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

3.3基因工程的应用 1 从社会中来 转基因技术在生活中的应用 转基因抗虫植物 农牧业方面的应用 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 抗逆性 基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。 基因工程在农牧业方面的应用 1. 方法：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。 Bt毒蛋白基因；蛋白酶抑制剂基因； 淀粉酶抑制剂基因；植物凝集素基因等。 2. 主要杀虫基因： 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) 3. 成果： 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。 转基因抗虫植物 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。 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) 探究—学习笔记P70 病毒外壳蛋白基因（CP基因） 病毒的复制酶基因 抗病毒基因 几丁质酶基因 抗毒素合成基因 抗真菌基因 1. 方法： 3. 成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 2. 抗病基因 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。 转基因抗病毒甜椒 转基因抗病植物 1. 背景： 2. 方法： 3. 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 种植转基因抗除草剂大豆的农田 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。 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。 转基因抗除草剂植物 目的：提高植物的营养价值、观赏价值等。 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 转基因矮牵牛 富含赖氨酸的转基因玉米 改良植物的品质 科学家将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。 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） 转入外源生长激素基因的“超级小鼠” 提高动物的生长速率 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，这称为乳糖不耐受。我国约有1/3的成年人乳糖不耐受。 科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌 的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 1. 基因： 肠乳糖酶基因 2. 成果： 改善畜产品的品质 2.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 ______________________________________________________________________ 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 探究—学习笔记P70 肠乳糖酶基因 牛受精卵 代孕母体 转基因奶牛 显微注射 胚胎移植 分娩 人 载体 早期胚胎 培养 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？ 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 探究—学习笔记P70 (1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快(　　) 提示　转入外源生长激素基因(而非生长素基因)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(　　) 提示　抗虫棉能抵抗棉铃虫的侵害，提高棉花的产量和品质，但不能抵抗病毒、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(　　) 提示　体细胞中出现了新基因的植物不一定是转基因植物，基因突变也可能出现新基因，这样的植物不能称为转基因植物。 × × × 判断正误—学习笔记P70 13 1.(2023·湖南，8)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。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 √ 落实—学习笔记P70 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 √ 落实—学习笔记P70 1. 改造微生物或动植物细胞生产药物 （1）常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 （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。 基因工程在医药卫生领域的应用 思考：干扰素是一种几乎能抵抗所有病毒引起感染的糖蛋白，能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素吗？为什么？ 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 不能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素。 因为大肠杆菌属于细菌，细菌中只有核糖体这一种细胞器，没有内质网和高尔基体等其他细胞器，不能加工形成有活性的干扰素。 基因工程在医药卫生领域的应用 任务二：基因工程在医药卫生领域的应用 1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素的优势是_______________ _________________________________________________________________________________________________________。 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 探究—学习笔记P71 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 —乳腺生物反应器或乳房生物反应器 转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需药品。 我的奶不是一般的奶！ 喝牛奶可以代替打针吃药吗？ 2.让转基因哺乳动物批量生产药物 基因工程在医药卫生领域的应用 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？ 药用蛋白基因存在于转基因动物的几乎所有细胞中。 目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。 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 早期胚胎培养 早期胚胎 显微注射 胚胎移植 培育过程 探究—学习笔记P71 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？ (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。 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。 探究—学习笔记P71 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？ 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在一起。 药用蛋白基因 膀胱上皮细胞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 转基因动物 药物 早期胚胎培养 早期胚胎 显微注射 胚胎移植 培育过程 探究—学习笔记P71 5．膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？ (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。 探究—学习笔记P71 1.转基因微生物的培育过程(以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例) 2.乳腺生物反应器培育过程 核心归纳—学习笔记P71 3.建立移植器官工厂 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 (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： 猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似 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 ①猪的优点： ②最大难题： 免疫排斥 基因工程在医药卫生领域的应用 ③改造方法： 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子 基因工程在医药卫生领域的应用 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。 基因工程在医药卫生领域的应用 基因工程菌： 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。 阿斯巴甜一种普遍使用的甜味剂，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。 应用：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等 （1）氨基酸： 基因工程在食品工业方面的应用 传统制作 杀死未断奶的小牛，然后将它的第四胃的黏膜取出来提取凝乳酶来固化奶中的蛋白质。 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中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。 基因工程制作 奶酪的制作 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。 （2）酶： 基因工程在食品工业方面的应用 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。 基因工程在食品工业方面的应用 基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源…… 基因工程在环保领域的应用 其他方面的应用 其他方面的应用 (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 (　　) 提示　利用乳腺生物反应器生产医药产品，如人的血清白蛋白，需将人的血清白蛋白基因导入动物的受精卵中。 (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(　　) √ × √ 判断正误—学习笔记P71 33 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 √ 落实—学习笔记P72 4.(2023·珠海高二期末)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 √ 落实—学习笔记P72 网络构建 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。 （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 练习与应用—教材P92 转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。 （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。 练习与应用—教材P92 1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素的优势：_______________ _______________________________________________________________________________________________。 1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。 2.动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。 3.乳腺生物反应器是指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元件重组在一起，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。 要语必背 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 Lavf59.27.100 $$