3.3基因工程的应用高二下学期生物人教版选择性必修3

学习目标举例说出基因工程在农牧业方面的应用自学指导一：阅读课本P87-89页，回答下列问题（3min）1.基因工程在农牧业方面有哪些应用？2.第一种用于食用的转基因动物是什么？3.转基因抗虫植物的培育方法是？实例有？4.转基因抗病植物的培育方法是？实例有？5.转基因抗除草剂植物的培育方法是？实例有？6.如何改良植物品质？（以转基因玉米和转基因矮牵牛为例）7.如何提高动物的生长速率实例有？8.如何改善畜产品的品质植物方面①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。

转基因作物的种植使化学农药的施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t,增加经济效益1.3万亿。②美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家③世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；④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；动物方面①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；②2015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）思考：转基因作物有哪些优点？减少化学杀虫剂使用量（生物防治）增加作物产量、增加经济效益改良动植物品种基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。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1.转基因抗虫植物①培育方法：④优点：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②主要杀虫基因：③实例：从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、降低生产成本、提高产量。转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（被害虫侵害的黄色植株）病毒外壳蛋白基因（CP基因）、病毒的复制酶基因抗病毒基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗真菌基因：2.转基因抗病植物②方法：④实例：③抗病基因：科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。①背景：许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等3.转基因抗除草剂植物①背景：②方法：③实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。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。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④优点：喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物。转基因抗除草剂玉米种植转基因抗除草剂大豆的农田优良基因成果

的蛋白质编码基因富含赖氨酸的转基因玉米与植物花青素代谢相关的基因____________必需氨基酸含量多转基因矮牵牛转基因矮牵牛转基因玉米转入维生素A合成酶基因的大米4.改良植物的品质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）我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食

的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？思考·讨论:可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）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。转基因鲤鱼、转基因小鼠。外源生长激素基因。5提高动物的生长速率培育方法：实例：目的基因：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，称之为乳糖不耐受。转基因牛(乳汁中乳糖的含量大大降低)。肠乳糖酶基因。6改善畜产品的品质解决问题：实例：目的基因：1.从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低生产成本。2.种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。3.为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。思考·讨论:基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。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1.转基因抗虫植物含有Bt毒蛋白，对人体无毒，但是鳞翅目昆虫幼虫的肠道细胞含有Bt蛋白的受体，Bt蛋白与受体结合导致肠道壁穿孔，使幼虫死亡。下列叙述错误的是A.促进Bt蛋白的合成有助于提高植物的抗虫效果B.通过DNA分子杂交技术可以检测Bt蛋白基因是否表达C.将Bt蛋白基因导入植物细胞的方法可以使用花粉管通道法或农杆菌转

化法D.将植物材料和农杆菌共同培养之前，需要对植物材料进行消毒处理√B、可通过DNA分子杂交技术检测Bt蛋白基因是否插入受体细胞染色体DNA上，而检测目的基因是否表达应该采用抗原-抗体杂交技术，B错误;2.下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是A.将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内B.将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米D.将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达√学习目标举例说出基因工程在医药卫生和食品工业方面的应用自学指导：阅读课本P90-91页，回答下列问题（限时4min）1.基因工程在医药卫生领域有哪些应用？2.对微生物进行基因改造生产的药物类型、用途、成果？3.干扰素的化学本质作用机理是？传统生产和大量生产干扰素的方法分别是？用于哪些疾病的治疗？3.乳腺生物反应器过程是？思考：结合课时练P98，分析乳腺生物反应器和基因工程菌生产药物的不同？4.运用基因工程如何对器官进行改造减少免疫排斥？5.基因工程在食品方面有哪些应用？6.传统和现代工艺如何生产凝乳酶？7.利用基因工程技术获得的工业用酶的优点？让转基因哺乳动物或微生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1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造来生产药物药物类型细胞因子、抗体、疫苗和激素等用途预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等成果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重组人胰岛素资料卡——干扰素

干扰素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。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。

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。

1980-1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到20—40mg干扰素。

传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。

1.干扰素的化学本质是什么？2.干扰素的作用机理是怎样的？3.干扰素用于哪些疾病的治疗？4.目前大量生产干扰素的方法是什么？糖蛋白干扰病毒复制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等思考·讨论:用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得目前已经在牛、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.利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物①实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器②培育过程：③应用：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体显微注射受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物早期胚胎培养胚胎移植早期胚胎药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体显微注射受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物早期胚胎培养胚胎移植早期胚胎优点

缺点

过程示意图产量高、质量好、成本低、易提取容易受时间和性别的限制构建膀胱生物反应器是将目的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。膀胱生物反应器具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯更高。优点：讨论：乳腺生物反应器和膀胱生物反应器的区别①乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，膀胱反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，二者的优点是产量高、质量好、成本低、易提取，且不会对动物造成伤害。②乳腺生物反应器是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。313.利用基因工程技术，让微生物批量生产药物——胰岛素

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%!

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。1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？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。2.培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。3.与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？(1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。(2)产物直接经乳汁分泌，易提取。思考·讨论: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完全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，相对复杂寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。4.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：人体移植器官短缺②解决途径：a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似b.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猪的优点：最大难题：免疫排斥③改造方法：a.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b.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。2022年1月7日，马里兰大学医学院进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（DavidBennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。医生用一只1岁大、240磅重的小猪心脏替换了Dave原本的心脏。而这只小猪，是Revivicor公司专门为异种移植进行基因编辑和培育的。2022年3月8日，大卫·贝内特因病情恶化而不幸去世，这颗猪心脏让他延长了2个月寿命。他的家人表示：感谢每一个创新时刻，每一个疯狂的梦想，每一个不眠之夜，感谢每一分努力。希望这个故事成为希望的开始，而不是结束。3.(2022·吉林长春高二期中)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.人体移植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√基因工程外源基因高效表达基因工程构建基因工程菌工业发酵批量生产概念：步骤：应用：用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌利用基因工程菌，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.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。2.实例：（1）阿斯巴甜：（2）凝乳酶：①应用：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质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③具体操作：②传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。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。（3）淀粉酶、脂酶：①应用：②制备方法：加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产③优点：

有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。5.净化污染的环境3种淀粉酶基因组成的复合基因海底热泉古生菌玉米乙醇单位产量的利润提高了8%~15%6.生产能源转基因抗虫植物基因工程的应用农牧业方面医药卫生方面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让转基因哺乳动物或微生物批量生产药物用转基因动物作为器官移植的供体食品工业方面基因工程菌实例基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物背诵记忆：基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业方面的应用一、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嘌呤和尿嘧啶的含量相等C当堂检测2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（

）A.培育青霉菌并从中提取青霉素B.利用乳腺生物反应器生产药物C.制造一种能降解石油的“超级细菌"D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌A练习与应用（P92）二、拓展应用除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会