生物必修3第三节

基因工程的实际应用领域有：农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等应用生物：植物、动物、微生物1、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物的品质转入外源基因的植（动）物转基因植（动）物：一、植物基因工程硕果累累看书思考:A.哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?转基因大豆、玉米、棉花和油菜B.植物基因工程技术主要用于哪些方面?提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面.(一)抗虫转基因植物1.虫害给农作物带来了哪些影响?传统农业如何防治害虫?有哪些不足?2.现在已有哪些抗虫植物问世?3.抗虫基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等4.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?5.我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展?BacillusThuringiensis苏云金芽孢杆菌小结:优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等主要杀虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因方法：从某些生物中分离出有杀虫活性的基因,将其导入作物中使其抗虫请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。（二）抗病转基因植物1.什么是病原微生物？有哪些种类？引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白（coatprotein，CP）基因；病毒的复制酶基因4.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？几丁质酶基因和抗毒素合成基因小结:抗病基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因.抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因.有抗病毒基因就可以抵抗所有病毒吗？（三）其他抗逆转基因植物1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？调节细胞渗透压的基因4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因5.抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯特点：导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的特性（四）利用转基因改良植物的品质人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。必需氨基酸共有８种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用转基因的方法加以改良？将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物或者改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因小结:不会引起过敏的转基因大豆优点1：改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质转基因蓝玫瑰优点2：提高花卉的观赏价值异想天开总结：基因工程在农业上的应用（1）高产、稳产和具优良品质的品种用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如不会引起过敏的转基因大豆。（2）抗逆性品种将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。二、动物基因工程前景广阔特点：发展较迟，应用方面广1、提高生长速度2、改善畜产品的品质3、生产药物4、作为器官移植的供体1.用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快转基因鲤鱼2.用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适导入肠乳糖酶基因的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低。3.用转基因的动物生产药物(重点1)设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？转基因动物的乳腺。为什么?------乳腺（房）生物反应器（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目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。设问:为什么雌性动物乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？将药物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，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。1.概念:2.优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。①获取目的基因（例如血清白蛋白基因）②构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）③显微注射导入哺乳动物受精卵中④形成胚胎⑤将胚胎送入母体动物⑥发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。3.思考:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？4.产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α-抗胰蛋白酶乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)青岛森淼实业有限公司（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，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，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官导入人基因具特殊用途的猪和小鼠总结：基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。2.传统生产方法的缺点:由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。三、基因工程药品异军突起3.可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。(重点2)基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素—2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!基因工程药品——胰岛素基因工程药品——干扰素从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。基因工程药品——生长激素2.利用微生物生产药物的优越性何在?(1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。(重点3)是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。1.什么是利用微生物生产药物?总结:转基因生物与目的基因的关系转基因生物目的基因从何来抗虫棉基因抗病毒转基因小麦抗立枯丝核菌(真菌)的烟草抗盐碱和干旱作物耐寒的番茄抗除草剂的大豆富含赖氨酸的转基因玉米转基因延迟番茄转基因牵牛花降低乳糖的奶牛生产胰岛素的工程菌Bt毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌病毒外壳基因和病毒复制酶基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因鱼抗除草剂基因富含赖氨酸的蛋白质编码基因控制番茄果实成熟的基因植物花青素代谢有关的基因乳糖酶基因人胰岛素基因人（一）基因诊断(了解)：也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；原理：利用DNA分子杂交原理；四、基因治疗曙光初照基因探针：基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。DNA分子杂交示意图基因诊断技术在什么方面发展迅速？在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。举例:⑴β—珠蛋白的DNA探针→镰刀状细胞贫血症⑵苯丙氨酸羧化酶基因探针→苯丙酮尿症⑶白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针→白血病1、基因治疗概念：（二）基因治疗(重点4)把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）2、实例：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。对严重复合型免疫缺陷症的治疗3、基因治疗的类型体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段5.用于基因治疗的基因种类①正常基因：从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物。②反义基因。即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA进行互补，来阻断非正常蛋白质的合成。③自杀基因：即编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。阅读书P24页⑴环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来五、基因工程与环境保护有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。⑵用于被污染环境的净化通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？六、基因芯片