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

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第3节 基因工程的应用教课ppt课件，共27页。PPT课件主要包含了脑洞大开，受体细胞，苏云金芽孢杆菌，基因工程药物，基因治疗，生产奶酪，生产淀粉酶等内容，欢迎下载使用。

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?
第三节 基因工程的应用
根据基因工程的原理我们可以利用下面这些基因培育什么样的个体呢？
目前，国际上获得转基因植株的植物种类很多，其中包括水稻、玉米、棉花、甜菜、油菜等作物；番茄、黄瓜、胡萝卜等蔬菜；首蓉、白三叶草等牧草；番木瓜、苹果、甜瓜、草莓等瓜果；矮牵牛、菊花、香石竹等花卉。
【资料1】基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996-2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从1.7×106hm²发展到1.898 × 108hm2（如图）。据2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。2017年，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棉花和番木瓜。
【资料2】在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞰目的研究成果报道，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——转基因大西洋鮭（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。
利用Bt毒蛋白基因得到的转基因植物对人体有毒害吗？
普通水稻不含维生素A，以稻米为 主食的一些发展中国家，就可能由于维 生素A的缺乏导致严重的健康问题。人 们将有关酶的基因导入水稻中，并诱导 它们在水稻细胞中得以表达，使水稻中 的双香叶素－二磷酸能转化成 -胡萝卜 素。含有 －胡萝卜素的大米颜色金黄， 被形象地称为“金米”（右图）。人 们食用这种“金米”后，其中的 －胡 萝卜素会在人体内转化成维生素A，为 深受维生素A缺乏症之苦的人们带来了 “金色希望”。
【资料3】 1981年，人类第一次成功地将外源基因导入动物胚胎；1982年，科学家将大鼠的生长激素基因成功转入小鼠体内，获得体重为非转基因小鼠2~3倍的“超级小鼠”。此后基因工程在动物的应用中得到了长足发展，相继成功培育出转基因兔、绵羊、猪、鱼、牛、鸡等。
中国科学家将草鱼生长因子的基因转入黄河鲤，选育出生长速度快一倍的鲤鱼，这种转基因鲤鱼命名为冠鲤（右图）。冠鲤体内含有微量的草鱼生长激素，草鱼生长激素和鲤鱼生长激素一样，为鱼体内本来就存在的一种极不稳定的多肽，经过加热等物理处理后被分解为氨基酸，失去其激素的生理功能。与养殖普通鲤鱼相比，养殖冠鲤不仅可降低时间成本、饲料成本和劳动强度，还能降低养殖过程中可能因缺氧、疾病等导致的风险。
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，培育出了转基因抗病植物，目前已经获得抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等多种作物。
1.转基因生物硕果累累
转基因抗虫植物 从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。已问世的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稲和马铃薯等。
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。
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，因此科学家将这类基因导入动物体内，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%（图3-15）
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人植物中，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入矮牵牛中，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。
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的成年人对乳糖不耐受。为了解决这一问题，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。
实例4. 乳腺生物反应器
喝牛奶可以代替打针吃药吗？
转基因动物（泌乳期分泌的乳汁中含有药用蛋白）
思考：如何让药用蛋白基因只在泌乳期的乳腺中表达呢？
将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。
利用转基因技术，可以使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”，如乳腺生物反应器。
1993年，我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准持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。
表3-1 部分利用基因工程技术生产的医用多肽和蛋白质类产品
胰岛素 胰岛素是一种蛋白质激素，它存在于人和动物的胰脏中。胰岛素是治疗胰岛素依赖型糖尿病（IDDM）的有效药物，传统生产胰岛素的方法只能从 猪和羊的胰腺中提取，获得1g胰岛素大约需要100kg的猪胰脏，因此生产成 本高，患者难以支付昂贵的药费。1978年，科学家在大肠杆菌中成功地表达了 人胰岛素，并于1982年被美国正式批准生产和销售。1985年，日本也研制出 了表达胰岛素的技术并有产品投放市场。用基因工程方法生产胰岛素的产量可 达100mg/L。它的问世和上市，为众多的糖尿病患者带来了福音。
干扰素 干扰素是病毒侵入细胞后产生的糖蛋白，它有α、β和γ三大类型。干扰素具有抗病毒、抗细胞分裂和免疫调节等多种生物学功能，是治疗病毒性肝炎和肿瘤的药物。传统生产干扰素的方法是从人血液中提取，
产量极低，治疗一个肝炎患者需要几万美元。1980年，人白细胞干扰素基因获得克 隆和表达，美国的基因工程产品α、β和γ-干扰素分别于1986年、1990年和 1993年获准投放市场。我国科学家也对基因工程α-干扰素进行了研究，并于1989年投入工业化生产（图1-8），这是我国第一个基因重组新药。通过基因工程，干扰素的成功生产，大大降低了患者的治疗费用。
乙型肝炎疫苗 乙型肝炎是全球性传染病，全世界乙型肝炎病毒携带 者约有2亿人。这一疾病在我国尤为 突出，目前还没有特效药物治疗此病， 因此，研制乙肝疫苗迫在眉睫。1982 年，乙肝抗原在酵母菌中表达成功； 1986年，美国的酵母乙肝疫苗正式投放市场；1988年，法国的哺乳动物细 胞乙肝疫苗开始批量生产，为预防乙型肝炎做出了重要贡献。近年来，我国在 乙型肝炎疫苗的研制和乙型肝炎的防治中也取得了显著成绩。
实例：镰状细胞贫血的治疗方案
将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶细胞内，可以纠正基因缺陷而达到治疗疾病的目的。我们把这种生物医学技术称为基因治疗（gene therapy）。基因治疗的策略主要有基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。
通过动物基因工程技术，利用高等哺乳动物培育人类紧缺的移植器官。
3. 用转基因动物作器官移植的供体
将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶