人教版高中选修3生物-1-3 基因工程的应用(59张PPT)

(共60张PPT)
1.3
基因工程的应用
专题1
基因工程
基因工程的应用
植物方面
提高植物的抗虫、抗病、抗逆性
改良植物的品质
动物方面
提高动物生长速度
改善畜产品的品质
用转基因动物生产药物
用转基因动物作器官移植的供体
研制药物
基因治疗
主要在抗病虫害、抗逆性、提高品质等方面的转基因作物。至1998年4月，世界各国批准进行的大田实验已达4387项。
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
68%
22%
7%
3%
1、在农业中的应用发展迅速
2、主要用于
提高作物的抗逆能力
改良农作物的品质
生产药物
抗虫
抗病
抗盐碱、干旱
抗除草剂
抗寒
其他抗逆性
转基因植物与目的基因的关系
目的基因
作用
来源
受体
抗虫转基因植物
抗病转基因植物
抗逆转基因植物
转基因改良植物的品质
抗虫
转基因抗虫水稻(绿色植株)
对照(黄色枯萎植株)
抗病
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
抗逆性
抗旱
抗冻（寒）
抗除草剂
改良植物的品质
目的基因
作用
来源
受体
提高动物的生长速度
改善畜产品的品质
转基因动物生产药物（生物反应器或乳房生物反应器）
转基因动物作器官移植的供体
二、动物基因工程前景广阔
1.用于提高动物生长速度
2.用于改善畜产品的品质
3.用转基因动物生产药物
4.用于转基因动物作器官移植的供体
提高生长速度
比较：普通鲤鱼和转生长激素基因鲤鱼
比较：混有激素的饲料饲养鲤鱼
导入生长激素基因的转基因鲤鱼
改良畜产品
用转基因的动物生产药物
乳腺生物反应器
药用蛋白基因
导入
受精卵
转基因动物
发育成
分泌
乳汁
（含药用蛋白）
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、质量好、成本低、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。
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。
为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？
动物乳腺生物反应器的具体操作过程：
获取目的基因（例如血清白蛋白基因）→构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）→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→发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。
用转基因动物做器官移植的供体
我国生产的部分基因
工程疫苗和药物
三、基因工程药物异军突起
干扰素(由效应T细胞产生)
课本P22小字
在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接从生物体的哪些结构中提取？
药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。
传统生产方法的缺点
由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。
可利用什么方法来解决上述问题？
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
基因工程干扰素（一）
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(
二）
基因工程人干扰素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。
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
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。
基因工程药品
——
生长激素
基因工程方法生产蛋白质药物的优势是非常明显的
基因治疗是根本性的治疗
取代致病基因
导入能增强人体免疫能力的基因
体外基因治疗
复合型免疫缺陷症
体内基因治疗
遗传性囊性纤维化病
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。
目前人类基因治疗主要集中在遗传性疾病、肿瘤及某些传染性疾病。至1997年初，全世界共记录了2103例基因治疗病例（美国1700例）。其中68%是治疗肿瘤的，19%是治疗遗传病的，12%治疗传染性疾病等。
第一例基因治疗的疾病是1990年9月每个FDA批准的用ada（腺苷脱氨酶）基因治疗SCID（严重型联合型免疫缺陷症。第一例接受治疗的是一位4岁的女孩，第二例是一位9岁的女孩。
复合型免疫缺陷症的基因工程治疗
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。
患者生存在无菌环境中
基因治疗复合型免疫缺陷症的过程
用于基因治疗的基因种类
体外基因治疗
体内基因治疗
基因治疗的形式
（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。
基因诊断：
也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。
探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；
原
理：利用DNA分子杂交原理。
基因探针：
基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。
DNA分子杂交原理：
DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。
基因诊断技术在什么方面发展迅速？
在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。
1）β—珠蛋白的DNA探针
→
镰刀状细胞贫血症
2）苯丙氨酸羧化酶基因探针
→
苯丙酮尿症
3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针
→
白血病
举例
例题：干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.05μg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：
（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的
，并使之与一种叫做质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来合成
。
（2）酵母菌能用
方式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产
。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。
基因
干扰素
出芽
干扰素
提示：基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。
思考与探究
1、根据所学内容，试概括写出基因工程解决了
哪些生活、生产中难以解决的问题。
基因工程与食品业
基因工程为人类开辟新的食物来源。
1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。
2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。
基因工程为食品工业中提供了什么前景？
基因工程与环境监测（一）
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
基因工程与环境监测（二）
利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。
基因工程与环境污染治理
基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
畅想
2、假如你拥有了基因工程技术，你最想用
于哪方面？如何操作？
1、转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，其中一项基因工程就是改造CO2固定酶。其目的是（
）
A、提高光合作用效率
B、延长果实的储藏期
C、培育新作物品种
D、提高植物的抗性
A
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
A
D
4、基因治疗是把健康的外源基因导入
A、有基因缺陷的细胞中
B、有基因缺陷的染色体中
C、有基因缺陷的细胞器中
D、有基因缺陷的DNA分子中
5、下列各项中不属于基因工程在实际中应用的是
A、转基因抗虫棉的培育成功
B、利用DNA探针检测饮用水中有无病毒
C、培育工程菌使之能产生胰岛素
D、植物的杂交育种
6、1978年美国科学家利用工程技术，将人类胰岛基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出了人类胰岛素。请回答：
（1）上述人类胰岛素的合成是在
处进行的，其决定氨基酸排列顺序的mRNA的模板是由
基因转录而来的。
（2）胰岛素含有51个氨基酸，由二条肽链组成，那么决定它的合成的基因至少应含有碱基
个，若核苷酸的平均分子量为300，则与胰岛素分子对应的mRNA的分子量应为
；若氨基酸的平均分子量为90，该胰岛素的分子量约为
。　　
大肠杆菌核糖体
人类胰岛素
306
45900
3708
（3）不同生物间基因移植成功，说明生物共有一套
，从进化的角度看，这些生物具有
。
（4）某个DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因，实际并不影响遗传信息的表达功能，这说明
。
（5）该工程应用于实践，将给农业、医药等诸多领域带来革命，目前已取得了许多成就，请你列举你知道的或你所设想应用该工程的三个具体实例：
。
遗传密码
共同的原始祖先
基因是有遗传效应的DNA片段，遗传的基本单位
①将抗病毒基因嫁接到水稻体中，形成抗病毒水稻新品种；②将人的血型基因移入猪体内，培育人血的猪；
③将干扰素基因移入细菌体内，培育出能生产干扰素的细菌。