生物人教版（2019）选择性必修3 3.3基因工程的应用（共43张ppt）

(共43张PPT)
第3章 基因工程工程
第3节 基因工程的应用
目标
01
02
联系当地生产、生活中的具体实例，思考用基因工程的方法解决实际问题,基于基因工程在各方面发展的前景，理性看待基因工程的安全性。（社会责任）
学习目标
基于基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业应用的实例，说明基因工程给社会带来的巨大进步（科学思维）
情景材料一:
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。
重组人胰岛素注射液
问题1: 除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢？
医药
农牧
食品
问题2: 转基因培育出的作物（动物）有哪些优点？
一、基因工程在农牧业方面的运用
【情景二】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
【情景三】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
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
转基因作物优点
问题3: 请举出基因工程在农牧业方面运用的其他实例
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。
一、基因工程在农牧业方面的运用
主要应用 为什么做 如何做 方法 成果
转基因抗虫植物
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物品质
提高动物生长速率
改善畜产品品质
使用化学农药的弊端
解决这些弊端的途径
一、基因工程在农牧业方面的运用
（一）转基因抗虫植物：
污染环境，损害人类健康，增加生产成本。
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。
成果：转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
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。
一、基因工程在农牧业方面的运用
（一）转基因抗虫植物：
拓展延伸：抗虫目的基因种类
一、基因工程在农牧业方面的运用
（二）转基因抗病植物：
1.技术方法：将来源于_________________的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
2.成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
病毒、真菌等
抗病转基因植物
病毒外壳蛋白基因、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
一、基因工程在农牧业方面的运用
（二）转基因抗病植物：
拓展延伸：抗病目的基因种类
一、基因工程在农牧业方面的运用
（三）转基因抗病植物：
1.技术方法：将_________________________的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。
2.成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
降解或抵抗某种除草剂
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
喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物。
一、基因工程在农牧业方面的运用
（四）改良植物的品质：
1.技术方法: 将_____________________________________，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。
必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因
2.成果：
（1）将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。
抗癌抗衰老的紫色西红柿
高赖氨酸玉米
一、基因工程在农牧业方面的运用
（四）改良植物的品质：
1.技术方法: 将_____________________________________，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。
必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因
2.成果：
（1）将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。
（2）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。
转基因矮牵牛
普通矮牵牛
一、基因工程在农牧业方面的运用
（五）提高动物的生长速率：
1.技术方法:将_____________________导入动物体内， 以提高动物的生长速率。
2.成果：转基因鲤鱼、转基因小鼠。
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%。
一、基因工程在农牧业方面的运用
（六）改善畜产品的品质：
1.问题：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。
2.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。
乳糖耐受（有乳糖酶）
乳糖不耐受（无乳糖酶）
大肠
肠道内渗透压增高，刺激胃肠蠕动增加
　实战训练　
1.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
　实战训练　
2．抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是(　　)
A．抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒
B．抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性
C．抗病毒转基因植物可以抗害虫
D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异
　实战训练　
3.我国转基因技术发展态势良好，农业部依法批准发放了转植酸酶基因玉米和转基因抗虫水稻的生产安全证书，下列关于转基因玉米和转基因水稻的叙述不正确的是（ ）
A.转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因，其成功说明生物的性状是由基因控制的
B.转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减少了环境污染
C.转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可通过饲养卷叶螟进行检测
D.转基因抗虫水稻不仅可以抗虫，还可以抵御病毒侵染
　实战训练　
4.1998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
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。
二、基因工程在医药卫生领域的运用
主要应用 为什么做 如何做 基因来源或处理 成果
二、基因工程在医药卫生领域的运用
（一）基因改造微生物或动植物的细胞生产药物：
【情景资料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。
【情景资料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！
为什么做
怎么做，解决以上难题
二、基因工程在医药卫生领域的运用
（一）基因改造微生物或动植物的细胞生产药物：
【情景资料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%!
【情景资料4】科学家利用基因工程，从1kg细菌培养液中可20-40mg干扰素。
中国干扰素之父---侯云德院士
重组人胰岛素
常见药物
运用
成果
细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
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。
二、基因工程在医药卫生领域的运用
（一）基因改造微生物或动植物的细胞生产药物：
二、基因工程在医药卫生领域的运用
（二）利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物：
获取目的基因
构建基因表达载体
导入哺乳动物受精卵
形成胚胎
将胚胎送入母体动物
发育成转基因动物
（如血清蛋白基因、人生长激素基因等）
（将目的基因与乳腺中特异表达的基 因的启动子等调控元件重组）
（显微注射法）
（利用分泌的乳汁生产所需的药物）
1.乳腺生物反应器的生产过程
二、基因工程在医药卫生领域的运用
（三）利用基因工程技术，使建立移植器官工厂的设想成为现实：
二、基因工程在医药卫生领域的运用
（三）利用基因工程技术，使建立移植器官工厂的设想成为现实：
（1）猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似。
（2）与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
1.选用猪作为器官供体的原因
问题3: 选用猪作为器官移植最大难题 是什么？如何解决这一难题？
二、基因工程在医药卫生领域的运用
（三）利用基因工程技术，使建立移植器官工厂的设想成为现实：
难题
免疫排斥
器官改造方法
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，或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。
应用 基因来源或处理 成果
转基因微生物或动植物细胞生产药物 对微生物或动植物的细胞进行________改造 生产包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等的药物
乳腺（或乳房）生物反应器生产药物 ____________基因+乳腺中特异表达的基因的___________ 生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和 α 抗胰蛋白酶等
转基因动物作器官移植的供体 抑制__________基因的表达或除去_________基因 结合克隆技术培育出不会引起__________反应的转基因克隆猪器官
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。
二、基因工程在医药卫生领域的运用
基因
药用蛋白
启动子
抗原决定
抗原决定
免疫排斥
　实战训练　
5.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
　实战训练　
6.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.可以使用感受态细胞转化法将基因表达载体导入受体细胞
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.药物的生产会受到转基因动物性别和年龄的限制
　实战训练　
7.利用乳腺生物反应器生产药用蛋白是动物基因工程的重要应用，目前科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中获得了抗疑血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等医药产品。下列有关乳腺生物反应器的叙述中，错误的是（ ）
A.受体细胞可选用受精卵或胚胎干细胞
B.获得转基因动物需利用胚胎移植技术
C.鉴别药用蛋白基因是否导入受体细胞一般利用DNA分子杂交法
D.转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因
　实战训练　
8．下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是(　　)
A．动物基因结构与人类基因结构相同
B．乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的
C．可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物
D．乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用
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
二、基因工程在食品工业方面的运用
二、基因工程在食品工业方面的运用
（一）基因工程菌：
基因工程菌
概念
运用
步骤
用基因工程的方法， 使外源基因得到高效表达的菌类。
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
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
二、基因工程在食品工业方面的运用
（一）基因工程菌：
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。
1.实例——阿斯巴甜
2.实例——凝乳酶
凝乳酶
运用
基因工程制备
传统制备
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。
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
二、基因工程在食品工业方面的运用
（一）基因工程菌：
3.实例——淀粉酶、脂酶
淀粉酶、脂酶
运用
优点
基因工程制备
加工转化糖浆需要淀粉酶， 加工烘烤食物要用到脂酶
构建基因工程菌， 然后用发酵技术大量生产
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。
二、基因工程在食品工业方面的运用
培养出可以降解多种污染物的“超级细菌”，处理环境污染；用经过基因改造的微生物来生产生物能源。
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。
课堂小结
构建基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素
　实战训练　
9.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
　实战训练　
10. 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
　实战训练　
11. 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囉曉的含量相等
12.糖尿病已经成为危害人类健康的严重疾病之一，注射胰岛素是目前治疗糖尿病最为有效的途径和手段。如何生产优质而不昂贵的人胰岛素，是当下医药界急需攻克的科学难题。下图为利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请回答：
(1)在基因表达载体中，__________是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA。
启动子
　实战训练　
(2)图中细胞1是___________细胞。过程②必需的酶是______________。过程③④⑤为利用___________技术扩增目的基因，此过程必需的酶是____________。过程③断开的是_____________键，在体外进行PCR操作时，实现该过程的处理方法是__________________________。能否利用人的皮肤细胞来完成过程①，为什么？
________________________________________________________________。
(3)为便于重组DNA的鉴定和选择，图中C的组成必须有____________；为使过程⑧更易进行，可用__________处理大肠杆菌。
胰岛B
逆转录酶
PCR
Taq酶
氢
加热(至90 ℃以上)
不能。皮肤细胞中的胰岛素基因不表达，不能形成胰岛素mRNA
标记基因
Ca2＋
　实战训练