2021-2022学年高二下学期生物人教版选择性必修3----3.3基因工程的应用课件（40张PPT）

(共40张PPT)
我国是棉花的生产和消费大国。棉花在种植过程中，常常会受到一些害虫的侵袭，其中以棉铃虫最为常见。
普通棉花
如何能培育出自身就能抵抗虫害 的棉花新品种呢？
转基因抗虫棉
第3章 基因工程
将苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因 转入普通棉花
【从社会中来】
重组人胰岛素注射液
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？
基因工程自20世纪70年代兴起后，得到飞速的发展，展示出广阔的应用前景。
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
第3节 基因工程的应用
01
基因工程在农牧业方面的应用
目录 /CONTENTS
01
基因工程在农牧业方面的应用
【资料1】基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从1.7×106 hm 发展到1.898 × 108 hm2（如图）。据2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元。
美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。
【资料2】在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些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（后排）和正常鲑鱼（前排）
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。
1.抗虫转基因植物
从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。已问世的的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
苏云金杆菌——Bt抗虫蛋白基因
转基因抗虫水稻（绿色植株）与
对照（被害虫侵害的黄色植株）
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。如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
“病”--病原微生物，有病毒、真菌和细菌等
3.转基因抗除草剂植物
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，可培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。目前已经获得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
4.改良植物的品质
利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等
①将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
②我国科学家将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。
高赖氨酸玉米
转基因矮牵牛
5.提高动物的生长速率
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”
6.改善畜产品的品质
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。
低乳糖奶牛
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。
【问题探究1】转基因植物和动物的培育
（1）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
体外胚胎培养
胚胎移植
（2）转基因植物和转基因动物的制备，常用的受体细胞分别是什么？
（3）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。
转基因植物：
转基因动物：
体细胞
受精卵
或受精卵
减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；
降低生产成本，提高产量。
（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 （　 　）
判断常考语句，澄清易混易错
抗虫转基因植物 ≠ 转基因抗病植物
01
基因工程在农牧业方面的应用
目录 /CONTENTS
让转基因哺乳动物批量生产药物
用转基因动物作为器官移植的供体
对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
医药卫生领域的应用
1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造，生产药物
①药物成果：
细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
②药物应用：
③实例：
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。
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。
资料卡——干扰素
干扰素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。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。
传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。1980-1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到20—40mg干扰素。
1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
①实例：
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
②培育过程：
获取药用蛋白基因
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
显微注射
受精卵
泌乳期分泌乳汁
转基因动物
药物
发育
目的基因？
启动子？
受体细胞？
药用蛋白基因
乳腺中特异表达的基因的启动子
受精卵
人生长激素基因
提供受精卵
显微注射
代孕
转基因牛
生长激素
牛奶
载体含有乳腺细胞中特异表达基因的启动子
利用哺乳动物生产药物
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-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
喝牛奶可以代替打针吃药吗？
膀胱生物反应器？
将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组
④乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别（在生产人的药物蛋白方面）
比较 内容 乳腺生物反应器 工程菌（P91)
基因 结构 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异
基因 表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
生产 条件 不需严格灭菌； 温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌；
严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物 提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
3.用转基因动物作为器官移植的供体，建立移植器官工厂
①人体器官移植的难题：
人体移植器官短缺是一个世界性难题。
②解决途径：
寻求可替代的移植器官，如利用基因工程对猪的器官进行改造，来解决人类器官移植的来源问题。
a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似；
b.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。
猪的优点：
最大难题：
免疫排斥
③改造方法：
a.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；
b.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。
④优点：
解决人体移植器官短缺问题；避免免疫排斥反应。
假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，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。
【异想天开】
01
基因工程在农牧业方面的应用
目录 /CONTENTS
1.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。
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概念：
②应用：
2.实例1：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。
实例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。
①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。
②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。
实例3：淀粉酶、脂酶
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
【优点】基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
3．其他方面的应用
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……
未来可期！
【问题探究2】工程菌的选择及乳腺生物反应器的制备
（1）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 和 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。
（2）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？
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
内质网
高尔基体
（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加工修饰系统，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）用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性 （　 　）
（2）药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有 （　 　）
（3）用基因工程技术生产工业酶的优点是：纯度高、生产成本低、生产效率高 （　　 ）
判断常考语句，澄清易混易错
【到社会中去】转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查：
目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？
截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；
批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。
【网络构建】
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
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
练习与应用
二、拓展应用
1.除草剂的有效成分草甘麟能够专一地抑制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。草甘腾没有选择性，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麟的作物。
（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘腾”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用草甘瞬同时喷酒转基因植株和对照组植株。
限制酶和DNA连接酶
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
（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。
提示：①对照组为非转基因矮牵牛。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。
提示：②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，比较它们对草甘辟抗性的差异。