3.3基因工程的应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

还记得糖尿病的症状吗？ 胰岛素是降低血糖的唯一激素 注射 质粒 载体 限制酶 目的基因 限制酶切割位点 限制酶切割位点 限制酶 DNA 连接酶 重组 DNA分子 基因表达载体 人胰岛素的基因 导入 大肠杆菌 表达 重组 人胰岛素 3.3 基因工程的应用 一、基因工程在农牧业方面的应用（P87） 1.转基因抗虫植物 ⑴概念： 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。 ⑵例子： 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 转基因抗虫棉 非转基因棉 转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（被害虫侵害的黄色植株） Q1.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。 1.3 传统发酵技术 思考·讨论 转基因抗虫棉 普通棉 ①减少了化学农药的使用量②降低了环境污染 ③降低了生产成本 8 一、基因工程在农牧业方面的应用（P87） 2.转基因抗病植物 ⑴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。 ⑵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物。 ⑶成果： 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 转基因抗病毒甜椒 一、基因工程在农牧业方面的应用（P87） 3.转基因抗除草剂植物 ⑴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。 ⑵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。 ⑶成果： 转基因抗除草剂玉米、大豆、 油菜和甜菜等 施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田 一、基因工程在农牧业方面的应用（P87） 4.改良植物的品质 优良基因 成果 某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因 与植物花青素代谢相关的基因 转基因矮牵牛 富含赖氨酸的转基因玉米 一、基因工程在农牧业方面的应用（P87） 5.提高动物的生长速率 ⑴基因： 外源生长激素基因 ⑵成果： 转基因鲤鱼 ⑶成果： 我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42% 〜 115%。 对照 转基因 一、基因工程在农牧业方面的应用（P87） 6.改善畜产品的品质 ⑴基因： 肠乳糖酶基因 ⑵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。 乳糖耐受（有乳糖酶） 乳糖不耐受（无乳糖酶） 大肠 肠道内渗透压增高，刺激胃肠蠕动增加 Q：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？ 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。 二、基因工程在医药卫生领域的应用（P90） 1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物 ⑴常见药物类型： 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 ⑵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。 ⑶实例： 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。 Q1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？ 1.3 传统发酵技术 思考·讨论 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。 酵母菌 大肠杆菌 15 二、基因工程在医药卫生领域的应用（P90） 2.让转基因哺乳动物批量生产药物 ⑴实例： 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 ⑵培育过程： ⑶应用： 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α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。 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 Q1.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？ 几乎所有细胞 Q2.培育乳腺生物反应器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？ 目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。 Q3.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？ 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，易提取。 1.3 传统发酵技术 思考·讨论 17 Q4.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？ 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。 1.3 传统发酵技术 思考·讨论 18 二、基因工程在医药卫生领域的应用（P90） 3.转基因动物作为器官移植的供体 Q1.为什么猪的器官可作为替代的移植器官？ ①猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似 ②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 二、基因工程在医药卫生领域的应用（P90） 3.转基因动物作为器官移植的供体 Q2.怎样用基因工程技术解决移植时可能产生的免疫排斥问题？ 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子 三、基因工程在食品工业方面的应用（P91） 1.基因工程菌 ⑴概念： 用基因工程的方法，使外 源基因得到高效表达的菌类。 ⑵步骤： 基因工程构建基因工程菌→工业发酵批量生产 ⑶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。 三、基因工程在食品工业方面的应用（P91） 1.基因工程菌 ⑷实例： 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。 三、基因工程在食品工业方面的应用（P91） 1.基因工程菌 ⑷实例： 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。 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 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 练习与应用 一、概念检测 1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是（ ） A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶 B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物 C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传 D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等 C 练习与应用 一、概念检测 2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（ ） A.培育青霉菌并从中提取青霉素 B.利用乳腺生物反应器生产药物 C.制造一种能降解石油的“超级细菌" D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌 A 练习与应用 二、拓展应用 1.除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。 ⑴下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请补充完整。 ①用_____________________等处理含有目的基因的DNA片段和Ti质粒，构建重组Ti质粒； ②将重组Ti质粒转入农杆菌中； ③利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染_______细胞，再通过培育得到转基因植株； ④用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。 限制酶和DNA连接酶 矮牵牛 练习与应用 二、拓展应用 结果：对照组植株死亡，转基因植株存活，但也受到了影响。 结论： 。 ⑵请思考并回答下列问题。 ①在该实验中，对照组是怎样设计的？ 对照组为非转基因矮牵牛 ②如果增加转入的外源 EPSP 合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘膦的抗性是否会增加？请你给出进一步探究的思路。 理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。 探究思路：将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。 转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性 $$