3.3基因工程的应用课件-高中生物人教版（2019）选择性必修3课件(共36张PPT)

(共36张PPT)
第三章 基因工程
第3节 基因工程的应用
学习目标：
1.举例说出基因工程在农牧业医药卫生和食品工业等方面的应用。
2.认同基因工程的应用价值。
3.关注基因工程的进展。
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、牛等动物的胰腺中获取。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。
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。
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。
除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢
重组人胰岛素注射液
抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素等。
从社会中来
P87
基因工程的应用
基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，在农牧业、医药卫生、（工业、环境、能源）和食品工业等方面，展示出广阔的前景。
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
P87-1
【情景一】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
【情景二】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
转基因作物优点
减少化学杀虫剂的施用量，减少环境污染
增加作物产量
增加经济效益
基因工程在农牧业方面的应用
一
P87-2、3、4
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
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。(P 87-4)
基因工程在农牧业方面的应用
一
抗干旱、抗盐碱、抗低温等农作物
P 88、89
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。
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)
2. 成果：
转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
基因工程在农牧业方面的应用
一
转基因抗虫植物
P88（1）
转基因植物和动物的培育
任务一
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)
P88（1）
抗病毒基因
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。
基因工程在农牧业方面的应用
一
转基因抗病植物
转基因抗病毒番木瓜
转基因抗病毒烟草
转基因抗病毒甜椒
P88（2）
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。
基因工程在农牧业方面的应用
一
转基因抗除草剂植物
P88（3）
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
转入维生素A合成酶基因
富含赖氨酸的转基因玉米
基因工程在农牧业方面的应用
一
改良植物的品质
1.提高营养价值
富含维生素A的大米
黄金大米
P89（1）
目的：提高植物的营养价值、观赏价值等。
基因工程在农牧业方面的应用
一
改良植物的品质
2.提高观赏价值
转基因矮牵牛
普通矮牵牛
如：将与植物花青素代谢相关的基因导入植物中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高观赏价值。
转基因蓝玫瑰
P89（1）
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”
基因工程在农牧业方面的应用
一
提高动物的生长速率
P89（2）
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：
基因工程在农牧业方面的应用
一
改善畜产品的品质
P89（3）
转基因植物和动物的培育
任务一
2．为什么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？
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。
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
早期胚胎
培养
乳腺中特异表达的基因启动子等调控元件
载体
P89（3）
1.在应用农杆菌侵染植物叶片获得耐旱基因植株的实验步骤中，不需要的是
A.将转基因细胞进行脱分化和再分化
B.用PEG诱导转基因细胞的原生质体融合
C.将转基因幼苗栽培在干旱环境中以检验植株的耐旱性
D.将耐旱基因插入农杆菌T－DNA并通过农杆菌侵染植物叶片细胞
跟踪训练
√
转基因植物培育过程
跟踪训练
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
√
提高鲤鱼的生长速率
改善牛奶的品质
C、D获得抗逆性的转基因植物
1. 对微生物或动植物细胞进行基因改造，使他们能够生产药物
（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
二
P90-1
Ⅰ. 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。
注意：抗生素（抗细菌药物）≠干扰素（抗病毒药物）
基因工程在医药卫生领域的应用
二
思考：干扰素生产的操作流程？
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
P90-资料卡
不能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素/胰岛素。
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/胰岛素。
思考：能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素/胰岛素吗？为什么？
基因工程在医药卫生领域的应用
二
思考：与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的干扰素有什么优势？
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干扰素进行加工和修饰，从而产生有活性的干扰素。
P90-资料卡
—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。
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
二
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
乳腺/乳房生物反应器
P90-2
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
思考：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？
药用蛋白基因几乎存在于转基因动物的所有细胞中。
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
P90-2
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
思考：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。
P90-2
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
思考：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
膀胱生物反应器
尿液
P90-2
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
思考：膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？
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
(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。
P90-2
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
二
P91-1
③改造方法：
基因工程在医药卫生领域的应用
二
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
P91-1
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。
一
基因工程在医药卫生领域的应用
二
2022年3月8日，大卫·贝内特因病情恶化而不幸去世，这颗猪心脏让他延长了2个月寿命。
异种器官移植之路道阻且长
P91-1
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。
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
基因工程在食品工业方面的应用
三
（1）氨基酸：
P91-2
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。
基因工程在食品工业方面的应用
三
（2）酶：
P91-3
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：
基因工程在食品工业方面的应用
三
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。
P91-4
基因工程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
一
其他方面的应用
四
P91-5
课堂小结
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
乳腺生物反应器
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
C
练习与应用
P92
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
A
练习与应用
P92
拓展应用
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“转人外源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 等处理目的基因和Ti质粒，构建重组Ti质粒;
②将重组Ti质粒转入农杆菌中;
限制酶和DNA连接酶
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： 。
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
P83
（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。
思路：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。
拓展应用
练习与应用
P83
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。