【課件】基因工程的應(yīng)用課件2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

我國是棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。棉花在種植過程中，常常會(huì)受到一些害蟲的侵襲，其中以棉鈴蟲最為常見。普通棉花如何能培育出自身就能抵抗蟲害的棉花新品種呢？轉(zhuǎn)基因抗蟲棉第3章基因工程將蘇云金桿菌中的Bt抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉花【從社會(huì)中來】重組人胰島素注射液胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物——重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，得到飛速的發(fā)展，展示出廣闊的應(yīng)用前景。醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)方面農(nóng)牧業(yè)方面基因工程的應(yīng)用第3節(jié)基因工程的應(yīng)用01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用目錄/CONTENTS01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用【資料1】基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍，從1.7×106hm2發(fā)展到1.898×108

hm2（如圖）。據(jù)2016年世界范圍的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)殺蟲劑施用量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t，增加經(jīng)濟(jì)收益近1.3萬億元。美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家，轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米的種植面積占相關(guān)作物種植面積的比例都超過了90%。2017年，我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜?！举Y料2】在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面，近些年幾乎每年都有令人矚目的研究成果報(bào)道，有些成果正在進(jìn)入實(shí)用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）轉(zhuǎn)基因抗蟲植物農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動(dòng)物的生長速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。已被廣泛用于改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，導(dǎo)入作物，使其具有抗蟲性，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢(shì)。已問世的的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。蘇云金桿菌——Bt抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對(duì)照（被害蟲侵害的黃色植株）2.轉(zhuǎn)基因抗病植物科學(xué)家將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏校嘤鲛D(zhuǎn)基因抗病植物。如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。“病”--病原微生物，有病毒、真菌和細(xì)菌等3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會(huì)損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時(shí)，田間雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷。目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田4.改良植物的品質(zhì)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等①將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，可以提高這種氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照高30%。②我國科學(xué)家將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，使它呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價(jià)值。高賴氨酸玉米轉(zhuǎn)基因矮牽牛5.提高動(dòng)物的生長速率科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長速率。例如，我國科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。轉(zhuǎn)生長激素基因鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）轉(zhuǎn)入外源生長激素基因的“超級(jí)小鼠”

6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國約有1/3的成年人乳糖不耐受。低乳糖奶?？茖W(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響?！締栴}探究1】轉(zhuǎn)基因植物和動(dòng)物的培育（1）轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的制備用到的技術(shù)主要有哪些？基因工程植物組織培養(yǎng)基因工程體外胚胎培養(yǎng)胚胎移植（2）轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的制備，常用的受體細(xì)胞分別是什么？（3）從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，分析轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性。轉(zhuǎn)基因植物：轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：體細(xì)胞受精卵或受精卵減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用量，降低了環(huán)境污染；降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量。（1）轉(zhuǎn)入外源生長素基因的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，生長速率更快

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）（2）轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的Bt抗蟲蛋白基因能抗病毒、細(xì)菌、真菌

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）（3）“轉(zhuǎn)基因植物”是指植物體細(xì)胞中出現(xiàn)了新基因的植物

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）判斷常考語句，澄清易混易錯(cuò)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物≠轉(zhuǎn)基因抗病植物01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用目錄/CONTENTS讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，生產(chǎn)藥物①藥物成果：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。②藥物應(yīng)用：③實(shí)例：可以用來預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。資料卡——干擾素干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對(duì)于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。1980-1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20—40mg干擾素。1993年我國批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物①實(shí)例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器②培育過程：獲取藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥物發(fā)育目的基因？啟動(dòng)子？受體細(xì)胞？藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子受精卵人生長激素基因提供受精卵顯微注射代孕轉(zhuǎn)基因牛生長激素牛奶載體含有乳腺細(xì)胞中特異表達(dá)基因的啟動(dòng)子利用哺乳動(dòng)物生產(chǎn)藥物③應(yīng)用：目前，已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)物的乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。喝牛奶可以代替打針吃藥嗎？膀胱生物反應(yīng)器？將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子重組④乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別（在生產(chǎn)人的藥物蛋白方面）比較內(nèi)容乳腺生物反應(yīng)器工程菌（P91)基因結(jié)構(gòu)動(dòng)物基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌和酵母菌的基因結(jié)構(gòu)與人類有較大差異基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌合成的藥物蛋白可能沒有活性生產(chǎn)條件不需嚴(yán)格滅菌；溫度等外界條件對(duì)其影響不大需嚴(yán)格滅菌；嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動(dòng)物乳汁中提取從微生物細(xì)胞或其培養(yǎng)液中提取3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體，建立移植器官工廠①人體器官移植的難題：人體移植器官短缺是一個(gè)世界性難題。②解決途徑：尋求可替代的移植器官，如利用基因工程對(duì)豬的器官進(jìn)行改造，來解決人類器官移植的來源問題。a.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似；b.豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動(dòng)物。豬的優(yōu)點(diǎn)：最大難題：免疫排斥③改造方法：a.在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)；b.設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。④優(yōu)點(diǎn)：解決人體移植器官短缺問題；避免免疫排斥反應(yīng)。假如某位心臟病病人換上經(jīng)過改造的豬心臟后，過上健康人的生活，在生活中，他會(huì)遭到歧視嗎？對(duì)此你怎么看？生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個(gè)病人換上了經(jīng)過改造的豬心臟重獲了健康，我們不僅不能歧視他，還應(yīng)該從他身上看到現(xiàn)代生物技術(shù)在維持人體健康、治療疾病等方面的應(yīng)用價(jià)值?！井愊胩扉_】01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用目錄/CONTENTS1.基因工程菌用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等①概念：②應(yīng)用：2.實(shí)例1：阿斯巴甜一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。實(shí)例2：凝乳酶大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。①傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。②基因工程技術(shù)：將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。實(shí)例3：淀粉酶、脂酶加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通過構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。【優(yōu)點(diǎn)】基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。3．其他方面的應(yīng)用基因工程使人們更容易培育出具有優(yōu)良性狀的動(dòng)植物品種，獲得很多過去難以得到的生物制品，甚至還能培育出可以降解多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”來處理環(huán)境污染，利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源……未來可期！【問題探究2】工程菌的選擇及乳腺生物反應(yīng)器的制備（1）與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的胰島素有什么優(yōu)勢(shì)？酵母菌為真核生物，有生物膜系統(tǒng)，可通過

和

對(duì)產(chǎn)生的胰島素進(jìn)行加工和修飾，從而產(chǎn)生有活性的胰島素。（2）培育乳腺生物反應(yīng)器時(shí)為什么要選用乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件與藥用蛋白基因重組在一起？目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體（3）與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比，用動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)勢(shì)有哪些？①動(dòng)物乳腺有完整的蛋白質(zhì)翻譯后加工修飾系統(tǒng)，生產(chǎn)的蛋白質(zhì)活性高，更穩(wěn)定。②產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌，易提取。（1）用大腸桿菌生產(chǎn)的人的胰島素沒有活性

（

）（2）藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)的原因是藥用蛋白基因只存在于乳腺細(xì)胞中，其他細(xì)胞中沒有

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）（3）用基因工程技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)酶的優(yōu)點(diǎn)是：純度高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高

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）判斷?？颊Z句，澄清易混易錯(cuò)【到社會(huì)中去】轉(zhuǎn)基因技術(shù)自誕生以來，發(fā)展迅速，研發(fā)對(duì)象已涵蓋至少35科、200多種的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。請(qǐng)調(diào)查：目前我國批準(zhǔn)發(fā)放了哪些轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書和進(jìn)口安全證書？截至2019年年底，我國批準(zhǔn)發(fā)放過轉(zhuǎn)基因耐儲(chǔ)藏番茄、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽牛、轉(zhuǎn)基因抗病辣椒、轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書；批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進(jìn)口安全證書，但我國進(jìn)口的基本上是轉(zhuǎn)基因棉花的纖維，其他進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國沒有批準(zhǔn)任何一種轉(zhuǎn)基因糧食作物種子進(jìn)口到我國境內(nèi)商業(yè)化種植?！揪W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長激素的基因后，重新導(dǎo)入大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列相關(guān)敘述正確的是

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A.轉(zhuǎn)錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標(biāo)記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等2.基因工程應(yīng)用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應(yīng)用的是

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A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物C.制造一種能降解石油的“超級(jí)細(xì)菌"D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌CA練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.除草劑的有效成分草甘麟能夠?qū)Ｒ坏匾种艵PSP合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導(dǎo)致植物死亡。草甘騰沒