基因工程的应用课件--高二下学期生物人教版选修3.pptx

传统的遗传育种缺点有哪些？传统的遗传育种缺点有哪些？时间短、时间短、定向定向改变生物性状，改变生物性状，克服克服远缘亲本杂交不亲和远缘亲本杂交不亲和的障碍。的障碍。 基因工程育种的优点有哪些？基因工程育种的优点有哪些？杂交育种、杂交育种、诱变育种诱变育种、单倍体育种单倍体育种、多倍体育种、多倍体育种传统的遗传育种方法有哪些？传统的遗传育种方法有哪些？时间时间长长、远缘亲本难以杂交远缘亲本难以杂交基因工程与遗传育种基因工程与遗传育种基因工程与疾病治疗基因工程与疾病治疗基因工程与生态环境保护基因工程与生态环境保护化学合成科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达已知限制性核酸内切酶的识别序列和切点是-GGATCC-，限制性核酸内切酶的识别序列和切点是-GATC-，据图回答：（1）图1过程所需要的酶是_（2）在构建基因表达载体过程中，应用限制性核酸内切酶_切割目的基因，用限制性核酸内切酶_切割质粒用限制酶切割目的基因和运载体后形成的黏性末端通过_ _原则进行连接人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是_（3）在过程一般将受体大肠杆菌用_处理，以增大_的通透性，使含有目的基因的重组质粒容易进入受体细胞逆转录酶逆转录酶碱基互补配对碱基互补配对CaCl2细胞壁细胞壁科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达已知限制性核酸内切酶的识别序列和切点是-GGATCC-，限制性核酸内切酶的识别序列和切点是-GATC-，据图回答： （4）将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上得到如图2中a的结果（黑点表示菌落），能够生长的细菌中已导入了_ ，反之则没有导入；再将灭菌绒布按到培养基a上，使绒布表面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图2中b的结果（空圈表示与a对照无菌落的位置）与图2中b空圈相对应的图2的a中的菌落表现型是_ ，这些细菌中导入了_（5）人体的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为_普通质粒或重组质粒普通质粒或重组质粒 抗氨苄青霉素但不抗四环素抗氨苄青霉素但不抗四环素重组质粒重组质粒不同生物共用一套密码子不同生物共用一套密码子1.1.虫害给农作物带来了哪些影响虫害给农作物带来了哪些影响? ? 传统农业如何传统农业如何 防治害虫防治害虫? ? 有哪些不足有哪些不足? ?2 2. .如何获得抗虫植物？如何获得抗虫植物？3. 3. 抗虫基因有哪些？抗虫基因有哪些？BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等污染环境，损害人类健康，增加生产成本污染环境，损害人类健康，增加生产成本。将具有杀虫活性的基因导入作物中，使其具有将具有杀虫活性的基因导入作物中，使其具有抗虫性抗虫性.抗虫水稻、棉花、玉米、马铃薯、烟草、抗虫水稻、棉花、玉米、马铃薯、烟草、番茄、大豆、苹果、核桃、菊花等番茄、大豆、苹果、核桃、菊花等相间种植的相间种植的转基因抗虫水稻转基因抗虫水稻（绿色）（绿色）和和非转基因水稻非转基因水稻（稻纵卷叶螟危害（稻纵卷叶螟危害后呈灰白色）后呈灰白色） 转基因抗虫棉花转入苏云金杆菌的一个抗虫基因，是中国目前最主要的转基因作物 1.1.抗虫棉的目的基因是什么抗虫棉的目的基因是什么? ?目的基因从何而目的基因从何而来来? ?对哺乳动物有害吗？对哺乳动物有害吗？2.2.将抗虫基因将抗虫基因导入植物细胞中用的最多的方导入植物细胞中用的最多的方法是什么？法是什么？ 思考：思考：1.1.细菌的基因之所以能细菌的基因之所以能“嫁接嫁接”到棉花细胞到棉花细胞内，原因是内，原因是 。组成细菌和棉花的组成细菌和棉花的DNADNA分子的分子的空间结构空间结构和和化学组成化学组成相同相同 2.利用基因工程培育抗虫棉，与诱变育种利用基因工程培育抗虫棉，与诱变育种和杂交育种相比，有什么优点？是属于哪和杂交育种相比，有什么优点？是属于哪种变异？种变异？3 3. .抗虫棉能抗病吗？抗虫棉能抗病吗？1.1.什么是病原微生物？有哪些种类？什么是病原微生物？有哪些种类？引起生物生病的微生物，引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等主要有病毒、真菌和细菌等2.2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？3.3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白基因；病毒外壳蛋白基因； 病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因4.4.在抗真菌转基因植在抗真菌转基因植物物中中使用什么基因？使用什么基因？几丁质酶基因几丁质酶基因和和抗毒素合成基因抗毒素合成基因 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯1.1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等盐碱、干旱、低温和涝害等2.2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？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细胞内的渗透压调节3.3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？ 调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因 4.4.转基因耐寒的烟草和转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的高了其抗寒能力？目的基因从何而来？基因从何而来？转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄，使番茄植株的耐寒能力大大提科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄，使番茄植株的耐寒能力大大提高。质粒上有高。质粒上有Pst I 、Sma I 、Hind III 、Alul 等四种限制酶切割位等四种限制酶切割位点，下图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图（点，下图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图（ampr为抗氨苄青霉为抗氨苄青霉素基因），其中素基因），其中是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步骤，是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步骤，I 、II 表示相关结构或细胞。请据图作答：表示相关结构或细胞。请据图作答： （l）基因工程的核心是）基因工程的核心是_。 (2)构建基因表达载体时，可用一种或多种限制酶进行切割。为了构建基因表达载体时，可用一种或多种限制酶进行切割。为了避免目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接，在此实例避免目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接，在此实例中，应该选用中，应该选用 酶，分别对目的基因和质粒进行切割，酶，分别对目的基因和质粒进行切割，切割后产生的切割后产生的DNA 片段分别为片段分别为 种和种和 种。种。（3）要筛选已导入含鱼的抗冻蛋白基因的番茄细胞）要筛选已导入含鱼的抗冻蛋白基因的番茄细胞,应首先选择应首先选择含含 的培养基中筛选番茄组织细胞。的培养基中筛选番茄组织细胞。基因表达载体的构建基因表达载体的构建PstI和和SmaI42氨苄青霉素氨苄青霉素科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄，使番茄植株的耐寒能力大大提科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄，使番茄植株的耐寒能力大大提高。质粒上有高。质粒上有Pst I 、Sma I 、Hind III 、Alul 等四种限制酶切割等四种限制酶切割位点，下图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图（位点，下图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图（ampr为抗氨苄为抗氨苄青霉素基因），其中青霉素基因），其中是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步骤，骤，I 、II 表示相关结构或细胞。请据图作答：表示相关结构或细胞。请据图作答： （4）研究人员通常采用）研究人员通常采用 法将鱼抗冻蛋白基因导入番法将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞内茄细胞内.(5)基因工程操作中的第四步是目的基因的检测与鉴定基因工程操作中的第四步是目的基因的检测与鉴定,在分子水平在分子水平检测目的基因是否翻译形成了相应的蛋白质通常用检测目的基因是否翻译形成了相应的蛋白质通常用 _ 技技术。采用术。采用 _ 方法在个体生物学水平上检测目的基因是否方法在个体生物学水平上检测目的基因是否表达。表达。(6)图中分别指的是图中分别指的是 、 ,欲获得人工种子应培养到欲获得人工种子应培养到_阶段。将阶段。将II细胞培养成完整植物体所用技术的理论基础细胞培养成完整植物体所用技术的理论基础是是_。 农杆菌转化农杆菌转化抗原抗体杂交抗原抗体杂交低温培养低温培养脱分化脱分化 再分化再分化胚状体胚状体植物细胞全能性植物细胞全能性5.5.抗除草剂基因有何用途？抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物利用转基因改良植物品种利用转基因改良植物品种使食品的营养成分均衡使食品的营养成分均衡将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。酶的活性，以提高氨基酸的含量。将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。转基因高赖氨酸玉米转基因高赖氨酸玉米优点：优点： 改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质使果品延熟，便于储存使果品延熟，便于储存将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。延熟番茄。转基因延熟番茄转基因延熟番茄转基因龙胆花色奇异转基因蓝猪耳改变花色转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色转基因牵牛花改变了花色丰富花品颜色，丰富花品颜色，提高观赏价值。提高观赏价值。异想天开异想天开转入萤火虫荧光酶转基因烟草苗转入萤火虫荧光酶转基因烟草苗动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等导入外源生长激素基因导入外源生长激素基因A、过程表示从人体组织细胞（比如肌肉组织细胞）中获取人生过程表示从人体组织细胞（比如肌肉组织细胞）中获取人生长激素长激素mRNAB、图中过程可同时使用图中过程可同时使用Hind和和Pst两种酶切割含人生长激两种酶切割含人生长激素基因的素基因的DNA分子分子C、结合图中信息可知，图中过程形成的末端种类为黏性末端结合图中信息可知，图中过程形成的末端种类为黏性末端D、图中过程，所用方法分别为钙离子处理、显微注射和基图中过程，所用方法分别为钙离子处理、显微注射和基因枪法因枪法生长激素在医学上具有广泛的应用，可用于治疗垂体性侏儒症等生长激素在医学上具有广泛的应用，可用于治疗垂体性侏儒症等为了批量生产生长激素，可以借助转基因技术将生长激素基因导入为了批量生产生长激素，可以借助转基因技术将生长激素基因导入其他生物体（细胞）内据图分析，下列相关叙述正确的是其他生物体（细胞）内据图分析，下列相关叙述正确的是 C举例说明举例说明将将人乳铁蛋白人乳铁蛋白基因基因导入奶牛基因组，转基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中含有牛分泌的乳汁中含有乳铁蛋白乳铁蛋白将将 基因与基因与 等等调控组件重组在一起，通过调控组件重组在一起，通过 等方法，等方法，导入哺乳动物的导入哺乳动物的 中，将中，将 其其 送入母体，送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；成本低；易提取。成本低；易提取。 药物蛋白药物蛋白乳腺蛋白基因的启动子乳腺蛋白基因的启动子显微注射显微注射受精卵受精卵获取目的基因（例如血清白蛋白基因）获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）特异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎形成胚胎将胚胎送入母体动物将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。中，转入的基因才能表达）。思考思考: :用基因工程技术实现动物用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？的操作过程是怎样的？ 继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：长激素并分泌到尿液中。请回答： （1 1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是方法是_。 （2 2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入）进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是中，原因是_。 （3 3）通常采用）通常采用_技术检测外源基因是否插入技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组了小鼠的基因组 （4 4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的鼠的_ _ 细胞中特异表达。细胞中特异表达。显微注射法显微注射法受精卵受精卵具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达DNADNA杂交杂交膀胱上皮细胞膀胱上皮细胞利用基因工程对猪的器官进行改造利用基因工程对猪的器官进行改造方法：方法：将器官供体基因组导入将器官供体基因组导入 ，以抑制的以抑制的 表达或设法除表达或设法除去去 ，再结合克隆技术，培育出，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官某种调节因子某种调节因子抗原决定基因抗原决定基因抗原决定基因抗原决定基因 小结：小结： 基因工程的应用基因工程的应用 植物基因工程：植物基因工程： 抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。转基因改良植物的品质。 动物基因工程：动物基因工程： 提高动物生长速度、改善畜产品品质、提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。用转基因动物生产药物。 基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素如白细胞介素2 2、干扰素）、抗体、疫苗、干扰素）、抗体、疫苗、激素等激素等利用微生物生产药物的优越性何在利用微生物生产药物的优越性何在? ? 利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：白质类药物。有以下优越性：（1 1）利用活细胞作为表达系统，）利用活细胞作为表达系统，表达效率高表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（药品。（2 2）可以解决传统制药中原料来源的可以解决传统制药中原料来源的不足不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（物或人体上获取原料。（3 3）降低生产成本降低生产成本，减少生产人员和管理人员。减少生产人员和管理人员。 把把正常基因正常基因导入病人体内，使该基因的表达导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到产物发挥功能，从而达到治疗疾病治疗疾病的目的，是治的目的，是治疗疗遗传病遗传病的最有效的手段。的最有效的手段。2、实例：、实例： 将将腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗对严重复合型免疫缺陷症的治疗 1990 1990年年9 9月月1414日，安德森对一例患日，安德森对一例患ADAADA缺乏症缺乏症的的4 4岁女孩进行基因治疗。这个岁女孩进行基因治疗。这个4 4岁女孩由于遗岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产传基因有缺陷，自身不能生产ADAADA，先天性免，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。在血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的以后的1010个月内她又接受了个月内她又接受了7 7次这样的治疗，次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。并进入普通小学上学。取患者骨髓分离干细胞载体病毒正常基因导入正常基因的干细胞注入患者体内ADA缺乏症的基因治疗 取患者取患者骨髓骨髓分离干分离干细胞细胞病毒病毒正常基因正常基因导入正常基导入正常基因的干细胞因的干细胞注入患注入患者体内者体内3 3、基因治疗的类型、基因治疗的类型体外基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种细：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在胞，进行培养，然后在体外完成基因转移体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。新输入患者体内。体内基因治疗体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）正常基因转入患者肺组织）4 4、基因治疗的发展现状：、基因治疗的发展现状：处于初期的临床处于初期的临床试验阶段试验阶段5 5、用于基因治疗的基因种类：正常基因、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因反义基因和自杀基因知识回顾：基因诊断知识回顾：基因诊断基因芯片基因芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出病变图谱。芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。技术。思考与探究思考与探究:根据所学内容，试概括写出基因工程解决了根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。哪些生活、生产中难以解决的问题。基因工程可以基因工程可以生产人类需要的药物生产人类需要的药物，如胰岛素、，如胰岛素、干扰素等。我们干扰素等。我们吃的某些食品吃的某些食品如番茄、大豆等也如番茄、大豆等也可以是基因工程产品可以是基因工程产品。农业生产中的。农业生产中的抗虫棉、抗抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产，等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。本过高。（18.4）回答与基因工程和植物克隆有关的问题。回答与基因工程和植物克隆有关的问题。(1)将含某抗虫基因的载体和含卡那霉素抗性基因的载将含某抗虫基因的载体和含卡那霉素抗性基因的载体体pBI121均用限制性核酸内切酶均用限制性核酸内切酶EcoR I酶切，在切口酶切，在切口处形成处形成_。选取含抗虫基因的。选取含抗虫基因的DNA片段与切割片段与切割后的后的pBI121用用DNA连接酶连接。在两个片段相邻处形连接酶连接。在两个片段相邻处形成成_，获得重组质粒。，获得重组质粒。(2)已知用已知用CaCl2处理细菌，会改变其某些生理状态。处理细菌，会改变其某些生理状态。取取CaCI2处理过的农杆菌与重组质粒在离心管内进行处理过的农杆菌与重组质粒在离心管内进行混合等操作，使重组质粒进入农杆菌，完成混合等操作，使重组质粒进入农杆菌，完成_实验。在离心管中加入液体培养基，置于摇床慢速培实验。在离心管中加入液体培养基，置于摇床慢速培养一段时间，其目的是养一段时间，其目的是_，从而表达卡那霉素，从而表达卡那霉素抗性基因，并大量增殖。抗性基因，并大量增殖。粘性末端粘性末端磷酸二酯键磷酸二酯键转化转化使使CaCI2处理过的农杆菌恢复细胞的正常状态处理过的农杆菌恢复细胞的正常状态