公开课课件 选修三13基因工程的应用.pptx

1、科学家科学家通过基因工程的方法培育抗虫棉时，通过基因工程的方法培育抗虫棉时，需从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，需从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，“放放入入”棉花的细胞中与棉花结合起来并发挥作用，棉花的细胞中与棉花结合起来并发挥作用，请完成下列有关问题：请完成下列有关问题：（1）从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用）从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是的工具是_，此工具主要存在于，此工具主要存在于_中中，其特点是，其特点是_。限制酶限制酶微生物微生物一种限制酶只能识别一种特定一种限制酶只能识别一种特定的的核苷酸核苷酸序列，并在特定的切点切割序列，并在特定的切点切割（2）苏云金芽孢杆菌中一

2、个）苏云金芽孢杆菌中一个DNA分子上有许分子上有许多基因，获得抗虫基因常用的方法是多基因，获得抗虫基因常用的方法是”鸟枪法鸟枪法”。具体做法是：用具体做法是：用_将苏云金芽孢杆菌的将苏云金芽孢杆菌的_切成许多片段，然后将这些片段分别切成许多片段，然后将这些片段分别_，再通过，再通过_导入不同的受导入不同的受体细胞中，让它们在各个不同的受体细胞中大量体细胞中，让它们在各个不同的受体细胞中大量_，从中找出含有目的基因的细胞，再用一，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把定的方法把_分离分离出来。出来。（3）进行基因工程操作一般要经过的四个步）进行基因工程操作一般要经过的四个步骤是：骤是：_；

3、_；_；_。限制酶限制酶DNA与运载体结合与运载体结合运载体运载体复制复制带有目的基因的带有目的基因的DNA片段片段 目的基因的获取目的基因的获取基因表达载体的构建基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定1.3 基因工程的应用基因工程的应用大豆、玉米、棉花、大豆、玉米、棉花、油菜油菜已进入大规模已进入大规模商业化应用阶段商业化应用阶段主要用于：主要用于：提高农作物抗逆能力、提高农作物抗逆能力、改良农作物品质、改良农作物品质、利用植物生产药物利用植物生产药物请同学们阅读请同学们阅读P17-19思考以下几题思考以下几题:1.目前用于杀

4、虫的转基因抗虫植物基因有哪些目前用于杀虫的转基因抗虫植物基因有哪些?2.抗病转基因植物所采用的基因抗病转基因植物所采用的基因,使用最多的是什么使用最多的是什么?3.造成造成低产、减产低产、减产的常见环境因素有哪些的常见环境因素有哪些?使烟草使烟草.番茄番茄的耐寒能力提高措施是什么的耐寒能力提高措施是什么?4.豆类中哪种必需氨基酸较少豆类中哪种必需氨基酸较少?大米、玉米、小麦大米、玉米、小麦中哪中哪种必需氨基酸较少种必需氨基酸较少?举例说明科学家如何提高氨基酸举例说明科学家如何提高氨基酸的含量的含量?Bt毒蛋白基因毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌病毒外壳基因和病毒复制酶基因病毒外壳基因和病

5、毒复制酶基因几丁质酶基因和抗毒素合成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调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因鱼鱼抗除草剂基因抗除草剂基因富含赖氨酸的蛋白质编码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控制番茄果实成熟的基因植物花青素代谢有关的基因植物花青素代谢有关的基因一一.抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫害的玉米抗虫害的玉米优点优点 基基因因Bt毒蛋白基因毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因植物凝集素基因消化不良消化不良不吸收不吸收避免化学杀虫剂的污染避免化学杀虫剂的污染害虫将害虫将Bt毒蛋白毒蛋白 水解成

6、水解成 有毒多肽有毒多肽转黄瓜抗青枯转黄瓜抗青枯(细菌细菌)病基因的马铃薯病基因的马铃薯二二.抗病转基因植物抗病转基因植物抗病毒抗病毒 病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因 病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因抗真菌抗真菌 几丁质酶基因几丁质酶基因 抗毒素合成抗毒素合成基因基因基因基因抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗细菌抗细菌 裂解肽基因裂解肽基因 溶菌酶基因溶菌酶基因三三.抗逆转基因植物抗逆转基因植物基基因因调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因抗除草剂基因抗除草剂基因抗旱、抗盐碱抗旱、抗盐碱耐寒烟草，番茄耐寒烟草，番茄抗除草剂大豆、玉米抗除草剂大豆、玉米我国科学家在实

7、验田观察我国科学家在实验田观察转鱼抗冻蛋白基因的番茄转鱼抗冻蛋白基因的番茄转基因抗除草剂玉米转基因抗除草剂玉米富含赖氨酸的转基因玉米富含赖氨酸的转基因玉米不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆富含胡萝卜素的“金大米”。粮食粮食问题问题难保鲜难保鲜解决解决控制番茄成熟的基因控制番茄成熟的基因（延迟番茄成熟）（延迟番茄成熟）果蔬果蔬问题问题大豆、玉米、大麦、小麦大豆、玉米、大麦、小麦解决解决导入导入含含必需必需AA多多Pro的编码基因的编码基因改变改变AA合成过程中关键酶活性合成过程中关键酶活性四四.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质转基因龙胆花转基因蓝猪耳观赏花卉观赏花卉

8、问题问题解决解决颜色单调，变色困难颜色单调，变色困难花青素有关调节基因花青素有关调节基因四四.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质抗抗逆逆性性抗病抗病抗虫抗虫改善改善品质品质抗逆抗逆粮食粮食观赏花卉观赏花卉植植物物基基因因工工程程问题问题难保鲜难保鲜解决解决控制番茄成熟的基因控制番茄成熟的基因（延迟番茄成熟）（延迟番茄成熟）果蔬果蔬问题问题解决解决颜色单调，变色困难颜色单调，变色困难花青素有关调节基因花青素有关调节基因问题问题大豆、玉米、大麦、小麦大豆、玉米、大麦、小麦解决解决导入含必须导入含必须AA多多Pro的编码基因的编码基因改变改变AA合成过程中关键酶活性合成过程中关键酶活性

9、抗病毒抗病毒 病毒外壳蛋白病毒外壳蛋白/复制酶基因复制酶基因抗真菌抗真菌 几丁质酶几丁质酶/抗毒素合成基因基因抗毒素合成基因基因Bt毒蛋白基因毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因植物凝集素基因“动物基因工程前景广阔”思考题:1.如何利用动物基因工程技术提高动物的生长速率如何利用动物基因工程技术提高动物的生长速率?2.怎样能在其他营养成分不受影响的情况下怎样能在其他营养成分不受影响的情况下,降低乳降低乳糖的含量糖的含量?3.目前科学家已在山羊等动物乳腺生物反应器中表达目前科学家已在山羊等动物乳腺生物反应器中表达了抗凝血酶了抗凝血酶.血清白蛋白血

10、清白蛋白.生长激素和生长激素和a-抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶,科学家是怎样获得转基因动物的科学家是怎样获得转基因动物的?动物基动物基因工程因工程一一.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度生长速度生长速度生长激素生长激素成功案例成功案例绵羊：绵羊：生长速度提高生长速度提高30%，体积增加，体积增加50%鲤鱼：鲤鱼：9个月后，体重增个月后，体重增1.5kg解决方法解决方法导入生长激素基因导入生长激素基因问题问题喝牛奶过敏、呕吐、腹泻喝牛奶过敏、呕吐、腹泻原因原因乳糖不消化乳糖不消化肠乳肠乳糖酶糖酶基因基因对策对策正常牛正常牛转基因牛转基因牛导导入入显微注射技术显微注射技术牛奶中乳糖含量牛奶中乳糖含量

11、减少，减少，其他营养成分不其他营养成分不受影响受影响构建构建表达表达载体载体二二.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质乳腺生物反应器乳腺生物反应器对对策策设想：让牛奶中产出生长素、抗凝血设想：让牛奶中产出生长素、抗凝血蛋白、血清白蛋白、蛋白、血清白蛋白、-抗胰蛋白酶等抗胰蛋白酶等（把哺乳动物变成成（把哺乳动物变成成“批量生产药物的工厂）批量生产药物的工厂）药用蛋药用蛋白基因白基因+乳腺蛋白基乳腺蛋白基因启动子因启动子（只在乳腺中且（只在乳腺中且在泌乳期表达）在泌乳期表达）构建基因表达载体构建基因表达载体导入导入_细胞细胞受精卵受精卵显微注显微注射技术射技术送回母体发育成新个体送回母体发育成

12、新个体新个体泌乳期乳汁中产药新个体泌乳期乳汁中产药三三.用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物乳汁中含有人生长激乳汁中含有人生长激素的转基因牛素的转基因牛(阿根廷阿根廷)产量高、质量好、成本低、易提取产量高、质量好、成本低、易提取例例1、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。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：请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受

13、体细胞，常用方法是）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是_。（2）进行）进行基因转移时，基因转移时，通常要将外源基因通常要将外源基因转入转入_中，中，原因是原因是 。（3）通常采用）通常采用 技术检测外源基因是否插入技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组了小鼠的基因组（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的）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。细胞中特异表达。（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠细胞的）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠细胞的 转入转入 细胞中构成重组细胞，使其发育细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状

14、的个体。该技术称为成与供体具有相同性状的个体。该技术称为 。显微注射显微注射受精卵受精卵受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达DNA分子杂交分子杂交膀胱上皮膀胱上皮细胞核细胞核去核的卵去核的卵核移植（或克隆）核移植（或克隆）四四.用转基因动物作器官移植的供体用转基因动物作器官移植的供体导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠器官移植问题器官移植问题 1、供体器官少、供体器官少2、排斥反应强、排斥反应强1、抑制抗原决定基因、抑制抗原决定基因 表达的调控因子表达的调控因子用猪的器官做供体用猪的器官做供体抑制抗原决抑制抗原

15、决定基因表达定基因表达2、去除抗原决定基因、去除抗原决定基因（受精卵）（受精卵）克隆技术克隆技术导入猪受精卵导入猪受精卵培育出没有免疫排斥培育出没有免疫排斥反应的反应的转基因克隆猪转基因克隆猪例例2、英国科学家已经研究用动物的器官作为器官移植的器官来、英国科学家已经研究用动物的器官作为器官移植的器官来源，科学家发现猪的内脏器官与人的内脏器官大小、形态均差源，科学家发现猪的内脏器官与人的内脏器官大小、形态均差不多，他们从不多，他们从20世纪世纪80年代就开始研究。研究的重点是改造猪年代就开始研究。研究的重点是改造猪细胞膜。细胞膜。（1）猪细胞膜的基本结构和人的细胞膜是相同的，但其上的）猪细胞膜的

16、基本结构和人的细胞膜是相同的，但其上的和人细胞膜有很多是不同的。和人细胞膜有很多是不同的。（2）改造猪细胞膜主要是通过）改造猪细胞膜主要是通过 技术进行，具体操作技术进行，具体操作步骤：步骤：糖蛋白糖蛋白基因工程基因工程第一步，获得控制目的基因（人体细胞膜上蛋白质合成的基因），第一步，获得控制目的基因（人体细胞膜上蛋白质合成的基因），所用的方法有所用的方法有 。第二步，将目的基因与第二步，将目的基因与 结合；结合；第三步，将目的基因导入受体细胞，对猪来说，应导入其第三步，将目的基因导入受体细胞，对猪来说，应导入其 细胞最有效。细胞最有效。在这项技术中，必须使用的两种工具酶是在这项技术中，必须使

17、用的两种工具酶是和和 。从从基因文库中获取、利用基因文库中获取、利用PCR技术扩增目的基因、技术扩增目的基因、化学化学法直接人工法直接人工合成合成运载体运载体受精卵受精卵限制酶限制酶DNA连接酶连接酶三、基因工程药物异军突起三、基因工程药物异军突起1.第一种基因工程药物是什第一种基因工程药物是什么？么？2.基因工程的药物都有什么？基因工程的药物都有什么？3.描述我国基因工程制药的描述我国基因工程制药的的过去现在和未来的过去现在和未来第一种第一种基因工程药物基因工程药物 基基因因工工程程制制药药重组人胰岛素重组人胰岛素传统传统提取提取胰岛素、胰岛素、干扰素干扰素提取部位提取部位 细胞、组织、血液

18、等细胞、组织、血液等提取量提取量 少少缺点缺点 材料少、提取难、成本高材料少、提取难、成本高改进改进 “工程菌工程菌”提取部位提取部位 “工程菌工程菌”（大肠杆菌、酵母菌）（大肠杆菌、酵母菌）提取量提取量 多多优点优点 高效、高质量、低成本高效、高质量、低成本菌优点：菌优点：繁殖繁殖快、多为单细胞快、多为单细胞、遗传物质相对较少遗传物质相对较少重组质粒重组质粒基因工程药物异军突起基因工程药物异军突起转基因抗乙肝西红柿，虽然不能治愈乙肝，但一年只转基因抗乙肝西红柿，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属

19、于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。这西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。这种西红柿培育历时十年，先是在实验室生长，等各种种西红柿培育历时十年，先是在实验室生长，等各种安全因素达标后，才移至户外，进行封闭种植。安全因素达标后，才移至户外，进行封闭种植。例例3、1997年，科学家将动物体内年，科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的菌的DNA分子重组，并且在大肠杆分子重组，并且在大肠杆菌中表达成功。如右图，请据图回菌中表达成功。如右图，请据图回答问题。答问题。(1

20、)此图表示的是此图表示的是采取采取_合成目的合成目的基因的基因的方法方法获取获取_ _ _的过程。的过程。(2)图图中中DNA是以是以_为模板，为模板，_形成单链形成单链DNA，在酶的作用下合成双链在酶的作用下合成双链DNA，从而，从而获得了所需要获得了所需要的目的基因。的目的基因。人工人工胰岛素（目的）胰岛素（目的）胰岛素胰岛素mRNA逆逆转录转录(3)图中代表的是图中代表的是_酶，在它的作用下将质粒切出酶，在它的作用下将质粒切出_末端。末端。(4)图中代表重组图中代表重组DNA，含，含_基因。基因。(5)图中表示的过程是图中表示的过程是_。为使此过。为使此过程顺利进行，一般需将大肠杆菌用程

21、顺利进行，一般需将大肠杆菌用_处理，以增大其细胞处理，以增大其细胞壁的壁的_。（6）图中表示）图中表示_随随大肠杆菌的繁殖而进行增殖，此基因在大肠杆菌的繁殖而进行增殖，此基因在大肠杆菌内表达的标志是大肠杆菌内表达的标志是_。限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶黏性黏性胰岛素基因胰岛素基因重组重组DNA导入受体细胞导入受体细胞氯化钙氯化钙通透性通透性目的基因目的基因大肠杆菌能产生人的胰岛素大肠杆菌能产生人的胰岛素基因治疗的概念：基因治疗的概念：将正常基因导入病人体内，使将正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功效，该基因的表达产物发挥功效，从而达到治疗疾病的目的从而达到治疗疾病的目的免疫系统发

22、挥正常作用的必须免疫系统发挥正常作用的必须物质物质腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶 腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因19901990年，美国医学家安德森对一例患年，美国医学家安德森对一例患腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶(ADA)ADA)缺乏缺乏症的症的4 4岁女孩谢德尔进行基因治疗。该女孩由于先天缺乏岁女孩谢德尔进行基因治疗。该女孩由于先天缺乏ADAADA基基因，自身不能生产因，自身不能生产ADAADA，先天免疫功能不全，只能生活在无菌的，先天免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都

23、已经过改造，有缺陷的基臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的因已经被健康的基因所替代。在以后的1010个月内她又接受了个月内她又接受了7 7次次这样的治疗，同时也接受特定抗体的治疗。经治疗后，免疫功这样的治疗，同时也接受特定抗体的治疗。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。美国医学家安德森美国医学家安德森谢德尔，谢德尔，1999体外基因治疗体外基因治疗：从病人体内获取某种细胞进行培：从病人体内获取某种细胞进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转养，然后，在体外完成

24、基因转移，再筛选成功转移的细胞扩大培养，最后重新输入患者体内。移的细胞扩大培养，最后重新输入患者体内。体内基因体内基因治疗治疗：用：用基因工程基因工程的方法，的方法，直接向人直接向人体组织细体组织细胞中转移胞中转移基因的治基因的治疗方法。疗方法。例例4、基因治疗是指（、基因治疗是指（）A、把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达、把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗目的到治疗目的B、对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，、对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗的目的达到治疗的目的C、运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生、运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞

25、发生基因突变，从而恢复正常基因突变，从而恢复正常D、运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到、运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的治疗疾病的目的A例例5、应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因探针是指（探针是指（）A、用于检测疾病的医疗器械、用于检测疾病的医疗器械B、用放射性同位素或萤光分子等标记的、用放射性同位素或萤光分子等标记的DNA分子分子C、合成球蛋白的、合成球蛋白的DNAD、合成苯丙羟化酶的、合成苯丙羟化酶的DNA片段片段B 基因治疗是根

26、本性的治疗基因治疗是根本性的治疗导入能增强人体免疫能力的基因导入能增强人体免疫能力的基因 体外基因治疗体外基因治疗复合型免疫缺陷症复合型免疫缺陷症 体内基因治疗体内基因治疗遗传性囊性纤维化病遗传性囊性纤维化病基因治疗基因治疗例例5、重症联合免疫系统缺陷症（、重症联合免疫系统缺陷症（SCID）患者缺乏正常的人体）患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或病毒感染，就免疫功能，只要稍被细菌或病毒感染，就会得病会得病死亡。经过研究死亡。经过研究证实证实，SCID病人病人细胞的一个常染色体上编码腺苷酸细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶脱氨酶（ada）的）的基因发生了突变。基因发生了突变。（1）请你利

27、用所学知识，设想一个治疗）请你利用所学知识，设想一个治疗SCID病的方案。病的方案。第一步：发现人体正常第一步：发现人体正常ada基因克隆后用来替换反转录病毒的原基因克隆后用来替换反转录病毒的原有基因，构建重组载体；有基因，构建重组载体；第二步：从第二步：从SCID病人体内分离出免疫系统有缺陷的病人体内分离出免疫系统有缺陷的T淋巴细胞淋巴细胞第三步：第三步：；第四步：第四步：；（2）还有哪些遗传病可用基因治疗的方案进行治疗？试举例）还有哪些遗传病可用基因治疗的方案进行治疗？试举例。将这些将这些T淋巴细胞与携带了正常淋巴细胞与携带了正常ada基因的反转录酶病毒混合在一起，让基因的反转录酶病毒混合在一起，让病毒感染病毒感染T淋巴细胞，使正常的淋巴细胞，使正常的ada基因扩增并插入到基因扩增并插入到T细胞的基因中；细胞的基因中；在实验室中通过细胞培养并确认转入的基因成功表达后，用注射器将成在实验室中通过细胞培养并确认转入的基因成功表达后，用注射器将成千上万个重组的转基因千上万个重组的转基因T细胞注射到细胞注射到SCID患者的个体组织中。患者的个体组织中。血友病，镰刀型细胞贫血症。血友病，镰刀型细胞贫血症。