【高中生物】基因工程的应用课件 2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3.pptx

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1、人教版高中生物 选择性必修 3第3章基因工程第3节基 因 工 程 的 应 用1举 例 说 出 基 因 工 程 在 农 牧 业、医 药 卫 生 和 食 品工业等方面的应用(重、难点)。2认同基因工程的应用价值。3关注基因工程的进展。情境导入 胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中获取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素，需要上千头牛，生产的成本非常高。我国拥有自主知识产权的基因工程药物-重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢?重组

2、人胰岛素注射液 基因工程在农牧业方面的应用转基因抗虫棉转基因抗虫水稻(绿色植株)与对照(被害虫侵害的黄色植株)1转基因抗虫植物(1)方法：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(2)成果：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等问题1：从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性。减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低了生产成本。基因工程在农牧业方面的应用(1)背景：许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种(2)方法：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

3、物(3)成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等2转基因抗病植物转基因抗病毒甜椒基因工程在农牧业方面的应用(1)背景：杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产(2)方法：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(3)成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等种植转基因抗除草剂大豆的农田3转基因抗除草剂植物用除草剂后的转基因抗除草剂玉来田基因工程在农牧业方面的应用优良基因 成果某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因富含赖氨酸的转基因玉米与植物花青素代谢相关的基因转基因矮牵牛4改良植物的品质转基因矮牵牛富含赖氨酸的转基因玉米基因工程

4、在农牧业方面的应用5.提高动物的生长速率(1)基因：外源生长激素基因(2)成果：转基因鲤鱼基因工程在农牧业方面的应用6.改善畜产品的品质(1)基因：肠乳糖酶基因(2)成果：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肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。问题2：为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？基因工程在农牧业方面的应用基因工程植物组织培养基因工程动物细胞培养胚胎移植早期胚胎培养转基因植物培育过程转基因动物培育过程问题3：转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？活动1分析基因工程在农牧业方面的应用 基因工程在医药卫

5、生领域及食品工业方面的应用2.1 基因工程在医药卫生领域的应用我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。细胞因子、抗体、疫苗和激素等(1)常见药物类型：(2)应用：可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等；(3)实例：1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物活动2分析基因工程在医药卫生领域的应用 干扰素是人体或动物受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，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、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。传统生产方法：从人血液中白细胞提取，每3

6、00L 血液只能提取1mg 干扰素。现代生产方法：干扰素基因质粒重组质粒大肠杆菌或酵母菌可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌构建 导入培养酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。问题1：与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和-抗胰蛋白酶等重要医药产品2.让转基因哺乳动物批量生产药物(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器(2)培育过程：(3)应用：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体受精卵泌乳期分泌乳汁转基因

7、动物药物蛋白显微注射发育活动2分析基因工程在医药卫生领域的应用几乎所有细胞；目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。问题2:药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？活动2分析基因工程在医药卫生领域的应用2.让转基因哺乳动物批量生产药物(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器(2)培育过程：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物蛋白显微注射发育(1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。(2)产物直接经乳汁分泌，

8、易提取。问题3:与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？活动2分析基因工程在医药卫生领域的应用2.让转基因哺乳动物批量生产药物(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器(2)培育过程：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物蛋白显微注射发育将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件重组。问题4:从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳腺生物反应器、动物血液生物反应器和动物膀胱生物反应器等。研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？

9、活动2分析基因工程在医药卫生领域的应用2.让转基因哺乳动物批量生产药物(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器(2)培育过程：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物蛋白显微注射发育(1)正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物。(2)不受性别限制，受体来源更广泛。(3)不受年龄限制。问题5:膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？活动2分析基因工程在医药卫生领域的应用2.让转基因哺乳动物批量生产药物(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器(2)培育过程：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体

10、受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物蛋白显微注射发育2.1基因工程在医药卫生领域的应用寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题3.用转基因动物作为器官移植的供体(1)人体器官移植的难题：人体移植器官短缺是世界性难题(2)解决途径：l 猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似l 猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物猪的优点：最大难题：免疫排斥2.1基因工程在医药卫生领域的应用3.用转基因动物作为器官移植的供体人体移植器官短缺寻求可代替的移植器官猪的内脏与人相似培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官抑制抗原决定基因表达或除去抗原决定基因在器官供体基因组中导入某种调节因

11、子(3)改造方法：2022年1月7日，马里兰大学医学院进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫贝内特（David Bennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。医生用一只1岁大、240磅重的小猪心脏替换了Dave原本的心脏。而这只小猪，是Revivicor公司专门为异种移植进行基因编辑和培育的。2022年3月8日，大卫贝内特因病情恶化而不幸去世，这颗猪心脏让他延长了2个月寿命。他的家人表示：感谢每一个创新时刻，每一个疯狂的梦想，每一个不眠之夜，感谢每一分努力。希望这个故事成为希望的开始，而不是结束。2.2基因工程在食品工业方面的应用n 概念：用基因工程

12、的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。基因工程构建基因工程菌 工业发酵批量生产1.基因工程菌n 步骤：n 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：一种普遍使用的甜味剂（阿斯巴甜），主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。2.2基因工程在食品工业方面的应用（1）凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。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。基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。2.实例2.2基因工程在食品工业方面的

13、应用（2）淀粉酶、脂酶加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。优点：相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。2.实例2.3 基因工程在其他方面的应用 利用经过基因改造的微生物来生产能源 利用“超级细菌”来处理环境污染基因工程在环保领域的应用核心归纳乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较比较内容 乳腺生物反应器 工程菌基因结构动物基因结构与人类的基因结构基本相同细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌合成的药物蛋白可能没有活性生产条件不需严

14、格灭菌；温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌；严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取反馈评价 请应用本节所学的知识，设计利用基因工程生产人胰岛素的两种方法:提示：方法一：将胰岛素基因转入细菌细胞,进行微生物培养,提取胰岛素;方法二：将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵,培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。回归情境导 练1.番 茄 营 养 丰 富，是 人 们 喜 爱 的 蔬 菜。普 通 番 茄 细 胞 中 含 有 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 的 控 制基 因，控 制 细 胞 产 生 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶，该

15、 酶 能 破 坏 细 胞 壁，使 番 茄 软 化，不 耐 贮藏。科 学 家 通 过 基 因 工 程 将 一 种 抗 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 的 基 因 导 入 番 茄 细 胞，获 得 了抗软化番茄。下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是A.运载工具可以是质粒B.受体细胞是番茄细胞C.目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因D.目的基因的表达延缓了番茄的软化解析目的基因为抗多聚半乳糖醛酸酶基因，C 错误。导 练2.(2022 河南周口高二期中)以下有关基因工程应用的说法正确的是A.用基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒B.转基因矮牵牛只能变异为自然界已存在的颜色类型C.基因工程可用来培育高产、稳产、品

16、质优良和抗逆性强的作物D.科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物中，或者改变这些氨基酸的合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量解析基因工程培育的抗虫棉只能抗某种虫害，不能抗病毒，A 错误；转 基 因 矮 牵 牛 通 过 转 入 与 花 青 素 代 谢 有 关 的 目 的 基 因，可 以 使 其 呈 现 出 自 然 界 没 有的颜色变异，B 错误；想 要 提 高 植 物 的 氨 基 酸 含 量，应 将 某 种 必 需 氨 基 酸 含 量 多 的 蛋 白 质 编 码 基 因 导 入 植物中，D 错误。导 练3.(2022山西运城高二期末)某实验小组将人生长激素基因导入大肠杆菌以制备工程菌

17、，下列相关叙述错误的是A.人生长激素基因可以下丘脑细胞的mRNA 为模板通过逆转录获得B.将人的生长激素基因导入大肠杆菌，需要处理得到能吸收周围环境中DNA 分子的细胞C.利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较D.与人细胞分泌的天然生长激素相比，基因工程菌无法对生长激素进行正常的加工和修饰导 练解 析 人 生 长 激 素 基 因 在 垂 体 细 胞 中 表 达，在 下 丘 脑 细 胞 中 不 表 达，因 此 下 丘 脑 细胞中没有生长激素基因转录出的mRNA，A 错误；将 人 的 生 长 激 素 基 因 导 入 大 肠 杆 菌，常 用 Ca2 处 理 大 肠 杆 菌 细

18、胞，使 其 处 于 一 种 能吸收周围环境中DNA 分子的生理状态，B 正确；利 用 基 因 工 程 菌 制 备 的 生 长 激 素 需 要 与 天 然 产 品 的 功 能 进 行 活 性 比 较，以 确 定 转 基因产品的功能活性是否与天然产品相同，C 正确；大 肠 杆 菌 为 原 核 生 物，无 内 质 网 和 高 尔 基 体，因 此 无 法 对 生 长 激 素 进 行 正 常 的 加 工和修饰，D 正确。导 练4.科 学 家 运 用 基 因 工 程 技 术，让 羊 的 乳 腺 合 成 并 分 泌 人 体 的 某 些 抗 体，以 下 叙 述 错 误的是A.该技术可导致定向变异B.表达载体中

19、需要加入乳腺蛋白基因的特异性启动子C.目的基因是抗原合成基因D.受精卵是理想的受体细胞解 析 该 技 术 为 基 因 工 程 技 术，将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞，可 以 定 向 改 变 生 物 性 状，A 正确；运 用 基 因 工 程 技 术，让 羊 的 乳 腺 生 产 抗 体，则 表 达 载 体 中 目 的 基 因 上 要 加 入 羊 乳 腺蛋白基因的启动子，B 正确；目的基因是人体内控制某些抗体合成的基因，C 错误；受精卵常作为动物基因工程的受体细胞，D 正确。课堂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领域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利用哺乳动物批量生产药物：乳腺生物反应器建立移植器官工厂食品工业方面 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素利用微生物或动植物细胞生产药物