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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。
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。
除了生产胰岛素，基因工程还有
哪些应用呢
自主学习深度学习迁移应用
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对照 (被害虫侵害的黄绿色植株)
转基因抗虫水稻 (绿色植株) 低乳糖奶牛
第3章第3节 基因工程的应用
粤若金
注射用重组人干扰素a1b
r 家
M th
iH
20四支X支
(2)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。
200
189.8|
100
1.7
0
年份
阅读教材P87,了解基因工程在农牧业方面的应用发展现状。
任务1:探究基因工程在农牧业方面的应用
国家。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。
(1)1996-2017年，全世界转基因作物种植面
(3)美国是世界上转基因作物种植面积最大的
积增加了100多倍。
1996-2017年，全世界转 基因作物种植趋势变化
1.发展现状
深度学习 迁移应用
种植面积/(x10hm)
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全世界转基因作物
1996
2017
(4)2017年，我国转基因作物的种植面积居世界 第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。
(5)在转基因动物方面，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段。2015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
①缩短了生长周期。
②都是雌性而且不育，避免 了野生鲑鱼杂交的风险。
目前，基因工程技术已被广泛
用于改良动植物品种、提高作物和 畜产品的产量等方面。
> 转基因大西洋鲑的优点：
美国获得批准上市。
转基因鲑鱼(后排)和正常鲑鱼(前排)
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深度学习 迁移应用
项目 举例 为什么要做 怎样做
成效如何
转基因 植物 抗虫 抗虫棉
抗病 抗病毒烟草
抗除草剂 抗除草剂玉米
改良品质 高赖氨酸玉米
转基因 动物 提高生长 速率 转基因快速生 长鲤鱼
改良畜产 品的品质 转基因低乳糖 奶牛
2.应用
阅读教材P88-89,思考讨论、完成表：
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项目 举例 为什么要做 怎样做
成效如何
抗中 抗中棉 减少害虫对农作物的侵 牢 路低大坊体田是 将苏云金芽孢杆菌的Bt 青足白其国曰入媳龙细
有效减少棉铃虫等害虫危
HH .
用 黄 金大米 转基因玉米 转基因矮牵牛 改良品质 高赖氨酸 玉米 提高农作物营养成分含 量，满足人类营养需求 将富含赖氨酸的蛋白质 编码基因导入玉米细胞
使玉米中赖氨酸含量 增加，提升营养价值
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减少化学农药的施用量，降低生产成本； 减少环境污染
增加作物产量
增加经济效益
转基因作 物优点
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小结：转基因作物的优点
低乳糖奶牛
1456789101234567181215671301131561101231567110
转基因鲤鱼
乳糖
水 。
细菌分解乳糖
腹胀腹泻
半乳糖
葡萄糖 乳糖酶
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转基因 动物
乳酸
乙酸
二氧化碳
乳糖
氢气
:
o o
课堂练习1.除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP 合酶的活性，从而 使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在 除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦 的作物。教 材P 2 拓展应用1
(1)下面是探究“转入外源EPSP 合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请 补充完整。
①用限制酶和DNA连接酶 等处理含有目的基因的DNA 片段和Ti质粒，构建 重组Ti质粒；
②将重组Ti 质粒转入农杆菌中；
③利用含有重组Ti 质粒的农杆菌侵染_ 矮 牵 牛细胞，再通过培育得到转基因 植 株 ；
④用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。
结果：对照组植株死亡，转基因植株存活，但也受到了影响。
结论：. 转 基 因 矮 牵 牛 对 草 甘 膦 产 生 了 一 定 的 抗 性
0
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课堂练习1.除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP 合酶的活性，从而 使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在 除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦 的作物。教材P 2拓展应用1
(②请思考并回答下列问题。
①在该实验中，对照组是怎样设计的
对照组为：用等量草甘膦喷洒非转基因矮牵牛
②如果增加转入的外源EPS P合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘膦的抗性 是否会增强 请你给出进一步探究的思路。
理论上增加转入的外源EPSP 合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP 合酶 的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。
进一步探究的思路： 将不同拷贝数的EPSP 合酶基因分别转入矮牵牛 细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。
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任务2:探究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。
特比澳 三生制药 重组人血小板生成素注射液
15000
1000单位/1毫升
沈阳三生制药有限责任公司
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G- CSF
组人粒细胞刺激因子注射液 *
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心点组90职公
封口标签
【资料卡 — — 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!对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨 髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。
传统的干扰素生产方法是从人血中的白 细胞内提取， 300 L血才提取1mg ! 其“珍贵 ”程度自不用多说。
1980~1982年，科学家用基因工程方 法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素 , 从1 kg 细菌培养液中可20~40 mg 干扰素。
1993年，我国批准生产重组人干扰素 α—1b, 它是我国批准生产的第一个基因工程 药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、丙 型肝炎等。
注意：抗生素 (抗细菌药物) ≠干扰素 (抗病毒药物)
以侯云德院士(右)为首的研究人员，成功研制出
我国第一个基因工程药物——重组人干扰素α-1b
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培养 可大量生产干扰素的
大肠杆菌或酵母菌
基因工程菌
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类
O
请联系基因工程的基本操作程序和发酵工程的相关知识，尝试说出生产重组 人干扰素的流程
人干扰素基因
质粒
导入 大肠杆菌或 酵母菌
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重组 质粒
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构建
● ●
深度学习 |
思 考 ：
能否直接利用转基因大肠杆菌生产具有生物活性的干扰素 为什么 与大肠杆 菌相比，用酵母菌生产人的干扰素有什么优势
不能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素。
因为大肠杆菌属于原核生物，细菌中只有核
糖体这一种细胞器， 没有内质网和高尔基体
等其他细胞器， 不能加工形成有活性的干扰
素。需要在体外进行加工。
酵母菌为真核生物，有生物膜
系统，可通过内质网和高尔基
体对产生的干扰素进行加工和
修饰，从而产生有活性的干扰
素。不需要在体外进行加工。
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迁移应用
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
乳腺生物反应器(乳房生物反应器):
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。
阅读教材P90第二自然段，思考讨论：
①.获得乳腺生物反应器的步骤与培育普通转基因动物的步骤有何主要区别
在构建基因表达载体时，需要在编码药用蛋白的基因序列前加上在乳腺 中特异表达的基因的启动子
②.与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺作为反应器生产药用蛋白有哪些优点
a. 动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。
b. 产物直接经乳汁分泌，易提取。
③.请绘制用基因工程技术获得乳腺生物反应器的流程图。
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药用蛋白基因
雌性动物泌乳
乳腺中特异表达
的基因的启动子
等调控元件
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
阅读教材P90第二自然段，思考讨论：
③.请绘制用基因工程和胚胎工程技术获得乳腺生物反应器的流程图。
目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋
白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。
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基因表达载体
转基因动物
期分泌乳汁
显微
注射
受体动物
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受精卵
药物
胚胎
发育
移植
重组
分娩
3.建立移植器官工厂
人体移植器官短缺是世界性难题，为此，人们不得不把目光移向寻求 可替代的移植器官。
阅读教材P91第一自然段，思考讨论：
①.为什么猪的器官可以作为替代的移植器官
a. 猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似；
b. 与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
②.怎样应用基因工程技术解决移植时可能产生的免疫排斥问题
在器官供体的基因组中导入调控基因表达的DNA 序列，以抑制抗原决定基因的表达， 或设法除去抗原决定基因，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
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课堂练习2.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠 杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正 确的是 ( C ) 教材P 2概念检测1
A. 转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶
B. 发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物
C. 大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传
D. 大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等
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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 。
甜味剂阿 斯 巴 甜，主要由天冬氨酸和 苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过 基因工程大规模生产。
任务3:探究基因工程在食品工业方面的应用
Aspartame 阿斯巴甜
康 三
二kg
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阿斯巴甜
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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。 传统制作
杀死未断奶的小牛，然 后将它的第四胃的黏膜 取出来提取凝乳酶来固 化奶中的蛋白质。
相比从天然产物中提取的酶， 用基因工程技术获
得的工业用酶优点：
纯度更高，生产成本显著降低，
生产效率较高。
将编码牛凝乳酶的基因 导入大肠杆菌、黑曲霉 或酵母菌的基因中，再 通过工业发酵批量生产 凝乳酶。
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基因工程制作
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加工转化糖浆需要的淀 粉 酶，加工烘烤食品用到的脂 酶等也都可以通 过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
工业级雕肪酶
原料组成：工业级脂肪酶
形状外观：浅黄色粉末
储存条件：本产品为活性生物制剂，运输、贮存过 程中应避光、低温、干燥、通风。
保质期：本产品原封装在阴凉、干燥环境下保质 期为12个月。
规 格：25kg/桶
食品滞加剂
真菌淀粉酶
欧行标准，
净含量：25kg
西 n 口 识
住顾期：24个
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1.处理环境污染
基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一 种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。
任务4:了解基因工程在其他领域的应用
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乙醇单位产量的利润提
高了8%~15%
3种淀粉酶基因
组成的复合基因
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2.生产清洁能源
课堂练习3.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是
( A ) 教材P 2概念检测2
A. 培育青霉菌并从中提取青霉素
B. 利用乳腺生物反应器生产药物
C. 制造一种能降解石油的“超级细菌”
D. 制造一种能产生干扰素的基因工程菌
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课堂小结 基因 工 程 在 医 基因工程 药卫 的应用 生 领 域 的 应用
基 因 工程 在农 牧业 方 面 的应 用
转基因抗虫植物
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改善畜产品的品质
对微生物或动植物的
细胞进行基因改造
让哺乳动物批量生产
药物
建立移植器官工厂
食品工业用酶
氨基酸
维生素等
构建 基因工程在食品
工业方面的应用
深度学习 迁移应用
生产 基因工程菌
导入新课
自主学习

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