌性
泌乳期
分泌乳汁
基因表 達(dá)載體
轉(zhuǎn)基因 動(dòng)物
胚胎移植前應(yīng)做DNA
顯微注
射法
藥物
蛋 白
受精卵
發(fā)育
關(guān)于乳腺生物反應(yīng)器
優(yōu)點(diǎn)
● 適合于表達(dá)高等動(dòng)物體內(nèi)的復(fù)雜蛋白
●制備乳腺反應(yīng)器的方法成熟
● 乳腺是天然的高效合成蛋白質(zhì)的器官
●乳汁中重組蛋白的提取和純化相對(duì)容易
缺點(diǎn)
● 動(dòng)物泌乳期有間隔
●有些蛋白不能在乳腺里表達(dá)
●某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然 狀態(tài)不同
補(bǔ)充：膀胱生物反應(yīng)器
①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。
②從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡便、高效。
優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量高；成本低；產(chǎn)品質(zhì)量好，易提取。
思考討論：
1、乳腺生物反應(yīng)器指的是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺嗎
不是，乳腺生物反應(yīng)器指的就是這個(gè)轉(zhuǎn)基因生物。
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
讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)。
3、藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的哪些細(xì)胞中 幾乎所有細(xì)胞。
4、膀胱生物反應(yīng)器哪些方面優(yōu)于乳腺生物反應(yīng)器
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)。
5、研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)如何處理目的基因
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。
(3)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體
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：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
A. 豬的優(yōu)點(diǎn)：
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)少于靈長類動(dòng)物
B. 最大難題：免疫排斥
2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
一、基因工程的應(yīng)用
③改造方法：
a.在器官供體的基因組中導(dǎo)入調(diào)控基因表達(dá)的DNA 序 列，以抑制抗原決定基 因的表達(dá)；
b. 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。
人類首次移植豬心臟，最關(guān)鍵48小時(shí)已順利度過
2022年1月14日美國馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院10日宣布，他們的醫(yī)生成功將一
只轉(zhuǎn)基因豬的心臟植入到了一名病人體內(nèi)，這是全球首例此類手術(shù)。據(jù)報(bào) 道，57歲的病人貝內(nèi)特 (David Bennett) 在接受心臟移植手術(shù)三…
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2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
一、基因工程的應(yīng)用
(1)基因工程菌：
①概念： 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。
②應(yīng)用：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
(2)實(shí)例：
①阿斯巴甜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)。
3.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用
一、基因工程的應(yīng)用
②凝 乳 酶：
A.應(yīng)用：奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)
B.制備方法：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
③淀粉酶、脂酶：
A.應(yīng)用 ：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶
B.制備方法：構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)
C.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)用酶的優(yōu)點(diǎn)：
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.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用
一、基因工程的應(yīng)用
· 利用經(jīng)過基因改造的微 生物生產(chǎn)清潔能源
· 培育可以降解多種污染 物的“超級(jí)細(xì)菌”治理
環(huán)境污染
4.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用
一、基因工程的應(yīng)用
農(nóng)牧業(yè)方面
基因工程的應(yīng)用
醫(yī)藥衛(wèi)生方面
食品工業(yè)方面
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)物的生長速率
改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)
讓哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物
建立移植器官工廠
生產(chǎn)食品工業(yè)用酶
構(gòu)建基因工程菌
【課堂小結(jié)】
【鞏固練習(xí)】
1.SOD 是一種抗氧化酶，它能將02轉(zhuǎn)化成H202, 增強(qiáng)植物的抗逆性。如圖
為培育農(nóng)作物新品種的一種方式。以下敘述正確的是( C)
SOD 基因
(二倍體)①→新細(xì)胞 ② 組織 ③ →胚狀體→新品種
A. 過程①可以用動(dòng)物病毒作為載體
B. 從該農(nóng)作物新品種的細(xì)胞中檢測(cè)出了SOD基因，說明該基因工程成功了
C. 新品種的獲得屬于可遺傳的變異，可能將抗逆性狀遺傳給子代
D.基因工程又叫重組DNA技術(shù)，所用工具酶有限制酶、 DNA連接酶和載體
植物細(xì)胞 愈傷
2、動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器是一項(xiàng)利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生物發(fā)酵， 進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質(zhì)的現(xiàn)代生物技術(shù)。 科學(xué)家已在牛和羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、血清白蛋白、 生長激素等重要藥品，其大致過程如圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是 ( A )
性成熟的雄牛 性成熟的雌牛
① ② 人的藥用蛋白基因 質(zhì)粒
精子 卵母細(xì)胞 ③
C. 在轉(zhuǎn)基因母牛的乳腺細(xì)胞中人的藥用蛋白基因才會(huì)得以表達(dá)，因此可以 從乳汁中提取藥物
D. 該技術(shù)生產(chǎn)藥物的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、易提取
A 通過③形成的重組質(zhì)粒具有人的 藥用蛋白基因、啟動(dòng)子、終止子和 標(biāo)記基因即可
B.④通常采用顯微注射技術(shù)
重組質(zhì)粒
④
轉(zhuǎn)基因牛
體外受精
受精卵
早期胚胎 ⑤ 妊娠

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