【生物】基因工程的應(yīng)用課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

新課標(biāo)核心素養(yǎng)1.舉例說(shuō)出基因工程在農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應(yīng)用。2.認(rèn)同基因工程的應(yīng)用價(jià)值。3.關(guān)注基因工程的進(jìn)展。1.生命觀念——舉例說(shuō)出植物基因工程、動(dòng)物基因工程的成果及其給人類帶來(lái)的影響。2.社會(huì)責(zé)任——用基因工程培育優(yōu)良品種或細(xì)胞產(chǎn)品，造福人類。第3節(jié)基因工程的應(yīng)用第3章基因工程從社會(huì)中來(lái)

胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程物---重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。

除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有那些應(yīng)用呢？重組人胰島素注射液

抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因大豆、重組人干擾素、促紅細(xì)胞生成素等。醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)方面農(nóng)牧業(yè)方面基因工程的應(yīng)用基因工程在以上三方面有哪些具體應(yīng)用呢？1.應(yīng)用概況一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積呈增加趨勢(shì)。2017年，我國(guó)商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花、番木瓜。①轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物

從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因（相關(guān)基因），導(dǎo)入作物，使其具有抗蟲性，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢(shì)。已問(wèn)世的的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對(duì)照（被害蟲侵害的黃色植株）一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：減少因化學(xué)農(nóng)藥的使用而造成的環(huán)境污染和對(duì)人類健康的損害、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量。2.應(yīng)用實(shí)例2.轉(zhuǎn)基因抗病植物

科學(xué)家將來(lái)源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?，培育出轉(zhuǎn)基因抗病植物。如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會(huì)損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時(shí)，田間雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷。目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田4．改良植物的品質(zhì)(1)培育方法：(2)實(shí)例：利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，提高氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照高30%。將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，使它呈現(xiàn)出自然界沒(méi)有的顏色變異，大大提高觀賞價(jià)值。高賴氨酸玉米出現(xiàn)原本沒(méi)有的花色變異，提升觀賞價(jià)值轉(zhuǎn)基因大豆，改善糧食作物的營(yíng)養(yǎng)成分（必需氨基酸）含量高抗癌抗衰老的紫色西紅柿黃金大米1.下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因大豆的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.培育過(guò)程中可能用到抗病、抗蟲等抗性基因B.目的基因的受體細(xì)胞可以是大豆受精卵,也可以是體細(xì)胞C.轉(zhuǎn)基因大豆的種植過(guò)程中減少了農(nóng)藥等的使用量,生產(chǎn)成本更低D.固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一D解析:豆科植物可與含固氮基因的根瘤菌共生,故固氮基因并非必需的目的基因。2.下列關(guān)于抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物成功表達(dá)后的說(shuō)法,正確的是(

)A.抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物可以抵抗所有病毒B.抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物對(duì)病毒的抗性具有局限性或特異性C.抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲D.抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳,不會(huì)變異B解析:抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物只能抵抗某種或某類病毒,不可能抵抗所有病毒,更不能抗害蟲,A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后,可以隨受體細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)穩(wěn)定遺傳,也會(huì)發(fā)生變異,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物﹣轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國(guó)獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）②轉(zhuǎn)基因動(dòng)物1、用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速率原因：外源生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)更快轉(zhuǎn)入外源生長(zhǎng)激素基因的“超級(jí)小鼠”

2.應(yīng)用實(shí)例思考：

我國(guó)西北地區(qū)的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是年降雨量小，從而影響糧食的產(chǎn)量，如果從基因工程的角度考慮，如何避免糧食減產(chǎn)？可以用基因工程技術(shù)培育抗旱作物（篩選獲取抗旱基因）2、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)低乳糖奶牛（1）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。（2）優(yōu)點(diǎn)：避免食物過(guò)敏、腹瀉、惡心等不適。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

我國(guó)生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等。

可以用來(lái)預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等；1.對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物（1）藥物類型：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。（2）用途：（3）成果：1.干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？2.干擾素的作用機(jī)理是怎樣的？3.干擾素用于哪些疾病的治療？4.傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？5.目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？6.我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物的名稱叫什么？用于治療哪些疾?。刻堑鞍赘蓴_病毒復(fù)制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得重組人干擾素α-1b主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等思考討論：抗生素≠干擾素抗生素：抗細(xì)菌藥物干擾素：抗病毒藥物閱讀P90資料卡片

目前已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)物的乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物①實(shí)例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器②培育過(guò)程：藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥物③應(yīng)用：注意：?jiǎn)?dòng)子具有物種和組織的特異性胚胎移植早期胚胎培養(yǎng)早期胚胎1.乳腺生物反應(yīng)器指的是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺嗎？2.為什么將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起？3.藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的哪些細(xì)胞中？讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)幾乎所有細(xì)胞不是，乳腺生物反應(yīng)器指的就是這個(gè)轉(zhuǎn)基因生物思考比較項(xiàng)目乳腺（房）生物反應(yīng)器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物受體細(xì)胞導(dǎo)入方式生產(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同。細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異。與天然蛋白質(zhì)完全相同。細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性。哺乳動(dòng)物的受精卵微生物細(xì)胞。顯微注射法Ca2+處理法（感受態(tài)細(xì)胞法）不需要嚴(yán)格的滅菌，溫度等外界條件對(duì)其影響不大。需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件。從動(dòng)物乳汁中提取，相對(duì)簡(jiǎn)單。（一般經(jīng)過(guò)工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細(xì)胞（或發(fā)酵液）中提取，相對(duì)復(fù)雜。乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物比較典例剖析動(dòng)物基因工程前景廣闊,可利用基因工程技術(shù)使哺乳動(dòng)物成為乳腺生物反應(yīng)器,以生產(chǎn)所需要的藥品,如利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人的生長(zhǎng)激素?？茖W(xué)家培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物使其成為乳腺生物反應(yīng)器時(shí)(

)A.僅利用了基因工程技術(shù)B.不需要乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子C.利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胧芫阎蠨.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物需要進(jìn)入泌乳期才能成為“批量生產(chǎn)藥物的工廠”D學(xué)以致用下列有關(guān)利用乳腺生物反應(yīng)器與大腸桿菌生產(chǎn)藥物的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.前者在乳汁中提取藥物,后者可在細(xì)胞中提取藥物B.前者生產(chǎn)藥物的過(guò)程不需要嚴(yán)格滅菌,后者需要嚴(yán)格滅菌C.前者合成的蛋白質(zhì)可加工成熟,后者合成的蛋白質(zhì)一般不能加工成熟D.兩者的基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)均相同D思考討論：乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)受性別和年齡的限制,只有雌性動(dòng)物哺乳期才能獲得相應(yīng)產(chǎn)物

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)A.產(chǎn)量高,易獲得目標(biāo)產(chǎn)品B.目標(biāo)產(chǎn)品質(zhì)量好C.產(chǎn)品成本低D.乳汁中重組蛋白的提取和純化相對(duì)容易補(bǔ)充：膀胱生物反應(yīng)器①可以從動(dòng)物一出生就收集產(chǎn)物，不論動(dòng)物的性別和是否處于生殖期。②從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡(jiǎn)便、高效。7.繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后,膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近,科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠,其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1)將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞,常用的方法是

。

(2)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí),通常要將外源基因轉(zhuǎn)入動(dòng)物的

中,原因是

。

(3)通常采用

技術(shù)檢測(cè)外源基因是否插入了小鼠的基因組。

(4)在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí),應(yīng)使外源基因在小鼠的

細(xì)胞中特異性表達(dá)。

顯微注射法受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎細(xì)胞)具有全能性,可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中表達(dá)PCR膀胱上皮a.在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)；

尋求可替代的移植器官，如用豬的器官來(lái)解決人類器官移植的來(lái)源問(wèn)題。3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體①人體器官移植的難題：人體移植器官短缺是世界性難題②解決途徑：a.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似b.豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長(zhǎng)類動(dòng)物豬的優(yōu)點(diǎn)：最大難題：免疫排斥③改造方法：b.設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。3.下列有關(guān)動(dòng)物基因工程的說(shuō)法,錯(cuò)誤的是(

)A.將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)可提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率B.將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M中,使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低C.利用基因工程技術(shù)得到的乳腺生物反應(yīng)器可以解決很多重要藥物的生產(chǎn)問(wèn)題D.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體時(shí),導(dǎo)入的是調(diào)節(jié)因子,而不是目的基因,因此無(wú)法抑制抗原的合成D（一）基因工程菌

概念:用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。利用基因工程菌除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。（二）實(shí)例1.阿斯巴甜

一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過(guò)基因工程實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用2.凝乳酶（二）實(shí)例

大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來(lái)凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。①傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來(lái)提取。②基因工程技術(shù)：將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中，再通過(guò)工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用

基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。（3）淀粉酶、脂酶：①應(yīng)用：②制備方法：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶。構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。③優(yōu)點(diǎn)：（4）其他：①培育可以降解多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”來(lái)處理環(huán)境污染；②利用經(jīng)過(guò)基因改造的微生物來(lái)生產(chǎn)能源。3種淀粉酶基因組成的復(fù)合基因海底熱泉古生菌玉米乙醇單位產(chǎn)量的利潤(rùn)提高了8%~15%到社會(huì)中去

目前我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放了哪些轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書和進(jìn)口安全證書？

截至2019年年底，我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放過(guò)轉(zhuǎn)基因耐儲(chǔ)藏番茄、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽牛、轉(zhuǎn)基因抗病辣椒、轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書；批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進(jìn)口安全證書，但我國(guó)進(jìn)口的基本上是轉(zhuǎn)基因棉花的纖維，其他進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國(guó)沒(méi)有批準(zhǔn)任何一種轉(zhuǎn)基因糧食作物種子進(jìn)口到我國(guó)境內(nèi)商業(yè)化種植。練習(xí)與應(yīng)用（書本P92）一、概念檢測(cè)1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長(zhǎng)激素的基因后，重新導(dǎo)入大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)，再通過(guò)發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素。下列相關(guān)敘述正確的是A.轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長(zhǎng)激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長(zhǎng)激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標(biāo)記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等√2.基因工程應(yīng)用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應(yīng)用的是A.培育青霉菌并從中提取青霉素

B.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物

C.制造一種能降解石油的“超級(jí)細(xì)菌"

D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌√二、拓展應(yīng)用

1.除草劑的有效成分草甘麟能夠?qū)Ｒ坏匾种艵PSP合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導(dǎo)致植物死