基因工程的应用 【知识精讲架构+备课精研精梳】 高二生物课件（人教版2019选择性必修3）

第第3节节 基因工程的应用基因工程的应用第第3 3章章 基因工程基因工程低乳糖奶牛低乳糖奶牛基因工程肝炎疫苗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从社会中来 胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统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，生产的成用一年的胰岛素需要上千头牛，生产的成本非常高。本非常高。19781978年，科学家将编码人胰岛年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞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-重重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。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？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、促红细胞生成素抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素、促红细胞生成素等。等。自20世纪70年代兴起后，得到飞速发展，展示出广阔前景。医药卫生领域医药卫生领域食品工业方面食品工业方面农牧业方面农牧业方面基基因因工工程程的的应应用用一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用1996-2017年，全世界转基因作物种植年，全世界转基因作物种植面积增加了面积增加了100多倍。多倍。转基因作物的种植使转基因作物的种植使化学农药的施化学农药的施用量减少用量减少了了8.2%，作物产量增加作物产量增加了了6.6108t,增加经济效益增加经济效益1.3万亿。万亿。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；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基因作物有棉花和番木瓜棉花和番木瓜；基因工程的应用现状概述几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入有些成果正在进入实用化和商业化实用化和商业化开发的阶段；开发的阶段；20152015年年1111月，月，第一种第一种用于用于食用食用的转基因动物的转基因动物转基因大西转基因大西洋鲑洋鲑（俗称（俗称“三文鱼三文鱼”）在美国获得批准上市。）在美国获得批准上市。转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用基因工程的应用现状概述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。一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用转基因抗虫植物转基因抗虫植物农农牧牧业业方方面面的的应应用用转基因抗病植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物转基因抗除草剂植物改良植物的品质改良植物的品质提高动物的生长速率提高动物的生长速率改良畜产品的品质改良畜产品的品质1.转基因抗虫植物转基因抗虫植物一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用 从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性培育方法：培育方法：实例：实例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用 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。2.2.转基因抗病植物转基因抗病植物培育方法：培育方法：实例：实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等抗病毒转基因甜椒、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感染环斑病毒的番木瓜(左）与左）与转基因番木瓜转基因番木瓜(右）右）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。转转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等3.3.转基因抗除草剂植物转基因抗除草剂植物培育方法：培育方法：实例：实例：一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用机械化生产农田中喷洒除草剂转基因抗除草剂玉米利用利用转转基因技基因技术术改良植物的改良植物的营营养价养价值值、观赏观赏价价值值等。等。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%。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。4.改良植物的品质改良植物的品质培育方法：培育方法：实例：实例：一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用高高赖赖氨氨酸酸玉玉米米转转基基因因矮矮牵牵牛牛花花抗癌抗癌抗衰抗衰老的老的紫色紫色西西红红柿柿转转基因基因鲤鱼鲤鱼的的生生长长速率比非速率比非转转基因基因鲤鱼鲤鱼提高了提高了42%42%115%115%。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提高动物的生长速率培育方法：培育方法：实例：实例：一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用 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。乳汁中乳糖乳汁中乳糖的的含量大大降低含量大大降低的的转转基因牛基因牛6.6.改善畜产品的品质改善畜产品的品质培育方法：培育方法：实例：实例：一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用解决的问题解决的问题:有些人由于有些人由于乳糖酶乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的分泌少，不能完全消化牛奶中的乳乳糖糖，食用牛奶后会出现，食用牛奶后会出现腹泻腹泻等不适症状，称之为等不适症状，称之为乳糖不耐受乳糖不耐受 我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，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？虑，如何避免粮食减产？可以用基因工程技术可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）获取抗旱基因）抗盐碱、干旱基因。干旱盐碱地涝灾抗盐碱、抗旱、耐寒、抗除草剂。学以致用让让转基因哺乳动物转基因哺乳动物批量生产药物批量生产药物用转基因动物作为用转基因动物作为器官移植的供体器官移植的供体对对微生物或动植物的细胞微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物进行基因改造生产药物医医药药卫卫生生领领域域的的应应用用 我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞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、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；糖尿病和类风湿关节炎等；1.1.对对微生物或动植物的细胞微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物进行基因改造生产药物药物类型：药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。胞因子、抗体、疫苗和激素等。应用：应用：实例：实例：二、基因工程在医药卫生领域的应用二、基因工程在医药卫生领域的应用资料卡干扰素 干扰素是一种具有干扰素是一种具有干扰病毒复制干扰病毒复制作用的作用的糖蛋白糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病病毒感染性疾病。此外，。此外，干扰素对于治疗干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病些白血病等也有一定的疗效。等也有一定的疗效。19931993年我国批准生产年我国批准生产重组人干扰素重组人干扰素-1b-1b，它是，它是我国批准生产的我国批准生产的第一个基因工程药物第一个基因工程药物，目前主要用于，目前主要用于治疗治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。等。1980-19821980-1982年，科学家用年，科学家用基因工程方法从大肠杆基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从了干扰素，从1Kg1Kg培养物中可培养物中可以得到以得到2040mg2040mg干扰素。干扰素。传统生产干扰素的方法是从传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内人血液中的白细胞内提取，每提取，每300L300L血液只能提取血液只能提取1m1mg g干扰素。干扰素。1.1.干扰素的化学本质是什么？干扰素的化学本质是什么？2.2.干扰素的作用机理是怎样的？干扰素的作用机理是怎样的？3.3.干扰素用于哪些疾病的治疗？干扰素用于哪些疾病的治疗？4.4.传统生产干扰素的方法是什么？传统生产干扰素的方法是什么？5.5.目前大量生产干扰素的方法是什么？目前大量生产干扰素的方法是什么？6.6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？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？用于治疗哪些疾病？糖蛋白糖蛋白干扰病毒复制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重组人干扰素-1b-1b 主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等思思考考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？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）（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）用用PCRPCR扩增扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；乙肝病毒抗原蛋白基因；将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体构建基因表达载体；将该基因表达载体将该基因表达载体导入酵母菌导入酵母菌(该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不是用是用CaCa2+2+处理，而是用醋酸锂处理）；处理，而是用醋酸锂处理）；检测并鉴定检测并鉴定，筛选出成功转化的酵母菌，进行，筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养发酵培养，分离并提纯产物分离并提纯产物，获得乙，获得乙肝病毒抗原蛋白。肝病毒抗原蛋白。学以致用学以致用 目前已经在目前已经在牛、山羊牛、山羊等动物乳腺生物等动物乳腺生物反应器中，获得了反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和生长激素和-抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶等重要医药产品等重要医药产品2.2.让转基因哺乳动物批量生产药物让转基因哺乳动物批量生产药物实例：例：乳腺生物反乳腺生物反应器器或或乳房生物反乳房生物反应器器培育培育过程：过程：药用蛋白基因药用蛋白基因乳腺中特异表达乳腺中特异表达的基因的启动子的基因的启动子等调控元件等调控元件基基因因表表达达载载体体显微显微注射注射受受精精卵卵泌乳期分泌乳期分泌乳汁泌乳汁转转基基因因动动物物药药物物发育育应用：应用：二、基因工程在医药卫生领域的应用二、基因工程在医药卫生领域的应用含有人凝血因子含有人凝血因子的转基因羊的转基因羊人治疗性抗体转基因奶牛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乳汁中含有人生长激素的转基因牛注意：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基因动物的总称(1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。(2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白