【高中生物】基因工程的应用 2022-2023学年高二生物备课资源（人教版2019选择性必修3）.pptx

第3章 第3节人教版 选择性必修3还记得糖尿病的症状吗？胰岛素是降低血糖的唯一激素注射质粒载体限制酶目的基因限制酶切割位点限制酶切割位点限制酶DNA连接酶重组 DNA分子基因表达载体人胰岛素的基因导入大肠杆菌表达重组人胰岛素目录CONTENTS基因工程在医药卫生领域的应用二/基因工程在农牧业方面的应用一/基因工程在食品工业方面的应用三/01基因工程在农牧业方面的应用一基因工程在农牧业方面的应用02040608010012014016018020019962017年，全世界转基因作物种植面积变化1996年2017年106/hm2基因工程在农牧业中的应用发展迅速。19962017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍。一基因工程在农牧业方面的应用8.2%6.6108 t1.3万亿元化学杀虫剂施用量减少8.2%作物产量增加了6.6108 t增加经济收益近1.3万亿元一基因工程在农牧业方面的应用90%10%棉花大豆玉米美国美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%一基因工程在农牧业方面的应用2017年，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。一基因工程在农牧业方面的应用转基因三文鱼(上)与非转基因三文鱼(下)对比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。一基因工程在农牧业方面的应用基因工程在农牧业方面的应用：改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等转基因抗虫植物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善畜产品的品质转基因抗虫植物转基因抗虫植物转基因抗除草剂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善畜产品的品质从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。已问世的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因。当害虫食用含有转基因的植物时，Bt基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成相对分子质量比解，最后造成害虫死亡。由于Bt毒蛋白对哺乳动物无毒害作用，因而广泛用于抗虫转基因植物。蛋白酶抑制剂基因广泛存在于植物中它生的抑制剂可与害虫消化道中的蛋白酶结合形复合物，从而阻断或降低蛋白酶的活性，使昆虫不能正常摄取、消化食物中的蛋白质。这种复合物还能刺激昆虫分泌过量的消化酶，引起害虫的厌食反应。淀粉酶抑制剂基因产生的粉酶抑制剂可以抑制昆虫消化道中的淀粉酶活性,使害虫不能消化所摄取的淀粉，从而阻断害虫的能量来源。植物凝集素基因控制植物合成一种糖蛋白糖蛋白可与昆虫肠道黏膜上的某种物质结而影响害虫对营养物质的吸收和利用。资料卡：可用于转基因植物的抗虫基因（了解）转基因抗虫植物转基因抗虫植物转基因抗除草剂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善畜产品的品质从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。已问世的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。转基因马铃薯非转基因马铃薯转基因抗虫植物转基因抗除草剂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善畜产品的品质科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物，如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。转基因抗虫植物转基因抗除转基因抗除草剂植物草剂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善畜产品的品质将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田种植转基因抗除草剂大豆的农田转基因抗虫植物转基因抗除草剂植物转基因抗病植物改良植物的品质改良植物的品质提高动物的生长速率改善畜产品的品质随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等，利用转基因技术可以改良这些品质。某种必需氨基酸（赖氨酸）的含量比较低对策：将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。结果：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%。转基因抗虫植物转基因抗除草剂植物转基因抗病植物改良植物的品质改良植物的品质提高动物的生长速率改善畜产品的品质随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等，利用转基因技术可以改良这些品质。某种必需氨基酸（赖氨酸）的含量比较低对策：将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。结果：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%。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。转基因抗虫植物转基因抗除草剂植物转基因抗病植物改良植物的品质提高动物的提高动物的生长速率生长速率改善畜产品的品质由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。对照转基因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%。转基因抗虫植物转基因抗除草剂植物转基因抗病植物改良植物的品质提高动物的提高动物的生长速率生长速率改善畜产品的品质由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。对照转基因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%。转基因抗虫植物转基因抗除草剂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善畜产品改善畜产品的品质的品质乳糖不耐受: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，对策：科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组。结果：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。一基因工程在农牧业方面的应用基因工程在农牧业方面的应用：改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等一基因工程在农牧业方面的应用基因工程在农牧业方面的应用：改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等转基因抗虫植物转基因抗除草剂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善畜产品的品质02基因工程在医药卫生领域的应用二基因工程在医药卫生领域的应用1.主要领域:对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物。（是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域。）2.药物类型:细胞因子、抗体、疫苗和激素等3.预防和治疗疾病:人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。4.我国上市的基因工程药物: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（一种细胞因子）重组人血小板生成素是高特异性的血小板刺激因子，直接作用于骨髓造血干细胞，调控血小板生成的各个阶段，特异性升高血小板。(一种细胞因子）促红细胞生成素又称红细胞刺激因子、促红素，是一种人体内源性糖蛋白激素，可刺激红细胞生成。缺氧可刺激促红细胞生成素产生，早已有重组人促红细胞生成素用于临床，用于治疗肾功能不全合并的贫血、获得性免疫缺陷综合征/艾滋病本身或治疗引起的贫血、恶性肿瘤伴发的贫血及风湿病贫血等多种贫血。二基因工程在医药卫生领域的应用干扰素1.概念: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。2.干扰素的抗病毒机制（了解）:3.干扰素其他疗效:干扰素对治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。4.传统生产干扰素的方法: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。（一种细胞因子）二基因工程在医药卫生领域的应用5.基因工程方法:19801982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2040mg干扰素。对比传统方法：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。（1L血液，约为1050g至1060g之间）6.成果:1993年，我国批准生产重组人干扰素-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。随堂练习例：干扰素具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫及抗肿瘤作用。科研人员通过乳腺生物反应器可以大量生产干扰素。如表为几种限制酶识别的碱基序列和酶切位点，图1、图2为质粒和含干扰素基因的DNA片段，图3为获得转干扰素基因母羊的过程。请回答下列问题：随堂练习例：干扰素具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫及抗肿瘤作用。科研人员通过乳腺生物反应器可以大量生产干扰素。如表为几种限制酶识别的碱基序列和酶切位点，图1、图2为质粒和含干扰素基因的DNA片段，图3为获得转干扰素基因母羊的过程。请回答下列问题：(1)_（填“能”或“不能”）用Hind和Sau3A两种限制酶切割含干扰素基因的DNA片段和质粒，原因是_；请提供一个另外的限制酶选择方案，使用_两种限制酶切割质粒，用_两种限制酶切割含目的基因的DNA片段。(2)人的干扰素基因能在羊体内表达，其根本原因是_。不能Sau3A能切割Bcl的酶切位点，用Sau3A切割会破坏质粒上的四环素抗性基因和青霉素抗性基因 Hind和BamHHind和Sau3A不同生物共用一套遗传密码二基因工程在医药卫生领域的应用乳腺生物反应器1.概念:科学家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，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。目的基因（如干扰素基因）组织特异性启动子诱导型启动子组成型启动子二基因工程在医药卫生领域的应用肌肉细胞乳腺细胞肌肉细胞核DNA基因1 基因2 基因3基因4基因5基因6基因7乳腺细胞核DNA基因1 基因2 基因3基因4基因5基因6基因7表达表达表达表达表达表达基因2和基因5为乳腺中特异表达的基因二基因工程在医药卫生领域的应用肌肉细胞肌肉细胞核DNA基因1 基因2 基因3基因4基因5基因6基因7表达表达表达乳腺细胞核DNA基因1 基因2 基因3基因4基因5基因6基因7表达表达表达基因2和基因5为乳腺中特异表达的基因乳腺细胞启动子启动子非编码区非编码区编码区乳腺中特异表达的基因的启动子基因5的启动子也可以二基因工程在医药卫生领域的应用乳腺生物反应器1.概念:科学家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，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。目的基因（如干扰素基因）组织特异性启动子诱导型启动子组成型启动子泌乳期，母畜从分娩后开始泌乳之日起到停止泌乳(人工停乳或自然停乳)之间的一段时间。泌乳期长短与母畜的泌乳性能有关。一般在泌乳前期产乳量较高。乳牛泌乳期通常为10个月,在分娩后第二个月产乳量达最高峰,以后逐渐减少,直到停乳。二基因工程在医药卫生领域的应用请你来复述乳腺生物反应器的构建过程！目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和 -抗胰蛋白酶等重要的医药产品。二基因工程在医药卫生领域的应用膀胱生物反应器拓展：构建膀胱生物反应器是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，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。你知道膀胱生物反应器相比乳腺生物反应器的优点吗？从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。不受性别的限制不受年龄的限制二基因工程在医药卫生领域的应用转基因动物作为器官供体器官移植面临的两个主要难题?器官短缺免疫排斥转基因动物作为器官供体有可能解决这两大难题！哪种动物适合作为器官供体？为什么？猪二基因工程在医药卫生领域的应用由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。二基因工程在医药卫生领域的应用方法:在器官供体的基因组中导入某种调节因子某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因除去抗原决定基因，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。03基因工程在食品工业方面的应用三基因工程在食品工业方面的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。如：大肠杆菌三基因工程在食品工业方面的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。如：大肠杆菌阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。三基因工程在食品工业方面的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。阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。奶酪凝乳酶奶中的蛋白质（凝聚固化）三基因工程在食品工业方面的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。阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。奶酪凝乳酶奶中的蛋白质（凝聚固化）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。基因工程制备方法：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。三基因工程在食品工业方面的应用加工转化糖浆需要的淀粉酶加工烘烤食品要用到的脂肪酶三基因工程在食品工业方面的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。纯度更高、生产成本显著降低、生产效率较高基因工程获得的工业用酶的优点：基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源未来，期待基因工程带给我们更多的惊喜。本课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练习与应用一、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C2.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。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；将重组Ti质粒转入农杆菌中；限制酶和DNA连接酶利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染_细胞，再通过培育得到转基因植株；用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。矮牵牛练习与应用 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。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。练习与应用（2）请思考并回答下列问题。在该实验中，对照组是怎样设计的？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。对照组为非转基因矮牵牛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。