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(共31张PPT)
3.3 基因工程的应用
教学目标
1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。
2.认同基因工程的应用价值。
3.关注基因工程的进展。
从社会中来
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？
抗虫棉、转基因大豆、生产胰岛素等。
重组人胰岛素注射液
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；
植物方面
一 基因工程在农牧业方面的应用
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。
一 基因工程在农牧业方面的应用
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
污染环境，损害人类健康，增加生产成本。
将具有杀虫活性的基因导入作物中，使其具有抗虫性。
使用化学农药的弊端
解决这些弊端的途径
抗虫
水稻
普通
水稻
一 基因工程在农牧业方面的应用
（1）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。
（2）实例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
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）
1.转基因抗虫植物
一 基因工程在农牧业方面的应用
（1）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。
（2）实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等。
2.转基因抗病植物
一 基因工程在农牧业方面的应用
3.转基因抗除草剂植物
（1）培育方法：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。
（2）实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
抗除草剂玉米
一 基因工程在农牧业方面的应用
4.改良植物的品质
（1）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。
（2）实例：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高氨基酸的含量。
将与植物花青素代谢相关的基因导入植物中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高观赏价值。
转基因矮牵牛
普通矮牵牛
一 基因工程在农牧业方面的应用
5.提高动物的生长速率
（2）实例：转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。
转入外源生长激素基因
的“超级小鼠”
（1）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。
普通鲤鱼
转基因鲤鱼
一 基因工程在农牧业方面的应用
6.改善畜产品的品质
（2）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。
（3）实例：乳汁中乳糖的含量大大降低的转基因牛
（1）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
一 基因工程在农牧业方面的应用
二 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
二 基因工程在医药卫生领域的应用
（1）基因工程药品 —— 胰岛素
　　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%!
重组人胰岛素
二 基因工程在医药卫生领域的应用
（2）基因工程药品 —— 干扰素
干扰素治疗病毒感染是“万能灵药”！过去从人血提取，300L血才提取1mg！“珍贵”程度自不用多说。
　 通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素
基因工程干扰素
基因工程肝炎疫苗
重组人生长激素
人造血液
（3）基因工程药品------
基因工程艾滋病疫苗
二 基因工程在医药卫生领域的应用
2.利用基因工程技术，还可以让哺乳动物批量生产药物。
乳腺生物反应器的生产过程
获取目的基因
构建基因表达载体
导入哺乳动物受精卵
形成胚胎
将胚胎送入母体动物
发育成转基因动物
（如血清蛋白基因、人生长激素基因等）
（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）
（显微注射法）
（利用分泌的乳汁生产所需的药物）
二 基因工程在医药卫生领域的应用
优点 产量高、质量好、成本低、易提取
缺点 容易受时间和性别的限制
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
（1）人体器官移植的世界性难题：
人体移植器官短缺
（2）解决途径：
猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似
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
（3）猪的优点：
（3）最大难题：
免疫排斥
3.基因工程技术还可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。
二 基因工程在医药卫生领域的应用
3.基因工程技术还可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。
如何解决免疫排斥？
（1）在器官供体基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；
（1）或设法除去抗原决定基因，然后结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？
生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值。
异想天开
三 基因工程在食品工业方面的应用
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。
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。
基因工程制作
奶酪的制作
基因工程菌除了生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
通过构建基因工程菌，用发酵技术大量生产加工转化糖浆所需要的淀粉酶。
(3)优点：
1.基因工程菌
(1)应用：
(2)实例：
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。
三 基因工程在食品工业方面的应用
应用：
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
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
制备方法：
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。
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。
2.实例——阿斯巴甜
3.实例——凝乳酶
转基因抗虫植物
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生方面
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改善畜产品的品质
提高动物的生长速率
改良植物的品质
让哺乳动物批量生产药物
建立移植器官工厂
食品工业方面
生产食品工业用酶
构建基因工程菌
小结
1. 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 ( )
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瞟吟和尿囉曉的含量相等
练习与应用
C
2. 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. 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
练习与应用
A
1. 除草剂的有效成分草甘瞬能够专一地抑制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。草甘麟没有选择性，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麟的作物。
二、拓展应用
练习与应用
(1) 下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘麟”的流程，请补充完整。
① 用__________________ 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_____________细胞，再通过培育得到转基因植株；
④ 用草甘麟同时除西转基因植和对！W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:______________________________________ 。
限制酶和DNA连接酶
矮牵牛转基因
矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。
练习与应用
二、拓展应用
(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？
②如果增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘麟的抗性是否会增加？请你给出进一步探究的思路。
对照组为非转基因矮牵牛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。
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。
练习与应用
二、拓展应用
2. 下图是某同学画的两幅基因工程卡通图。一幅是一头能进行光合作用的奶牛，一幅是一株能同时结岀多种蔬菜和水果的植物。请你像这位同学一样，展开想象的翅膀，畅想基因工程的未来，并用图画、文字或用音乐创作等表达岀来。
练习与应用
学而时习之

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