2018-2019学年高中生物 专题1 基因工程 1.3 基因工程的应用课件 新人教版选修3

1.3基因工程的应用情境导入课程目标赖氨酸是一种重要的必需氨基酸,普通玉米因赖氨酸的含量较低而使营养价值降低。现在科学家已培育出富含赖氨酸的玉米,你知道富含赖氨酸的玉米是如何培育出来的吗?该技术的基本原理和途径是怎样的?1.列举基因工程在植物、动物方面的具体应用及取得的丰硕成果。2.列举基因工程在医疗方面的具体应用及取得的丰硕成果。3.举例讨论并用流程图表示几种转基因生物的培育过程。4.尝试运用基因工程原理,提出解决某一实际问题的方案。5.关注基因工程的发展。一二三一、植物基因工程硕果累累植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,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(1)方法:将从某些生物中分离出的具有杀虫活性的基因导入作物中,使其具有抗虫性。(2)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、植物凝集素基因等。(3)意义:减少化学农药的使用,降低生产成本,减轻对环境的污染。四一二三2.抗病转基因植物(1)引起植物生病的微生物称为病原微生物,主要有病毒、真菌和细菌等。(2)目的基因:病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因(抗病毒);几丁质酶基因和抗毒素合成基因(抗真菌)。(3)意义:能够获得用常规育种方法很难培育出的抗病毒新品种。3.抗逆转基因植物(1)原理:盐碱、干旱、低温、涝害等不利的环境条件,是造成低产、减产的常见因素。干旱和盐碱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关。(2)目的基因:可调节细胞渗透压的基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因。(3)成果:抗盐抗旱烟草、抗寒番茄、耐除草剂玉米等。四一二三4.利用转基因改良植物的品质(1)应用范围:可以提高生物中氨基酸的含量、延长番茄等果实的储存时间、改变花色等,从而提高作物品质。(2)实例:将某些必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因,导入植物中;或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性,提高氨基酸的含量。自主思考转基因育种与常规育种方法相比,优点有哪些?提示:①目的性强,能定向改造生物性状;②能克服远缘杂交不亲和的障碍。四一二三二、动物基因工程前景广阔动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。1.用于提高动物生长速度:将外源生长激素基因导入动物体内成功表达,可以提高动物的生长速率。2.用于改善畜产品的品质:科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,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。3.用转基因动物生产药物:科学家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,通过显微注射等方法,导入哺乳动物的受精卵中,然后,将受精卵送入母体内,使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品,因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。四一二三4.用转基因动物作器官移植的供体:器官移植最大的难题是免疫排斥。科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进行改造,采用的方法是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。自主思考将基因工程用于提高动物生长速度有何意义?提示:能提高家畜、家禽、鱼、虾等农牧渔产品的产量,解决人类的食物供应问题。四一二三四三、基因工程药物异军突起1.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。2.利用工程菌生产的药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。3.干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。由于干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染,因此它是一种抗病毒的特效药。一二三四四、基因治疗曙光初照1.基因治疗是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。2.基因治疗可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种。无论哪一种基因治疗都处于初期的临床试验阶段。探究一探究二易错点排查植物基因工程和动物基因工程的应用●问题导引●植树种草是干旱地区防治土地沙化的根本措施,但水源短缺所引发的树种或草种成活率低是妨碍干旱地区成功绿化的突出难题。思考:(1)为了在干旱地区实施绿化,对选择的树种或草种有何要求?(2)如果在干旱地区引种不耐旱的树种或草种,对它们应如何操作才能获得成功?提示:(1)应选择耐旱的树种或草种进行绿化。(2)寻找其他物种的耐旱基因并将这些耐旱基因通过转基因技术导入不耐旱的树种或草种,从而把它们培养成耐旱的新品种,提高种植成活率。探究一探究二易错点排查●名师精讲●1.植物基因工程领域的成果植物基因工程技术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。项目抗虫转基因植物抗病转基因植物其他抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质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探究一探究二易错点排查项目抗虫转基因植物抗病转基因植物其他抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质作用抗虫:Bt毒蛋白水解成多肽,与昆虫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;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;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改变花瓣的颜色探究一探究二易错点排查项目抗虫转基因植物抗病转基因植物其他抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质举例转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等烟草(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)转基因延熟番茄、富含赖氨酸的转基因玉米、转基因矮牵牛等说明①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④Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌引起植物生病的微生物有病毒、细菌、真菌三大类抗逆指抵抗不良环境的能力赖氨酸、亮氨酸等都属于必需氨基酸探究一探究二易错点排查特别提醒(1)注意“抗虫”和“抗病”的区别:前者特指对害虫啃食的抵御,而后者特指对病原微生物感染的抵御。(2)改良植物品质的含义是改变细胞内生化物质的种类和含量。探究一探究二易错点排查2.动物基因工程领域的成果动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等方面显示了广阔的应用前景。方向目的基因实例提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼等改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中乳糖含量较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件具有乳腺生物反应器的转基因动物作器官移植供体的转基因动物抑制抗原决定基因表达的调节因子无免疫排斥反应的转基因克隆猪探究一探究二易错点排查3.乳腺生物反应器(1)概念。科学家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,通过显微注射等方法,导入哺乳动物的受精卵中,然后,将受精卵送入母体内,使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品,因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。特别提醒乳腺生物反应器特指生产药物的转基因动物,而非机械仪器。探究一探究二易错点排查(2)培育过程。获取目的基因(如血清白蛋白基因、生长激素基因等)⇩构建基因表达载体(目的基因与乳腺蛋白基因启动子重组)⇩导入哺乳动物受精卵(显微注射法)⇩早期培养后送入母体(发育成转基因动物)↓分泌乳汁生产药品特别提醒乳腺(房)生物反应器的主要用途:①生产胰岛素、干扰素、促红细胞生成素等;②生产基因疫苗;③生产抗体;④生产酶制剂;⑤生产营养品。探究一探究二易错点排查目前,科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中生产出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α抗胰蛋白酶等医药产品。探究一探究二易错点排查4.动、植物基因工程在应用方面的相同点相同点实例植物基因工程动物基因工程用于品种改良①培育抗逆性新品种②改良植物的品质①培育快速生长的新品种②改善畜产品的品质用于生产药物培育能表达出外源药物蛋白的植物生物反应器培育乳腺生物反应器特别提醒除相同点外,动物基因工程不同于植物基因工程的一个特殊应用是培育转基因动物作器官移植的供体。探究一探究二易错点排查【例题1】金茶花是中国特有的观赏品种,但易被有害真菌感染得枯萎病,降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因,用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答下列问题。(1)将②连接到①上并形成③,常用到的酶有。(2)抗枯萎病的金茶花培育成功,从变异的角度来说属于。(3)经过转基因方法获得的抗病金茶花,将来产生的配子中是否一定含有抗病基因?。(4)通过检测,被③侵染的金茶花叶片细胞具备了抗病性,这说明②已经。判断抗病基因是否表达可以从个体水平上做实验。探究一探究二易错点排查解析:(1)①是用限制性核酸内切酶切割质粒,②是指目的基因的获取,③是指目的基因与质粒在DNA连接酶的作用下形成重组质粒。(2)基因工程是在人为作用下将控制不同性状的基因重新组合从而改造生物性状,从本质上来说这种变异属于基因重组。(3)经过转基因方法获得的抗病金茶花可能相当于杂合子,将来产生的配子中不一定含有抗病基因。(4)金茶花叶片细胞具备了抗病性,说明目的基因已在受体细胞中得到了表达。答案:(1)限制酶、DNA连接酶(2)基因重组(3)不一定(4)表达抗病接种探究一探究二易错点排查基因工程药物和基因治疗●问题导引●通过基因工程技术可用于生产药物,以乙型病毒性肝炎(以下简称乙肝)疫苗为例,可大致了解基因工程生产药物的过程。和其他蛋白质一样,乙肝表面抗原(HBSAg)的产生也受DNA调控,利用基因剪切技术,用一种“基因剪刀”将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来,装到一个表达载体中,所谓表达载体,是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来;再把这种表达载体转移到受体细胞内,如大肠杆菌或酵母菌等;最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖,生产出大量我们所需要的HBSAg(乙肝疫苗)。思考:(1)将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来的“基因剪刀”叫什么名字?(2)什么叫基因工程药物?尝试给“基因工程药物”下个定义。(3)和传统药物相比,基因工程药物有哪些优点?探究一探究二易错点排查提示:(1)限制酶。(2)基因工程药物是指:先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质,然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来,经过一系列基因操作,最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去,这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞,在受体细胞不断繁殖过程中,大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质(即基因疫苗或药物)。(3)基因工程药物的生产主要利用了大肠杆菌或酵母菌,它们有极强的繁殖能力,药物的产量大,价格便宜;基因工程药物的生产借助了高科技手段,药物的质量好、纯度高、疗效好等。探究一探究二易错点排查●名师精讲●1.基因工程药品的获得(1)方式:利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。①“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细胞株系一般称为“工程菌”,如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株,含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株都是“工程菌”。②用基因工程生产的药品,从化学成分上分析都应该是蛋白质类。(2)成果:利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。(3)利用微生物生产药物的优越性。与传统的制药相比有以下优越性: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不足的问题。③降低生产成