生物选修基因工程的应用课件课件精选课件.ppt

关于生物选修基因工程的应用课件第一页，本课件共有39页(一一)抗虫转基因植物抗虫转基因植物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？现在有哪些抗虫植物问世如何获得抗虫植物？现在有哪些抗虫植物问世?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、植物凝集素基因等第二页，本课件共有39页第三页，本课件共有39页请阅读请阅读P18P18生物资料技术卡生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的了解一些抗虫基因的抗虫机理。抗虫机理。1.1.抗虫棉的目的基因是什么抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来目的基因从何而来?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法导入植物细胞中用的最多的方法是什么？是什么？我国的科学家将抗虫基因导入棉花用了我国的科学家将抗虫基因导入棉花用了什么独创的方法什么独创的方法?第四页，本课件共有39页思考：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”到棉花细胞内，到棉花细胞内，原因是原因是 。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？目的性强目的性强 基因重组基因重组不能不能第五页，本课件共有39页（二）抗病转基因植物（二）抗病转基因植物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许多栽培作物自身缺少抗病毒基因许多栽培作物自身缺少抗病毒基因第六页，本课件共有39页4.4.在抗真菌转基因植物在抗真菌转基因植物中中使用什么基因？使用什么基因？几丁质酶基因和抗毒素合成基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因 第七页，本课件共有39页（三）其他抗逆转基因植物（三）其他抗逆转基因植物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 第八页，本课件共有39页4.4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因 第九页，本课件共有39页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第十页，本课件共有39页（四）利用转基因改良植物的品质（四）利用转基因改良植物的品质人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称称必需氨基酸必需氨基酸。必需氨基酸共有种：赖氨酸、色氨酸、苯丙必需氨基酸共有种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。酸、亮氨酸、缬氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。另外另外1212种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸非必需氨基酸。第十一页，本课件共有39页你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用转基因的方法加以改良？试举例说明？如何用转基因的方法加以改良？试举例说明？将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物(改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性)第十二页，本课件共有39页转基因延熟番茄的目的基因是什么？转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因控制番茄果实成熟的基因第十三页，本课件共有39页转基因矮牵牛的目的基因是什么？转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因与植物花青素代谢有关的基因第十四页，本课件共有39页异想天开异想天开第十五页，本课件共有39页总结：基因工程在农业上的应用总结：基因工程在农业上的应用（1 1）改良农作物的改良农作物的品质品质（培育高产、稳产和具优良品质的品种）（培育高产、稳产和具优良品质的品种）（2 2）培育抗逆性品种）培育抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。第十六页，本课件共有39页科学家将菜豆储存蛋白的科学家将菜豆储存蛋白的基因基因转移到向日葵中，转移到向日葵中，培育出了培育出了“向日葵豆向日葵豆”植物。这一过程不植物。这一过程不涉及涉及 C C A.DNAA.DNA按照碱基互补配对原则自我复制按照碱基互补配对原则自我复制 B.DNAB.DNA以其一条链为模板合成以其一条链为模板合成RNARNA C.RNA C.RNA以自身为模板自我复制以自身为模板自我复制 D.D.按照按照RNARNA密码子的排列顺序合成蛋白质密码子的排列顺序合成蛋白质 第十七页，本课件共有39页二二、动物基因工程前景广阔、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度（一）用于提高动物生长速度动物品种改良、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第十八页，本课件共有39页（二）用于改善畜产品的品质（二）用于改善畜产品的品质举例说明举例说明将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。第十九页，本课件共有39页上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大白蛋白的转基因牛，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转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高3030多多倍，转基因动物（倍，转基因动物（B B）A A提供基因的动物提供基因的动物 B B基因组中增加外源基因的动物基因组中增加外源基因的动物C C能产生白蛋白的动物能产生白蛋白的动物 D D能表达基因信息的动物能表达基因信息的动物 第二十页，本课件共有39页（三）用转基因的动物生产药物（三）用转基因的动物生产药物设问设问设问设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？转基因动物的转基因动物的乳腺乳腺。第二十一页，本课件共有39页 （1 1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。代谢反应。（2 2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。工，具有稳定的生物活性。（3 3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。物的同时，转基因动物又可无限繁殖。设问设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？场所呢？第二十二页，本课件共有39页将将 基因与基因与 等调等调控组件重组在一起，通过控组件重组在一起，通过 等方法，导等方法，导入哺乳动物的入哺乳动物的 中，将中，将 其其 送入母体，使其送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，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品，称为乳腺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。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：乳腺生物反应器的优点：产量高；产量高；质量好；质量好；成本低；成本低；易提取。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第二十三页，本课件共有39页获取目的基因（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特构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）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的操作过程是怎样的？操作过程是怎样的？第二十四页，本课件共有39页继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器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，科学家培养出一种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长激素转基因小鼠，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：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，常用方）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是法是_。（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，中，原因是原因是_。（3 3）通常采用）通常采用_ _DNADNA杂交杂交_技术检测外源基因是否技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组插入了小鼠的基因组（4 4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_ _膀胱上皮细胞膀胱上皮细胞_细胞中特异表达。细胞中特异表达。（5 5）膀胱生物发生器比）膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点？乳腺生物反应器有什么优点？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第二十五页，本课件共有39页（四）用转基因动物作器官移植的供体（四）用转基因动物作器官移植的供体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 表达或设法除去表达或设法除去 ，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥，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第二十六页，本课件共有39页 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。第二十七页，本课件共有39页基基因因工工程程是是在在DNADNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计施施工工的的。在在基基因因操操作作的的基基本本步步骤骤中中，不不进进行行碱碱基基互互补补配配对的步骤是对的步骤是 C C A A、人工合成目的基因、人工合成目的基因 B B、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合 C C、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞 D D、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达第二十八页，本课件共有39页1.1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。从生物的组织、细胞或血液中提取。2.2.传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点:由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。三、基因工程药品异军突起三、基因工程药品异军突起第二十九页，本课件共有39页3.3.可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的利用基因工程方法制造转基因的工程菌工程菌，可高效，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌工程菌:用用基因工程基因工程方法，使外源基因得到高方法，使外源基因得到高效率表达的效率表达的菌类细胞株系菌类细胞株系。基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素白细胞介素22、干扰素）、抗体、疫苗、激、干扰素）、抗体、疫苗、激素等素等第三十页，本课件共有39页 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每取，每100kg100kg胰腺只能提取胰腺只能提取4 45g5g胰岛素。用该胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。满足社会需要。19791979年，科学家年，科学家将动物体内的将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌胰岛素基因与大肠杆菌DNADNA分子重组分子重组，并在大肠，并在大肠杆菌内实现了表达。杆菌内实现了表达。19821982年，美国一家基因公年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了价降低了30%30%50%50%。基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素第三十一页，本课件共有39页 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因将人的生长激素基因导入大肠杆菌中导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从，使其生产生长激素。人们从 450 L450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素第三十二页，本课件共有39页干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种生的一种糖蛋白糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每每300L300L血液只能提取出血液只能提取出1mg1mg干扰素。干扰素。1980198019821982年，科学家年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的是传统的生产量的1212万倍。万倍。19871987年上述干扰素大量投放市场。年上述干扰素大量投放市场。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素第三十三页，本课件共有39页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，表达效率表达效率高，无高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2 2）可以解决传统制药中原料来源的不足可以解决传统制药中原料来源的不足。利用。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（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，减少生产人员和管理人员。理人员。第三十四页，本课件共有39页1、基因治疗概念：基因治疗概念：四四、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照 把把正常基因正常基因导入病人体内，使该基因的表达产导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到物发挥功能，从而达到治疗疾病治疗疾病的目的，是治疗的目的，是治疗遗遗传病传病的最有效的手段。的最有效的手段。（把特定的（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从中，从中，从中，从而达到治疗疾病的目的）而达到治疗疾病的目的）而达到治疗疾病的目的）而达到治疗疾病的目的）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巴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。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第三十五页，本课件共有39页 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缺乏症的缺乏症的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岁女孩由于遗传基岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产因有缺陷，自身不能生产ADAADA，先天性免疫功能不，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个全，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，使有缺陷的基因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，然后把含正常白血球的溶被健康的基因替代，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。在以后的液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的1010个个月内她又接受了月内她又接受了7 7次这样的治疗，同时也接受酶次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走治疗。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，并进入普通出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。小学上学。第三十六页，本课件共有39页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第三十七页，本课件共有39页 患半乳糖血症的患者，由于细胞内患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷半乳糖苷转移酶基因缺陷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。损。19711971年，美国科学家在体外做了试验，用年，美国科学家在体外做了试验，用带带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。遗传病是可能的。(2)(2)半乳糖血症半乳糖血症第三十八页，本课件共有39页感感谢谢大大家家观观看看第三十九页，本课件共有39页