基因工程的应用课件人教选修三

基因工程的应用课件人教选修三第一页，共七十八页，2022年，8月28日1.培育转基因抗虫棉的主要步骤需要哪些工具？2.简述培育转基因抗虫棉的基本过程？思考：第二页，共七十八页，2022年，8月28日基因工程自20世纪70年代兴起后,在短短的30年间,得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域-------农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展示出美好的前景。第三页，共七十八页，2022年，8月28日植物基因工程硕果累累第四页，共七十八页，2022年，8月28日植物基因工程技术主要用于哪些方面?提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面.第五页，共七十八页，2022年，8月28日(一)抗虫转基因植物1.虫害给农作物带来了哪些影响?传统农业如何防治害虫?有哪些不足?2.如何获得抗虫植物？现在有哪些抗虫植物问世?3.抗虫基因有哪些？Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等第六页，共七十八页，2022年，8月28日1.抗虫转基因植物第七页，共七十八页，2022年，8月28日（二）抗病转基因植物1.什么是病原微生物？有哪些种类？引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白基因；病毒的复制酶基因第八页，共七十八页，2022年，8月28日2.抗病转基因植物第九页，共七十八页，2022年，8月28日4.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？几丁质酶基因和抗毒素合成基因第十页，共七十八页，2022年，8月28日抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。第十一页，共七十八页，2022年，8月28日（三）其他抗逆转基因植物1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？调节细胞渗透压的基因第十二页，共七十八页，2022年，8月28日盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关,目前科学家正在利用一些可以调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗干旱的能力。3.其他抗逆转基因植物第十三页，共七十八页，2022年，8月28日（四）利用转基因改良植物的品质人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。必需氨基酸共有８种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。第十四页，共七十八页，2022年，8月28日你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用转基因的方法加以改良？试举例说明？将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物(改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性)第十五页，共七十八页，2022年，8月28日4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因

第十六页，共七十八页，2022年，8月28日第十七页，共七十八页，2022年，8月28日5.抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物第十八页，共七十八页，2022年，8月28日转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因第十九页，共七十八页，2022年，8月28日转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因第二十页，共七十八页，2022年，8月28日异想天开第二十一页，共七十八页，2022年，8月28日总结：基因工程在农业上的应用（1）改良农作物的品质（培育高产、稳产和具优良品质的品种）（2）培育抗逆性品种将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。第二十二页，共七十八页，2022年，8月28日转基因生物与目的基因的关系转基因生物目的基因从何来抗虫棉基因抗病毒转基因小麦抗立枯丝核菌(真菌)的烟草抗盐碱和干旱作物耐寒的番茄抗除草剂的大豆富含赖氨酸的转基因玉米转基因延迟番茄转基因牵牛花降低乳糖的奶牛生产胰岛素的工程菌Bt毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌病毒外壳基因和病毒复制酶基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因鱼抗除草剂基因富含赖氨酸的蛋白质编码基因控制番茄果实成熟的基因植物花青素代谢有关的基因乳糖酶基因人胰岛素基因人第二十三页，共七十八页，2022年，8月28日请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。1.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?对哺乳动物有害吗？2.将抗虫基因导入植物细胞中用的最多的方法是什么？我国的科学家将抗虫基因导入棉花用了什么独创的方法?第二十四页，共七十八页，2022年，8月28日思考：1.细菌的基因之所以能“嫁接”到棉花细胞内，原因是

。组成细菌和棉花的DNA分子的空间结构和化学组成相同

2.利用基因工程培育抗虫棉，与诱变育种和杂交育种相比，有什么优点？是属于哪种变异？3.抗虫棉能抗病吗？第二十五页，共七十八页，2022年，8月28日科学家将菜豆储存蛋白的基因转移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植物。这一过程不涉及A.DNA按照碱基互补配对原则自我复制B.DNA以其一条链为模板合成RNAC.RNA以自身为模板自我复制

D.按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质

C

第二十六页，共七十八页，2022年，8月28日二、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度——动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等导入外源生长激素基因第二十七页，共七十八页，2022年，8月28日（二）用于改善畜产品的品质举例说明将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。第二十八页，共七十八页，2022年，8月28日上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，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（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）第二十九页，共七十八页，2022年，8月28日（三）用转基因的动物生产药物设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？转基因动物的乳腺。第三十页，共七十八页，2022年，8月28日

（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。（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。设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？第三十一页，共七十八页，2022年，8月28日将

基因与

等调控组件重组在一起，通过

等方法，导入哺乳动物的

中，将其送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。药物蛋白乳腺蛋白基因的启动子显微注射受精卵第三十二页，共七十八页，2022年，8月28日①获取目的基因（例如血清白蛋白基因）②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）③显微注射导入哺乳动物受精卵中④形成胚胎⑤将胚胎送入母体动物⑥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）。思考:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？第三十三页，共七十八页，2022年，8月28日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，常用方法是___________。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入_______中，原因是_____________。（3）通常采用_______技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。（5）膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点？显微注射法受精卵具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达DNA杂交膀胱上皮细胞第三十四页，共七十八页，2022年，8月28日（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入

，以抑制的

表达或设法除去

，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官某种调节因子抗原决定基因抗原决定基因第三十五页，共七十八页，2022年，8月28日

小结：基因工程的应用植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。第三十六页，共七十八页，2022年，8月28日基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是

A、人工合成目的基因

B、目的基因与运载体结合

C、将目的基因导入受体细胞

D、目的基因的检测和表达C第三十七页，共七十八页，2022年，8月28日1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从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。2.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。三、基因工程药品异军突起第三十八页，共七十八页，2022年，8月28日胰岛素从猪、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。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！使其价格降低了30%-50%!第三十九页，共七十八页，2022年，8月28日通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—4０mg干扰素。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。第四十页，共七十八页，2022年，8月28日基因工程人干扰素α-2b（安达芬），是我国第一个全国产业化基因工程。安达芬具有抗病毒，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。第四十一页，共七十八页，2022年，8月28日3.可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素—2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等第四十二页，共七十八页，2022年，8月28日

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。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%－50%。基因工程药品——

胰岛素第四十三页，共七十八页，2022年，8月28日

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450L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——

生长激素第四十四页，共七十八页，2022年，8月28日干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980－1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。基因工程药品——

干扰素第四十五页，共七十八页，2022年，8月28日利用微生物生产药物的优越性何在?利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。第四十六页，共七十八页，2022年，8月28日其它基因工程药物人造血液、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。人造血液及其生产第四十七页，共七十八页，2022年，8月28日基因诊断与基因治疗

诊断：用放射性同位素等标记的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞

治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。第四十八页，共七十八页，2022年，8月28日基因诊断——DNA探针概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测，是基因诊断最基本的技术之一。条件：（1）必须是单链；（2）带有容易被检测出来的标记物。第四十九页，共七十八页，2022年，8月28日基因诊断的技术和方法1.核酸分子杂交

实质上是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交。是基因诊断最基本的技术之一。2.PCR法3.分子探针：核酸分子探针是指特定的已知核酸片段，能与互补核酸序列退火杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测。满足：（1）必须是单链，（2）带有容易被检测出来的标记物。第五十页，共七十八页，2022年，8月28日基因诊断——生物芯片

从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。第五十一页，共七十八页，2022年，8月28日1、基因治疗概念：基因治疗曙光初照

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，是治疗遗传病的最有效的手段。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）2、实例：

将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗第五十二页，共七十八页，2022年，8月28日1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。第五十三页，共七十八页，2022年，8月28日第五十四页，共七十八页，2022年，8月28日取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因导入正常基因的干细胞注入患者体内第五十五页，共七十八页，2022年，8月28日取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因导入正常基因的干细胞注入患者体内第五十六页，共七十八页，2022年，8月28日

患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。

1971年，美国科学家在体外做了试验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。(2)半乳糖血症第五十七页，共七十八页，2022年，8月28日3、基因治疗的类型体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段5、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因第五十八页，共七十八页，2022年，8月28日２、基因工程与农牧业、食品工业运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)第五十九页，共七十八页，2022年，8月28日转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄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第六十页，共七十八页，2022年，8月28日导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级动物特殊动物第六十一页，共七十八页，2022年，8月28日

转基因抗虫棉花转入苏云金杆菌的一个抗虫基因，是中国目前最主要的转基因作物

第六十二页，共七十八页，2022年，8月28日

转基因番茄用细菌的基因与番茄的DNA重组，

延长了果实的抗软化、抗腐烂、耐贮藏。第六十三页，共七十八页，2022年，8月28日3、基因工程与环境保护⑴环境监测：

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探针检测出来第六十四页，共七十八页，2022年，8月28日

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。第六十五页，共七十八页，2022年，8月28日⑵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。第六十六页，共七十八页，2022年，8月28日生产基因工程药品基因工程成果与发展前景基因工程与医药卫生基因诊断基因治疗如胰岛素、干扰素

如用基因探针检测肝类病毒、诊断遗传病

把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的第六十七页，共七十八页，2022年，8月28日农业上基因工程与农牧业、食品工业畜牧养殖业上食品业获得高产、稳产和具有优良品质的农作物培养具有各种抗逆性的作物新品种

获得人们所需要的和具优良品质的转基因动物

利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达为人类开辟新的食物来源第六十八页，共七十八页，2022年，8月28日基因工程与环境保护用DNA探针检测水中病毒的含量获得分解四种烃类的“超级菌”，吞噬汞和降解土壤中DDT的细菌环境监测环境净化第六十九页，共七十八页，2022年，8月28日转基因生物有利的一面:⑴改变传统的育种方式，缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。⑵克服远源杂交不亲和障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。⑶生产有利于健康和抗病的食品。⑷培育出符合人们意愿的动植物新品种。第七十页，共七十八页，2022年，8月28日⑴有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。⑵大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。基因工程的弊端第七十一页，共七十八页，2022年，8月28日1基因治疗是指（