3.3基因工程的应用课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

3.3 基因工程的应用 第3章 基因工程 果果仔 果果仔 果果仔 农牧业方面 医药卫生领域 食品工业方面 基因工程的应用 环保领域 果果仔 转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排） 转基因生物有哪些优点？ 减少化学杀虫剂(农药)使用量 增加作物产量、增加经济效益 改良动植物品种 果果仔 阅读教材P88-89 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 基因工程在农牧业方面的运用 果果仔 基因工程在农牧业方面的运用 转基因抗虫植物 1. 方法： 2. 主要杀虫基因： 从某些生物中分离出 导入作物，使之具有抗虫性状。 ①Bt毒蛋白 基因 ③淀粉酶抑制剂基因 ②蛋白酶抑制剂基因 ④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。 Bt毒蛋白被分解为多肽，与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，害虫死亡。 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些物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。 抗虫基因 转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。 3.成果： 减少农药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。 4.优点： 果果仔 基因工程在农牧业方面的运用 转基因抗病植物 1.原因： 病害多发，但作物自身缺少抗病基因 2.方法： 将来源于____________的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。 病毒、真菌等 3.成果： 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 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 抗病基因 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。 果果仔 植物表达的CP蛋白与入侵病毒的外壳蛋白竞争性结合病毒RNA，形成非感染性病毒颗粒（无功能外壳包裹），阻断病毒组装和传播。 导入的病毒CP基因转录为mRNA后，被植物RNA沉默系统识别为“外源核酸”，进而诱导产生小干扰RNA（siRNA）。siRNA与植物体内的RNA诱导沉默复合体结合，特异性切割病毒RNA的同源序列（包括入侵病毒的基因组RNA或mRNA），从而抑制病毒复制。 一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。 另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。 然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。 在植物抗病基因工程中，抗毒素合成基因是重要的抗真菌基因。例如，Hain等将花生中编码白藜芦醇合成的关键基因（芪合成酶基因st和Vst2）导入烟草，发现转基因烟草可产生白藜芦醇，并且比对照植株的抗灰质葡萄孢侵染能力要强。随后，他们又将葡萄藤的二苯乙烯合成酶基因连同自身的启动子导入烟草，在转基因植株的叶片上接种灰质葡萄孢，转基因烟草增强了对灰质葡萄孢的抗性，且外源抗毒素被诱导合成的速度越快，抗性也越强。 大多数除草剂损伤作物，导致作物减产。 基因工程在农牧业方面的运用 转基因抗除草剂植物 1.原因： 2. 方法： 3. 成果： 将____________________________导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。 降解或抵抗某种除草剂的基因 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 果果仔 基因工程在农牧业方面的运用 改良植物的品质 （1）改良植物的营养价值 富含赖氨酸的转基因玉米 目的基因： 必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因 （2）改良植物的观赏价值 转基因矮牵牛 目的基因： 与植物花青素代谢相关的基因 果果仔 基因工程在农牧业方面的运用 提高动物的生长速率 方法：将___________________导入动物体内， 以提高动物的生长速率。 外源生长激素基因 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%。 果果仔 基因工程在农牧业方面的运用 改善畜产品的品质 方法：将 导入奶牛基因组。 肠乳糖酶基因 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。 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 果果仔 转基因植物培育过程 转基因植物的制备主要用到哪些技术？ 基因工程、植物组织培养技术。 基因工程在农牧业方面的运用 果果仔 转基因动物培育过程 基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。 转基因动物的制备主要用到哪些技术？ 基因工程在农牧业方面的运用 果果仔 【练】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 B 基因工程在农牧业方面的运用 果果仔 基因工程在医药卫生领域的运用 【资料1】胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。 【资料2】干扰素是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白。干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！对癌症也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血中提取，300L血才提取1mg！ 【资料3】将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%! 科学家利用基因工程，从1kg细菌培养液中可20-40mg干扰素。 果果仔 基因改造微生物或动植物的细胞生产药物 基因工程在医药卫生领域的运用 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 (1)常见药物类型： 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。 (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： 果果仔 基因改造微生物或动植物的细胞生产药物 阅读教材90页有关干扰素的资料 ①干扰素的化学本质是什么？ ②干扰素的作用机理是怎样的？ ③干扰素用于哪些疾病的治疗？ ④传统生产干扰素的方法是什么？ ⑤目前大量生产干扰素的方法是什么？ ⑥我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？ 用于治疗哪些疾病？ 糖蛋白 干扰病毒复制 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 从人血液中的白细胞内提取，提取量极少 用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得 主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等 重组人干扰素α-1b 果果仔 问题2：与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的生长激素有什么优势？ 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生长激素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。 大肠杆菌 酵母菌 干扰素基因 质　　粒 重组质粒（基因表达载体） 构建 大肠杆菌或酵母菌 导入 可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌 培养 问题1：如何利用基因工程生产干扰素（用流程图表示） 基因改造微生物或动植物的细胞生产药物 果果仔 促红细胞生成素又称红细胞刺激因子、促红素，是一种人体内源性糖蛋白激素，可刺激红细胞生成。缺氧可刺激促红细胞生成素产生，早已有重组人促红细胞生成素用于临床，用于治疗肾功能不全合并的贫血、获得性免疫缺陷综合征或治疗恶性肿瘤伴发贫血及风湿病贫血等多种贫血。 重组人血小板生成素是高特异性的血小板刺激因子，直接作用于骨髓造血干细胞，调控血小板生成的各个阶段，特异性升高血小板。 基因改造微生物或动植物的细胞生产药物 果果仔 基因工程在医药卫生领域的运用 乳腺生物反应器 利用转基因哺乳动物批量生产药物 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 转基因动物 药物 果果仔 乳腺生物反应器 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 转基因动物 药物 目的基因 让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达（启动子具有物种和组织的特异性） 使药用蛋白基因存在于转基因动物的几乎所有细胞中 显微注射法 胚胎培养 胚胎移植 移植前进行性别鉴定，保留雌性胚胎 乳腺生物反应器是指转基因动物， 而不是转基因动物的乳腺 相对转基因细菌产的药物，该药物的优势： 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。 缺点： 受性别和时间限制 果果仔 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。 基因工程在医药卫生领域的运用 膀胱生物反应器 利用转基因哺乳动物批量生产药物 将目的基因与___________________________________的启动子等调控元件重组在一起。 膀胱上皮细胞中特异表达的基因 不受性别、年龄的限制，可从动物一出生就收集产物 优点： 比在乳汁中更容易分离和提取蛋白质 果果仔 产品名称 受体细胞 临床应用 重组人胰岛素 大肠杆菌 治疗糖尿病 重组人红细胞生成素 哺乳动物细胞 治疗贫血 重组人生长激素 大肠杆菌 治疗生长缺陷 重组人表皮生长因子 大肠杆菌 治疗烫伤、溃疡等 重组人肿瘤坏死因子 大肠杆菌 治疗肿瘤 重组人干扰素（多种） 酵母菌等 治疗病毒感染、肿瘤等 重组人白细胞介素 大肠杆菌 治疗肿瘤 重组尿激酶原 大肠杆菌 治疗心脏病等 重组人集落刺激因子 哺乳动物细胞 辅助治疗血友病、艾滋病等 重组人抗血友病因子 哺乳动物细胞 治疗血友病 重组人组织型纤溶酶原激活物 哺乳动物细胞 溶解血栓 部分利用基因工程技术生 产的医用多肽和蛋白质类产品 果果仔 23 基因工程在医药卫生领域的运用 用转基因动物作为器官移植的供体 寻找可代替的移植器官 （4）最大的难题： （3）猪的优点： （1）问题： （2）解决： 人体移植器官短缺 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。 存在免疫排斥反应 果果仔 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。 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，引起免疫排斥。 某种调节因子 抗原决定基因 抗原决定基因 克隆技术 目的基因 基因敲除 将猪的器官移植给人为什么会引起免疫排斥？怎么从根本上消除免疫排斥现象？ 利用基因工程技术改造猪的器官的方法： 基因工程在医药卫生领域的运用 用转基因动物作为器官移植的供体 果果仔 基因工程在食品工业方面的运用 【【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。 （2）应用： （3）实例： 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阿斯巴甜 （1）概念： ②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。 果果仔 基因工程在食品工业方面的运用 【【基因工程菌】】 ③淀粉酶、脂酶 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。 果果仔 基因工程在环保领域的应用 1 治理环境污染 　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”。 “超级细菌”降解泄漏的原油 果果仔 基因工程在环保领域的应用 生物乙醇 生物柴油 植物 淀粉/纤维素 提取 可发酵糖 糖化 微生物 乙醇 发酵 微生物 淀粉酶/纤维素酶 生物乙醇的生产流程 2 生产清洁能源 果果仔 基因工程在环保领域的应用 　　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 3 环境监测 探针 目的基因 碱基互补配对原则 通过基因工程手段（如基因文库）获取目标生物的特异性核酸片段，经克隆、扩增后制备成单链DNA探针，并标记放射性同位素、荧光基团等示踪剂。 果果仔 基因工程的应用 农牧业 医药卫生 转基因抗虫植物 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 转基因动物作为器官移植的供体 食品工业 构建基因工程菌 生产食品工业用酶 基因工程菌、生物反应器生产药物 环保 治理环境污染 生产清洁能源 环境监测 果果仔 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) $