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2015-2016学年高二生物北师大版选修3课件4.3 基因工程的应用及产业化前景.ppt


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4.3 基因工程的应用及产业化前景 课件 (北师大版选修 3)
[学习目标定位] 的新进展。 1.举例说出基因工程在农业、医疗、环 境保护等方面的广泛应用及其发展前景。2.关注基因工程

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基因工程的操作程序 化学合成法 鸟枪法 目的基因 反转录法

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花粉管通道 农杆菌 基因枪

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氯化钙

PCR

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探究点一

动植物基因工程成果

随着分子生物学技术的迅速发展,基因工程取得了惊人的成 绩。结合教材思考: 1.植物基因工程成果 (1)突破了传统杂交育种的局限 ①常见的转基因生物 a.抗病毒的烟草和马铃薯是导入了 抗病毒基因 。 b. 抗虫玉米和抗虫烟草是把 苏云金杆菌 体内的一种编 码 毒素蛋白 的基因导入玉米和棉花。减少了喷洒农药 造成的 污染 ,也使农民免遭农药的危害。

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c.把编码赖氨酸的基因转入 小麦基因组 ,培育出了富含

赖氨酸 的小麦。 _________
②转基因技术的优点:扩展了可利用基因的 种类 ,克服了

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远源种及种间杂交不育 或不能杂交的障碍,使得生物界 ______________________
存在的抗病虫害基因、优良的品质基因等都可以重组到植物

染色体 上,并使之在植物体内 ____________ 遗传和表达 ,从而培育出 _______ 育种周期 。 优良的品种,同时还缩短了___________
(2)开辟了生产疫苗的新途径:科学家培育出一种可以生产

乙肝疫苗 的转基因胡萝卜,通过 _________________ 生吃或榨汁食用 就可 __________
以达到接种疫苗的效果。

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2.动物基因工程成果 (1)改善畜禽经济性状的新思路 ①加快畜禽的生长速度:把人的 生长激素 基因导入猪 的 受精卵 得到的转基因猪生长速度和饲料利用效率 显著提高。 ②抗病基因导入动物体内,提高动物的抗病能力。 ③大量研究表明,通过转基因技术,可使受体动物合成 某些必需的 氨基酸 ,或改变动物的 生长调节 系统, 进而促进动物生长、提高动物饲料的利用率。 (2)动物生物反应器为医药事业开辟了新途径 ①动物的重要生物反应器—— 乳腺

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a.乳腺是 外分泌器官 。 b.从乳汁中获取的基因产物,不但 产量高,易提纯 ,而且 表达的蛋白质经过充分的修饰加工,具有 稳定 的生物活 性。 ②动物生物反应器生产的药物 a.从转 α1抗胰蛋白酶基因绵羊的乳汁中提取出 α1?抗胰 __ 蛋白酶 。 b.从转 人凝血因子 基因的绵羊乳汁中提取凝血因子。 c.从转人生长激素基因的兔乳汁中提取人 生长激素 。

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小贴士

用乳腺生物反应器生产的优点是产量高、

质量好、成本低、易提取,但从乳腺生物反应器中 提取蛋白质,受体细胞所在个体必须是雌性的,若 从尿液中提取目的基因的产物则不受此限制。

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【归纳提炼】 基因工程育种和传统杂交育种的比较 杂交育种 原理 基因重组 基因工程育种 异源DNA(基因)重组

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杂交→自交→筛选。先 提取→重组→导入→筛选→表 处理 方法 通过两个具有不同优良 达。即目的基因的获得→基因表 性状的纯种杂交得到 达载体的构建→目的基因的导入 F1,然后再将F1自交, →目的基因的检查与表达产物的 人工筛选获取所需品种 测定 可以按照人的意愿改造生物,克 优点 缺点 操作简便 育种时间长 服远缘杂交不亲和的障碍,目的 性强,科技含量高 技术复杂、操作繁琐

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【活学活用】 1.继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后,膀胱生物反应 器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种 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。请回答: (1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用的方法 是__________________。 (2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入_________ 中,原因是____________________________________。 (3)通常采用________________技术检测外源基因是否 插入了小鼠的基因组。

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(4)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。

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答案

(1)显微注射法

(2)受精卵(或早期胚胎) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有 全能性,可使外源基因在相应组织细胞中表达 (3)DNA分子杂交(核酸探针)

(4)膀胱上皮

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探究点二 基因治疗和基因芯片

1990年9月,美国对一名患有严重复合型免疫缺陷症的4岁女 童,实施了基因治疗。复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病。 女童由于腺苷脱氨酶基因缺失,造成体内缺乏腺苷脱氨酶; 而腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的, 因此,女童不能抵抗病原微生物的威胁。1990年9月,这名女 童接受了基因治疗,研究人员将腺苷脱氨酶基因转入取自患 者的淋巴细胞中,使淋巴细胞能够产生腺苷脱氨酶,然后, 再将这种淋巴细胞转入患者体内。半年后,在血液中检测出 了被改造的淋巴细胞,女童体内产生的腺苷脱氨酶也越来越 多,女童产生抗体的能力显著改善。

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1.基因治疗 (1)基因治疗的基本原理 将 健康和正常 的基因通过某种载体导入人体细胞中有

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缺陷或有变异基因 的部位,并使目的基因在机体内 ___________________ 有效表达 ,达到防治疾病的目的。
(2)基因治疗的操作程序与基因工程基本相似 主要包括 目的基因 的选择和制备、 运载体 的选择、 靶细胞的选择、目的基因进入 靶细胞 的方式及外源基 因表达的 检测 。 (3)材料中的基因治疗是把健康的外源基因导入 某些功 能细胞 。

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(4)研究人员将腺苷脱氨酶基因转入淋巴细胞而不是其他细胞 腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必 的原因可能是_________________________________________

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需的,淋巴细胞中具有这种酶才能产生抗体等免疫物质 。 __________________________________________________
(5)基因治疗的范围:血友病、严重贫血、关节炎、心血管病、 艾滋病等疑难顽症。 (6)治疗的方式 ① 正常基因 替换体内异常基因。 ②导入体内没有的基因, 调节 人体的生理代谢。

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(7)基因治疗存在的问题 ①目的基因的安全性问题。 ②运载体问题 a. 脂质体和病毒 是基因治疗的运载体。 b.脂质体导入率低,无 靶向性 。 c.病毒主要是 逆转录病毒和腺病毒 两种。逆转录病毒比较 安全,针对增殖的细胞,但导入率 非常低 。腺病毒导入效 率较高,也可以对生殖细胞导入,会引起严重的免疫反应 ___。 d. 可能会引起目标细胞以外的细胞感染病毒, 甚至可能将病 毒传播给其他个体或传播到环境中,危害人类健康。 ③致病多基因问题。

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2.基因芯片 (1)基因芯片的基本原理: 分子杂交技术 (2)结构与过程 ①基因芯片上是已知的 DNA 片段。 ②将待测样品制成 荧光标记的DNA探针 。 ③荧光标记的 DNA 探针与基因芯片上已知的 DNA 片 段 杂交 。 ④杂交信号放大后输入计算机统计分析。 ⑤检测出待测样品的 DNA 序列。 。

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(3)优点:一次可以检测大量的基因。 (4)基因芯片的用途 ①监测 基因表达 的变化。 ②分析基因 序列 。 ③寻找新的基因。 ④寻找新的药物分子。

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【归纳提炼】 基因诊断和基因治疗 (1)基因诊断 DNA分子杂交法,即DNA探针法。该方法是根据碱基 互补配对原则,把互补的双链DNA解开,把单链的 DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等 进行标记。之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂 交,从而检测出所要查明的DNA或基因。

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(2)基因治疗 ①体外基因治疗:先从病人体内获取某种细胞进行培养, 然后在体外完成基因的转移, 再筛选成功转移的细胞扩增 培养,最后重新置入患者体内。 ②基因治疗的现状:目前处于临床实验阶段。 ③用于基因治疗的基因种类: 从健康人体分离得到正常的 基因、反义基因、编码可以杀死癌细胞的蛋白酶基因。

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【活学活用】 2.基因治疗是指 A.用 DNA 探针修复缺陷基因 B.用 DNA 探针检测疾病 C.将正常基因导入有基因缺陷的细胞中 D.将外源基因导入受体细胞 ( C )

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病毒 虫 赖氨酸 远源种及种间杂 交不育或不能杂交 育种周期

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乳腺 人凝血因子 生长激素

基因重组 单基因或多基因
安全性 致病多基因 DNA分子杂交 DNA探针 杂交 运载体

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1. 抗病毒转基因植物成功表达后, 以下说法正确的是 A.抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒

( B )

B.抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性 C.抗病毒转基因植物可以抗害虫 D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传,不会变异

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2.人的糖蛋白必须经过内质网和高尔基体加工合成。通过转基 因技术,可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是 ( B ) A.大肠杆菌 B.酵母菌

本 C.T4 噬菌体 D.质粒 DNA 课 栏 3.科学家已能运用基因工程技术,让羊合成并由乳腺分泌抗 目 开 体,相关叙述中正确的是 ( B) 关

①该技术将导致定向变异 ②DNA 连接酶把目的基因与运 载体黏性末端的碱基对连接起来 列可为合成目的基因提供资料 ④受精卵是理想的受体

③蛋白质中的氨基酸序

A.①②③④ C.②③④

B.①③④ D.①②④

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4.如图所示为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红 细胞形态及镰刀型细胞贫血症的基因治疗过程,请回答 以下问题:

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(1)________图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞, 这种病是 由______________造成的。 (2)写出以下结构或物质的名称: A.________________________;D.__________________。 (3)写出以下过程的操作内容: ①_________________________________________________ ②用携带正常基因的运载体(病毒)侵染造血干细胞; ③________________________________________________; ④________________________________________________。 (4)该方法属于________(填“体内”或“体外”)基因治疗, 其特点是__________________________________________ __________________________________________________。

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(5)患者身体康复后,所生子女是否会带有镰刀型细胞贫血症 基因?请说明理由。 _________________________________________________ _________________________________________________ __________________________________________________ _______________________________________________。

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自我检测区 答案 (1)乙 基因突变

(2)合成血红蛋白的正常基因(目的基因) 造血干细胞 (3)①将正常基因导入到运载体中 ③将运载体(携带正常基因)导入到造血干细胞染色体上 ④经过改造的造血干细胞输入到患者骨髓中产生正常 的血细胞

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(4)体外 操作复杂但效果较为可靠 (5)如果该患者的镰刀型细胞贫血症是由于个体发育的 受精卵时期基因突变引起的,子女会携带该致病基因; 如果患者的镰刀型细胞贫血症是由于个体发育过程中后 天基因突变引起的,其生殖细胞中不含致病基因,因此 不管是否经过基因治疗,子女都不含该致病基因

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解析

(1)由于基因突变使红细胞在形态上呈镰刀状而易破

碎,如图乙。(2)在基因治疗过程中,A 为目的基因,可以与 运载体结合后导入受体细胞中,D 作为受体细胞应为具有持 续分裂能力的造血干细胞。(3)基因治疗过程应有四个步骤; 其中③为将基因表达载体导入受体细胞 D 的染色体上,④为 将具有正常功能的造血干细胞转移至体内,由此可知,此过 程为体外基因治疗。(5)基因突变若发生在体细胞内一般不遗 传给后代,若发生在生殖细胞中可能遗传给后代。

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