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(共31张PPT)
基因工程的应用
【学习目标】
1.结合具体实例了解基因工程的应用
2.联系当地生产、生活中的具体实例，思考如何用基因
工程的方法解决实际问题
目录
01
基因工程在农牧业方面的应用
02
基因工程在医药卫生领域的应用
03
基因工程在食品工业方面的应用
得到广泛应用
从社会中来
1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程药物——重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。
胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素，需要上千头牛，生产的成本非常高。
你知道除了生产胰岛素，
基因工程还有哪些应用吗？
01
基因工程在农牧业方面的应用
转基因植物方面
①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。转基因作物的种植使化学农药的施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t，增加经济效益1.3万亿。
②美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家
③世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；
④我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜；
转基因动物方面
①几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段；
②2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
1.转基因抗虫植物
（1）原理：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性。
（2）举例：转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
转基因抗虫水稻（绿色植株）与
对照（被害虫侵害的黄色植株）
转基因抗虫玉米
2.转基因抗病植物
（1）原理：将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
（2）举例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
转基因抗病毒甜椒
转基因抗病毒木瓜与对照
3.转基因抗除草剂植物
大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。
（1）原理：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。
（2）举例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
4.改良植物品质
利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。
（1）将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
（2）将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。
高赖氨酸玉米
转基因矮牵牛
5.提高动物的生长速率
（1）原理：将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。
（2）举例：我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。
转生长激素基因鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
转入外源生长激素基因的
“超级小鼠”
6.改善畜产品的品质
（1）有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，这称为乳糖不耐受。我国约有1/3的成年人乳糖不耐受。
（2）方法：科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
低乳糖奶牛
02
基因工程在医药卫生领域的应用
1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
（1）常见药物类型：
（2）应用：
（3）实例：
预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等
干扰素
干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对治疗乳腺癌、淋巴瘤、多发性骨髓瘤和某些白血病等也有一定疗效。
（1）传统生产方法：
从人血液中白细胞提取，每300L血液只能提取1mg干扰素
（2）现代生产方法：
干扰素基因
质粒
重组质粒
大肠杆菌或酵母菌
大量可生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌
构建
导入
培养
研究资料显示：大肠杆菌生产出来的干扰素没有糖链，但同样能够抑制病毒在细胞内的增殖，增强吞噬细胞的吞噬作用和对癌细胞的杀伤作用。
用转基因哺乳动物批量生产药物
2.用转基因哺乳动物批量生产药物——乳腺生物反应器
药用蛋白基因
转基因动物
乳腺中特异表达的基因的启动子
代孕母体
重组载体
哺乳动物受精卵
早期胚胎
乳汁中含有药物蛋白
培养
显微注射
分娩
胚胎移植
目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
优点：产量高、质量好、成本低、易提取
3.用转基因动物作为器官移植的供体
（1）人体器官移植的难题：
人体移植器官短缺
寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。
（2）解决途径：
a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似
b.猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物
猪的优点：
a.在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达。
最大难题：
免疫排斥
（3）改造方法：
b.设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
03
基因工程在食品工业方面的应用
基因工程菌
1.基因工程菌
实例1：阿斯巴甜
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
（1）概念：
（2）应用：
一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
实例2：凝乳酶
大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。
传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。
基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
实例3：淀粉酶、脂肪酶
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
【优点】基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
基因工程其他方面的应用
基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品。
利用经过基因改造的微生物来生产能源
利用“超级细菌”来处理环境污染
乳腺生物反应器 工程菌
含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中 特异性表达，利用动物的乳腺组织生产药用蛋白 用基因工程的方法，是外源基因得到
高效表达的微生物
基因表达 合成的药用蛋白与天然蛋白相同 合成的药用蛋白可能没有活性
受体细胞 哺乳动物受精卵 微生物细胞
目的基因 导入方式 显微注射法 Ca2+处理法
生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
比较乳腺生物反应器和工程菌
转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查：
到社会中去
目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？
截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。
课堂小结
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
利用哺乳动物批量生产药物
转基因抗虫植物
利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素
用转基因动物作为器官移植的供体
利用微生物或动植物细胞生产药物
改善畜产品的品质
提高动物生长速率
改善植物的品质
转基因抗除草剂植物
转基因抗病植物
答案：D
解析：A、乳腺生物反应器生产药用蛋白属于动物基因工程技术的应用，A不符合题意；B、培育抗除草剂的作物新品种属于植物基因工程技术的应用，B不符合题意；C、利用微生物生产重组人干扰素属于基因工程技术的应用，C不符合题意；D、用高产青霉菌生产青霉素属于诱变育种，不属于基因工程成果，D符合题意。故选D。
随堂练习
1.下列不属于基因工程成果的是( )
A.乳腺生物反应器生产药用蛋白 B.培育抗除草剂的作物新品种
C.利用微生物生产重组人干扰素 D.用高产青霉菌生产青霉素
解析：A、乳腺生物反应器生产药用蛋白属于动物基因工程技术的应用，A不符合题意；B、培育抗除草剂的作物新品种属于植物基因工程技术的应用，B不符合题意；C、利用微生物生产重组人干扰素属于基因工程技术的应用，C不符合题意；D、用高产青霉菌生产青霉素属于诱变育种，不属于基因工程成果，D符合题意。故选D。
D
答案：D
解析：A、乳腺生物反应器生产药用蛋白属于动物基因工程技术的应用，A不符合题意；B、培育抗除草剂的作物新品种属于植物基因工程技术的应用，B不符合题意；C、利用微生物生产重组人干扰素属于基因工程技术的应用，C不符合题意；D、用高产青霉菌生产青霉素属于诱变育种，不属于基因工程成果，D符合题意。故选D。
2.科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中,获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要的医药产品,由此还发展了动物膀胱生物反应器等。下列说法错误的是( )
A.膀胱生物反应器优于乳腺生物反应器的方面包括不受性别、发育时期等限制
B.构建乳腺生物反应器时,需将目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起
C.将目的基因导入动物细胞常用受精卵作受体细胞,采用显微注射技术操作
D.转基因动物中,目的基因只存在于乳腺或膀胱细胞中,而不存在于其他体细胞中
解析：雌性动物一般要妊娠期后才能产生乳汁,乳腺生物反应器往往受动物性别和生长发育阶段的限制,而膀胱生物反应器不受性别、发育时期等的限制,A正确；构建乳腺生物反应器时,需将目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,以保证目的基因能在乳腺中正常表达,B正确；动物受精卵全能性最高,常用显微注射技术将目的基因导入受精卵来获得转基因动物,C正确；转基因动物是由导入目的基因的受精卵发育而来的,因此目的基因存在于乳腺或膀胱细胞中,也存在于其他体细胞中,D错误。
D
答案：D
解析：A、乳腺生物反应器生产药用蛋白属于动物基因工程技术的应用，A不符合题意；B、培育抗除草剂的作物新品种属于植物基因工程技术的应用，B不符合题意；C、利用微生物生产重组人干扰素属于基因工程技术的应用，C不符合题意；D、用高产青霉菌生产青霉素属于诱变育种，不属于基因工程成果，D符合题意。故选D。
3.苏云金杆菌会合成Bt抗虫蛋白，在棉铃虫的碱性肠道环境中，Bt抗虫蛋白在特定酶的作用下产生毒性，导致棉铃虫死亡。我国科学家利用花粉管通道法成功培育出转Bt基因的抗虫棉。下列说法错误的是( )
A.可根据苏云金杆菌的DNA特定序列设计引物，用PCR技术扩增获得Bt基因
B.需要构建含Bt基因的基因表达载体，然后将基因表达载体导入棉花细胞
C.Bt基因可以整合到棉花染色体上，抗虫棉自交后代不会发生性状分离
D.Bt抗虫蛋白具有高度专一性，对害虫天敌、人畜均无毒性，在环境中易分解
解析：苏云金杆菌会合成Bt抗虫蛋白，所以可以根据苏云金杆菌的DNA特定序列设计引物，用PCR技术扩增获得Bt基因，A正确；为了使Bt基因能够表达和发挥作用，需要构建基因表达载体，然后将基因表达载体导入棉花细胞，B正确；Bt基因可以整合到棉花染色体上，由于只有1条染色体上含有抗虫基因，因此该抗虫棉自交后代会发生性状分离，C错误;Bt抗虫蛋白在特定酶的作用下产生毒性，具有高度专一性，对害虫天敌、人畜均无毒性，其本质是蛋白质，所以在环境中易分解，D正确。
C

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