资源简介

(共26张PPT)
3.3基因工程的应用
抗虫害的玉米
转基因鲑
鱼
转鱼抗寒基 因的番茄
【学习目标】
1、基于基因工程在农牧、医药和食品等行业应用的实 例，说明基因工程给社会带来的巨大价值
2、基于基因工程在各方面发展的前景，理性看待基因 工程的安全性
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；
100
1.7
0
1996 2017
199 6-2017年，全世界转 基因作物种植趋势变化
1、发展现状：
(1)植物：
全世界转基因作物
种 植 面 积 / ( × 1 0 °
200
189.8
年份
h m )
(2)动物：
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。
转基因大西洋鲑的优点：
(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。
转基因鲑鱼(后排)和正常鲑鱼(前排)
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
一、基因工程的应用
基因工程自20世纪70年代兴起后，得到飞速发展，展示出广阔前景。
基因工程的应用
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
转基因抗病植物 抗逆性
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
改良畜产品的品质
1.基因工程在农牧业方面的应用
基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品 种、 提高作物和畜产品产量等方面。
一、基因工程的应用
2、基因工程在农牧业方面的应用：
(1)转基因抗虫植物：
①方法：从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。
②成果 转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
③优点：
减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类
健康的损害、降低生产成本、提高产量。
对照(被害虫侵害的黄绿色植株) 转基因抗虫水稻(绿色植株)
(2 )转基因抗病植物：
① 方 法 ：
科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中 ，培育出
转基因抗病植物。
②成果 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
(3)转基因抗除草剂植物：
①背景：杂草常常危害农业生产，而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。
②方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除 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。
③成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、 油菜和甜菜等。
优良基因
成果
必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因
富含赖氨酸的转基因玉米
与植物花青素代谢相关的基因
转基因矮牵牛
培育方法：利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。
(4)改良植物的品质
(6)改善畜产品的品质
培育方法：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。
实例：乳汁中乳糖的含量大大降低的转基因牛
(5)提高动物的生长速率
培育方法：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。
实例：转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高 了42%～115%。
思考讨论：
1.从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方 面的优越性有哪些
减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。降低生产成本。
2.种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性
为什么
会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。
3.为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量
肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。
对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
让转基因哺乳动物批量生产药物
用转基因动物作为器官移植的供体
一、基因工程的应用
2.基因工程在医药卫生领域的应用
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
①药物举例：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
②应用：可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病
和类风湿关节炎等；
③实例：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
2.基因工程在医药卫生领域的应用
一、基因工程的应用
用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得
思考：与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势
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 胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。
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。
1、传统生产干扰素的方法是什么
从人血液中的白细胞内提取
2、目前大量生产干扰素的方法是什么
一、基因工程的应用
以侯云德院士(右)为首的研究人员，成功地研制 出我国第一个基因工程药物——干扰素
药用蛋白基因
乳腺中特异表达的基因的启
动子等调控元件
(3)应用：
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
2、让转基因哺乳动物批量生产药物
(1)实例 乳腺生物反应器或乳房生物反应器
注意：启动子具有物种和组织的特异性， 如乳腺中特异表达的基因的启动子只在 乳腺细胞被特异性激活，使乳腺细胞的 目的基因得以表达
(2)培育过程： 要求：乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期
分析，鉴定性别，保留雌性
泌乳期
分泌乳汁
基因表 达载体
转基因 动物
胚胎移植前应做DNA
显微注
射法
药物
蛋 白
受精卵
发育
关于乳腺生物反应器
优点
● 适合于表达高等动物体内的复杂蛋白
●制备乳腺反应器的方法成熟
● 乳腺是天然的高效合成蛋白质的器官
●乳汁中重组蛋白的提取和纯化相对容易
缺点
● 动物泌乳期有间隔
●有些蛋白不能在乳腺里表达
●某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然 状态不同
补充：膀胱生物反应器
①可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否处于生殖期。
②从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。
优点：产量高；成本低；产品质量好，易提取。
思考讨论：
1、乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物。
2、为什么将药用蛋白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
让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达。
3、药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中 几乎所有细胞。
4、膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器
不局限于性别与生长期(乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌)。
5、研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因
将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组。
(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： 人体移植器官短缺是世界性难题
②解决途径：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
A. 猪的优点：
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
B. 最大难题：免疫排斥
2.基因工程在医药卫生领域的应用
一、基因工程的应用
③改造方法：
a.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；
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。
人类首次移植猪心脏，最关键48小时已顺利度过
2022年1月14日美国马里兰大学医学院10日宣布，他们的医生成功将一
只转基因猪的心脏植入到了一名病人体内，这是全球首例此类手术。据报 道，57岁的病人贝内特 (David Bennett) 在接受心脏移植手术三…
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2.基因工程在医药卫生领域的应用
一、基因工程的应用
(1)基因工程菌：
①概念： 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
②应用：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
(2)实例：
①阿斯巴甜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。
3.基因工程在食品工业方面的应用
一、基因工程的应用
②凝 乳 酶：
A.应用：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
B.制备方法：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母
菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶
③淀粉酶、脂酶：
A.应用 ：加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶
B.制备方法：构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产
C.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的优点：
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。
3.基因工程在食品工业方面的应用
一、基因工程的应用
· 利用经过基因改造的微 生物生产清洁能源
· 培育可以降解多种污染 物的“超级细菌”治理
环境污染
4.其他应用：环保领域的应用
一、基因工程的应用
农牧业方面
基因工程的应用
医药卫生方面
食品工业方面
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
让哺乳动物批量生产药物
建立移植器官工厂
生产食品工业用酶
构建基因工程菌
【课堂小结】
【巩固练习】
1.SOD 是一种抗氧化酶，它能将02转化成H202, 增强植物的抗逆性。如图
为培育农作物新品种的一种方式。以下叙述正确的是( C)
SOD 基因
(二倍体)①→新细胞 ② 组织 ③ →胚状体→新品种
A. 过程①可以用动物病毒作为载体
B. 从该农作物新品种的细胞中检测出了SOD基因，说明该基因工程成功了
C. 新品种的获得属于可遗传的变异，可能将抗逆性状遗传给子代
D.基因工程又叫重组DNA技术，所用工具酶有限制酶、 DNA连接酶和载体
植物细胞 愈伤
2、动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵， 进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。 科学家已在牛和羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、 生长激素等重要药品，其大致过程如图所示。下列有关说法错误的是 ( A )
性成熟的雄牛 性成熟的雌牛
① ② 人的药用蛋白基因 质粒
精子 卵母细胞 ③
C. 在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以 从乳汁中提取药物
D. 该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取
A 通过③形成的重组质粒具有人的 药用蛋白基因、启动子、终止子和 标记基因即可
B.④通常采用显微注射技术
重组质粒
④
转基因牛
体外受精
受精卵
早期胚胎 ⑤ 妊娠

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