生物必修3三節(jié)

1、基因工程的應(yīng)用專題基因工程基因工程的實際應(yīng)用領(lǐng)域有：農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生等應(yīng)用生物：植物、動物、微生物1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物2、抗病轉(zhuǎn)基因植物3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)轉(zhuǎn)入外源基因的植（動）物轉(zhuǎn)基因植（動）物：一、植物基因工程碩果累累 看書思考:A.哪些轉(zhuǎn)基因作物已進入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段?轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、棉花和油菜B.植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）,以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面.(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物1.蟲害給農(nóng)作物帶來了哪些影響? 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何防治害蟲? 有哪些不足?2.現(xiàn)在已

2、有哪些抗蟲植物問世?3. 抗蟲基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等4.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?5.我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉取得了哪些進展?Bacillus Thuringiensis蘇云金芽孢桿菌小結(jié):優(yōu)點：減少環(huán)境污染、減低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量例子：棉花、水稻、玉米、馬鈴薯、番茄等等主要殺蟲基因： Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、 淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等典型例子：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉Bt毒蛋白基因方法：從某些生物中分離出有殺蟲活性的基因,將 其導(dǎo)入作物中使其抗蟲請閱讀P18生物資料技術(shù)卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機理。（二）抗病轉(zhuǎn)基因植物1.

3、什么是病原微生物？有哪些種類？引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細菌等2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種？3.在抗病轉(zhuǎn)基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外殼蛋白（coat protein，CP）基因； 病毒的復(fù)制酶基因4.在抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中使用什么基因？幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因 小結(jié):抗病基因： 病毒外殼蛋白基因、 病毒的復(fù)制酶基因.抗真菌基因： 幾丁質(zhì)酶基因、 抗毒素合成基因.有抗病毒基因就可以抵抗所有病毒嗎？（三）其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物1.哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？鹽堿、干旱、低溫和澇害等2.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？細胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)3.在抗鹽堿和

4、抗干旱作物中使用了什么基因？ 調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因 4.轉(zhuǎn)基因耐寒的煙草和番茄中哪種目的基因提高了其抗寒能力？目的基因從何而來？魚的抗凍蛋白基因 5.抗除草劑基因有何用途？噴灑除草劑時，殺死田間的雜草而不損傷作物轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯特點： 導(dǎo)入另一種生物的優(yōu)良性狀基因，獲得新性狀抵抗惡劣環(huán)境因素，從根本上改變作物的特性（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)人體（或其它脊椎動物）必不可少，而機體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，稱必需氨基酸。必需氨基酸共有種：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸，可影響健康。 另外12

5、種氨基酸是人體細胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用轉(zhuǎn)基因的方法加以改良？將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参锘蛘?改變必需氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果實成熟的基因轉(zhuǎn)基因矮牽牛的目的基因是什么？與植物花青素代謝有關(guān)的基因小結(jié):不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆優(yōu)點1： 改善糧食作物的營養(yǎng)成分含量，如氨基酸、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)基因藍玫瑰優(yōu)點2： 提高花卉的觀賞價值異想天開總結(jié)：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用（1）高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種 用基因工程的方法可以改善糧食作物的 蛋白質(zhì)含量。如不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆。 （2）抗逆性品種 將細

6、菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。 二、動物基因工程前景廣闊特點：發(fā)展較遲，應(yīng)用方面廣1、提高生長速度2、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)3、生產(chǎn)藥物4、作為器官移植的供體1.用于提高動物生長速度原因：外源生長激素基因的表達可以使轉(zhuǎn)基因動物生長更快轉(zhuǎn)基因鯉魚2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)點：避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適導(dǎo)入腸乳糖酶基因的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低。3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物 (重點1)設(shè)問:就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。 為什么? - 乳腺（房）生物反應(yīng)器 （1）乳腺是一個

7、外分泌器官，乳汁不進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。 （2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。 （3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。設(shè)問:為什么雌性動物乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。1.概念:2.優(yōu)點：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。 獲取

8、目的基因（例如血清白蛋白基因）構(gòu)建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子）顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達）。3.思考:用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？ 4.產(chǎn)物：抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、-抗胰蛋白酶乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)青島森淼實業(yè)有限公司 （四）用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體利用基因工程對豬的器官進行改造方法：將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官導(dǎo)入

9、人基因具特殊用途的豬和小鼠總結(jié)：基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用主要是什么？繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物。該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？從生物的組織、細胞或血液中提取。2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點:由于受原料來源的限制，價格十分昂貴。三、基因工程藥品異軍突起3.可利用什么方法來解決上述問題？利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系。(重點2)

10、基因工程藥品包括：細胞因子（即淋巴因子如白細胞介素2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!基因工程藥品 胰島素基因工程藥品 干擾素從人血中提取干擾素，300L血才提取1mg！通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取2040mg干擾素 治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。 現(xiàn)可利用基因工程方

11、法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。 基因工程藥品 生長激素2.利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在? (1）利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。 (重點3) 是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。1.什么是利用微生物生產(chǎn)藥物?總結(jié):轉(zhuǎn)基因生物與目的基因的關(guān)

12、系轉(zhuǎn)基因生物目的基因從何來抗蟲棉基因抗病毒轉(zhuǎn)基因小麥抗立枯絲核菌(真菌)的煙草抗鹽堿和干旱作物耐寒的番茄抗除草劑的大豆富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)基因延遲番茄轉(zhuǎn)基因牽牛花降低乳糖的奶牛生產(chǎn)胰島素的工程菌Bt毒蛋白基因蘇云金芽孢桿菌病毒外殼基因和病毒復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因抗凍蛋白基因魚抗除草劑基因富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因控制番茄果實成熟的基因植物花青素代謝有關(guān)的基因乳糖酶基因人胰島素基因人（一）基因診斷(了解)： 也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分

13、子；原 理：利用DNA分子雜交原理；四、基因治療曙光初照基因探針： 基因探針就是一段與目的基因或DNA互補的特異核苷酸序列。它包括整個基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA。DNA分子雜交示意圖 基因診斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速？ 在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對幾十種遺傳病進行產(chǎn)前診斷。舉例:珠蛋白的DNA探針 鐮刀狀細胞貧血癥苯丙氨酸羧化酶基因探針 苯丙酮尿癥白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 白血病1、基因治療概念：（二）基因治療 (重點4) 把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有

14、效的手段。（把特定的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，從而達到治療疾病的目的）2、實例： 將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細胞中，再將這種淋巴細胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。對嚴重復(fù)合型免疫缺陷癥的治療 1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進行基因改造，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輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。后來，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人

15、的生活，并進入普通小學(xué)上學(xué)。3、基因治療的類型體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細胞，進行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移的治病方法。（如將治療囊性纖維病的正常基因轉(zhuǎn)入患者肺組織）4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段5.用于基因治療的基因種類正?；颍簭慕】等梭w上分離得到的功能正常的基因，用以取代病變基因，或依靠其表達產(chǎn)物。反義基因。即通過產(chǎn)生的mRNA分子，與病變基因產(chǎn)生的mRNA 進行互補，來阻斷非正常蛋白質(zhì)的合成。自殺基因：即編碼可以殺死癌變細胞的蛋白酶基因。閱讀書P24頁環(huán)境監(jiān)測：基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來五、基因工程與環(huán)境保護有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。基因工程