【课件】3.3基因工程的应用课件高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第节3基因工程的应用高中生物选择性必修3第3章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。学习目标？从社会中来

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。除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢？

抗虫棉、转基因大豆、生产胰岛素等。重组人胰岛素注射液2023/2/2一、基因工程在农牧业方面的应用【资料1】基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996-2017年,全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从1.7×106hm²发展到1.898×108hm2(如图)。据2016年世界范围的统计数据表明，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。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。2023/2/2【资料2】在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些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（后排）和正常鲑鱼（前排）1.转基因抗虫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.转基因抗病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。抗病毒目的基因使用最多：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

抗真菌目的基因抗病毒的转基因小麦转黄瓜抗青枯病基因的甜椒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与什么有关与细胞内渗透压调节有关抗逆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。转基因抗旱番茄4.利用转基因改良植物品质1、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2、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3、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

中科院水生生物研究所培育的转基因鲤鱼，表现出快速生长效应。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。美国通过基因工程将人的基因植入牛的体内，由转基因公牛授精的母牛产下5头健壮的牛犊，每头都含有一个人类的基因。转基因动物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。二、基因工程在医药卫生领域的应用我国培养的转基因兔，转入的乙型肝炎表面抗原基因已在基因兔体内整合并表达。兔研人员将乙型肝炎表面抗原基因注入兔受精卵的情形。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。基因工程药物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腺生物反应器的操作过程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）我国第一个实现产业化的生物高技术产品——人α型基因工程干扰素。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。

其它基因工程药物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器官移植基因治疗基因治疗：

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。产生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。基因工程菌（1）应用：基因工程菌除了生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。（2）实例：①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。②通过构建基因工程菌，用发酵技术大量生产加工转化糖浆所需要的淀粉酶。（3）优点：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。三、基因工程在食品工业方面的应用其他应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。当堂检测1.

苏云金杆菌杀虫晶体蛋白（Bt）与豇豆胰蛋白酶抑制剂（CpTⅠ）杀虫机理不同。在转Bt基因作物种植区，发现棉铃虫种群抗性基因频率显著上升。科学家尝试用转双基因烟草对2龄幼虫进行多代抗性筛选。以下叙述错误的是（）A.利用DNA分子杂交技术不能检测烟草植株的抗虫性状B.单基因抗性筛选与双基因抗性筛选导致棉铃虫种群基因库不同C.种植转双基因烟草可避免棉铃虫产生抗性基因D.转基因植物的培育和种植应考虑可能造成的生态风险 【答案】C【解析】利用DNA分子杂交技术可以检测目的基因是否插入到受体细胞的DNA上，但是不能检测烟草植株的抗虫性状，A项正确；苏云金杆菌杀虫晶体蛋白（Bt）与豇豆胰蛋白酶抑制剂（CpTⅠ）杀虫机理不同，所以单基因抗性筛选与双基因抗性筛选对棉铃虫的选择作用不同，从而会导致棉铃虫种群基因库有差异，B项正确；自然条件下存在对棉铃虫抗性强和抗性弱的基因，种植转双基因烟草只是对棉铃虫的抗性基因起到选择作用，不会影响棉铃虫抗性基因的产生，C项错误；转基因植物的培育和种植可能造成生物多样性降低、产生超级杂草等生态风险，D项正确。2.

乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成，科学家将该基因的反义基因导入番茄细胞内，培育转基因延熟番茄，延长其储藏期。反义基因的作用机制如下图所示，下列说法错误的是（）A.有意义mRNA和反义mRNA是通过相应基因转录而来的B.乙烯生物合成酶基因的模板链的序列与反义基因的是互补的C.乙烯是乙烯生物合成酶基因的表达产物，可促进果实成熟D.因为mRNA形成双链后无法进行翻译，所以无乙烯生物合成酶生成 【答案】C【解析】由题图可以看出，有意义mRNA和反义mRNA是通过相应基因转录而来的，A项正确；反义mRNA能够与有意义mRNA进行杂交形成双链，并且有意义mRNA和反义mRNA是通过相应基因转录而来的，所以乙烯生物合成酶基因的模板链的序列与反义基因的模板链的序列是互补的，B项正确；乙烯生物合成酶基因的表达产物可以控制乙烯的合成，乙烯不是其表达产物，C项错误；翻译过程是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，题图中两种mRNA杂交在一起进而阻断了乙烯生物合成酶基因的有意义mRNA的翻译过程，D项正确。【答案】D【解析】科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。3.动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术可以使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如利用转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时（）A.仅仅利用了基因工程技术B.不需要乳腺蛋白基因的启动子C.利用基因枪法将人的生长激素基因导入受精卵中D.需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”【答案】C【解析】目前，人体移植器官短缺是一个世界性难题。要实现器官移植最大的难题是免疫排斥，A项正确。猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多，B项正确，C项错误。目前，科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是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，D项正确。4.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.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【答案】C5.科学家将某药物蛋白合成基因转移