3.3 基因工程的应用课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第3章第3节基因工程的应用从社会中来

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，基因工程还有那些应用呢？重组人胰岛素注射液抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素、促红细胞生成素等。自20世纪70年代兴起后，得到飞速发展，展示出广阔前景。低乳糖奶牛基因工程肝炎疫苗转入三色紫罗兰基因的蓝玫瑰转入抗黄瓜花叶病毒基因的甜椒01基因工程在农牧业方面的应用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；基因工程的应用现状概述⑤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；⑥2015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）01基因工程在农牧业方面的应用01基因工程在农牧业方面的应用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：②实例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯等

从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使

其具有抗虫性01基因工程在农牧业方面的应用③优点：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、提高产量拓展各种抗虫基因的作用机理①Bt抗虫蛋白可降解成有毒的多肽，多肽与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致其细胞膜穿孔，最终导致害虫死亡。②蛋白酶抑制剂和淀粉酶抑制剂分别抑制相应酶的活性，影响害虫对蛋白质和淀粉的消化，还能引起害虫的厌食反应③植物凝集素基因控制植物合成一种糖蛋白，此糖蛋白能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

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。2.转基因抗病植物①培育方法：②实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等转基因抗病毒甜椒感染环斑病毒的番木瓜(左）与转基因番木瓜(右）01基因工程在农牧业方面的应用

将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出

抗除草剂的作物品种。3.转基因抗除草剂植物①培育方法：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等②实例：机械化生产农田中喷洒除草剂转基因抗除草剂玉米01基因工程在农牧业方面的应用利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。4.改良植物的品质①培育方法：

将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。②实例：高赖氨酸玉米

将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高观赏价值。转基因矮牵牛花01基因工程在农牧业方面的应用拓展利用转基因技术改良植物品质的途径①直接导入控制该性状的结构蛋白基因②导入与该性状有关的某种关键酶的基因或者改变某种关键酶的活性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。5.提高动物的生长速率①培育方法：转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。②实例：01基因工程在农牧业方面的应用6.改善畜产品的品质

将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的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。②培育方法：

乳汁中乳糖的含量大大降低的转基因牛③实例：①问题: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。01基因工程在农牧业方面的应用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:【基础训练1】(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快()(2)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌()(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物()×××【典例1】下列关于培育转基因抗虫棉的叙述，正确的是A.DNA连接酶能把Bt抗虫蛋白基因与噬菌体相连接B.Bt抗虫蛋白基因可借助花粉管通道进入受体细胞C.Bt抗虫蛋白对害虫和人都有不同程度的毒害作用D.需制备好相应抗原来检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白√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？可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）干旱盐碱地涝灾学以致用02基因工程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可以用来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；1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物①药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。②应用：③实例：02基因工程在医药卫生领域的应用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.传统生产干扰素的方法是什么？5.目前大量生产干扰素的方法是什么？6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？用于治疗哪些疾病？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从人血液中的白细胞内提取用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得重组人干扰素α-1b主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等思考阅读P90资料卡——干扰素侯云德院士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。学以致用目前已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，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.让转基因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：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发育③应用：02基因工程在医药卫生领域的应用注意：启动子具有物种和组织的特异性含有人凝血因子Ⅸ的转基因羊人治疗性抗体转基因奶牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛注意：乳腺生物反应器实质是在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称02基因工程在医药卫生领域的应用拓展：膀胱生物反应器继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异性表达？它与乳腺生物反应器相比，有什么优点？膀胱上皮细胞不受性别和生理期限制，且尿液蛋白质少，更容易分离药用蛋白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3.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：人体移植器官短缺是世界性难题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选择猪器官移植给人最大的难题是什么？免疫排斥为什么可以选择猪作为器官供体？思考02基因工程在医药卫生领域的应用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；3.用转基因动物作为器官移植的供体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。③对猪的器官进行改造的方法：02基因工程在医药卫生领域的应用导入人基因具特殊用途的猪和小鼠异想天开假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？

生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值。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(P91相关信息)：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。①概念：②应用：基因工程构建基因工程菌工业发酵批量生产③步骤：03基因工程在食品工业方面的应用2.实例：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）阿斯巴甜：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②制备方法：（2）凝乳酶：①应用：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质03基因工程在食品工业方面的应用（3）淀粉酶、脂酶：①应用：加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂肪酶②制备方法：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。③优点：2.实例：03基因工程在食品工业方面的应用（4）其他应用实例①培育可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染②利用经过基因改造的微生物来生产能源2.实例：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，相对复杂一、基因工程的应用1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？思考讨论：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。【基础训练2】(1)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性()(2)药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有()(3)用基因工程技术生产工业酶的优点是：纯度高、生产成本低、生产效率高()√×√【典例3】(2021·辽宁沈阳期中)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√【典例4】动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已在牛和羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品，其大致过程如图所示。下列有关说法错误的是A.通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可B.④通常采用显微注射技术C.在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物D.该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取√1.下列有关基因工程在农牧业方面应用的叙述，错误的是()A.将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，可培育出转基因抗病植物B.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂作物C.将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，可提高植物的营养价值D.将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，可解决人的乳糖不耐受问题D课堂练习2.利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是()A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体B.通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代C.通过显微注射法将基因表达载体导入山羊乳腺细胞D.山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶C课堂练习3.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