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(共21张PPT)
第3节 基因工程的应用
第3章 基因工程
基因工程
01
医药卫生领域
02
农牧业方面
食品工业方面
04
目录 /CONTENTS
03
4
01
农牧业方面
应用概述
【情景1】1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍
转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%
作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元
【情景2】转基因动物方面的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”）在美国获得批准上市
转基因鲑鱼缩短了其成长周期，因此它受到的污染和体内聚集的有毒物质残留比普通鲑鱼少得多
思考：转基因作物有哪些优点？
减少化学杀虫剂使用量（生物防治）
增加作物产量、增加经济效益
改良动物品种
5
01
农牧业方面
具体内容
【资料1】Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因。当害虫食用含有转基因的植物时，Bt基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成相对分子质量比较小的、有毒的多肽。多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡。由于Bt毒蛋白对哺乳动物与毒害作用，因而广泛用于抗虫转基因植物。
【资料2】蛋白酶抑制剂基因广泛存在于植物中，它产生的抑制剂可与害虫消化道中的蛋白酶结合形成复合物，从而阻断或降低蛋白酶的活性，使昆虫不能正常消化食物中的蛋白质，这种复合物还能刺激昆虫分泌过量的消化酶，引起害虫的厌食反应。
【资料3】淀粉酶抑制剂基因产生的淀粉酶抑制剂可以抑制昆虫消化道中的淀粉酶活性，使害虫不能消化所摄入的淀粉，从而阻断害虫的能量来源。
【资料4】植物凝集素基因控制植物合成一种糖蛋白，这种糖蛋白可以与昆虫肠道粘膜上的某种物质结合，从而影响害虫对营养物质的吸收和利用。
【任务1】
1、Bt毒蛋白基因从哪里获得？Bt毒蛋白基因表达的产物是什么？产物具有什么作用？
2、哪些基因表达的产物能影响昆虫的消化和吸收？
3、结合上节课所学的知识，想想以上几种基因可以用于培育什么植物？如何操作呢？
用于转基因抗虫植物的培育
6
01
农牧业方面
培育方法：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。
实例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
具体内容
1
转基因抗虫植物
非转基因抗虫棉（左）
转基因抗虫棉（右）
对照（被害虫侵害的黄绿色植株）
转基因抗虫水稻（绿色植株）
非转基因抗虫玉米（下）
转基因抗虫玉米（上）
7
01
农牧业方面
我国转基因抗虫棉应用现状：
截至2010年，我国已审定转基因抗虫棉品种200多个，河北、山东、河南、安徽等棉花主产省抗虫棉种植率达95%，全国累计推广种植2 100万公顷，新增产值超过440亿元，农民增收250亿元。转基因抗虫棉的应用不仅有效控制了棉铃虫对棉花、玉米、大豆等作物的为害，还减少了70%~80%的农药使用，减少了农药中毒事故，保护了农田生态环境。
8
01
农牧业方面
培育方法：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。
实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等。
具体内容
2
转基因抗病植物
常用的抗病基因：
病毒外壳蛋白(CP)基因
病毒的复制酶基因
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
9
01
农牧业方面
培育方法：
实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
具体内容
3
转基因抗除草剂植物
抗除草剂玉米
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。
10
01
农牧业方面
具体内容
优良基因 成果
　　　　　　　　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 ____________
必需氨基酸含量多
转基因矮牵牛
转基因矮牵牛
转基因玉米
转入维生素A合成酶基因的大米
4
改良植物的品质
【任务2】阅读课本，完成填空
11
01
农牧业方面
培育方法：将外源 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%。
具体内容
5
提高动物的生长速率
转生长激素基因鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
生长激素基因
12
01
农牧业方面
具体内容
【资料5】乳糖酶的功能是将乳糖水解成半乳糖和葡萄糖。人体缺乏乳糖酶会引起乳糖消化吸收障碍。现已成功培育出了转肠乳糖酶基因的“低乳糖奶牛”，这种奶牛所产牛奶中不含乳糖或含量很低。
【任务3】
1、乳汁主要由什么细胞分泌的？
2、如果想要使乳糖酶基因特异性地在分泌乳汁的细胞中表达，那么在构建目的基因表达载体时，乳糖酶基因必须与乳腺蛋白基因的什么结构重组在一起？
3、将基因表达载体导入牛奶受精卵细胞常用什么方法？
4、成功导入后，还需要进行哪些操作以获得转基因牛？
乳腺细胞
启动子等调控组件
显微注射法
早期胚胎培养、胚胎分割和胚胎移植
6
改善畜产品的品质
13
01
农牧业方面
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
具体内容
6
改善畜产品的品质
解决问题：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，称之为乳糖不耐受。
低乳糖奶牛
14
01
农牧业方面
基因工程被广泛用于_______________、________________________等方面
改良动植物品种
提高作物和畜产品的产量
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
改良畜产品的品质
抗逆性
小结
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01
农牧业方面
练习题
1.下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是（ ）
A.将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内
B.将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组
C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米
D.将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达
√
16
02
医药卫生领域
【资料6】
胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!
重组新冠疫苗的腺病毒载体，剔除了腺病毒（这里使用的是人5型腺病毒，Ad5）中与复制相关的基因，这样病毒就不会在人体中复制。再把新冠病毒刺突蛋白（S 蛋白）的基因插入进去。这个新插入基因让重新组装的病毒进入人体后，可以在体内翻译出新冠病毒刺突蛋白，我们的免疫系统发现刺突蛋白后会启动免疫应答，同时记住它的样子，下次碰到真的新冠病毒就会马上做出反应清除它们 。
对 进行基因改造生产药物
微生物
【任务4】阅读资料，完成填空
17
02
医药卫生领域
【资料7】
微生物在生长过程中会产生毒蛋白等有害的副产品，如纯化工艺不过关，将会给服用药物者带来危险；而植物对人类无毒，许多植物可以食用，如荷兰用转基因马铃薯生成人的血清白蛋白，南朝鲜用转基因烟草和番茄生产人的胰岛素等。
【任务4】阅读资料，完成填空
对 进行基因改造生产药物
植物细胞
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02
医药卫生领域
【资料8】
【任务4】阅读资料，完成填空
对 进行基因改造生产药物
动物细胞
重组人红细胞生成素由哺乳动物细胞培养产生，结构与天然促红细胞生成素极为相似，其理化性质和生物学活性与天然内源性红细胞生成素相同，可刺激红细胞生成。用于治疗肾功能不全合并的贫血、获得性免疫缺陷综合征本身或治疗引起的贫血、恶性肿瘤伴发的贫血及风湿病贫血等多种贫血。
19
02
医药卫生领域
我国基因工程药物生产情况：
干扰素是一种细胞因子，本质是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。传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。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1Kg培养物中可以得到20—40mg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、慢性丙型肝炎等。
除此之外，我国生产的血小板生成素、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。
1、对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
根据前面学过的基因工程的操作程序，说出通过基因工程方法用酵母菌生产乙肝疫苗的过程是怎样的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）
①用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；
②将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；
③将该基因表达载体导入酵母菌(该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不是用Ca2+处理，而是用醋酸锂处理）；
④检测并鉴定，筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养，分离并提纯产物，获得乙肝病毒抗原蛋白。
学以致用
【任务5】小组讨论
感谢观看

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