人教版高中生物必修二6.2 基因工程及其应用 课件

6.2基因工程的应用基因工程在哪些领域取得了丰硕成果？基因工程操作程序包括哪几个步骤？一、植物基因工程硕果累累植物基因工程技术应用：主要用于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。1、抗虫转基因植物与抗病转基因植物类型项目(1)抗虫转基因植物(2)抗病转基因植物方法从某些生物中分离出具有，导入作物中将导入植物中杀虫活性的基因抗病基因基因种类Bt毒蛋白基因、抑制剂基因、抑制剂基因、植物凝集素基因等①抗病毒基因：病毒基因和病毒的复制酶基因②抗真菌基因：基因和抗毒素合成基因蛋白酶淀粉酶几丁质酶外壳蛋白成果转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等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、番茄等意义减少了的使用，降低了生产成本，减少了环境污染，降低了对人体健康的损害化学农药2、其他抗逆转基因植物(1)抗逆基因：调节细胞的基因，提高农作物抗盐碱和抗干旱能力；鱼的基因使作物耐寒；抗除草剂基因使作物除草。(2)成果：抗盐抗旱烟草、耐寒番茄、抗除草剂玉米等。渗透压抗冻蛋白3、利用转基因改良植物品质(1)优良基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和与植物花青素代谢有关的基因。(2)成果：富含的转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。赖氨酸[思维激活1]基因工程育种的主要优点有哪些？提示基因工程育种最大的优势是目的性强，克服了远源杂交不亲和的障碍。A．图中①②在基因工程中依次叫做基因表达载体、目的基因B．③的操作中使用的酶有限制酶、DNA聚合酶和DNA连接酶C．由④培育至⑤过程中，依次经历了脱分化、再分化过程D．在⑤幼苗中检测到抗枯萎病基因标志着成功培育新品种【巩固1】金茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病基因，通过下图所示的方法培育出了抗枯萎病的新品种。下列相关叙述中，正确的是()。图中①②依次叫什么?③过程的操作使用的酶有那些由④培育至⑤的过程通常叫什么技术?包括那几个阶段幼苗应具有什么?标志着成功培育出新品种幼苗应具有抗枯萎的性状标志着成功培育出新品种图中①②依次叫运载体、目的基因。限制酶和DNA连接酶组织培养技术，包括脱分化、再分化两个阶段二、动物基因工程的应用项目应用基因来源成果1、提高动物的生长速度外源基因转基因绵羊转基因鲤鱼2、改善畜产品的品质肠乳糖酶基因转基因牛分泌的乳汁中含量少生长激素乳糖如将肠乳糖酶基因导入奶牛体内，转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量低，其他成分不变。3、转基因动物生产药物药用基因＋乳腺蛋白基因的.乳腺生物反应器蛋白启动子特别提醒(1)动物基因工程的应用主要体现在提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物等方面，不是为了产生体型巨大的个体。(2)比乳腺生物反应器更具有优势的是(相同原理的)膀胱生物反应器，如收集蛋白容易，不会对动物造成伤害；不分性别、不分生殖期等。4、用转基因动物作器官移植的供体供体动物：存在的难题：解决方法：猪免疫排斥将供体基因组导入某种基因调节因子，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。[思维激活2]器官移植是一个世界性难题，现在科学家发现可以用猪的器官代替人的器官进行移植，其原因是什么？提示猪的内脏构造、大小、血管分布与人类的极为相似，而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远少于灵长目动物。【巩固2】上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。“转基因动物”是指()A．提供基因的动物B．基因组中增加外源基因的动物C．能产生白蛋白的动物D．能表达基因信息的动物解析转基因生物是指利用基因工程技术导入外源基因培育出的能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。题中的转基因牛中携带有外源的白蛋白基因。1、基因工程药物来源：。2、成果：细胞因子、、、激素等。3、作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、、各种传染病、、类风湿等疾病。三、基因工程药物异军突起转基因工程菌抗体疫苗遗传病糖尿病工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。我国利用工程菌生产的药品：白细胞介素-2，干扰素、乙肝疫苗等什么叫基因工程菌？思考讨论：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。（如生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下垂体中提取生长素。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。（1）概念：把导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。正常基因淋巴细胞四．基因治疗曙光初照1、基因治疗(2)成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者或造血干细胞中，治疗复合型免疫缺陷症。①体外基因治疗：先从病人体内获得，如T淋巴细胞，进行培养。然后，在完成基因转移，再筛选成功转移的细胞，最后重新。某种细胞体外扩增培养输入患者体内转移基因②体内基因治疗：直接向人体组织细胞中的治疗方法。(3)方法•技巧点拨(1)界定基因诊断与基因治疗基因诊断基因治疗目的基因的作用现状临床应用阶段临床试验阶段(2)基因治疗的实质在基因治疗的过程中，正常基因、病变基因都可以表达，由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达，使病人表现正常，最终达到治疗疾病的目的。制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确地检测疾病导入有基因缺陷的细胞中，替换相应基因的功能，治疗遗传病【巩固3】下图是利用基因工程方法生产人白细胞干扰素的过程图，据图回答下面的问题。(1)①过程需要________的参与。(2)②物质是从大肠杆菌分离出的________。其化学本质是________，它必须能在宿主细胞中___________________。(3)③过程表明目的基因____________________________。限制性内切酶质粒DNA复制并稳定地保存在大肠杆菌内表达【例1】科学家通过基因工程，成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉。其过程大致如图所示。植物基因工程的应用(1)细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达，产生抗性，其原因是______________________________________。(2)上述过程中，将目的基因导入棉花细胞内使用的方法是________，这种导入方法较经济、有效。目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA上，这需要通过检测才能知道，检测采用的最好方法是________。它们共用一套遗传密码农杆菌转化法DNA分子杂交技术将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法；细菌的基因能在棉花细胞内表达的原因是不同的生物共用一套遗传密码；检测目的基因是否导入受体细胞的方法是DNA分子杂交法(3)上述基因工程中的核心步骤是________，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以________给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。(4)利用基因工程技术培育抗虫棉，与诱变育种和杂交育种方法相比，具有________和_______等突出的优点，但是目前基因工程仍不能取代杂交育种和诱变育种。与基因工程技术相比，杂交育种和诱变育种方法主要具有的优点。基因表达载体的构建遗传目的性强操作简便易行克服远缘杂交不亲和性(或能有效地打破物种的生殖隔离界限)【例2】继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答以下问题。(1)进行基因转移时，通常要将外源基因转入________中，原因是________________________________________。(2)转基因小鼠的膀胱上皮细胞合成的人的生长激素的成分是________，此过程包括________和________。(3)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。动物基因工程的应用作为动物基因工程受体细胞的通常是受精卵，因为受精卵体积大，便于操作，经培养后可直接表达性状。受精卵受精卵体积大，便于操作，经培养后可直接表达性状蛋白质转录翻译膀胱上皮的生长激素的成分是蛋白质，蛋白质的合成过程包括转录和翻译膀胱生物反应器中得以表达目的基因的是小鼠的膀胱上皮细胞。【例3】科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出做体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中,再将这些转基因白细胞回输到患者体内，经过多次治疗,患者的免疫功能趋于正常。基因工程在医学领域的应用(1)基因治疗是把健康的________导入有________的细胞中，以达到治疗疾病的目的正常基因基因缺陷基因治疗就是把健康的正常基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的________。此基因工程中的目的基因是________，目的基因的受体细胞是________。(3)将转基因白细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于白细胞中能合成________。(4)人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是________________________________________________。目的基因在受体细胞中经过转录和翻译，表达产生腺苷酸脱氨酶载体(或基因的运载工具腺苷酸脱氨酶基因白细胞腺苷酸脱氨酶脱氧核苷酸的排序不同逆转录病毒的作用是作为载体，将目的基因(腺苷酸脱氨酶基因)导入白细胞中1．基因治疗(1)概念向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正和补偿基因的缺陷，达到治疗遗传病的目的。(2)过程质疑解惑(3)途径途径比较体外基因治疗体内基因治疗不同点方法从患者体内获得某种细胞→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内直接向患者体内组织细胞中转移基因特点操作复杂，但效果可靠方法较简单，但效果难以控制相同点都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验阶段项目抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物转基因改良植物的品质目的基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因①调节细胞渗透压的基因；②抗冻蛋白基因(从鱼体内获取)；③抗除草剂基因①含必需氨基酸较多的蛋白质编码基因；②控制番茄果实成熟的基因；③与植物花青素代谢有关的基因植物基因工程应用比较作用抗虫：①Bt毒蛋白水解成多肽与昆虫的肠上皮细胞的特异性受体结合，形成穿孔，细胞肿胀裂解致死；②蛋白酶抑制剂和淀粉酶抑制剂分别抑制相应酶活性，影响消化；③植物凝集素基因控制合成一种糖蛋白，此糖蛋白能与昆虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响营养物质的吸收和利用前两种为抗病毒基因；后两种为抗真菌基因①通过改变细胞内渗透压，提高抗盐碱、抗干旱能力；②提高耐寒能力；③提高抗除草剂能力①控制合成的蛋白质含必需氨基酸多；②延迟番茄成熟；③改变花瓣的颜色受体生物棉花、水稻等烟草(抗病毒)小麦(抗病毒)烟草(抗干旱、抗盐碱)；番茄(抗寒)；大豆、玉米(抗除草剂)玉米、番茄、矮牵牛等特别提醒(1)抗虫转基因植物虽能抗虫但不抗病毒、细菌、真菌等；(2)培育抗虫作物的优点：减少环境污染、降低生产成本；(3)不同的抗虫基因作用机理不同；(4)Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌。动物基因工程的应用比较项目目的基因作用受体生物说明提高动物生长速度生长激素基因促进生长，提高生长速度鲤鱼不能导入生长素基因改善畜产品的品质肠乳糖酶基因转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少奶牛