13基因工程的应用(新课).pptx

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1、1.1.培育转基因抗虫棉的主要步骤需要哪些工具？培育转基因抗虫棉的主要步骤需要哪些工具？2.2.简述培育转基因抗虫棉的基本过程？简述培育转基因抗虫棉的基本过程？思考：思考：一一、植物基因工程硕果累累、植物基因工程硕果累累植物基因工程技术主要用于哪些方面植物基因工程技术主要用于哪些方面?提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面利用植物生产药物等方面.(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

2、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

3、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？我国的科学家将抗虫基因导入棉我国的科学家将抗虫基因导入棉花用了什么独创的方法花用了什么独创的方法?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？（二）抗病转基因植

4、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

5、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 4.4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因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？提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因 5.5.抗除草剂基因有何用途？抗

6、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体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称氨基酸，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、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、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响如果饮食中经常缺少必需

7、氨基酸，可影响健康。健康。另外另外1212种氨基酸是人体细胞能够合成的叫种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做做非必需氨基酸非必需氨基酸。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)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

8、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。（3 3）利用植物生产药物）利用植物生产药物科学家将菜豆储存蛋白

9、的科学家将菜豆储存蛋白的基因基因转移到向日葵转移到向日葵中，培育出了中，培育出了“向日葵豆向日葵豆”植物。这一过植物。这一过程不涉及程不涉及 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 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

10、、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。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？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）乳腺是一个外

11、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？将将 基因与基因与 等等调控组件重组在

12、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：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获取目的基因（例如血清白蛋

13、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？（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

14、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 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

15、品品质、用转基因动物生产药物。用转基因动物生产药物。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

16、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

17、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22、干扰素）、抗体、疫苗、干扰素）、抗体、疫苗、激素等激素等 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床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、牛等家畜的胰腺上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每中提取，每100kg100kg胰腺只能提取胰腺只能提取4 45g5g胰岛素。胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，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。远不能满足社会需要。19791979年，科学家年，科学家将动将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌物体内的胰岛素基因与

18、大肠杆菌DNADNA分子重组分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。并在大肠杆菌内实现了表达。19821982年，美国年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了投入市场，售价降低了30%30%50%50%。基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 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，长激素。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，从大脑的底要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用

19、基因工程方法，现可利用基因工程方法，将人的生长激素将人的生长激素基因导入大肠杆菌中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 L 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 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，是一种抗病毒的特效药。此毒引起的感染，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

20、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，每的白细胞内提取，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，科学家用基因工程用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰方法在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1212万倍。万倍。19871987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

21、?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，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

22、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。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。（把特定的（把特定的（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，中，中，从而达

23、到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）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

24、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

25、。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 患半乳糖血症的患者，由于细胞内患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖半乳糖苷转移酶基因缺陷苷转移酶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。1971 1971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，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者带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的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能，结果发现这些

26、组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。法治疗这种遗传病是可能的。(2)(2)半乳糖血症半乳糖血症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

27、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

28、知识回顾：基因诊断五、基因芯片五、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。

29、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。