(人教版生物选修三)1.3基因工程的应用.ppt

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1、植物基因工程植物基因工程动物基因工程动物基因工程微生物基因工程微生物基因工程基因治疗基因治疗动物基因工程动物基因工程微生物基因工程微生物基因工程基因治疗基因治疗植物基因工程植物基因工程作物作物大豆大豆玉米玉米棉花棉花油菜油菜比例比例63%19%13%5%商业化应用阶段商业化应用阶段大面积种植的国家大面积种植的国家植物基因工程技术：植物基因工程技术：植物基因工程技术：植物基因工程技术：1.1.提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力 2.2.改良农作物的品质改良农作物的品质改良农作物的品质改良农作物的品质 3.3.利用植物生产药物利用植物生产药物利用植物生

2、产药物利用植物生产药物1.1.抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫棉抗虫棉叶子叶子正常棉正常棉叶子叶子使用化学农药的缺点：使用化学农药的缺点：造成环境污染造成环境污染损害人类健康损害人类健康增加生产成本增加生产成本 用于杀虫的基因主要是：用于杀虫的基因主要是：Bt毒蛋白基因毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因等植物凝集素基因等2.2.抗病转基因植物抗病转基因植物抗烟草花叶病毒转基因甜椒抗病毒转基因西葫芦抗病转基因植物所采用的基因：抗病转基因植物所采用的基因：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抗真菌的基因：抗真菌的基因

3、：几丁质酶基因几丁质酶基因抗毒素合成基因抗毒素合成基因3.3.其他抗逆转基因植物其他抗逆转基因植物耐寒、耐旱转基因水稻4.4.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质含大量维生素的转基因玉米抗癌抗衰老的紫色西红柿转入维生素转入维生素A A合成酶基因的大米合成酶基因的大米黄金大米黄金大米，又名，又名“金色大米金色大米”，是一种，是一种转基因大米转基因大米，通过，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，被称为得外表为金黄色的转基因大米，被称为“黄金大米黄金大米”，英，英文为文为Golden Rice

4、Golden Rice。富含维生素。富含维生素A A，由美国先正达公司研，由美国先正达公司研发。其不同于正常大米的主要功能为帮助人体增加维生素发。其不同于正常大米的主要功能为帮助人体增加维生素A A吸收。因为色泽发黄，该大米品种被称为吸收。因为色泽发黄，该大米品种被称为“黄金大米黄金大米”。美国州立亚利桑那大学生物学美国州立亚利桑那大学生物学家查尔斯家查尔斯阿恩岑及其同事培阿恩岑及其同事培育出了一种无需冷藏、可以食育出了一种无需冷藏、可以食用的用的乙肝疫苗乙肝疫苗土豆，解决了这土豆，解决了这一问题。他们从一问题。他们从乙肝乙肝病毒中取病毒中取出一个出一个基因基因，将其植入土豆植，将其植入土豆植

5、株，使土豆中产生病毒抗原。株，使土豆中产生病毒抗原。人吃下这种土豆后，抗原人吃下这种土豆后，抗原蛋白蛋白会触发人体的会触发人体的免疫反应免疫反应，产生，产生乙肝乙肝抗体抵抗乙肝病毒抗体抵抗乙肝病毒。科学前沿科学前沿转基因矮牵牛转基因蓝玫瑰延延熟熟番番茄茄转入荧光酶的转基因烟草苗趣味展望趣味展望 项目项目类型类型外源基因类型及举例外源基因类型及举例成果举例成果举例抗虫转抗虫转基因植基因植物物抗虫（杀虫）基因：抗虫（杀虫）基因：Bt 毒蛋白基因、蛋白毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、植物凝集素基因等酶抑制剂基因、植物凝集素基因等抗虫水稻、抗虫抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米棉、抗虫玉米抗病转抗病转基因植基因

6、植物物抗病毒基因：抗病毒基因：病毒外壳蛋白（病毒外壳蛋白（CP）基因、）基因、病毒的复制酶基因等病毒的复制酶基因等抗真菌基因：抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成几丁质酶基因、抗毒素合成基因等基因等抗病毒烟草、抗抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病病毒小麦、抗病毒甜椒毒甜椒抗逆转抗逆转基因植基因植物物抗逆基因：抗逆基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因等抗除草剂基因等抗盐碱和抗干旱抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的茄、抗除草剂的大豆和玉米大豆和玉米品质改品质改良的转良的转基因植基因植物物优良性状基因：优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白提

7、高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因等代谢有关的基因等高赖氨酸玉米、高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新耐储存番茄、新花色矮牵牛花色矮牵牛1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度二二、动物基因工程前景广阔、动物基因工程前景广阔转入外源生长激素基因的转入外源生长激素基因的“超级小鼠超级小鼠”2.2.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质“乳糖不耐症乳糖不耐症”乳糖含量低的奶牛：乳糖含量低的奶牛：将将肠乳糖酶肠乳糖酶基因导入奶牛基因组基因导入奶牛基因组3.3.用转基因的动物生产药物用转基因的动物生产药物人治疗性抗体转

8、基因奶牛含有人凝血因子的转基因羊乳腺生物反应器生产抗凝血酶蛋白将将药物蛋白基因药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过调控组件重组在一起，通过显微注射显微注射等方法，等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进体，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入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反乳腺生物反应器或乳房生物反应器。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

9、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。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

10、怎样的？生产过程图解(以转基因牛生产过程为例)：（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

11、物最理想的为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？表达场所呢？4.4.用转基因的动物作器官移植的供体用转基因的动物作器官移植的供体导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 用用转基因动物作器官移植的供体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：将器官供体基因组导入某种调方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，再结合克或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官转基因克隆猪器官

12、科学前沿科学前沿趣味展望趣味展望三、基因工程药品异军突起三、基因工程药品异军突起基因工程肝炎疫苗基因工程药物发酵设备 胰岛素是胰岛素是治疗糖尿病治疗糖尿病的的特效药特效药。一般临。一般临床上使用的胰岛素主要从床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰猪、牛等家畜的胰腺腺中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰岛中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从素需要从40头牛或头牛或50头猪的胰脏中才能提取头猪的胰脏中才能提取到。到。1978年，科学家将动物体内的年，科学家将动物体内的胰岛素基胰岛素基因与大肠杆菌因与大肠杆菌DNA分子重组分子重组，用，用2000ml 大大肠杆菌发酵液得到肠杆菌发酵液得到100

13、kg胰岛素。胰岛素。1982年，年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰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，售价降低了岛素投入市场，售价降低了30%50%。基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。治疗生长激素。而生长激素的获得很困难。治疗一名侏儒症患者每年需要从一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下具尸体的脑下垂体垂体中提取生长激素。中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的生长激生长激素基因导入大肠杆菌素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。

14、中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于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 干扰素是干扰素是病毒侵入细胞后产生病毒侵入细胞后产生的一种的一种糖糖蛋白蛋白。干扰素几乎能。干扰素几乎能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感感染染，是一种，是一种抗病毒抗病毒的的特效药特效药。此外干扰素对。此外干扰素对治疗治疗某些某些癌症癌症和和白血病白血病也有一定疗效。也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取白细胞内提取，每，每30

15、0L血液只能提取出血液只能提取出1mg干扰素。干扰素。19801982年，科学家用基因工程年，科学家用基因工程方法在方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素素，是传统的生产量的，是传统的生产量的12万倍。万倍。1987年上述年上述干扰素大量投放市场。干扰素大量投放市场。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素基因工程干扰素传统疫苗存在许多缺点：生产过程需传统疫苗存在许多缺点：生产过程需大量繁大量繁殖病原体殖病原体，对工作人员，对工作人员健康造成很大威胁健康造成很大威胁；病原体的减毒、灭活有可能病原体的减毒、灭活有可能不够彻底不够彻底，导致，导致接种者接种者直接感染

16、直接感染。基因工程疫苗基因工程疫苗：将起关键作用的、序列保守：将起关键作用的、序列保守的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内，生的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内，生产蛋白质，制作成疫苗。它不使用病原体本产蛋白质，制作成疫苗。它不使用病原体本身，所以身，所以安全安全，还可以把不同病原体的抗原，还可以把不同病原体的抗原基因重组到同一受体细胞，生产基因重组到同一受体细胞，生产多价疫苗多价疫苗。基因工程药品基因工程药品 基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程艾滋病疫苗基因工程乙肝疫苗基因诊断：基因诊断：也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即在，即在DNADNA水平分析检测某一基因，从

17、而对特定的水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。疾病进行诊断。探针制备：探针制备：放射性同位素放射性同位素(如如3232P)P)、荧光、荧光分子分子等标记的等标记的DNADNA分子；分子；原原 理：利用理：利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理；四四、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照基因探针：基因探针：基因探针就是一段与目的基因或基因探针就是一段与目的基因或DNADNA互补的互补的特异核苷酸序列特异核苷酸序列。它包括整个基因，。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是或基因的一部分；可以是DNADNA本身，也可本身，也可以是由之转录而来的以是由之转录而来的RNARNA。DNA分子杂

18、交原理：分子杂交原理：DNA DNA分子杂交是基因诊断最基本的方分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：法之一。其基本原理是：互补的互补的DNADNA单链单链能够在一定条件下能够在一定条件下结合成双链结合成双链，即能够进行，即能够进行杂交。这种结合是杂交。这种结合是特异特异的，即严格按照碱基的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段互补配对进行。因此，当用一段已知基因的已知基因的核苷酸序列作为探针核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。基因中含有已知的基因序列

19、。首例基因治首例基因治疗的疗的受益者受益者 （美国美国1990年年）到到1998年底，世界范年底，世界范围内累计围内累计3134人接受人接受了基因转移试验了基因转移试验19901990年美国国年美国国立卫生立卫生研究院治愈一位治愈一位“重重症联合免疫缺症联合免疫缺陷综合症陷综合症”的的4 4岁女孩岁女孩基因治疗：用一个正常的基因来代替缺陷基因基因治疗：用一个正常的基因来代替缺陷基因ADAADA基因缺陷基因缺陷ADAADA：腺苷酸：腺苷酸脱氨酶脱氨酶基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾基因的表达产物发挥功能，从而达到治

20、疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。是指是把是指是把健康的外源基因导入有基因缺健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。中，达到治疗疾病的目的。患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶糖苷转移酶基因缺陷基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，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、脑等使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。功能受损。19711971年，美国科学家在体外做了试验，年，美国科学家在体外做了试验，用用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患带有半乳糖苷转移酶基因的噬

21、菌体侵染患者的离体组织细胞者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。方法治疗这种遗传病是可能的。项目项目 类型类型外源基因外源基因类型及举例类型及举例过程过程特点特点成果成果举例举例体外基体外基因治疗因治疗腺苷酸脱氨腺苷酸脱氨 酶基因酶基因 从病人体内获得某种细胞从病人体内获得某种细胞 细胞培养细胞培养 体外完成基因转移体外完成基因转移 筛选并扩增培养筛选并扩增培养 重新输入患者体内重新输入患者体内操作复操作复杂，但成杂，但成 功率高功率高治疗复合型治疗复合型免疫缺陷症免疫

22、缺陷症体内基体内基因治疗因治疗治疗遗传性治疗遗传性囊性纤维化囊性纤维化 病的基因病的基因 外源基因外源基因载体携带载体携带 体内相体内相应组织细胞应组织细胞操作简操作简单，成功单，成功 率低率低治疗遗传性治疗遗传性囊性纤维囊性纤维化病化病基因治疗基因治疗基因诊断技术在什么方面发展迅速？基因诊断技术在什么方面发展迅速？在在诊断遗传性疾病诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行已经可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。1 1）珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀状细胞贫镰刀状细胞贫血症血症 2 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿

23、症苯丙酮尿症 3 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的的DNADNA探针探针 白血病白血病举例举例基因工程与食品业基因工程与食品业基因工程为人类开辟基因工程为人类开辟新的食物来源新的食物来源。1）鸡蛋白基因鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的要的卵清蛋白卵清蛋白。2）用基因工程的方法）用基因工程的方法从微生物中获得从微生物中获得人们所需要的人们所需要的糖类糖类、脂肪脂肪和和维生素维生素等产品。等

24、产品。基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程与环境保护基因工程与环境保护1）用于）用于环境监测环境监测。2）用于被污染）用于被污染环境的净化环境的净化。基因工程在环保方面有什么应用？基因工程在环保方面有什么应用？例如：用例如：用DNA探针探针可以检测可以检测饮用水中饮用水中病毒病毒的含量。此方法的特点是的含量。此方法的特点是快速快速、灵敏灵敏，1吨水中有吨水中有10个病毒也能检测出来。个病毒也能检测出来。通过基因工程方法怎样进行环境监测？通过基因工程方法怎样进行环境监测？1）用基因工程产物）用基因工程产物“超级细菌超级细菌”分解石分解石油，可以大大提高

25、细菌分解石油的效率。具体油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌假单孢杆菌的基因的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，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创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌超级细菌”。2）用基因工程培养出）用基因工程培养出“吞噬吞噬”汞和降解土壤汞和降解土壤中中DDT的的细菌细菌，以及能够，以及能够净化镉污染净化镉污染的的植物植物。3）通过基因重组构建新的）通过基因重组构建新的杀虫剂杀虫剂，取代生产，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程图通过基因工程回收和利用工业废物回收和利用工业废物。通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？