高中生物 1.3 基因工程的應(yīng)用課件 新人教版選修3.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,一、植物基因工程碩果累累 植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力、改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。 1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 (1)方法:將從某些生物中分離出的具有殺蟲活性的基因?qū)胱魑镏?使其具有抗蟲性。 (2)用于殺蟲的目的基因:主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。 (3)意義:減少化學(xué)農(nóng)藥的使用,降低生產(chǎn)成本,減輕對環(huán)境的污染。,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,2.抗病轉(zhuǎn)基因植物 (1)引起植物生病的微生物稱為病原微生物,主要有病毒、真菌和細(xì)菌等。 (2)目的基因:病毒外殼蛋白基因、病毒的復(fù)制酶基因、幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因。 (3)意義:能夠獲得常規(guī)育種無法獲得的抗病毒的新品種。 3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,4.利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的品質(zhì),目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,抗蟲基因?yàn)槭裁床荒芸共《?、?xì)菌和真菌? 提示因?yàn)槊糠N基因都有特定的結(jié)構(gòu)和功能,具有專一性?？瓜x基因只能抗蟲。,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,二、動物基因工程前景廣闊 1.動物基因工程在動物品種改良、建立生物反應(yīng)器、器官移植等很多方面顯示了廣闊的應(yīng)用前景。 2.用于提高動物生長速度:將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)成功的表達(dá),可以提高動物的生長速率。 3.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì):科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他營養(yǎng)成分不受影響。,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,4.用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物:科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起,通過顯微注射等方法,導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中,然后,將受精卵送入母體內(nèi),使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后,可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品,因而稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。 5.用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體:器官移植最大的難題是免疫排斥?？茖W(xué)家正試圖將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子,以抑制抗原決定基因的表達(dá),或設(shè)法除去抗原決定基因,再結(jié)合克隆技術(shù),培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因器官。,,,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,構(gòu)建乳腺生物反應(yīng)器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是什么?基因表達(dá)載體構(gòu)建成功后導(dǎo)入的受精卵將來發(fā)育成的個(gè)體是雄性的,還是雌性的? 提示將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起構(gòu)成基因表達(dá)載體。能分泌乳汁的是雌性動物,所以構(gòu)建的基因表達(dá)載體要導(dǎo)入的受精卵將來發(fā)育成的個(gè)體應(yīng)是雌性動物。,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,三、基因工程藥物異軍突起 1.工程菌:用基因工程的方法,使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系一般稱為工程菌。 2.利用工程菌生產(chǎn)的藥物包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。 3.干擾素是動物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。由于干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染,因此它是一種抗病毒的特效藥。 生產(chǎn)基因工程藥物為什么要構(gòu)建“工程菌”? 提示工程菌能使外源基因高效表達(dá),基因產(chǎn)物產(chǎn)量高。,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,四、基因治療曙光初照 1.基因治療是把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達(dá)到治療疾病的目的?？煞譃轶w外基因治療和體內(nèi)基因治療兩種。 2.無論哪一種基因治療,目前都處于初期的臨床試驗(yàn)階段。 (1)患者通過基因治療后,其后代還會患遺傳病嗎?為什么? 提示基因治療只是將正常的基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達(dá)到治療疾病的目的,而細(xì)胞中的缺陷基因并未切除或修復(fù),與正?；蛲瑫r(shí)存在,其可通過生殖細(xì)胞傳遞給后代,所以后代很可能還會患遺傳病。 (2)基因治療現(xiàn)在應(yīng)用于臨床治療了嗎? 提示基因治療的很多技術(shù)還不成熟,目前只是處于臨床試驗(yàn)階段。,,,,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一、乳腺(房)生物反應(yīng)器 1.原理:應(yīng)用重組DNA技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù),將目的基因轉(zhuǎn)移到尚未分化的動物胚胎細(xì)胞(或受精卵)中,經(jīng)胚胎移植,得到能在乳腺中表達(dá)目的基因的個(gè)體,其乳腺組織可分泌生產(chǎn)“目的產(chǎn)品”,如具有藥用價(jià)值的蛋白,這些蛋白進(jìn)入乳汁中,再通過回收含轉(zhuǎn)基因蛋白的動物乳汁,就可以提取有重要藥用價(jià)值的生物活性蛋白。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.操作過程,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,3.主要用途:生產(chǎn)多肽類藥物、工程疫苗、抗體、營養(yǎng)品。 目前,科學(xué)家已在牛和山羊等動物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 繼哺乳動物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后,膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展。科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠,其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答下列問題。 (1)將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞,常用方法是 。 (2)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí),通常要將外源基因轉(zhuǎn)入 中,原因是 。 (3)通常采用 技術(shù)檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組。 (4)在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí),應(yīng)使外源基因在小鼠的 細(xì)胞中特異表達(dá)。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析在基因工程中,若受體細(xì)胞是動物細(xì)胞,常采用顯微注射的方法導(dǎo)入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮細(xì)胞合成人的生長激素,在進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí),受體細(xì)胞通常是受精卵,原因是受精卵體積大,便于操作且全能性高,可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中得到表達(dá)。檢測目的基因是否插入受體細(xì)胞的基因組,通常采用的是DNA分子雜交技術(shù)。 答案(1)顯微注射法 (2)受精卵 受精卵體積大,便于操作且全能性高,可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中表達(dá) (3)DNA分子雜交 (4)膀胱上皮,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,科學(xué)家已能運(yùn)用基因工程技術(shù),讓羊的乳腺細(xì)胞合成并分泌抗體。下列相關(guān)敘述中錯誤的是( ) A.該技術(shù)將導(dǎo)致定向變異 B.DNA連接酶把目的基因與載體的黏性末端的堿基對連接起來 C.蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可為合成目的基因提供信息資料 D.受精卵是理想的受體,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析在基因工程操作程序中,所用的DNA連接酶連接的不是目的基因與載體的黏性末端的堿基對,而是目的基因與載體DNA兩條鏈的骨架,即脫氧核糖與磷酸的連接,也就是說,DNA連接酶只能催化斷開的雙鏈DNA片段重新形成磷酸二酯鍵。由蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可推知相應(yīng)的mRNA中的核苷酸序列,進(jìn)而可推測相應(yīng)基因中的脫氧核苷酸序列,從而可以用化學(xué)合成方法人工合成目的基因。受精卵體積較大,操作較容易,也能保障發(fā)育成個(gè)體的所有細(xì)胞(乳腺細(xì)胞)都含有外源基因。 答案B,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,1.利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性 (1)利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng),表達(dá)效率高,無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量需要的藥品。 (2)可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源不足的問題。 (3)降低生產(chǎn)成本,減少工作人員。 2.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物 用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取,但從乳腺生物反應(yīng)器中提取蛋白質(zhì),受體細(xì)胞所在個(gè)體必須是雌性,若從尿液中提取目的基因的產(chǎn)物則不受此限制。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、基因治療 1.過程,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.方式,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 據(jù)報(bào)道,在某基因治療中心接受基因治療的三名遺傳性失明患者都重新獲得了一定的視力,并且沒有嚴(yán)重的副作用?；蛑委熓侵? ) A.把正常外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中,達(dá)到治療疾病的目的 B.對有缺陷的細(xì)胞進(jìn)行檢測、修復(fù),從而使其恢復(fù)正常,達(dá)到治療疾病的目的 C.運(yùn)用人工誘變方法,使有基因缺陷的細(xì)胞發(fā)生基因突變,從而恢復(fù)正常 D.運(yùn)用基因工程技術(shù),把有缺陷的基因切除,達(dá)到治療疾病的目的,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析基因治療只是將正常的基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達(dá)到治療疾病的目的,而細(xì)胞中的缺陷基因并未修復(fù),和正?；蛲瑫r(shí)存在,基因治療也不是切除病變基因或誘發(fā)其突變,因而B、C、D三項(xiàng)的說法都不符合基因治療的概念。 答案A,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,基因治療是人類疾病治療的一種嶄新手段,下列有關(guān)敘述錯誤的是( ) A.基因治療是治療人類遺傳病的最有效的手段 B.基因治療是一種利用基因工程產(chǎn)品治療人類疾病的方法 C.使正?；虻谋磉_(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達(dá)到治療疾病的目的 D.基因治療的靶細(xì)胞可以是體細(xì)胞和生殖細(xì)胞 解析基因治療是指將人的正常基因或有治療作用的基因通過一定方式導(dǎo)入人體靶細(xì)胞使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達(dá)到治療疾病的目的,是生物醫(yī)學(xué)新技術(shù)。 答案B,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,基因診斷與基因治療的比較,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,1.哪種性別的個(gè)體可作為乳腺生物反應(yīng)器 不是所有動物個(gè)體都可以作為乳腺生物反應(yīng)器。其實(shí)乳腺生物反應(yīng)器操作成功的應(yīng)該是雌性個(gè)體,并且個(gè)體本身的繁殖速度較高,另外動物的泌乳量、蛋白含量等都是應(yīng)該考慮的因素。,(1)圖中構(gòu)建完成的基因表達(dá)載體導(dǎo)入綿羊受精卵所用的方法是 。 (2)圖中的A過程包括早期胚胎培養(yǎng) 和胚胎移植技術(shù),進(jìn)行胚胎移植之前 必須對胚胎進(jìn)行DNA分析鑒定 ,以獲得能夠符合生產(chǎn) 要求的個(gè)體。 (3)為了鑒定目的基因是否成功表達(dá), 必須進(jìn)行抗原—抗體雜交,目的蛋白 相當(dāng)于 。,【例1】 利用基因工程技術(shù)可以使哺乳動物本身變成“批量生產(chǎn)藥物的工廠”。如圖表示科學(xué)家將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起,并通過一系列技術(shù) 手段制備生物乳腺反應(yīng)器的流程。請回答相關(guān)問題。,解析(1)在目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過程中,一般采用顯微注射法將目的基因?qū)雱游锏氖荏w細(xì)胞中。(2)分析圖解可知,圖中的A過程表示將重組細(xì)胞培養(yǎng)成成體羊,該過程中首先要利用早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)將受精卵培養(yǎng)為早期胚胎,然后再利用胚胎移植技術(shù)將早期胚胎移植到受體母羊的子宮中。由于只有雌性個(gè)體能夠產(chǎn)生乳汁,因此進(jìn)行胚胎移植之前必須對胚胎進(jìn)行DNA分析鑒定性別,以獲得能夠符合生產(chǎn)要求的個(gè)體。(3)為了鑒定目的基因是否成功表達(dá),必須進(jìn)行抗原—抗體雜交,目的蛋白相當(dāng)于抗原。 答案(1)顯微注射技術(shù) (2)性別 (3)抗原,,2.有關(guān)Bt毒蛋白的兩點(diǎn)提醒 (1)本身不具有毒性:Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白本身沒有毒性,只有被害蟲攝食消化分解為多肽后才具有毒性。 (2)發(fā)揮抗蟲作用的機(jī)理:Bt毒蛋白水解成的多肽與害蟲的腸上皮細(xì)胞的特異性受體結(jié)合,導(dǎo)致其細(xì)胞膜穿孔,細(xì)胞腫脹裂解而使害蟲死亡。,【例2】 研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因抗蟲植物能殺死昆蟲的原理是該基因控制合成的蛋白質(zhì)被昆蟲食用后,在消化道中被蛋白酶水解產(chǎn)生具有毒性的活性肽,與昆蟲腸道細(xì)胞上的受體結(jié)合,使細(xì)胞滲透壓失衡,最終導(dǎo)致昆蟲死亡。圖1表示從蘇云金芽孢桿菌中獲取Bt抗蟲基因以培養(yǎng)抗蟲玉米的部分過程。其中①~⑧表示操作流程,a、b表示分子,c~e表示培養(yǎng)過程(其中d過程表示細(xì)菌與玉米細(xì)胞混合培養(yǎng))。,圖1,圖2,(1)在圖1中流程①獲取Bt抗蟲基因需使用 酶,將其與切割后的質(zhì)粒重組需使用 酶;在流程⑤中,細(xì)菌經(jīng)培養(yǎng)不斷分裂產(chǎn)生更多的子代細(xì)菌,該步驟的主要目的是 ;流程⑦需要運(yùn)用 技術(shù),經(jīng)過 過程最終形成植株,其依據(jù)的主要原理是 。 (2)目前多個(gè)國家已批準(zhǔn)種植轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米供人食用,請結(jié)合題意分析其可行的原因是 。 (3)已知Bt基因能夠成功整合到玉米染色體上,某玉米植株體細(xì)胞中Bt基因在染色體上的整合情況如圖2所示(黑點(diǎn)表示Bt基因的整合位點(diǎn)),該植株進(jìn)行自交,子一代中具有抗蟲特性的植株所占比例為 。,解析(1)限制酶能識別與切割特定的堿基序列,從而獲取Bt抗蟲基因,DNA連接酶的作用是將兩DNA片段的磷酸與脫氧核糖連接在一起,流程⑤主要目的為擴(kuò)增目的基因;流程⑦需要運(yùn)用植物組織培養(yǎng)技術(shù),經(jīng)過脫分化和再分化過程最終形成植株,其依據(jù)的主要原理是植物細(xì)胞的全能性。(2)該毒蛋白水解后的有毒性的活性肽,必須與特異性受體結(jié)合才能起作用,人體腸道細(xì)胞沒有該受體,所以可供人食用。(3)植株進(jìn)行自交,子一代中具有抗蟲特性的植株所占比例為1-1/82=63/64。 答案(1)限制 DNA連接 擴(kuò)增目的基因 植物組織培養(yǎng) 脫分化和再分化 植物細(xì)胞的全能性 (2)該毒蛋白水解后的有毒性的活性肽,必須與特異性受體結(jié)合才能起作用,人體腸道細(xì)胞沒有該受體 (3)63/64,,3.基因治療中的相關(guān)正常基因 誤以為基因治療中正?；蚋淖儾∽兓虻谋磉_(dá)。其實(shí)在基因治療的過程中,正?；?、病變基因都可以表達(dá),由于正?；虻谋磉_(dá)掩蓋了病變基因的表達(dá),使病人表現(xiàn)正常,最終達(dá)到治療疾病的目的。,【例3】科學(xué)家們對一位缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的美國女孩進(jìn)行基因治療,其方法是首先將患者的淋巴細(xì)胞取出做體外培養(yǎng),然后用反轉(zhuǎn)錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入人工培養(yǎng)的淋巴細(xì)胞中,再將這些轉(zhuǎn)基因淋巴細(xì)胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi),經(jīng)過多次治療,患者的免疫功能趨于正常。 (1)基因治療是把健康的 導(dǎo)入有 的細(xì)胞中,以達(dá)到治療疾病的目的。 (2)在基因治療過程中,反轉(zhuǎn)錄病毒的作用相當(dāng)于基因工程中基因操作工具中的 。此基因工程中的目的基因是 ,目的基因的受體細(xì)胞是 。,(3)將轉(zhuǎn)基因淋巴細(xì)胞多次回輸?shù)交颊唧w內(nèi)后,免疫能力趨于正常,是由于淋巴細(xì)胞中能合成 。 (4)下圖甲所示的方法是從 的DNA中直接分離出基因,圖乙所示的方法是用 方法人工合成基因。,解析圖甲表示用限制酶將供體細(xì)胞的DNA切成許多片段,然后將片段通過載體轉(zhuǎn)入到不同的受體細(xì)胞,從中找到目的基因。圖乙表示用目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板,反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈DNA,再合成雙鏈DNA,從而獲得目的基因。 答案(1)外源基因 基因缺陷 (2)載體 腺苷酸脫氨酶基因 淋巴細(xì)胞 (3)腺苷酸脫氨酶 (4)供體細(xì)胞 反轉(zhuǎn)錄,,