3.3 基因工程的应用（教学课件）-【上好课】高二生物同步高效课堂（人教版2019选择性必修3）

第3节 基因工程的应用 【本节聚焦】 1.基因工程的应用有哪些？ 2.怎样理性地看待基因工程在生产和生活中的应用？ 第三章 基因工程 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 1 从社会中来 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、牛等动物的胰腺中提取。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。 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。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。 除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢？ 2 基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，在农牧业、医药卫生、（工业、环境、能源）和食品工业等方面，展示出广阔的前景。 医药卫生领域 食品工业方面 农牧业方面 基因工程的应用 从社会中来 3 一、基因工程在农牧业方面的运用 【情景】1996—2017年，全世界转基因作物 的种植面积增加了一百多倍 转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少8.2% 作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元 【情景】转基因动物方面的成果正在进入实用化和商业化开发的阶段 2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市 转基因鲑鱼缩短了其成长周期，因此它受到的污染和体内聚集的有毒物质残留比普通鲑鱼少得多 思考：转基因作物有哪些优点？ 减少化学杀虫剂使用量（生物防治） 增加作物产量、增加经济效益 改良动植物品种 4 一、基因工程在农牧业方面的运用 合作探究一：请同学们自主阅读教材P88-89，小组合作思考讨论完成下表。 主要应用 为什么做 如何做 方法 成果 转基因植物 抗虫植物 抗病植物 抗除草剂植物 改良植物品质 转基因动物 提高动物生长速率 改善畜产品品质 5 一、基因工程在农牧业方面的运用 1.转基因抗虫植物 从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。 (2)主要杀虫基因： (1)方法： Bt毒蛋白基因 淀粉酶抑制剂基因 蛋白酶抑制剂基因 植物凝集素基因 阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。 导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。 产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。 可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。 抗虫目的基因种类 减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、降低生产成本、提高产量。 转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。 (3)成果： (4)优点： 6 一、基因工程在农牧业方面的运用 2.转基因抗病植物 科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。 (1)方法： (2)抗病基因： 抗病毒基因 抗真菌基因 病毒外壳蛋白基因（CP基因） 病毒的复制酶基因 几丁质酶基因 抗毒素合成基因 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 (3)成果： 能否稳定遗传？ 抗病毒转基因植物通常为杂合子，后代会出现性状分离，不能稳定遗传。 7 一、基因工程在农牧业方面的运用 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. 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。 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 种植转基因抗除草剂大豆的农田 (1)背景： (2)方法： (3)成果： 3.转基因抗除草剂植物 8 一、基因工程在农牧业方面的运用 我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米。 赖氨酸缺少对健康很不利。科学家们将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。 提高植物的营养价值、观赏价值等。 将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色，大大提高了它的观赏价值。 (1)目的: (2)成果： 4.利用转基因改良植物品质 9 一、基因工程在农牧业方面的运用 科学家们将外源生长激素基因，导入动物体内，以提高动物生长速率。例如,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%。 转生长激素基因鲤鱼（下） 与非转基因鲤鱼（上） （1）成果： 5.利用转基因提高动物的生长速率 10 一、基因工程在农牧业方面的运用 有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，称之为乳糖不耐受。 避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。 (1)成果： 科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组，获得的转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 (2)优点： 6.用来改善畜产品的品质 11 课堂练习 1.转基因抗虫植物含有Bt毒蛋白，对人体无毒，但是鳞翅目昆虫幼虫的肠道细胞含有Bt蛋白的受体，Bt蛋白与受体结合导致肠道壁穿孔，使幼虫死亡。下列叙述错误的是 A.促进 Bt 蛋白的合成有助于提高植物的抗虫效果 B.通过 DNA 分子杂交技术可以检测Bt蛋白基因是否表达 C.将Bt蛋白基因导入植物细胞的方法可以使用花粉管通道法或农杆菌转 化法 D.将植物材料和农杆菌共同培养之前，需要对植物材料进行消毒处理 √ 检测是否导入受体细胞 12 课堂练习 2.下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是 A.将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内 B.将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组 C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米 D.将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达 √ 提高生长速率 转基因抗除草剂植物 提高植物的抗虫能力 13 二、基因工程在医药卫生领域的运用 合作探究二：请同学们自主阅读教材P90-91，小组合作思考讨论完成问题。 主要应用 为什么做 如何做 基因来源或处理 成果 14 二、基因工程在医药卫生领域的运用 1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： 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： 预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等 (3)实例： 15 二、基因工程在医药卫生领域的运用 　　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300L血液只能提取1mg干扰素。 　　基因工程方法： 干扰素基因 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 质　　粒 资料卡：干扰素 16 二、基因工程在医药卫生领域的运用 与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？ 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。 大肠杆菌 酵母菌 17 二、基因工程在医药卫生领域的运用 2．让转基因哺乳动物批量生产药物 （1）实例: （2）培育过程: 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 泌乳期 分泌乳汁 转基因动物 显微 注射 发育 受精卵 药物蛋白 药用蛋白基因 胚胎移植前应做DNA分析，鉴定性别，保留雌性。 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 18 二、基因工程在医药卫生领域的运用 　　2000年我国首例转人α－抗胰蛋白酶基因羊诞生，产出的羊奶可以提取α－抗胰蛋白酶。 2．让转基因哺乳动物批量生产药物 （3）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。 19 二、基因工程在医药卫生领域的运用 　1.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？ 　　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。 2.继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器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，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器有何优点？ （1）不受性别、年龄限制。 　 （2）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。 20 二、基因工程在医药卫生领域的运用 3.用转基因动物作为器官移植的供体 人体移植器官短缺是世界性难题 寻找可代替的移植器官 ①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似； ②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。 (4)最大的难题： (3)猪的优点： (1)问题： (2)解决： 存在免疫排斥反应。 21 二、基因工程在医药卫生领域的运用 ②设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 ①在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达； (5)改造方法： 基因敲除 目的基因 3.用转基因动物作为器官移植的供体 22 二、基因工程在医药卫生领域的运用 假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上了健康人的生活。在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看? 生命和健康是人最宝贵的东西,如果一个病人换上了经过改造的猪心脏后重获了健康,我们不仅不能歧视他,还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值。 23 课堂练习 1.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是 A.人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题 B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似 C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪 D.无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入某种调节因子， 以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因 √ 远远多于猪 24 课堂练习 2.利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时，下列说法错误的是（ ） A．利用显微注射法将人的生长激素基因导入受体哺乳动物体内 B．需要将乳腺中特异表达的基因的启动子与目的基因重组在一起 C．动物必须是雌性才能满足要求 D．动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂” 受精卵 √ 25 三、基因工程在食品工业方面的运用 合作探究三：请同学们自主阅读教材P90-91，小组合作思考讨论完成问题。 主要应用 为什么做 如何做 基因来源或处理 成果 阿斯巴甜 凝乳酶 淀粉酶、脂酶 超级细菌 26 三、基因工程在食品工业方面的运用 基因工程 外源基因 高效表达 基因工程构建基因工程菌 工业发酵批量生产 概念： 步骤： 应用： 用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌. 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 1.基因工程菌 27 三、基因工程在食品工业方面的运用 将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶. 编码牛凝乳酶的基因 实例——凝乳酶 应用： 相关基因： 具体操作： 奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质 28 三、基因工程在食品工业方面的运用 纯度更高、生产成本显著降低、生产效率较高 实例——淀粉酶、脂酶 具体操作： 基因工程获得的工业用酶的优点： 构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产 29 三、基因工程在食品工业方面的运用 　　基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。 1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来 2.环境监测 30 三、基因工程在食品工业方面的运用 　有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。 基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。 3.净化污染的环境 31 1.1998年，我国科研人员用两个机理不同的抗虫基因(CryIA和Cpti)构建融合基因表达载体，导入棉花细胞培育出双价转基因抗虫棉。自主知识产权抗虫棉的推广在提高经济和环境效益的同时，也保护了中国棉花产业的安全。下列叙述错误的是 A.基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间 B.该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中 C.可用DNA探针检测融合基因是否转录出mRNA D.双价抗虫棉比单价抗虫棉选择抗性棉铃虫的速率更快 √ 课堂练习 更慢 32 课堂小结 基因工程在农牧业方面的应用 基因工程的应用 1.转基因抗虫植物 2.转基因抗病植物 3.转基因抗除草剂植物 4.改良植物的品质 5.提高动物的生长速率 6.改善畜产品的品质 基因工程在医药卫生领域的应用 基因工程在食品工业方面的应用 1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能 够生产药物。 2.利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药物， 如乳腺生物反应器。 3.用转基因动物作器官移植的供体等。 构建基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素 33 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 34 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 35 练习与应用 二、拓展应用 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。 （1）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T质粒，构建重组Ti质粒； ②将重组Ti质粒转入农杆菌中； 限制酶和DNA连接酶 36 练习与应用 二、拓展应用 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。 （1）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。 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。 矮牵牛 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 ___ 转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。 37 练习与应用 二、拓展应用 （2）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？ 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。 ①对照组为非转基因矮牵牛 ②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。 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。 38 感谢您的观看！ 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 39 $$