资源简介

(共34张PPT)
第3节
基因工程的应用
情景教学、探究式教学
羊产出蜘蛛丝——动物转基因技术
抗病毒基因
鱼类的抗冻蛋白基因
萤火虫的荧光基因
乌龟的长寿基因
人类胰岛素的合成基因
富含赖氨酸的蛋白质合成基因
植物花青素（花色）代谢有关的基因
根据基因工程的原理我们可以利用下面这些基因培育什么样的个体呢？
受体细胞
=
导入
？
脑洞大开
基因工程自20世纪70年代兴起后， 得到了飞速的发展， 展示出广阔的前景。
基因工程的应用
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
（一）基因工程在农牧业方面的应用概述
1
植物方面
【情景】1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，据2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元。
美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。
世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；
思考：转基因作物有哪些优点？
减少化学杀虫剂使用量（生物防治）
增加作物产量
增加经济收益
【情景】在转基因动物方面，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段。2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑
(俗称“三文鱼”)在美国获得批准上市。
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
2
动物方面
（一）基因工程在农牧业方面的应用概述
基因工程在农牧业中的应用发展迅速。
基因工程被广泛用于_______________、________________________等方面
改良动植物品种
提高作物和畜产品的产量
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改良畜产品的品质
抗逆性
（二）具体内容
培育方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因， 导入作物。
实 例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
培育方法：将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中 。
实 例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等。
培育目的：喷洒除草剂时，杂草会被杀死而作物不会受到损伤。
实 例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
基因工程在农牧业方面的应用
1
转基因抗虫植物
目的基因：抗虫功能的基因。
2
转基因抗病植物
目的基因：抗病功能的基因。
3
转基因抗除草剂植物
目的基因：降解或抵抗某种除草剂的基因。
培育目的：改良植物的营养价值、观赏价值等。
优良基因 成果
　　　　　　　　的蛋白质编码基因 富含赖氨酸的转基因玉米
与植物花青素代谢相关的基因 ____________
必需氨基酸含量多
转基因矮牵牛
基因工程在农牧业方面的应用
5
改良植物的品质
转基因矮牵牛
转基因玉米
实 例：
转入维生素A合成酶基因的大米
1）哪些环境条件会造成农作物低产、减产？
盐碱、干旱、低温和涝害等
2）盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？
细胞内的渗透压调节
3）我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？
思考·讨论:
可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）
培育方法：将外源生长激素基因导入动物体内， 以提高动物的生长速率。
实 例：转基因鲤鱼、转基因小鼠。
解决问题：有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，称之为乳糖不耐受。
实 例：转基因牛(乳汁中乳糖的含量大大降低)。
基因工程在农牧业方面的应用
5
提高动物的生长速率
目的基因：外源生长激素基因。
6
改善畜产品的品质
目的基因：肠乳糖酶基因。
1.从环境保护角度出发， 分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？
减少了化学农药的使用量， 降低了环境污染；降低生产成本。
2.种植转基因抗虫棉若干年后， 害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？
会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。
3.为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？
肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶， 可以分解乳汁中的乳糖。
思考·讨论:
基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
用转基因动物作为器官移植的供体
基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
医药卫生领域的应用
我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等
可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等；
①药物举例：
细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
②应用：
③实例：
基因工程在医药卫生领域的应用
1
基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
资料卡——干扰素
干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白， 在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外， 干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。 传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取， 每300L血液只能提取1mg干扰素。 1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b， 它是我国批准生产的第一个基因工程药物， 目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
基因工程在医药卫生领域的应用
1.干扰素的化学本质是什么？
2.干扰素的作用机理是怎样的？
3.干扰素用于哪些疾病的治疗？
4.目前大量生产干扰素的方法是什么？
糖蛋白
干扰病毒复制
病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等
思考·讨论:
用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得
目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中， 获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。
①实例：
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
②培育过程：
③应用：
注意：启动子具有物种和组织的特异性
基因工程在医药卫生领域的应用
2
让转基因哺乳动物批量生产药物
药用蛋白基因
乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
显微注射
受精卵
泌乳期分泌乳汁
转基因动物
药物
早期胚胎培养
胚胎移植
早期胚胎
比较项目 乳腺（房）生物反应器 基因工程菌生产药物
基因结构
基因产物
受体细胞
导入方式
生产条件
产物提取
哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同
细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异
与天然蛋白质完全相同
细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器， 合成的蛋白质可能不具有生物活性
哺乳动物的受精卵
微生物细胞
显微注射法
Ca2+处理法（感受态细胞法）
不需要严格的灭菌， 温度等外界条件对其影响不大
需严格灭菌， 严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
从动物乳汁中提取， 相对简单
（一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取， 相对复杂
基因工程在医药卫生领域的应用
寻求可替代的移植器官， 如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题
①人体器官移植的难题：
人体移植器官短缺是世界性难题
②解决途径：
猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似
猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物
猪的优点：
最大难题：
免疫排斥
基因工程在医药卫生领域的应用
3
用转基因动物作为器官移植的供体
基因工程在医药卫生领域的应用
③对猪的器官进行改造的方法：在器官供体的_______中导入某种_________，以______________________，或设法_________________，然后再结合______技术，培育出____________________的__________________。
基因组
调节因子
抑制抗原决定基因的表达
除去抗原决定基因
克隆
不会引起免疫排斥反应
转基因克隆猪器官
1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？
2.为什么将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等
调控元件重组在一起？
3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？
4.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？
5.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？
让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达
几乎所有细胞
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物
思考·讨论:
不局限于性别与生长期（乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌）
将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组
利用基因工程菌， 除了可以生产药物， 还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
用基因工程的方法， 使外源基因得到高效表达的菌类。
①概念：
②应用：
基因工程在食品工业方面的应用
1
基因工程菌
基因工程获得的工业用酶的纯度更高， 生产成本显著降低， 生产效率较高。
③淀粉酶、脂酶：
应用：
制备方法：
加工转化糖浆需要淀粉酶， 加工烘烤食物要用到脂酶
构建基因工程菌， 然后用发酵技术大量生产
优点：
基因工程在食品工业方面的应用
②凝乳酶：
应用：
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中， 再通过工业发酵批量生产凝乳酶
制备方法：
2
实例
一种普遍使用的甜味剂， 主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成， 这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
①阿斯巴甜：
　　基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
1
环境监测：
2
净化污染的环境：
　有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。
1.与大肠杆菌相比， 用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？
酵母菌为真核生物， 有生物膜系统， 可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰， 从而产生有活性的胰岛素。
2.培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
3.与工厂化生产药用蛋白相比， 用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？
(1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统， 生产的蛋白质活性高， 更稳定。
(2)产物直接经乳汁分泌， 易提取。
思考·讨论:
【情境】利用基因工程生产人胰岛素有两种方法:
方法一:将胰岛素基因转入细菌细胞,进行微生物培养,提取胰岛素;
方法二:将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵,培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。
(1)方法一中,为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞,应用　　　　处理细菌细胞,目的是使细胞处于一种　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
Ca2+
(2)方法二中,将目的基因导入受体细胞常用的方法是　　　　　　。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达,应该采取的措施是在人胰岛素基因的首端加上　　　　 　等调控组件。
(3)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌,该类工程菌的优点是
　　　　　　　　(至少答出两点)。
(4)上述两种方法中,哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性 试解释其原因。

乳腺蛋白基因的启动子
单细胞、繁殖快
方法一。方法一中的受体细胞是细菌,其细胞内无内质网和高尔基体,无法对胰岛素进行加工和修饰。
显微注射法
转基因抗虫植物
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生方面
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改善畜产品的品质
提高动物的生长速率
改良植物的品质
让哺乳动物批量生产药物
建立移植器官工厂
食品工业方面
生产食品工业用酶
构建基因工程菌
课堂小结
一、概念检测
1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是（ ）
A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶
B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物
C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传
D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等
C
练习与应用（P92）
2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（ ）
A.培育青霉菌并从中提取青霉素
B.利用乳腺生物反应器生产药物
C.制造一种能降解石油的“超级细菌"
D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌
A
练习与应用（P92）
二、拓展应用
除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。
（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请补充完整。
①用_____________________________等处理含有目的基因的DNA片段和T质粒，构建重组Ti质粒；
②将重组Ti质粒转入农杆菌中；
限制酶和DNA连接酶
练习与应用（P92）
除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。
（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，
请补充完整。
③利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染___________细胞，再通过培育得到转基因植株；
④用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。
矮牵牛
结果：对照组植株死亡，转基因植株存活，但也受到了影响。
结论：________________________________________
转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。
练习与应用（P92）
（2）请思考并回答下列问题。
①在该实验中，对照组是怎样设计的？
②如果增加转入的外源 EPSP 合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘膦的抗性是否会增加？请你给出进一步探究的思路。
①对照组为非转基因矮牵牛
②理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。
将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。
练习与应用（P92）
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