3.3 基因工程的应用-【堂堂清】2024-2025学年高二生物下学期同步精品课件（2019人教版选择性必修3）

3.3 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? 从社会中来 00 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，基因工程还有那些应用呢？ 医药卫生领域 食品工业方面 农牧业方面 基因工程的 应用 基因工程在农牧业方面的应用 01 1.转基因植物方面： ①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了 ； ② 是世界上转基因作物种植面积最大的国家； ③我国转基因作物的种植面积位居世界第 位， 商业化种植的转基因作物有 和 。 一百多倍 美国 棉花 八 番木瓜 ①减少化学杀虫剂施用量； ②增加作物产量,增加经济收益。 转基因作物有什么优点? 思考 基因工程在农牧业方面的应用 01 2.转基因动物方面： ①有些成果正在进入 和 开发的阶段； ②2015年11月，第一种用于食用的转基因动物—— . （俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。 实用化 商业化 转基因大西洋鲑 转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排） 基因工程在农牧业方面的应用 01 3.具体内容： 基因工程被广泛用于 、 等方面。 改良动植物品种 提高作物和畜产品的产量 农牧业方面的应用 转基因抗虫植物 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改良畜产品的品质 基因工程在农牧业方面的应用 01 （1）转基因抗虫植物： ①实例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯。 ②意义：是目前防治作物虫害的一种发展趋势。 具有抗虫功能的基因。 转基因抗虫植物的目的基因是？ 思考 如：Bt毒蛋白基因。 基因工程在农牧业方面的应用 01 （2）转基因抗病植物: ①实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草。 ②意义：解决常规育种很难培育出抗病新品种的问题。 来源于某些病毒、真菌等 的抗病基因。 转基因抗病植物的目的基因是？ 思考 基因工程在农牧业方面的应用 01 （3）转基因抗除草剂植物: ①实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 ②意义：喷洒除草剂时，杂草会被杀死而作物不会受到损伤。 降解或抵抗某种除草剂的基因。 转基因抗除草剂植物的目的基因是？ 思考 基因工程在农牧业方面的应用 01 （4）改良植物的品质: ①实例：高赖氨酸玉米、转基因矮牵牛花等。 ②意义：可提高植物的营养价值、观赏价值等。 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。 高赖氨酸玉米、转基因矮牵牛花 的目的基因分别是？ 思考 基因工程在农牧业方面的应用 01 （5）提高动物的生长速率: ①实例：转基因鲤鱼、转基因鲑鱼。 ②意义：使转基因生物生长得更快。 外源生长激素基因。 转基因鲤鱼、转基因鲑鱼 的目的基因是？ 思考 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。 基因工程在农牧业方面的应用 01 （6）改良畜产品的品质: ①实例：转基因牛（分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低）。 ②意义：解决乳糖不耐受人群食用牛奶后会出现腹泻的问题。 肠乳糖酶基因。 转基因牛的目的基因是？ 思考 基因工程在农牧业方面的应用 01 肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出 ， 可以 。 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， 机理是什么？ 思考 乳糖酶 分解乳汁中的乳糖 重难点突破：转基因植物培育过程 01 转基因植物的制备用到的技术主要有？ 思考 基因工程、植物组织培养技术。 重难点突破：转基因动物培育过程 01 转基因动物的制备用到的技术主要有？ 思考 基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。 基因工程在医药卫生领域的应用 02 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： 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：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 激素 重难点突破：干扰素 02 ①概念：干扰素是一种具有 作用的 ，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。 ②生产方法： a.传统生产方法： 从人血液中的 内提取， 每300L血液只能提取1mg干扰素。 b.基因工程方法： 从 内获得， 1kg培养物中可以得到20-40mg干扰素。 糖蛋白 白细胞 大肠杆菌及酵母菌细胞 干扰病毒复制 重难点：干扰素 02 ③应用：1993年我国批准生产 ， 它是我国批准生产的第一个基因工程药物， 目前主要用于治疗 等。 重组人干扰素α-1b 慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎 基因工程在医药卫生领域的应用 02 2.让转基因哺乳动物批量生产药物： ①实例：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-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。 【资料】科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控原件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。 重难点：生物反应器 02 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 早期胚胎 显微注射 早期胚胎培养 胚胎移植 1.构建乳腺(乳房)生物反应器： ①目的基因： 基因。 ②启动子： 的启动子。 ③受体细胞： 。 药用蛋白 乳腺中特异表达的基因 受精卵 药用蛋白基因存在于转基因动物的 细胞中。 能让药用蛋白基因只在 细胞中表达。 乳腺 几乎所有 胚胎移植前应做DNA分析，鉴定性别，保留 性。 雌 重难点：生物反应器 02 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 早期胚胎 显微注射 早期胚胎培养 胚胎移植 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是什么？ 思考 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。 重难点：生物反应器 02 2.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，应将目的基因与 等调控元件重组。 与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器的优点是？ 思考 膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子 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不受年龄、性别限制，受体来源更广泛。 （乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌） 基因工程在医药卫生领域的应用 02 3.建立移植器官工厂： ①实例：用猪的器官来解决人类器官移植 的来源问题。 为什么选择猪作为器官供体？ 思考 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。 基因工程在医药卫生领域的应用 02 ②最大难题： 。 在人体所有细胞膜的表面，都有作为身份标签的一组蛋白质(主要组织相容性复合体MHC)，能被自身的免疫细胞识别。其他生物的细胞也带有各自的身份标签(相当于抗原)，当它们入侵人体后，能被免疫细胞识别出来。 ③利用基因工程技术改造猪的器官的方法： 在器官供体的基因组中导入 ， 以抑制 的表达，或设法除去 ， 再结合 ，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 调控基因表达的DNA序列 抗原决定基因 抗原决定基因 克隆技术 免疫排斥 目的基因 基因敲除 基因工程在食品工业方面的应用 03 利用 除了可以生产药物， 还能生产 、 和 等。 基因工程菌 食品工业用酶 氨基酸 维生素 【资料】基因工程菌 用基因工程的方法，是外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。 基因工程在食品工业方面的应用 03 1.氨基酸： ①应用：阿斯巴甜一种普遍使用的 。 ②具体操作： 阿斯巴甜主要由 和 形成， 这两种 可通过基因工程实现大规模生产。 甜味剂 天冬氨酸 苯丙氨酸 氨基酸 基因工程在食品工业方面的应用 03 2.凝乳酶： ①应用： 生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质。 ②具体操作：将 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。 奶酪 编码牛凝乳酶的基因 基因工程在食品工业方面的应用 03 3.淀粉酶、脂肪酶： ①应用：加工转化糖浆需要 ，加工烘焙食品要用到 。 ②具体操作：构建 ，然后用 大量生产。 淀粉酶 脂肪酶 基因工程获得的工业用酶有什么优点? 思考 基因工程菌 发酵技术 ①纯度更高； ②生产成本显著降低； ③生产效率较高。 基因工程的应用·判断正误P70+71 (1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快(　　) (2)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌(　　) (3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物(　　) (1)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性(　　) (2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白， 这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中(　　) (3)用基因工程技术生产工业酶的优点：纯度高、生产成本低、生产效率高(　　) × 生长素是植物激素，动物体内无受体，应转入外源生长激素基因； √ × Bt抗虫蛋白基因，仅对鳞翅目昆虫有效，不能抵抗病毒、细菌、真菌； × 体细胞中出现了新基因的植物不一定是转基因植物； 大肠杆菌中无内质网和高尔基体对该胰岛素进行加工； × 受精卵； √ 1.盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影响H2O2的跨膜转运，如图所示。 基因工程的应用·落实思维方法P70 增加H2O2外流， 阻止H2O2内流， 保护细胞。 下列叙述错误的是(　　) A．细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的 B．PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排，从而减轻其对细胞的毒害 C．敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力 D．从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径 基因工程的应用·落实思维方法P70 B 左图，不能减轻毒害，B×； 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 基因工程的应用·落实思维方法P70 B 提高生长速率，×； 乳糖含量降低，改善了牛奶的品质，√； 抗除草剂，×； 抗虫，×； 3．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调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因 基因工程的应用·落实思维方法P72 C 多于，×； 4.下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述，错误的是(　　) A．需要将编码药用蛋白的基因与能在乳腺中特异性表达的基因的启动子等 调控元件重组在一起 B．常使用显微注射技术将基因表达载体导入乳腺细胞 C．需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物 D．药物的生产受到转基因动物性别和年龄的限制 基因工程的应用·落实思维方法P72 B 受精卵，×； 练习与应用·书本P92 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瞟吟和尿嘧啶的含量相等 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 C A RNA聚合酶，×； 生长生存必须的，×； A、T、C、G，×； 发酵工程，×； 练习与应用·书本P92 【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。 练习与应用·书本P92 (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； 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。 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： 。 限制酶和DNA连接酶 矮牵牛 转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性 练习与应用·书本P92 (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。 对照组为非转基因矮牵牛。 提示：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 ，它对草甘膦的抗性会 。 思路：将 分别转入矮牵牛细胞中， 培育转基因植株，比较 。 升高 增强 不同拷贝数的EPSP合酶基因 它们对草甘膦抗性的差异 $$