高中生物人教版 (2019)选择性必修3第3节 基因工程的应用完美版ppt课件

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第三章 基因工程第3节基因工程的应用学习目标结合具体实例了解基因工程的应用（生命观念、社会责任）联系当地生产、生活中的具体实例，思考用基因工程的方法解决实际问题（社会责任）1.在农牧业方面，生产转基因抗虫植物、抗病植物、抗除草剂植物、改良植物的品质、提高动物的生长速率、改善畜产品的品质。2.在医药卫生方面，除生产胰岛素外，还生产干扰素、抗凝血酶等药物。3.在食品工业方面，生产视频工业用酶、氨基酸和维生素等。 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药物--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，基因工程还有哪些应用呢？新课讲授1一、基因工程在农牧业方面的应用1.1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。2.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。3.美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。4.2017年，我国转基因作物的种植面积居世界第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。发展现状5.在转基因动物方面，近些年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。2015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。转基因大西洋鲑的优点（1）缩短了生长周期（2）都是雌性而且不育，避免了野生鲑鱼杂交的风险。目前，基因工程技术已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。植物基因工程的应用1.抗虫转基因植物从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因（相关基因），导入作物，使其具有抗虫性，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。已问世的的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等（实例）。（1）Bt抗虫蛋白降解成有毒的多肽，多肽与昆虫的上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最终害虫死亡。（2）蛋白酶抑制剂和淀粉酶抑制剂分别抑制相应酶的活性，影响昆虫消化蛋白质和淀粉。（3）植物凝集素基因控制植物合成一种糖蛋白，此糖蛋白能与昆虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响昆虫对营养物质的吸收和利用。各种抗虫基因的作用机理2.转基因抗病植物许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。（1）抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因。（2）抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因。3.转基因抗除草剂植物杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。▲施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田▼种植转基因抗除草剂大豆的农田4.改良植物的品质随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等，利用转基因技术可以改良这些品质。例如，将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量，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%。我国科学家成功地将与植物花青素代谢相关的基因导人矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值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1.提高动物的生长速率由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家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。例如,我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。2.改善畜产品的品质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，这称为乳糖不耐受。我国约有1/3的成年人乳糖不耐受。科学家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。动物基因工程的应用新课讲授2二、基因工程在医药卫生领域的应用利用微生物或动物植物的细胞生产药物干扰素干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980—1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到20～40mg干扰素。1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。转基因哺乳动物批量生产药物（1）动物乳腺生物反应器：将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，在体外培养至早期胚胎，然后将早期胚胎移入母体内，使其发育成转基因动物。该转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。（2）乳腺生物反应器或乳房生物反应器的操作过程与转基因动物的操作过程基本相同。获取目的基因乳腺能成为基因药物最理想的表达场所的原因（1）乳腺是外分泌器官，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，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。（3）从乳汁中源源不断获得所需药物的同时，不影响转基因动物的繁殖。用转基因动物作器官移植的供体由于目前人体移植器官短缺，已经成为世界性难题，为此科学家正尝试利用基因工程的方法对猪的器官进行改造。（1）原因：在器官供体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，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。（2）改造方法：（3）以猪作为器官移植供体的原因：由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似，而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物。新课讲授3三、基因工程在食品工业方面的应用基因工程菌用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等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，相对复杂乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较1.采用重组DNA技术可人工培育抗虫棉，有关抗虫棉的说法正确的是（ ）A.抗虫棉的培育是人们在分子水平上对生物性状的改造，属于基因突变范畴B.因抗虫棉性远不同于普通品种，故其属于染色体变异C.重组DNA技术使抗虫棉获得新基因抗虫棉的育种原理可认为是基因重组D.以上说法均不正确基础检测C