基因工程的應(yīng)用蘇教

基因工程的應(yīng)用蘇教第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日【知識(shí)鏈接】基因工程是一項(xiàng)涉及多種技術(shù)操作的系統(tǒng)工程。其過(guò)程主要包括哪些步驟？獲取目的基因、制備重組DNA分子、轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞、篩選獲得目的基因的受體細(xì)胞、培養(yǎng)受體細(xì)胞并實(shí)現(xiàn)目的基因的功能表達(dá)等五大步驟或四部曲即目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日思考與討論1：將目的基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，一般采用什么方法？常選擇什么細(xì)胞作為受體細(xì)胞？【自主探究一】動(dòng)物基因工程的應(yīng)用顯微注射技術(shù)動(dòng)物的受精卵第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日思考與討論2：請(qǐng)閱讀教材p21圖1-10動(dòng)物基因工程應(yīng)用舉例，總結(jié)其應(yīng)用第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日1.提高抗病能力提高動(dòng)物對(duì)疾病的抗性，是動(dòng)物品種改良的一個(gè)重要方面。如抗豬瘟病毒的轉(zhuǎn)基因豬和抗口蹄疫病毒的轉(zhuǎn)基因兔。第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.提高產(chǎn)品產(chǎn)量如轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因動(dòng)物的成功培育轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú)（上）明顯大于野生鮭魚(yú)（下）第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.用于改善產(chǎn)品品質(zhì)舉例說(shuō)明:有些人對(duì)乳糖過(guò)敏或消化不良如轉(zhuǎn)乳糖酶基因的奶牛，轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。4.生產(chǎn)藥用蛋白問(wèn):就基因藥物而言，最理想的表達(dá)場(chǎng)所是哪里？轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺。第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日

（1）乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)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，質(zhì)量好，成本低，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過(guò)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(shí)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可無(wú)限繁殖。問(wèn):為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)所呢？第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日將藥物蛋白基因+乳腺蛋白基因+啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起，通過(guò)顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)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(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，可以通過(guò)分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱(chēng)為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。乳腺生物反應(yīng)器缺點(diǎn)：只能是雌性個(gè)體在泌乳期時(shí)才行第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）②構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子）③顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中④形成胚胎⑤將胚胎送入母體動(dòng)物⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（只有在產(chǎn)下的雌性個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）。思考:用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的操作過(guò)程是怎樣的？第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體利用基因工程對(duì)豬的器官進(jìn)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(dá)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(méi)有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日【自主探究二】植物基因工程應(yīng)用思考與討論3：請(qǐng)閱讀教材p22圖1-11植物基因工程應(yīng)用舉例，總結(jié)其應(yīng)用第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日1.提高光合作用的效率改造光合作用中起關(guān)鍵作用的CO2固定酶，能提高植物對(duì)CO2的固定效率；還能增強(qiáng)植物對(duì)光能的吸收與轉(zhuǎn)化效率來(lái)提高光合作用效率，提高作物的產(chǎn)量。第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.延長(zhǎng)果實(shí)的儲(chǔ)藏期問(wèn)：促進(jìn)果實(shí)成熟的物質(zhì)是什么？該物質(zhì)的合成需要什么酶？該酶的化學(xué)本質(zhì)是什么？該酶的合成受什么基因控制？通過(guò)基因工程可以獲得能抑制乙烯形成酶基因表達(dá)的植物新品種，這些轉(zhuǎn)基因植物的果實(shí)既保持了原有的品質(zhì)，又延長(zhǎng)了儲(chǔ)藏期。乙烯乙烯形成酶蛋白質(zhì)乙烯形成酶基因第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.提高植物次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率例如，將產(chǎn)堿桿菌的有關(guān)基因轉(zhuǎn)入擬南芥，轉(zhuǎn)基因擬南芥會(huì)產(chǎn)生大量的用于生產(chǎn)

可降解塑料的物質(zhì)，對(duì)消除白色污染有重大意義。第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日4.提高植物的抗性提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲(chóng)、抗旱和抗鹽堿等）第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日(1)抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物1.蟲(chóng)害給農(nóng)作物帶來(lái)了哪些影響?

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何防治害蟲(chóng)?有哪些不足?2.現(xiàn)在已有哪些抗蟲(chóng)植物問(wèn)世?第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日資料：可用于轉(zhuǎn)基因植物的抗蟲(chóng)基因1.Bt毒蛋白基因是從蘇云金芽孢桿菌中分離出來(lái)的抗蟲(chóng)基因。當(dāng)害蟲(chóng)食用含有轉(zhuǎn)基因的植物時(shí)，Bt基因編碼的蛋白質(zhì)會(huì)進(jìn)入害蟲(chóng)的腸道，在消化酶的作用下，蛋白質(zhì)能夠降解成相對(duì)分子質(zhì)量比較小的有毒的多肽。多肽結(jié)合在腸上皮細(xì)胞的特異性受體上，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞腫脹裂解，最后造成害蟲(chóng)死亡。由于Bt毒蛋白對(duì)哺乳動(dòng)物無(wú)毒害作用，因而廣泛用抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物。如棉花、大豆、水稻、煙草以及林業(yè)樹(shù)種。第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.蛋白質(zhì)酶抑制劑基因蛋白酶抑制劑基因廣泛存在于植物中，它產(chǎn)生的抑制劑可與害蟲(chóng)消化道中的蛋白酶結(jié)合形成復(fù)合物，從而阻斷或降低蛋白酶的活性，使昆蟲(chóng)不能正常消化食物中的蛋白質(zhì)，這種復(fù)合物還能刺激昆蟲(chóng)分泌過(guò)量的消化酶，引起害蟲(chóng)的厭食反應(yīng)。第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.淀粉酶抑制劑基因

產(chǎn)生的淀粉酶抑制劑可以抑制昆蟲(chóng)消化道中的淀粉酶活性。使害蟲(chóng)不能消化所提取的淀粉，從而阻斷害蟲(chóng)的能量來(lái)源。4.植物凝集素基因

控制植物合成一種糖蛋白，這種糖蛋白可與昆蟲(chóng)腸道粘膜上的某種物質(zhì)結(jié)合，從而影響害蟲(chóng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（2）抗病轉(zhuǎn)基因植物問(wèn)題1：什么是病原微生物？有哪些種類(lèi)？引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細(xì)菌等問(wèn)題2：為什么說(shuō)常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種？問(wèn)題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（coatprotein，CP）基因；病毒的復(fù)制酶基因因?yàn)橹参镒陨砣狈共《镜幕虻诙?yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日拓展：在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關(guān)于病毒外殼蛋白基因(CP基因)導(dǎo)入植物后的抗病毒機(jī)理，目前有幾種假說(shuō)。一種假說(shuō)認(rèn)為：CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后，會(huì)立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說(shuō)認(rèn)為：植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會(huì)抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來(lái)。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認(rèn)為抗性機(jī)理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.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第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（3）其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物1.哪些環(huán)境條件會(huì)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(duì)農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（3）.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(lái)？魚(yú)的抗凍蛋白基因第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（4）抗除草劑基因有何用途？噴灑除草劑時(shí)，殺死田間的雜草而不損傷作物第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.改良植物的品質(zhì)人體（或其它脊椎動(dòng)物）必不可少，而機(jī)體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補(bǔ)充的氨基酸，稱(chēng)必需氨基酸。必需氨基酸共有８種：賴(lài)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種氨基酸是人體細(xì)胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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)胫参锔淖儽匦璋被岷铣赏緩街心撤N關(guān)鍵酶的活性第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日轉(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)的基因轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日異想天開(kāi)第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚(yú)普通熱帶斑馬魚(yú)是不發(fā)熒光的如何讓普通熱帶斑馬魚(yú)也發(fā)熒光?第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日總結(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“向日葵豆”植株。（2）抗逆性品種將細(xì)菌的抗蟲(chóng)、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(chóng)棉。第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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(xì)胞或血液中提取。2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn):由于受原料來(lái)源的限制，價(jià)格十分昂貴?！咀灾魈骄咳课⑸锘蚬こ痰膽?yīng)用——

生產(chǎn)藥用蛋白第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.可利用什么方法來(lái)解決上述問(wèn)題？利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因工程菌，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(dá)的菌類(lèi)細(xì)胞株系。4.成果：基因工程藥品包括：細(xì)胞因子（即淋巴因子如白細(xì)胞介素—2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日

胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足社會(huì)需要。1979年，科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實(shí)現(xiàn)了表達(dá)。1982年，美國(guó)一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場(chǎng)，售價(jià)降低了30%－50%?；蚬こ趟幤贰?/p>

胰島素第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長(zhǎng)激素。而生長(zhǎng)激素的獲得很困難。以前，要獲得生長(zhǎng)激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長(zhǎng)激素?，F(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長(zhǎng)激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長(zhǎng)激素，相當(dāng)于6萬(wàn)具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰?/p>

生長(zhǎng)激素第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日干擾素是動(dòng)物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對(duì)治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980－1982年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬(wàn)倍。1987年上述干擾素大量投放市場(chǎng)?；蚬こ趟幤贰?/p>

干擾素第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.優(yōu)越性利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類(lèi)藥物，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(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)蛋白質(zhì)類(lèi)藥物。有以下優(yōu)越性：（1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無(wú)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(lái)源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動(dòng)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。第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日【自主探究四】轉(zhuǎn)基因生物1.概念：是指利用基因工程技術(shù)導(dǎo)入外源基因培育出的、能夠?qū)⑿滦誀罘€(wěn)定地遺傳給、后代的基因工程生物2.優(yōu)點(diǎn)打破常規(guī)育種難以突破的不同物種間的生殖隔離。3.轉(zhuǎn)基因食品的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量高第四十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日1.基因診斷概念

優(yōu)點(diǎn)：【自主探究五】基因診斷和基因治療第四十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2、基因治療概念：

把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)