资源简介 (共45张PPT)人教版选择性必修33.3 基因工程的应用APPLICATION OF GENETIC ENGINEERING1. 基因工程在农牧业、医药业、食品工业的应用2. 理性地看待基因工程在生产和生活中的应用新课导入羊产出蜘蛛丝——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植物花青素代谢的基因受体细胞?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。新课导入胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素,需要上千头牛,生产的成本非常高。1978年,科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中,使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程药物——重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。精蛋白重组人胰岛素混合注射液新课导入自20世纪70年代兴起后,得到飞速发展,展示出广阔前景。基因工程的应用农牧业方面医药卫生领域食品工业方面一、基因工程在农牧业方面的应用资料1-转基因作物基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996—2017年,全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍,从1.7×106 hm 发展到1.898 × 108 hm2(如图)。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。1美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。2世界转基因作物种植面积最大的是大豆,其次是玉米、棉花。3我国转基因作物的种植面积位居世界第八位,商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。4资料2-转基因动物在转基因动物方面,近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道,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。转基因鲑鱼正常鲑鱼资料3-黄金大米普通水稻不含维生素A,以稻米为主食的一些发展中国家,就可能由于维生素A的缺乏导致严重的健康问题。人们将有关酶的基因导入水稻中,并诱导它们在水稻细胞中得以表达,使水稻中的双香叶素-二磷酸能转化成β-胡萝卜素。含有β-胡萝卜素的大米颜色金黄,被形象地称为“金米”(下图)。人们食用这种“金米”后,其中的β-胡萝卜素会在人体内转化成维生素A,为深受维生素A缺乏症之苦的人们带来了 “金色希望”。双香叶素-二磷酸八氢番茄红素番茄红素β-胡萝卜素酶-1酶-2酶-3基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。基因工程在农牧业方面的应用农牧业方面的应用转基因抗虫植物转基因抗病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转基因抗除草剂植物提高作物的逆抗能力从某些生物中分离出具有抗虫基因,将它导入作物中培育出具有抗虫性。例:Bt抗虫蛋白基因实例:转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯转基因抗虫植物转基因抗虫水稻(绿色植株)对照(被害虫侵害的黄绿色植株)转基因抗虫玉米(上)非转基因抗虫玉米(下)非转基因抗虫棉(左)转基因抗虫棉(右)提高作物的逆抗能力将某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物,培育出转基因抗病植物。实例:转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草转基因抗病植物优点:减少化学农药的使用,降低生产成本,提高产量。正常番木瓜感染环斑病毒的番木瓜环斑病毒转基因抗病毒甜椒甜椒病毒病甜椒病毒病提高作物的逆抗能力大多数除草剂不仅能杀死田间杂草,还会损伤作物,导致作物减产。将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物,可培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷洒除草剂时,田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。转基因抗除草剂植物施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田提高作物的逆抗能力改良植物的品质利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。实例1实例2将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中,可以提高这种氨我国科学家将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中,使它呈现出自然界没有的颜色变异,大大提高了它的观赏价值。氨基酸的含量,科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。提高动物的生长速率科学家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。例如,我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼,在同等养殖条件下,转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%~115%。转生长激素基因鲤鱼非转基因鲤鱼转入外源生长激素基因的“超级小鼠”正常小鼠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,这称为乳糖不耐受。我国约有1/3的成年人乳糖不耐受。科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响。改善畜产品品质学以致用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?可以用基因工程技术培育抗旱作物(筛选获取抗旱基因)抗盐碱、干旱基因抗盐碱、抗旱、耐寒、抗除草剂二、基因工程在医药卫生领域的应用医药卫生领域的应用对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物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【1】对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物常见药物类型:细胞因子、抗体、疫苗和激素等。应用: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。实例: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基因工程药物均已投放市场。【1】对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物干扰素是人体或动物受到病毒侵染后产生的一种细胞因子,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、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。以侯云德院士(右)为首的研究人员,成功地研制出我国第一个基因工程药物-干扰素【1】对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物传统生产方法从人血液中白细胞提取,每300L血液只能提取1mg干扰素。现代生产方法干扰素基因质粒重组质粒大肠杆菌或酵母菌大量可以生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌构建导入培养1980-1982年,科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素,从1Kg培养物中可以得到20—40mg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。【1】对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物生长激素、乙肝疫苗、人造血液等通过基因工程实现工业化生产,均为解除人类的病苦,提高人类的健康水平发挥了重大的作用。基因工程肝炎疫苗重组人生长激素我国生产的部分基因工程药物【2】让转基因哺乳动物批量生产药物实例:乳腺(乳房)生物反应器(牛、山羊)相关基因: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过程:转基因牛(转人抗凝血酶基因)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受精卵早期胚胎转基因动物药物显微注射早期胚胎培养胚胎移植泌乳期分泌乳汁【2】让转基因哺乳动物批量生产药物应用: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-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。(1)乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗?不是,乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物(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?让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达【2】让转基因哺乳动物批量生产药物(3) 药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中?几乎所有细胞(4) 乳腺生物反应器的优点?产量高、质量好、成本低、易提取【2】让转基因哺乳动物批量生产药物含有人凝血因子Ⅸ的转基因羊人治疗性抗体转基因奶牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛乳腺生物反应器实质是在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。注意!【3】用转基因动物作为器官移植供体人体器官移植的难题:解决途径:(1)为什么选择猪作为器官供体?a. 猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似b. 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(2)选择猪器官移植给人最大的难题是什么?免疫排斥人体移植器官短缺是世界性难题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。【3】用转基因动物作为器官移植供体对猪器官改造的方法② 设法除去抗原决定基因,然后再结合克隆技术,培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。① 在器官供体的基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达。转基因猪(转抗原抑制基因)【3】用转基因动物作为器官移植供体【3】用转基因动物作为器官移植供体假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后,过上健康人的生活,在生活中,他会遭到歧视吗?对此你怎么看?生命和健康是人最宝贵的东西,如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康,我们不仅不能歧视他,还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值。导入人基因具特殊用途的猪和小鼠三、基因工程在食品工业方面的应用基因工程菌用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类。1.概念2.步骤基因工程构建基因工程菌工业发酵批量生产3.应用利用基因工程菌,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。苯丙氨酸残基天冬氨酸残基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。阿斯巴甜一种普遍使用的甜味剂Aspartame基因工程菌凝乳酶:大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。传统制备方法杀死未断奶的小牛,将其第四胃的黏膜取出来提取。基因工程技术将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中,再通过工业发酵批量生产凝乳酶。实例1:凝乳酶基因工程菌实例2:淀粉酶、脂酶应用加工转化糖浆需要淀粉酶,加工烘烤食物要用到脂酶。制备方法构建基因工程菌,然后用发酵技术大量生产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。真菌淀粉酶工业级脂肪酶基因工程菌其他应用:环保领域的应用1.环境监测基因工程做成的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探针检测出来基因工程菌其他应用:环保领域的应用2.净化污染的环境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”。 有的还能吞食转化汞、镉等重金属,分解DDT等毒害物质思维训练比较项目 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与天然蛋白质完全相同哺乳动物的受精卵显微注射法不需要严格的灭菌,温度等外界条件对其影响不大从动物乳汁中提取,相对简单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微生物细胞Ca2+处理法(感受态细胞法)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(一般经过工业发酵后)从微生物细胞(或发酵液)中提取,相对复杂课堂小结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基因改造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概念检测单选题【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 ( )ABCD转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等C概念检测单选题【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( )ABCD培育青霉菌并从中提取青霉素利用乳腺生物反应器生产药物制造一种能降解石油的“超级细菌"制造一种能产生干扰素的基因工程菌A除草剂的有效成分草甘麟能够专一地抑制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。草甘腾没有选择性,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麟的作物。拓展应用拓展应用(1)下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘腾”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;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用草甘瞬同时喷酒转基因植株和对照组植株。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:__________________________________限制酶和DNA连接酶矮牵牛转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性拓展应用(2)请思考并回答下列问题,并给出进一步探究的思路。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?提示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。探究思路将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中,培育转基因植株,比较它们对草甘辟抗性的差异。版权声明课件版权归属“一起课件”,仅可自用,不可传播,不得用作商业性使用,不得上传至百度文库、等盈利网站。任何侵权行为将被视为版权侵害,侵权者将承担一定的法律责任。3.3 基因工程的应用(同步练习)一、选择题1.下列哪项不是植物基因工程技术的主要应用( )A.提高农作物的抗逆性 B.生产某些天然药物C.改良农作物的品质 D.作器官移植的供体2.番茄营养丰富,是人们喜爱的蔬菜之一。普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因,控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶,该酶能破坏细胞壁,使番茄软化,不耐储存。科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞,获得了抗软化番茄。下列关于培育抗软化番茄的叙述,错误的是( )A.质粒可作为载体 B.受体细胞是番茄细胞C.目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因 D.目的基因的表达延缓了细胞的软化3.科学家在河南华溪蟹中找到了金属硫蛋白基因,并以质粒为载体,采用转基因方法培育出了硫吸收能力极强的转基因烟草。下列有关该烟草培育的说法正确的是( )A.金属硫蛋白基因需插入到质粒上,才能转移到受体细胞中B.需用特定的限制酶切割烟草的核酸C.同种限制酶既可以切割含目的基因的DNA片段,又可以切割质粒,因此不具有专一性D.转基因烟草与原烟草相比基因组成发生了变化,导致两者出现生殖隔离4.利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内,转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30%,体型大50%。在基因工程操作过程中,生长激素基因的受体细胞最好采用( )A.乳腺细胞 B.体细胞 C.受精卵 D.精细胞5.下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是( )A.将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内B.将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组C.将人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表达D.将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达6.上海医学遗传研究所成功培育出一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法,使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍。以下相关叙述正确的是( )A.转基因动物是指体细胞中出现了新基因的动物B.提高基因的表达水平是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因C.只能在转基因牛乳汁中获取人白蛋白,是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D.转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因,但不发生转录、翻译,故不能合成人白蛋白7.利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素,下列相关叙述正确的是( )A.人和大肠杆菌在合成胰岛素时,转录和翻译的场所都是相同的B.所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C.通过检测,大肠杆菌中没有胰岛素产生,则可判断重组质粒未导入受体菌D.选用大肠杆菌作为受体细胞主要原因是其繁殖快、易培养、产量高8.蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”,有着超强的抗张强度,可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法,不正确的是( )A.将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成表达载体B.将含有丝蛋白基因的表达载体导入动物乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器C.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛D.转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因9.将乙肝抗原基因导入到酵母菌中,通过发酵能大量生产乙肝疫苗。下列叙述正确的是( )A.目的基因在酵母菌中表达出抗体B.目的基因的表达需要线粒体提供能量C.构建基因表达载体时需用限制性内切核酸酶和DNA聚合酶D.受体菌内目的基因的转录和翻译发生在同一场所10.下图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图。已知细菌B细胞内不含质粒A,也不含质粒A上的基因。判断下列说法正确的是( )A.将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法B.将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上,只有导入了重组质粒的细菌能生长C.将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上,能生长的是导入了质粒A的细菌D.目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长11.DNA疫苗被称为第三次疫苗革命,是将含病毒抗原基因的重组质粒注入人体表达后使人获得免疫能力。下列叙述不正确的是( )A.重组质粒在细胞中表达后分泌到细胞外不会引起机体免疫反应B.病毒抗原基因在体内表达时需要RNA聚合酶C.病毒抗原基因与质粒重组时需要DNA连接酶D.注射DNA疫苗后机体会产生相应的记忆细胞二、综合题12.应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题:(1)要获得抗虫基因,可采用__________________________等方法,基因工程的核心是__________________________。(2)如果要获得一只含目的基因的小鼠,则选择的受体细胞通常是__________,原因是________________________________。若用大肠杆菌储存目的基因,则需先将其处理为______________细胞。(3)在培育转人生长激素基因牛的过程中,①过程需要的工具酶是______________,②过程常用的方法是__________________________。(4)转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素,在基因表达载体中,人生长激素基因的首端必须含有__________________________。13.干扰素是一种抗病毒的特效药,它是一种糖蛋白。传统的生产方法是从人血液中的白细胞内提取,每300 L血液只能提取出1 mg干扰素,所以干扰素的价格非常昂贵。现在某基因公司用下图所示方法生产干扰素,请回答下列相关问题。(1)从人的淋巴细胞中提取出__________________,使它与质粒相结合,然后导入酵母菌体内。(2)科学家成功地把人的干扰素基因插入烟草的DNA分子上,使烟草获得了抗病毒的能力,试分析回答下列问题。①人的基因之所以能移入植物体内,其物质基础是___________________________。②烟草有了抗病毒的能力,这表明烟草体内产生了____________。烟草植株产生这种新性状(变异性状)的来源属于____________________。③要检测干扰素基因是否进入烟草细胞,可采用的方法是________________________;若要检测干扰素基因是否表达出干扰素,可采用____________________________的方法。参考答案:一、选择题1.D 2.C 3.A 4.C 5.B 6.D 7.D 8.B 9.B 10.C 11.A二、综合题12.答案:(1)从基因文库中获取目的基因、PCR技术扩增目的基因 基因表达载体的构建(2)受精卵 动物受精卵具有全能性 感受态(3)限制酶、DNA连接酶 显微注射法(4)启动子解析:(1)获得目的基因的方法有从基因文库中获取目的基因、PCR技术扩增目的基因等,基因工程的核心是基因表达载体的构建。(2)动物受精卵具有全能性,能发育成完整个体,要获得一只含目的基因的小鼠,则选择的受体细胞通常是受精卵。(3)①是目的基因与载体结合的过程,需要限制酶、DNA连接酶;②是重组质粒导入受体细胞的过程,常用的方法是显微注射法。(4)基因表达载体中目的基因的首端必须有启动子。13.答案:(1)干扰素基因(2)①不同生物的DNA结构基本相同②干扰素 基因重组③PCR技术 抗原—抗体杂交解析:(1)通过基因工程构建“工程菌”的方法:从淋巴细胞中提取出干扰素基因,使它与质粒结合形成重组质粒,然后将重组质粒导入酵母菌中,通过相应的检测与鉴定方法得到成功转入了重组质粒的酵母菌,再培养这种酵母菌,使之合成大量的干扰素。(2)基因工程的理论基础:不同生物的DNA结构基本相同,不同生物间能进行基因的移接。基因工程的原理是基因重组。若要检测干扰素基因是否进入烟草细胞,可采用的方法是PCR技术;若要检测干扰素基因是否表达出干扰素,可采用抗原—抗体杂交的方法。(1)(北京)股份有限公司 展开更多...... 收起↑ 资源列表 3.3基因工程的应用同步练习.docx 3.3基因工程的应用(课件).pptx 视频素材1.mp4 视频素材2.mp4