1.3基因工程的应用45083.ppt

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1、1.31.3基因工程的应用基因工程的应用大豆、玉米、棉花、大豆、玉米、棉花、油菜油菜已进入大规模商已进入大规模商业化应用阶段业化应用阶段主要用于：主要用于：1.1.提高农作物抗逆能力提高农作物抗逆能力2.2.改良农作物品质改良农作物品质3.3.利用植物生产药物利用植物生产药物植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累(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?传统农业如何防治传统农业如何防治害虫害虫?有哪些不足有哪些不足?（P17P17）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?（P17P17）

2、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、植物凝集素基因等阅读阅读P18P18生物资料技术卡，了解一些抗虫基因的抗虫机理。生物资料技术卡，了解一些抗虫基因的抗虫机理。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？思考：思考：1.1.细菌的基因为什么能细菌的基因为什么能“嫁接嫁接”到棉花细胞内？到棉花细胞内？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化学组成组成相同

3、，基因的表达都遵循中心法则相同，基因的表达都遵循中心法则 2.利用基因工程培育抗虫棉，原理是什么？与诱变育利用基因工程培育抗虫棉，原理是什么？与诱变育种和杂交育种相比，有什么优点？种和杂交育种相比，有什么优点？3 3.抗虫棉能抗病吗？抗虫棉能抗病吗？基因重组基因重组打破物种间的生殖隔离打破物种间的生殖隔离 不能不能（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

4、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作物自身缺少抗病毒的基因许多作物自身缺少抗病毒的基因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 （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

5、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番茄中哪种目的基因提高了其抗寒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？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 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（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

6、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，共有种：，共有种：缬氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、色亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、色氨酸、苏氨酸、氨酸、苏氨酸、赖氨酸（携一两本单色书来）。赖氨酸（携一两本单色书来）。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

7、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)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异想天开异想天开二二、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（二）用于改善畜产品的品质（二）用于改善畜产品的品质将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基

8、因导入奶牛基因组，转基导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。（三）用转基因的动物生产药物（三）用转基因的动物生产药物就基因药物而言，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。（1 1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，）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代谢反应。不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。（2 2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，）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工，具有稳定的生物

9、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。活性。（3 3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，）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。转基因动物又可无限繁殖。将将药物蛋白药物蛋白基因与基因与乳腺蛋白基因的启动子乳腺蛋白基因的启动子等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，导入哺乳动物的导入哺乳动物的受精卵受精卵中，将其送入母体，中，将其送入母体，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，称为品，

10、称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器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产量高；产量高；质量好；质量好；成本低；成本低；易提取。易提取。只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达，只有在雌性个体的特定发育时期才能表达。，只有在雌性个体的特定发育时期才能表达。乳腺生物反应器的局限性：乳腺生物反应器的局限性：乳腺生物反应器的优点：乳腺生物反应器的优点：n继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀膀胱生物发生器胱生物发生器的研究也取得了一定进展。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，最近，科学

11、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其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。并分泌到尿液中。（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利用基因工程对猪猪的器官进行改造的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入方法：将器官供体基因组导入某种调节因某种调节因子子，以抑制的，以抑制的抗原决定抗原决定基因基因表达或设法除表达或设法除去去抗原决定基因抗原决定基因，再结合克隆技术，培育，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出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素是治疗糖尿

12、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取，每胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg100kg胰腺只能提取胰腺只能提取4 45g5g胰岛素胰岛素。用该方法生产的。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。资料资料1 1三、基因工程药品异军突起三、基因工程药品异军突起 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生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，要长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，获得生长激素，需解剖尸体，需解剖尸体，从大脑的底部摘从大脑的底部摘取垂体

13、，并从中提取生长激素。取垂体，并从中提取生长激素。资料资料2 2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干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此，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外干扰素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，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。资料资料3 31.1.在传统的药品生产中，某些药品如

14、胰岛素、干扰素等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？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。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，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。效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，使外源基因得到方法，使外源基因

15、得到高效率表达的高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：基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素2 2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等干扰素）、抗体、疫苗、激素等 1979 1979年，科学家年，科学家将动物体内的胰岛素基将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌因与大肠杆菌DNADNA分子重组分子重组，并在大肠杆菌内，并在大肠杆菌内实现了表达。实现了表达。19821982年，美国一家基因公司用年，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，基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价售价降低了降低了30%30%50%50%。基因工程药品基因工程

16、药品 胰岛素胰岛素 现可利用基因工程方法，现可利用基因工程方法，将人的生长激将人的生长激素基因导入大肠杆菌中素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L450 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，激素，相当于相当于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1980198019821982年，科学家年，科学家用基因工程方法在大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，肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传是传统的生产量的统的生产量的1212万倍万倍。19871987年上述干扰素大

17、年上述干扰素大量投放市场。量投放市场。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素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?（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，高，（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。（3 3）降低生产成本降低生产成本1、基因治疗：、基因治疗：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

18、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，中，从而达到治疗疾病的目的）从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岁女孩进岁女孩进行基因治疗。这个行基因治疗。这个4 4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不

19、能生产生产ADAADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液输入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。在以后的她左臂的一条静脉血管中。在以后的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，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进日趋健全，能够走出隔离帐，过上

20、了正常人的生活，并进入普通小学上学。入普通小学上学。复合型免疫缺陷症复合型免疫缺陷症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移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正常的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）基因转入患者肺组织）4 4、基因治疗的发展现状：、基因治

21、疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段处于初期的临床试验阶段DNADNA分子杂交分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。是基因诊断最基本的方法之一。当用一段已知基因的核苷酸序列作为当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。因序列。知识回顾：基因诊断知识回顾：基因诊断 1.生产上培育无籽番茄、青霉素高产菌株、杂生产上培育无籽番茄、青霉素高产菌株、杂交培育矮秆抗锈病小麦、抗虫棉的培育原理依次交培育矮秆抗锈病小麦、抗虫棉的培育原理依次是是（）生长素

22、促进果实发育生长素促进果实发育 染色体变异染色体变异 基因重组基因重组 基因突变基因突变 基因工程基因工程 A.B.C.D.D2 2基因治疗是指（基因治疗是指（）A.A.对对有有基基因因缺缺陷陷的的细细胞胞进进行行修修复复，从从而而使使其其恢恢复复正常，达到治疗疾病的目的正常，达到治疗疾病的目的B.B.把把健健康康的的外外源源基基因因导导入入到到有有基基因因缺缺陷陷的的细细胞胞中中，达到治疗疾病的目的达到治疗疾病的目的C.C.运运用用人人工工诱诱变变的的方方法法，使使有有基基因因缺缺陷陷的的细细胞胞发发生基因突变恢复正常生基因突变恢复正常D.D.运运用用基基因因工工程程技技术术，把把有有缺缺陷陷的的基基因因切切除除，达达到治疗疾病的目的到治疗疾病的目的B