人教版高中生物选修3 专题1 基因工程 1.3 基因工程的应用

(共42张PPT)
新课导入
超级植物
会发光的鱼

大家好，我是小猴“安迪”

1.3基因工程的应用
教学目标
知识目标
举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。
1、通过对相关图片的观察，学会科学的观察方法，培养收集、处理信息的能力。
能力目标
2、学以致用，培养思考能力。
情感态度与价值观
1、关注基因工程的进展。
2、认同基因工程的应用促进生产力的提高。
重点
难点
教学重难点
基因工程在农业和医疗等方面的应用。
基因治疗人类遗传疾病。
一、植物基因工程硕果累累

2001年转基因作物种植面积最大的四个国家及其所占比例






美国
阿根廷
加拿大
中国
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
主要用于
提高农作物抗逆能力、改良农作物品质、利用植物生产药物
1.抗虫转基因植物

使用化学农药的弊端

解决这些弊端的途径


污染环境，损害人类健康，增加生产成本。
将具有杀虫活性的基因导入作物中，使其具有抗虫性。
抗虫目的基因



应用举例
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

抗虫水稻、棉花、玉米、马铃薯、烟草、番茄、大豆、苹果、核桃、菊花等

与对照组（黄色枯萎植株）
转基因抗虫水稻（绿色植株）
抗虫棉
普通棉
2.抗病转基因植物
病原微生物

引起植物生病的微生物
如：病毒、真菌、细菌等。
抗虫目的基因


最多：
病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因
举例
几丁质酶基因和抗毒素合成基因
抗病毒转基因小麦、抗病毒转基因甜椒

抗真菌转基因植物：
抗病毒的转基因小麦
3.抗逆转基因植物

造成低产、减产的常见因素
盐碱、干旱、低温、涝害等
盐碱、干旱对农作物的危害于什么有关

与细胞内渗透压调节有关
抗虫目的基因

抗盐碱和干旱作物：
耐寒的番茄：
抗除草剂的大豆：
调节细胞渗透压的基因
鱼的抗冻蛋白基因
抗除草剂基因
转基因抗旱番茄
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
左侧:喷洒除草剂后，杂草全部除掉，转基因玉米生长正常。
转基因抗除草剂玉米
右侧，未洒除草剂，杂草丛生。

转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
不会引起过敏的转基因大豆

4.利用转基因改良植物品种

使食品的营养成分均衡
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，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。
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%。
转基因高赖氨酸玉米

使果品延熟，便于储存
将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。
转基因延熟番茄

丰富花品颜色，提高观赏价值。
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
二、动物基因工程前景广阔

1.用于提高动物生长速度

普通鲑鱼

转基因鲑鱼

2.用于改善畜产品的品质
如，将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因奶牛分泌的乳汁，乳糖含量降低，营养成分不变。


3.用转基因动物生产药物

什么叫转基因动物
是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。
就基因药物而言，最理想的表达场所是

乳腺
为什么?
3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。
1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。
2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。


构建基因表达载体




显微注射导入哺乳动物受精卵中
形成胚胎
将胚胎送入母体动物

只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达。
获取目的基因例
（如血清蛋白基因）


发育成转基因动物
乳房生物反应器的操作过程
4.用于转基因动物作器官移植的供体


设想
建立器官移植工厂


动物基因工程
现实
用动物的器官解决人类器官来源问题
三、基因工程药物异军突起

在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？

从生物的组织、细胞或血液中提取。


缺点

解决途径

由于受原材料来源的限制，价格十分昂贵。
利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。
基因工程胰岛素（一）
胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。
胰岛素分子结构
基因工程胰岛素（二）
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%!
胰岛素生产车间
干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。
干扰素生产车间
干扰素分子结构
基因工程干扰素（一）
基因工程人工干扰素α-2b（安达芬） 是我国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。
基因工程干扰素（二）
人造血液及其生产
人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。
其它基因工程药物
基因工程药品 —— 生长激素
治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。
现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。
其它基因工程药物

四、基因治疗曙光初照

基因治疗：

把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。
举例：

复合型免疫缺陷
患者生存在无菌环境中
复合型免疫缺陷症患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶的基因发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。

基因治疗的形式：

体外基因治疗
体内基因治疗

用于基因治疗的基因种类：

1）用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。
2）反义基因。用mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋白质的合成。
3）自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。

课堂小结
基因工程药物以及用基因工程治疗遗传性疾病。
植物基因工程应用
抗虫转基因植物、抗病转基因植物、抗逆转基因植物、改良植物品种。
动物基因工程应用
提高动物的生长速率、改善储蓄产品的品质、用转基因动物生产药物、用转基因动物做器官移植的供体。


课堂练习
1、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生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。请回答：
①将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是__________。
显微注射
②进行基因转移是，通常要将外源基因转到________中。原因是 ：
受精卵

受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达。
2、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。“转基因动物”是指 ( )
A. 提供基因的动物
B. 基因组中增加外源基因的动物
C. 能产生白蛋白的动物
D. 能表达基因信息的动物
B
3、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是 （ ）
A. 口服化学药物
B. 注射化学药物
C. 利用辐射或药物诱发治病基因突变
D. 采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响
D