苏教版高中生物选修三1.3-基因工程的应用省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,基因工程的应用,专题基因工程,第1页,请同学们阅读P,17,-P,19,思索以下问题:,1.当前用于杀虫转基因抗虫植物基因有哪些?,2.抗病转基因植物所采取基因,使用最多是什么?,3.造成低产.减产常见环境原因有哪些?使烟草、番茄耐寒能力提升办法是什么?,4.豆类中哪种必需氨基酸较少?大米、玉米、小麦中哪种必需氨基酸较少?举例说明科学家怎样提升氨基酸含量?,第2页,一,、植物基因工程硕果累累：,植物基因工程在农业中应用发展快速。从1996-年，在短短5年中，全世界转基因作物种植面积就增加了30倍。,以转基因植物研究、开发和应用为标志农业技术革命，已经在一些国家展开。年，就世界范围来看，转基因植物种植面积首次突破510,6,hm,2,。其中，转基因大豆、棉花、油菜、玉米已经入大规模商业化应用阶段，这四种转基因作物种植面积占相关作物种植面积百分比已到达：大豆63%，玉米19%，棉花13%，油菜5%。,第3页,植物基因工程技术主要用于,提升农作物抗逆能力,（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及,改良农作物品质,和,利用植物生产药品,等方面.,我国转基因作物种植面积也快速增加，当前已位居世界第四。,第4页,1.抗虫转基因植物:,第5页,全世界每年因虫害造成农作物损失约占总产量13%，达数千亿美元。对农业害虫防治，大多是依靠化学农药。大量使用化学农药不但造成了严重,环境污染,，损害了人类健康，而且还大大,增加了生产成本,。,所以，从一些生物中分离出含有杀虫活性基因，将其导入作物中，使其含有抗虫性，已成为防治作物害虫发展趋势。,当前，已问世转基因抗虫植物主要有水稻、棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花和白花三叶草等。,第6页,用于杀虫基因主要是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。,比如，我国转基因抗虫棉就是转入Bt毒蛋白基因培育出来，它对棉铃虫含有较强抗性。,（Bt毒蛋白基因是从,苏云金芽孢杆菌,中分离出来抗虫基因）,第7页,苏云金芽孢杆菌,（有抗虫特征）,Bt毒蛋白基因,普通棉花,（无抗虫特征）,棉花细胞,（含抗虫基因）,棉花植株,（有抗虫特征）,如：基因工程培育抗虫棉简明过程：,提取,基因表示载体构建、导入,第8页,近几年来，我国拥有自主知识产权转基因抗虫棉研究和应用，取得了突飞猛进发展，从1998年占据市场份额10%，已经提升到年64.4%，居主导地位。仅年我国抗虫棉栽培面积已达9510,4,hm,2,，增加收益约20亿元人民币。,第9页,2.抗病转基因植物：,第10页,植物像人一样也会生病。引发植物生病微生物称为病原微生物，主要有病毒、真菌、细菌等。,比如，许多栽培作物因为本身缺乏抗病毒基因，所以，用常规育种方法极难培育出抗病毒新品种，而基因工程技术，为培育抗病毒植物品种开辟了新路径。当前，人们已经取得抗烟草花叶病毒转基因烟草和抗病毒转基因小麦、甜椒、番茄等各种作物。,抗病转基因植物所采取基因，使用最多是,病毒外壳蛋白（CP）基因,和病毒,复制酶基因,；抗真菌转基因植物中可使用基因有,几丁质酶基因,和,抗毒素合成基因,。,第11页,3.抗逆转基因植物：,第12页,环境条件对农作物生产会造成很大影响。比如，盐碱、干旱、低温、涝害等不利环境条件，是造成低产、减产常见原因。,因为盐碱、干旱对农作物危害与细胞内渗透压调整相关。当前科学家正在利用一些能够调整细胞渗透压基因，来提升农作物抗盐碱、抗干旱能力。这在烟草等植物中已取得了比较显著结果,科学家们还研究开发出了一批耐寒作物。比如，将鱼,抗冻寒蛋白基因,导入烟草和番茄，使烟草和番茄耐寒能力都有提升。将,抗除草剂基因,导入大豆、玉米等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。,第13页,4.利用转基因改良植物品质：,第14页,许多食品含有营养成份并不均衡，比如，豆类食品中，含有蛋氨酸比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨酸比较少。这些人体必需氨基酸缺乏后对人体健康不利。科学家将必需氨基酸含量多蛋白质编码基因，导入植物中，或者改变这些氨基酸合成路径中一些关键酶活性，以提升氨基酸含量。比如，我国科学家将富含赖氨酸蛋白质编码基因导入玉米，取得转基因玉米中赖氨酸含量比对照提升了30%。,第15页,番茄含有丰富维生素，但不耐储存。我国科学家将控制番茄果实成熟基因导入番茄，取得了转基因延熟番茄，储存时间可延长1-2个月，有可达80天。,当前，我国农业部已同意这种耐储存番茄进行商品化生产。,当前，我国农业部已同意这种耐储存番茄进行商品化生产。,第16页,我国科学家还成功地将与植物花青素代谢相关基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛展现出自然界没有颜色变异，大大提升了花卉观赏价值。,第17页,基因工程在农业上应用：,1）取得,高产,、,稳产,和具,优良品质,品种,小结:,用基因工程方法能够改进粮食作物蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。,2）培育出含有各种,抗逆性,作物新品种,将细菌抗虫、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特征。如转基因抗虫棉。,第18页,1.怎样利用动物基因工程技术提升动物生长速率?,2.怎样能在其它营养成份不受影响情况下,降低乳糖含量?,3.当前科学家已在山羊等动物乳腺生物反应器中表示了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和a-抗胰蛋白酶,科学家是怎样取得转基因动物?,请同学们阅读P,20,-P,21,思索以下问题:,第19页,二,、动物基因工程前景辽阔：,1.用于提升动物生长速度：,动物基因工程技术能够提升动物生长速率。因为外源,生长激素基因,表示能够使转基因动物生长得更加快，所以，科学家们将这类基因导入动物体内，以提升动物生长速率。,比如，将外源生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊生长速率比普通绵羊提升了30%，体型增大50%；,第20页,将外源生长激素基因导入鲤鱼，9个月后有转基因鲤鱼比对照重1.5kg。,第21页,2.用于改进畜产品品质：,比如，有些人食用牛奶后，对牛奶中乳糖不能完全消化；也,有些人食用牛奶后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状,。为了处理这一问题，科学家将,肠乳糖酶基因,导入奶牛基因组，使取得转基因牛分泌乳汁中，乳糖含量大大减低，而其它营养成份不受影响。,第22页,繁殖含有,抗病能力,、,高产仔率,、,高产奶率,和,高质量皮毛,等优良品质,转基因动物,。,该过程主要步骤是经过,感染,或,显微注射技术,将重组DNA转移到动物,受精卵,中。,1、基因工程在畜牧养殖业上应用主要是什么？,将人,生长激素基因,和,牛生长素基因,分别注射到小白鼠受精卵中，得到“,超级小鼠,”。,思索:,第23页,3.用,转基因动物,生产药品：,最令人兴奋是利用基因工程技术，还能够使哺乳动物本身变成“批量生产药品工厂”。科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因开启子等调控组件重组在一起，经过,显微注射,等方法，导入哺乳动物受精卵中，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，能够经过分泌乳汁来生产所需要药品，因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,第24页,当前，科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表示出了,抗凝血酶,、,血清白蛋白,、,生长激素,和,-抗胰蛋白酶,等主要医药产品。,第25页,思索:,、用动物乳房作为反应器生产蛋白质比工厂生产有何优越性？,产量高、质量好、成本低、易提取,2、简述乳房生物反应器操作过程？,将,药用蛋白基因,与,乳腺蛋白基因开启子,等调控组件重组在一起，经过,显微注射,等方法，导入,哺乳动物受精卵,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，能够经过分泌乳汁来生产所需要药品。,第26页,、乳房生物反应器操作过程与转基因动物操作过程有何不一样之处？并阐述原因？,要在编码蛋白质基因序列前加上乳腺组织中特异表示开启子组成表示载体,。因为产品在奶中形成，需要乳腺组织中特异表示开启子。（基因选择性表示）,第27页,4.用转基因动物作器官移植供体：,当前，人体移植器官短缺是一个世界性难题，用其它动物器官替换，又会出现,免疫排斥,现象。现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物器官进行改造，采取方法是,将器官供体基因组导入某种调整因子，以抑制抗原决定基因表示，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转基因克隆器官。,第28页,1.什么是工程菌?由其生产药品主要有哪些？,2.什么是基因治疗？,3.,你想像中未来基因工程会有怎样发展趋势？,请同学们阅读P,21,-P,24,并思索以下问题:,第29页,1、在传统药品生产中，一些药品如胰岛素、干扰素直接生物体哪些结构中提取？,药品直接从生物,组织,、,细胞,或,血液,中提取。,2、传统生产方法缺点？,因为受原料起源限制，,价格,十分,昂贵,。,3、可利用什么方法来处理上述问题？,利用,基因工程,方法制造“,工程菌,”，可,高效率,地生产出各种,高质量,、,低成本,药品。,三.基因工程药品异军突起：,思索:,第30页,我国生产部分基因工程疫苗和药品,第31页,胰岛素是,治疗糖尿病特效药,。普通临床上使用胰岛素主要从,猪、牛等家畜胰腺,中提取，每100kg胰腺只能提取4-5g胰岛素。用该方法生产胰岛素,产量低,，,价格昂贵,，,远不能满足社会需要,。1979年，科学家将动物体内,胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组,，并在大肠杆菌内实现了表示。1982年，美国一家基因企业用基因工程方法生产胰岛素投入市场，售价降低了30%-50%。,基因工程药品 胰岛素,第32页,干扰素是,病毒侵入细胞后产生,一个,糖蛋白,。干扰素几乎能,抵抗全部,病毒引发,感染,，是一个,抗病毒特效药,。另外干扰素对,治疗,一些,癌症,和,白血病,也有一定疗效。,传统干扰素生产方法是从人血液中,白细胞内提取,，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980-1982年，科学家用基因工程方法在,大肠杆菌及酵母菌细胞内取得了干扰素,，是传统生产量12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。,基因工程药品 干扰素,第33页,治疗侏儒症唯一方法,，是向人体注射生长激素。而生长激素取得很困难。以前，要取得生长激素，需解剖尸体，从大脑底部,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,生长激素基因导入大肠杆菌,中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取生长激素，相当于6万具尸体全部产量。,基因工程药品 生长激素,第34页,传统乙肝疫苗生产：,当代乙肝疫苗生产：,从乙肝病毒携带者血液中提取,详细方法：,特点：,生产周期长，产量低、价格昂贵。,详细方法：,成就：,我国研制生物工程乙肝疫苗于1992年投放市场，并在预防乙肝中发挥了主要作用。,乙肝病毒基因,细菌细胞,哺乳动物细胞,发酵,细胞培养,乙肝疫苗,基因工程药品,乙肝疫苗,第35页,转基因动物,乳腺,。,1、就基因药品而言，最理想表示场所是哪里？,思索:,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,生理代谢反应,。,2）从乳汁中获取目标基因产物，,产量高，易提纯,，表示,蛋白质已经过充分修饰加工,，含有,稳定生物活性,。,3）从乳汁中,源源不停,取得目标基因产物同时，,转基因动物,又可,无限繁殖,。,2、为何乳腺能成为基因药品最理想表示场所呢？,第36页,（一）基因诊疗：,也称为,DNA诊疗,或,基因探针技术,，即,是用放射性同位素（如,32,P）、荧光分子等标识DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，判定被检测标本上遗传信息，到达检测疾病目标。,探针制备：,放射性同位素(如,32,P)、荧光分子,等标识DNA分子；,原理：利用,DNA分子杂交原理,；,四,、基因治疗曙光初照：,第37页,基因探针：,基因探针就是一段与目标基因或DNA互补,特异核苷酸序列,。它包含整个基因，或基因一部分；能够是DNA本身，也能够是由之转录而来RNA。,第38页,DNA分子杂交原理：,DNA分子杂交是基因诊疗最基本方法之一。其基本原理是：,互补DNA单链,能够在一定条件下,结合成双链,，即能够进行杂交。这种结合是,特异,，即严格按照碱基互补配对进行。所以，当用一段,已知基因核苷酸序列作为探针,，与被测基因进行接触，若二者碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知基因序列。,第39页,基因诊疗技术,在,诊疗遗传性疾病,方面发展快速。当前已经能够对几十种遗传病进行,产前诊疗,。,1）,珠蛋白DNA探针,镰刀状细胞贫血症,2）,苯丙氨酸羧化酶基因探针,苯丙酮尿症,3）白血病患者细胞中分离出癌基因制备DNA,探针 白血病,举例：,第40页,把,正常基因,导入病人体内，使该基因,表示产物发挥作用,，从而到达治疗疾病目标，这是治疗遗传病,最有效,方法。,（二)、基因治疗：,1、概念：,2、,方法：,体外基因治疗和体内基因治疗,（1）,体外基因治疗：,先从病人体内取得某种相关细胞，进行培养，然后在,体外完成基因转移,，再筛选成功转移细胞扩增培养，最终,重新输入患者体内,，这种方法叫做体外基因治疗。,第41页,（2）,体内基因治疗：,直接,向人体组织细胞中,转移基因,治疗方法叫做体内基因治疗。,3、,实例：,病因：,症状：,治疗：,半乳糖血症,乳糖,半乳糖,葡萄糖,半乳糖苷转移酶,半乳糖苷转移酶基因缺点,（）,半乳糖不能转化，在体内积聚，引发肝、脑受损。,1971年，美国一位科学家在体外做了一个试验,第42页,1971年，美国一位科学家在体外做试验：,带有半乳糖苷转移酶基因噬菌体,患者,离体细胞,组织细胞能利用半乳糖,试验过程：,试验结论：,用基因替换方法，治疗遗传病是可能。,侵 染,评价：,这仅仅是在人体外完成基因表示，而要将基因转移到人体内细胞，还有许多技术上难题需要处理。但发展前景十分美好。,第43页,4、评价：,不论哪一个基因治疗，当前都处于早期临床试验阶段。能够说，在没有完全解释人类基因组运转机制。充分了解基因调控机制和疾病分子机制之前，进行基因治疗是十分困难。,另外，还存在着技术方面、伦理道德方面，以及安全性方面很多困难。假如这些问题能逐一处理话，基因治疗将推进21世纪医学革命。,第44页,5、说明：,对于遗传病治疗最根本方法是进行基因替换或修复。基因治疗最正确时期,理论上是受精卵时期,，这么能够使个体每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能，因为不可能人人在受精卵时期进行基因检验。其次是对患者进行相关细胞基因替换，如：对于遗传性糖尿病患者，只对胰腺B细胞进行基因替换，该个体就能正常分泌胰岛素，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞基因替换，并没有改变其它部位细胞基因，如精原细胞，其后代很大可能还会患遗传性糖尿病。,第45页,五、基因工程与食品业：,为人类开辟,新食物起源,如：用“工程菌”生产卵清蛋白,鸡蛋白,基因,试验过程：,试验结论：,在大肠杆菌和酵母菌中表示,导 入,评价：,发展前景十分美好。未来人们还能够用基因工程方法从微生物中取得人们所需要,糖类、脂肪和维生素,等产品。,能用“工程菌”生产大量,卵清蛋白,第46页,六、基因工程与环境保护：,1、用于,环境监测,如：用DNA探针能够,检测病毒含量,方法：,评价：,利用一特定DNA制成DNA探针,导入,被检测病毒,快速、灵敏、准确度高。,与被检测病毒DNA杂交，检测出病毒,第47页,2、用于,环境污染净化,如用“,超级细菌,”分解石油,方法：,评价：,把三种,假单孢杆菌,中分解烃类基因,转 移,另一个假单孢杆菌,大大提升分解石油效率,“超级细菌”,另外，科学家用基因工程方法已经培养出了,吞噬Hg、降解DDT细菌；净化镉污染植物；生物工程农药（杀虫剂）,等,（能分解四种烃）,第48页,1、有些转基因食物含一些物质，可能会,影响人体健康,。,2、大量转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而,造成基因污染,。,3、如有些作物插入抗虫基因，,杀死,环境中,有益生物,。,基因工程弊端,第49页,转基因生物与目标基因关系:,转基因生物,目标基因,从何来,抗虫棉基因,抗病毒转基因小麦,抗立枯丝核菌(真菌)烟草,抗盐碱和干旱作物,耐寒番茄,抗除草剂大豆,富含赖氨酸转基因玉米,转基因延迟番茄,转基因牵牛花,降低乳糖奶牛,生产胰岛素工程菌,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,调整细胞渗透压基因,抗冻蛋白基因,鱼,抗除草剂基因,富含赖氨酸蛋白质编码基因,控制番茄果实成熟基因,植物花青素代谢相关基因,肠乳糖酶基因,人胰岛素基因,人,小结:,第50页,1、“工程菌”是指()A、用物理或化学方法诱发菌类本身一些基因得到高效表示菌类细胞株系 B、用遗传工程方法，使同种不一样株系菌类经过杂交，得到新细胞株系 C、用基因工程方法，使外源基因得到高效表示菌类细胞株系 D、从自然界中选取能快速增殖菌类,练 习,C,第51页,2、基因治疗是指()A、把健康外源基因导入有基因缺点细胞中，到达治疗疾病目标 B、对有缺点细胞进行修复，从而使其恢复正常，到达治疗疾病目标 C、利用人工诱变方法，使有基因缺点细胞发生基因突变恢复正常 D、利用基因工程技术，把有缺点基因切除，到达治疗疾病目标,A,第52页,3、1982年，美国科学家利用基因工程技术得到体型巨大“超级小鼠”，其利用方法是()A、把牛生长素基因和大象生长素基因分别注入到小白鼠受精卵中 B、把人生长素基因和牛生长素基因分别注入到小白鼠受精卵中 C、把植物细胞分裂基因和生长素基因分别注入到小白鼠受精卵中 D、把人生长素基因和牛生长素基因分别注入到小白鼠卵细胞中,B,第53页,4、1993年，我国科学工作者培育成抗棉铃虫转基因抗虫棉，其抗虫基因起源于()A、普通棉突变基因 B、棉铃虫变异形成致死基因 C、寄生在棉铃虫体内线虫基因 D、苏云金芽孢杆菌中抗虫基因,D,5、应用基因工程技术诊疗疾病过程中必须使用基因探针才能到达检测疾病目标，这里基因探针是指()A、用于检测疾病医疗器械 B、用放射性同位素或荧光分子等标识DNA分子 C、合成珠蛋白DNA D、合成苯丙羟化酶DNA片段,B,第54页,用口径为1mDNA,注射器,，将大量目标基因片段注入到,受精卵核,内，然后把经过注射受精卵,移植,到另一只雌性动物,子宫,内，使,受精卵发育,为转基因动物。,什么叫显微注射技术？,第55页,是指把人或哺乳动物某种,基因导入,到,哺乳动物,(如鼠、兔、羊和猪),受精卵,里，,目标基因若与受精卵染色体DNA整合,，细胞分裂时，该基因随染色体,倍增,而倍增，使每个细胞中都带有目标基因，使,性状得以表示,，并,稳定地遗传,给后代，从而,取得基因产品,。这么一个新个体，称为,转基因动物,。,转基因动物：,第56页,什么是工程菌?,用基因工程方法，使,外源基因,得到,高效表示,菌类细胞株系称为“工程菌”。,第57页,