3.3 基因工程的应用ppt课件 -2023新人教版(2019)《高中生物》选择性必修第三册.pptx
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1、第3章基因工程第3节基因工程的应用 胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的特效药物是治疗糖尿病的特效药物。传统生。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中获产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中获取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰取。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。岛素需要上千头牛,生产的成本非常高。19781978年,科学家年,科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中菌细胞中,使大肠杆菌表达重组人胰岛素。,使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我我国国拥有自主知识产权的基因工程药物拥有自主知识产权的基因工程药物-重组重组人胰岛素人
2、胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。已经研制成功并得到广泛应用。除了生产胰岛素,基因工程还有那些应用除了生产胰岛素,基因工程还有那些应用呢?呢?从社会中来胰腺提取筛选胰岛素mRNA胰岛素cDNA逆转录重组质粒质粒导入大肠杆菌mRNA胰岛素原胰岛素加工用原核生物生产胰岛素示意图大肠杆菌合成的胰岛素有没有生物活性?没有,胰岛素是分泌蛋白,在人和哺乳动物中需要内质网和高尔基体进行加工才能具有没有,胰岛素是分泌蛋白,在人和哺乳动物中需要内质网和高尔基体进行加工才能具有生物活性,并从细胞中分泌出去。但是大肠杆菌是原核生物,只含有核糖体这种细胞器。生物活性,并从细胞中分泌出去。但是大肠杆菌是原核生物,只含有
3、核糖体这种细胞器。低乳糖奶牛基因工程肝炎疫苗乳汁中含有人生长激素的转基因牛 基因工程自基因工程自2020世纪世纪7070年代兴起后,得到了飞速的发展,在年代兴起后,得到了飞速的发展,在农牧业农牧业、医药卫生医药卫生和和食品工业食品工业等方面,展示出广阔的前景。等方面,展示出广阔的前景。医药卫生领域食品工业方面农牧业方面基因工程的应用转基因抗虫植物转基因抗虫植物转基因抗病植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物转基因抗除草剂植物改良植物的品质改良植物的品质提高动物的生长速率提高动物的生长速率改善产品的品质改善产品的品质细胞因子、抗体、疫苗、激素细胞因子、抗体、疫苗、激素食品工业用酶食品工业用酶食品工
4、业用氨基酸食品工业用氨基酸食品工业用维生素食品工业用维生素一、基因工程在农牧业方面的应用1.基因工程在农牧业方面的应用概述1996-20171996-2017年,全世界转基因年,全世界转基因作物种植作物种植面积增加了面积增加了一百多倍一百多倍;转基因作物的优点转基因作物的优点:美国美国是世界上转基因作物种植是世界上转基因作物种植面积面积最大最大的国家的国家,转基因,转基因棉棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例超过花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例超过90%90%。20172017年,年,我国我国转基因作物转基因作物的种植面积位居世界第的种植面积位居世界第八八位,商位
5、,商业化种植的转基因作物有业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜棉花和番木瓜。(1)植物方面化学杀虫剂使用量减少(生物防治)化学杀虫剂使用量减少(生物防治)作物产量增加作物产量增加增加经济收益增加经济收益一、基因工程在农牧业方面的应用1.基因工程在农牧业方面的应用概述(2)动物方面转基因鲑鱼(后排)和正常鲑鱼(前排)有些成果正在进入有些成果正在进入实用化和商业化实用化和商业化开发的阶段;开发的阶段;20152015年年1111月,月,第一种第一种用于用于食用食用的转基因动物的转基因动物转基因大西洋鲑转基因大西洋鲑(俗称(俗称“三文三文鱼鱼”)在美国获得批准上市。)在美国获得批准上市。生长周期缩短,
6、体重增加;无繁殖能力,不与野生三文鱼交配产生种群,对环境不会产生影响。转基因抗转基因抗虫虫植物植物农农牧牧业业方方面面的的应应用用转基因抗转基因抗病病植物植物转基因抗转基因抗除草剂除草剂植物植物改良植物的改良植物的品质品质提高动物的提高动物的生长速率生长速率改良畜产品的改良畜产品的品质品质抗逆性抗逆性一、基因工程在农牧业方面的应用(二)具体内容基因工程技术已基因工程技术已被广泛用于被广泛用于_、_等方等方面。面。改良动植物品种提高作物和畜产品的产量1.转基因抗虫植物从某些生物中从某些生物中分离出具有分离出具有 的的基因,基因,将它将它导导入入作物作物中培育出中培育出具有抗虫性作物。具有抗虫性作
7、物。(1)方法:抗虫功能Bt毒蛋白基因:淀粉酶抑制剂基因:蛋白酶抑制剂基因:植物凝集素基因:阻断或降低蛋白酶的活性,使害虫不能正常消化食物,还会引起厌食反应。导致细胞膜穿孔,细胞肿胀裂解。产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合,影响害虫对营养物质的吸收和利用。抗虫基因为什么做使用化学农药杀虫污染环境,损害人类健康,增加生产成本。1.转基因抗虫植物转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。(2)成果:(3)优点:普通水稻 抗虫水稻减少了化学农药的减少了化学农药的使用量使用量,降低降低了了环境污染环境污染;降低生产成本降
8、低生产成本。将来源于某些将来源于某些病毒、真菌病毒、真菌等的等的 导导入作物,培育出抗病作物。入作物,培育出抗病作物。抗病毒基因病毒外壳蛋白基因病毒复制酶基因抗真菌基因几丁质酶基因抗毒素合成基因2.转基因抗病植物(1)方法:抗病基因为什么做许多栽培作物自身缺少抗病基因。许多栽培作物自身缺少抗病基因。抗病基因病毒外壳蛋白基因(CP)如何发挥作用?1.在植物细胞中积累的外壳蛋白会将入侵的病毒核酸包裹,抑制核酸的复制和表达;2、抑制病毒脱外壳;3、外壳蛋白基因转录出的RNA和病毒RNA相互作用。花叶病?转基因转基因抗病毒抗病毒甜椒、番木瓜和烟草甜椒、番木瓜和烟草等等2.转基因抗病植物(2)成果:3.
9、转基因抗除草剂植物为什么做大多数除草剂会损伤作物,导致作物减产。大多数除草剂会损伤作物,导致作物减产。杂草对除草剂杂草对除草剂产生抗性,残留除草剂对人体有危害。产生抗性,残留除草剂对人体有危害。(1)方法:将将 的基因导入作物的基因导入作物,可培育出抗除可培育出抗除草剂的作物品种草剂的作物品种。降解或抵抗某种除草剂(3)优点:在喷洒除草剂时,田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。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(2)成果:3.转基因抗除草剂植物抗盐碱、抗干旱其它抗逆性基因:调节细胞渗透压的基因(提高作物抗盐碱、抗干旱);鱼的抗
10、冻蛋白基因(提高抗寒能力);鱼的抗冻蛋白基因 4.改良植物的品质为什么做利用转基因技术可以改良植物的营养价值、观赏价值等。(1)方法:优良基因优良基因成果成果的的蛋白质编码基因蛋白质编码基因富含赖氨酸的转基因玉米富含赖氨酸的转基因玉米与植物花青素代谢相关的基因与植物花青素代谢相关的基因_必需氨基酸含量多转基因矮牵牛使食品的营养成分均衡。(2)成果:(3)优点:丰富花品颜色,提高观赏价值。4.改良植物的品质5.提高动物生长速度为什么做外源生长激素基因外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得很快。的表达可以使转基因动物生长得很快。将将 导入动物体内导入动物体内,以提高动物的以提高动物的生长速率
11、生长速率。转基因鲤鱼的生长速率比非转基因转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了鲤鱼提高了42%42%115%115%。(1)方法:外源生长激素基因转生长激素基因鲤鱼(下)与非转基因鲤鱼(上)(2)成果:转入外源生长激素基因的“超级小鼠”6.改善畜产品的品质为什么做有些有些人由于人由于乳糖酶分泌少乳糖酶分泌少,不能完全消化牛奶中的乳糖,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,这称为食用牛奶后会出现腹泻等不适症状,这称为乳糖不耐受乳糖不耐受。(1)方法:将将 导入奶牛基因组,导入奶牛基因组,使使获获得转基因牛分泌的得转基因牛分泌的 中,乳糖的含量中,乳糖的含量大大降低,大大降低
12、,而其他营养成分不受影响。而其他营养成分不受影响。肠乳糖酶基因乳汁我国约有我国约有的成年人的成年人6.改善畜产品的品质(2)成果:避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。转基因牛(分泌的转基因牛(分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低乳汁中乳糖的含量大大降低)(3)优点:二、基因工程在医药卫生领域的应用让转基因哺乳动物批量生产药物用转基因动物作为器官移植的供体基因改造微生物或动植物的细胞生产药物医药卫生领域的应用在传统的蛋白质类药物生产中,是在传统的蛋白质类药物生产中,是直接从生物的组织、细胞直接从生物的组织、细胞或血液中提取或血液中提取而来的,因为受到而来的,因为受到原料来源
13、的限制,产量低,原料来源的限制,产量低,价格贵,价格贵,远不能满足患者的需求。远不能满足患者的需求。为什么做我国我国生产的生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。等基因工程药物均已投放市场。1.基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物 等等(3)成果:可以用来预防和治疗可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎病和类风湿关节炎等;等;(1)常见药物类型:(2)应用:细胞因子(干扰素、白细胞介素等)、抗体、疫苗和激素干扰
14、素是一种具有干扰干扰素是一种具有干扰 复制作用的复制作用的 ,在临,在临床上被广泛用于治疗床上被广泛用于治疗 疾病。此外,疾病。此外,干扰素对素对治疗治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定等也有一定的疗效。传统产生干扰素的方法是从人血液中的的疗效。传统产生干扰素的方法是从人血液中的 内内提取,每提取,每300mL300mL血液只能提取出血液只能提取出1mg1mg干扰素。干扰素。1980198019821982年,年,科学家用科学家用基因工程基因工程方法从方法从 细胞内获得了细胞内获得了干扰素,从干扰素,从1kg1kg培养物中可以得到培养物中可
15、以得到202040mg40mg干扰素。干扰素。19931993年,年,我国批准生产我国批准生产 ,它是我国批,它是我国批准的准的第一第一个基因工程药物个基因工程药物,目前主要用于治疗,目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎型肝炎等。等。资料卡-干扰素病毒糖蛋白病毒感染性白细胞大肠杆菌及酵母菌重组人干扰素-1b抗生素干扰素抗生素:抗细菌药物干扰素:抗病毒药物思考:思考:1.1.干扰素的化学本质是什么?干扰素的化学本质是什么?2.2.干扰素的作用机理是怎样的?干扰素的作用机理是怎样的?3.3.干扰素用于哪些疾病的治疗?干扰素用于哪些疾病的治疗?4.4.传统生产干扰素的方法是
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