3.3 基因工程的应用课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

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。问题探讨

从社会中来除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢？第3节

基因工程的应用1.举例说出基因工程在农牧业、医药业、食品工业等方面的应用。(重点)2.关注基因工程的进展，理性看待基因工程的安全性。3.掌握乳腺生物反应器。（难点）学习目标一、基因工程在农牧业方面的应用（一）发展现状：①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。②转基因作物的种植使化学杀虫剂的施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t，增加经济效益1.3万亿。③美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。④2017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。1.转基因农作物一、基因工程在农牧业方面的应用（一）发展现状：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。2.转基因动物转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）目前，基因工程技术已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。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项目为什么要培育怎样培育举例优点转基因植物抗虫抗病抗除草剂改良品质转基因动物提高生长速率改良畜产品品质阅读教材P88-89内容，按照下表中的几个方面进行梳理、讨论，填写表格：(3min)自学指导1【在农牧业方面的应用】(二)转基因抗虫植物1.为什么培育转基因抗虫植物？污染环境，损害人类健康，增加生产成本。使用化学农药杀虫的弊端从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中，培育出其具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。一、基因工程在农牧业方面的应用农产品每年因虫害减产，造成经济损失数额大。2.解决这些弊端的途径：一、基因工程在农牧业方面的应用拓展延伸：抗虫目的基因种类Bt毒蛋白基因淀粉酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因植物凝集素基因阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。抗虫基因转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。(二)转基因抗虫植物一、基因工程在农牧业方面的应用普通水稻抗虫水稻普通水稻

抗虫水稻减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量。3.成果：4.优点：一、基因工程在农牧业方面的应用(三)转基因抗病植物1.原因：植物病害是多种多样的，从根茎叶到花和果实都有病害发生。许多栽培作物自身缺少抗病基因。将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。2.方法：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗病毒基因：抗真菌基因：抗病目的基因种类转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。一、基因工程在农牧业方面的应用(三)转基因抗病植物3.成果：

普通木瓜

抗病毒木瓜转基因抗病毒甜椒一、基因工程在农牧业方面的应用(四)转基因抗除草剂植物1.原因：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。杂草对除草剂产生抗性，残留除草剂对人体有危害。2.方法：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。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转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。一、基因工程在农牧业方面的应用(四)转基因抗除草剂植物3.成果：4.优点：在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。一、基因工程在农牧业方面的应用(五)改良植物的品质1.原因：随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等。2.成果及方法：某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，可以提高这种氨基酸的含量。与植物花青素代谢相关的基因转基因矮牵牛呈现自然界没有的颜色富含赖氨酸的转基因玉米富含抗氧化物花青素的紫色西红柿(左)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。一、基因工程在农牧业方面的应用(六)提高动物的生长速率1.原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得很快。2.方法：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%。3.成果：一、基因工程在农牧业方面的应用(七)改善畜产品的品质乳糖耐受（有乳糖酶）乳糖不耐受（无乳糖酶）1.原因：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的成年人对乳糖不耐受。2.方法：将乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得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。在传统的蛋白质类药物生产中，是直接从生物的组织、细胞或血液中提取而来的，因为受到原料来源的限制，产量低，价格贵，远不能满足患者的需求。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。每100kg胰腺只能提取4~5g胰岛素。

从社会中来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。自学指导2阅读教材P90-91内容，回答以下问题：(3min)1.利用基因工程生产药物的方法有哪些？除了生产药物之外，基因工程技术在医药卫生领域还可以用于？2.

什么是干扰素？它可治疗哪些疾病？如何生产？3.

根据前面所学的基因工程的操作程序，说出通过基因工程方法用酵母菌生产乙肝疫苗（乙肝病毒抗原蛋白基因）的过程。4.

什么是乳腺生物反应器？如何培育？5.

转基因如何解决异种器官移植的问题？【在医药卫生领域的应用】让转基因哺乳动物批量生产药物用转基因动物作为器官移植的供体对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物医药卫生领域的应用(一)对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物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药物均已投放市场。细胞因子、抗体、疫苗和激素等。(1)常见药物类型：(2)应用：预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。(3)实例：二、基因工程在医药卫生领域的应用干扰素是人体或动物受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，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、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。(1)传统生产方法：(2)现代生产方法：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资料卡从人血液中白细胞提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。干扰素1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。抗生素≠干扰素①抗生素：抗细菌药物②干扰素：抗病毒药物资料卡干扰素酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素/干扰素有什么优势？思考大肠杆菌酵母菌能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素/胰岛素吗？为什么？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。[学以致用]根据前面学过的基因工程的操作程序，说出通过基因工程方法用酵母菌生产乙肝疫苗的过程是怎样的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）①用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；②将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；③将该基因表达载体导入酵母菌(该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不是用Ca2+处理，而是用醋酸锂处理）；④检测并鉴定，筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养，分离并提纯产物，获得乙肝病毒抗原蛋白。获取目的基因构建基因表达载体导入哺乳动物受精卵形成胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（1）乳腺生物反应器或乳房生物反应器的生产过程二、基因工程在医药卫生领域的应用(二)利用转基因哺乳动物批量生产药物药用蛋白基因（如血清蛋白基因、人生长激素基因等）将目的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显微注射法进入泌乳期后，从分泌的乳汁中获得所需的药物目前已经在牛、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(2)应用：二、基因工程在医药卫生领域的应用(二)利用转基因哺乳动物批量生产药物1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达几乎所有细胞不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物2.为什么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？3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？[思考]二、基因工程在医药卫生领域的应用(二)利用转基因哺乳动物批量生产药物①产量高，易收获目标产品，随着乳汁分泌排出体外。②目标产品质量好，乳腺组织不仅具有合成蛋白质的能力，而且具有全面的蛋白质修饰和加工能力。③生产成本低。④提取和纯化产品操作比较简单。(3)优点：①必须选择雌性个体②动物泌乳期有间隔③有些蛋白不能在乳腺里表达④某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同人生长激素基因提供受精卵显微注射代孕转基因羊生长激素羊奶载体含有乳腺细胞中特异表达基因的启动子(4)缺点：构建膀胱生物反应器是将药用蛋白基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿液中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。膀胱生物反应器优点：①可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否处于生殖期（性别、年龄）。②从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。二、基因工程在医药卫生领域的应用(三)用转基因动物作为器官移植的供体二、基因工程在医药卫生领域的应用(三)用转基因动物作为器官移植的供体1.人体器官移植的难题：2.解决途径：人体移植器官短缺是世界性难题。寻求可替代的移植器官，如利用基因工程对猪的器官进行改造，来解决人类器官移植的来源问题。3.选用猪作为器官移植供体的原因①猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似；②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。最大的难题：存在免疫排斥反应。二、基因工程在医药卫生领域的应用(三)用转基因动物作为器官移植的供体4.对猪器官改造的方法：②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。①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；自学指导3阅读教材P91内容，回答以下问题：(3min)【在食品工业方面的应用】1.什么是基因工程菌？2.基因工程菌有哪些应用实例？3.比较利用乳腺生物反应器生产药物和基因工程菌生产药物的不同之处。用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。基因工程构建基因工程菌工业发酵批量生产利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。(1)概念:(2)步骤:(3)应用:三、基因工程在食品工业方面的应用(一)基因工程菌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。1.实例——阿斯巴甜2.实例——凝乳酶大多数奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质。杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。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组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。三、基因工程在食品工业方面的应用(二)基因工程菌的利用(1)应用:(2)传统制备方法:(3)基因工程技术:3.实例——淀粉酶、脂肪酶淀粉酶、脂肪酶运用优点基因工程制备加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂肪酶构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产基因工程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(二)基因工程菌的利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。四、基因工程在环保领域的应用比较项目乳腺（房）生物反应器基因工程菌生产药物基因结构基因产物受体细胞导入方式生产条件产物提取哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异与天然蛋白质相同细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性哺乳动物的受精卵微生物细胞显微注射法Ca2+处理法（感受态细胞法）不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件从动物乳汁中提取，相对简单（一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂拓展思维转基因抗虫植物基因工程的应用农牧业方面医药卫生领域转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改善畜产品的品质提高动物的生长速率改良植物的品质利用哺乳动物批量生产药物：乳腺生物反应器建立移植器官工厂食品工业方面利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素利用微生物或动植物细胞生产药物课堂小结转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查：1.目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。到社会中去2.你或你的亲朋好友在日常生活中使用的生物产品，哪些在生产过程中用到了转基因技术？课后习题·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瞟吟和尿囉曉的含量相等C课后习题·概念检测2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下