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1、基因工程的應用,專題基因工程,一、植物基因工程碩果累累,哪些轉基因作物已進入大規(guī)模商業(yè)化應用階段?,轉基因大豆、玉米、棉花和油菜,植物基因工程技術主要用于哪些方面?,提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）,以及改良農(nóng)作物的品質和利用植物生產(chǎn)藥物等方面.,(一)抗蟲轉基因植物,1.蟲害給農(nóng)作物帶來了哪些影響? 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何防治害蟲? 有哪些不足?,2.現(xiàn)在已有哪些抗蟲植物問世?,3. 抗蟲基因,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、 淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等,請閱讀P18生物資料技術卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機理。,4.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?
2、5.我國的轉基因抗蟲棉取得了哪些進展?,（二）抗病轉基因植物,1.什么是病原微生物？有哪些種類？,引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細菌等,2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種？,3.在抗病轉基因植物中使用最多的是什么基因？,病毒外殼蛋白（coat protein，CP）基因； 病毒的復制酶基因,拓展：在抗病毒轉基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？,關于病毒外殼蛋白基因(CP基因)導入植物后的抗病毒機理，目前有幾種假說。一種假說認為：CP基因在植物細胞內表達積累后，當入侵的病毒裸露核酸進入植物細胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復制和翻譯
3、。另一種假說認為：植物細胞內積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉基因植物則有很好的抗性。因此，有人認為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。,3.在抗真菌轉基因植物中使用什么基因？,幾丁質酶基因和抗毒素合成基因,轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒,（三）其他抗逆轉基因植物,1.哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？,鹽堿、干旱、低溫和澇害等,2.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與
4、什么有關？,細胞內的滲透壓調節(jié),在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？,調節(jié)細胞滲透壓的基因,3.轉基因耐寒的煙草和番茄中哪種目的基因提高了其抗寒能力？目的基因從何而來？,魚的抗凍蛋白基因,4.抗除草劑基因有何用途？,噴灑除草劑時，殺死田間的雜草而不損傷作物,（四）利用轉基因改良植物的品質,人體（或其它脊椎動物）必不可少，而機體內又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，稱必需氨基酸。 必需氨基酸共有種：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。 如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸，可影響健康。 另外12種氨基酸是人體細胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。,你知道哪些食
5、品中缺少必需氨基酸？ 如何用轉基因的方法加以改良？,將必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因導入植物 改變必需氨基酸合成途徑中某種關鍵酶的活性,轉基因延熟番茄的目的基因是什么？,控制番茄果實成熟的基因,轉基因矮牽牛的目的基因是什么？,與植物花青素代謝有關的基因,異想天開,總結：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用,（1）高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質的品種 用基因工程的方法可以改善糧食作物的 蛋白質含量。如“向日葵豆”植株。 （2）抗逆性品種 將細菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉移到作物體內，將從根本上改變作物的特性。如轉基因抗蟲棉。,將人的生長激素基因和牛的生長激素基因分別注射到小白鼠受精
6、卵中，得到的“超級小鼠”。,生長快、肉質好的轉基因鯉魚(中國),超級羊,,（一）用于提高動物生長速度,導入外源生長激素基因,二、動物基因工程前景廣闊,動物品種改良、建立生物反應器、器官移植等,（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質,舉例說明,將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M，轉基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。,（三）用轉基因的動物生產(chǎn)藥物,設問:就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？,轉基因動物的乳腺。,（1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內循環(huán)，不會影響轉基因動物本身的生理代謝反應。 （2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達的蛋白質已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。 （3）從
7、乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉基因動物又可無限繁殖。,設問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？,將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉基因動物。轉基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。,乳腺生物反應器,乳腺生物反應器的優(yōu)點：產(chǎn)量高；質量好；成本低；易提取。,獲取目的基因（例如血清白蛋白基因） 構建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子） 顯微注射導入哺乳動物受精卵中 形成胚胎 將胚胎送入母體動物 發(fā)育成轉基因動物（
8、只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉入的基因才能表達）。,思考:用基因工程技術實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？,簡述培育可以生產(chǎn)乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原)的轉基因牛的方法步驟。, 用限制酶從乙肝病毒DNA中獲取表面抗原基因; 將抗原基因和乳腺蛋白基因的啟動子等 調控組件同時插入質粒，構建基因表達載體； 通過顯微注射的方法導入山羊的受精卵； 檢測篩選出成功轉化的受精卵,培養(yǎng)成胚胎； 將胚胎植入代孕母牛,使其生長發(fā)育轉基因牛.,青島森淼實業(yè)有限公司,乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷),導入人基因具特殊用途的豬,（四）用轉基因動物作器官移植的供體,利用基因工程對豬的器官進行改造,方法：將器官
9、供體基因組導入某種調節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達或設法除去抗原決定基因，再結合克隆技術，培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官,背上長人耳的老鼠,將目的基因導入到動物的受精卵里，目的基因若與受精卵染色體DNA整合，細胞分裂時，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個細胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達，并穩(wěn)定地遺傳給后代，從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個體，稱為轉基因動物。,總結：什么叫轉基因動物？,基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應用主要是什么？,繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質量的皮毛等優(yōu)良品質的轉基因動物。 該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術將重組DNA轉移到動物受精卵中。,植物
10、方面 提高植物的抗蟲、抗病、抗逆性 改良植物的品質 動物方面 提高動物生長速度 改善畜產(chǎn)品的品質 用轉基因動物生產(chǎn)藥物 用轉基因動物作器官移植的供體 研制藥物 基因治療,1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結構中提??？,從生物的組織、細胞或血液中提取。,2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點:,由于受原料來源的限制，價格十分昂貴。,三、基因工程藥品異軍突起,3.可利用什么方法來解決上述問題？,利用基因工程方法制造轉基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質量、低成本的藥品。,工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系。,基因工程藥品包括：細胞因子（即淋巴因子如白
11、細胞介素2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等,胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠不能滿足社會需要。1979年，科學家將動物體內的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內實現(xiàn)了表達。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價降低了30%50%。,基因工程藥品 胰島素,治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。 現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生
12、長激素基因導入大腸桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,基因工程藥品 生長激素,干擾素是動物或人體細胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細胞內提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。19801982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。,基因工程藥品 干擾素,利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?,利用微生物生
13、產(chǎn)蛋白質類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質的編碼基因，構建成表達載體后導入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質類藥物。有以下優(yōu)越性： （1）利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。,1、基因治療概念：,四、基因治療曙光初照,把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。 （把特定的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，從而達到治療疾病的目的）,2、實例：,將腺苷酸
14、脫氨酶基因轉入取自患者的淋巴細胞中，再將這種淋巴細胞轉入患者體內。,(1)對嚴重復合型免疫缺陷癥的治療,1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥（腺苷脫氨酶缺乏癥）的4歲女孩進行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。后來，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人的生活，并進入普通小學上學。,復合型免疫缺陷癥,復合型免疫缺陷癥患者
15、缺失腺苷酸脫氨酶基因（A基因）,造成體內缺乏腺苷酸脫氨酶。簡述用基因治療方法治療復合型免疫缺陷癥的過程。, 從患者體內分離出淋巴細胞進行培養(yǎng)； 用限制酶從正常人體細胞中獲取A基因，插入 質粒構建基因表達載體； 用顯微注射法將重組質粒導入淋巴細胞； 檢測篩選出成功轉化的淋巴細胞，轉入患者 體內； 一段時間內，檢測患者體內是否產(chǎn)生腺苷酸 脫氨酶。,3、基因治療的類型,4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段,5、用于基因治療的基因種類：正?；?、反義基因和自殺基因,DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。當用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進行接觸，若兩者的堿基完全配對成雙鏈，
16、則表明被測基因中含有已知的基因序列。,知識回顧：基因診斷,1）白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 白血病 2 ） 珠蛋白的DNA探針 鐮刀狀細胞貧血癥 3）苯丙氨酸羧化酶基因探針 苯丙酮尿癥,舉例：,基因診斷：,二、基因工程與生態(tài)環(huán)境保護 1、生活現(xiàn)狀； 2、應用；,大量廢棄物、生活垃圾,（1）生產(chǎn)聚羥基烷酯,,傳統(tǒng)方法； 現(xiàn)代方法：,細菌發(fā)酵,轉基因植物,（2）超級細菌；,提高分解烴類的能力,（3）轉基因微生物；,吸收重金屬、降解有毒化合物、處理工業(yè)廢水,利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉化污染物。,環(huán)境
17、污染治理,1）用基因工程產(chǎn)物“超級細菌”分解石油，可以大大提高細菌分解石油的效率。,3）通過基因重組構建新的殺蟲劑，取代生產(chǎn)過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程回收和利用工業(yè)廢物。,2）用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。,,五、基因芯片,從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標準圖譜；從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。 通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。 基因芯片診斷技術以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術。,思考與探究: 根據(jù)所學內容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。,基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產(chǎn)，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高。,當人類擁有了只有大自然才擁有的改造生物、創(chuàng)造生物的能力時，我們是否感到很坦然呢？,,轉基因食品,安全嗎?!,,目前，大多數(shù)專家認為，已經(jīng)投入商品化生產(chǎn)的轉基因番茄、玉米等農(nóng)產(chǎn)品都是安全的。迄今為止尚無食用轉基因生物產(chǎn)品引起任何嚴重問題的科學報道。,,綠色和平組織將轉基因食品妖魔化,,
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