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(共52张PPT)
问题探讨
抗病毒基因
鱼类的抗冻蛋白基因
萤火虫的荧光基因
乌龟的长寿基因
人类胰岛素的合成基因
富含赖氨酸的蛋白质合成基因
植物花青素（花色）代谢有关的基因
脑洞大开：根据基因工程的原理我们可以利用下面这些基因培育什么样的个体呢？
受体细胞
=
导入
？
问题探讨
基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，
在农牧业、医药卫生和食品工业等方面，展示出广阔的前景。
农牧业
医药卫生
食品工业
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
改善产品的品质
细胞因子
抗体
疫苗
激素
食品工业用酶
食品工业用氨基酸
食品工业用维生素
第3节
基因工程的应用
基因工程在农牧业方面的应用概述
植物方面
1996—2017年,全世界转基因作物种植趋势变化
全世界转基因作物种植面积/(×106hm2)
189.8
1.7
1.7×106hm2
a.全世界转基因作物种植面积呈增加趋势
1.898×108hm2
100多倍
1996年
2017年
基因工程在农牧业方面的应用概述
植物方面
a.全世界转基因作物种植面积呈增加趋势
1.美国 7500万公顷
2.巴西 5020万公顷
3.阿根廷 2360万公顷
4.加拿大 1310万公顷
5.印度 1140万公顷
6.巴拉圭 300万公顷
7.巴基斯坦 300万公顷
8.中国 280万公顷
9.南非 270万公顷
10.玻利维亚 130万公顷
46%
42%
10%
1.5%
0.5%
2017年我国商业化种植的转基因作物是棉花和番木瓜
基因工程在农牧业方面的应用概述
植物方面
棉花
大豆
玉米
油菜
64%
80%
78%
77%
26%
32%
24%
30%
2016年
2017年
2016年-2017年四大转基因作物应用率
基因工程在农牧业方面的应用概述
动物方面
【资料】在转基因动物方面，近些年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。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（后排）和正常鲑鱼（前排）
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：转基因抗虫植物
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
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：转基因抗虫植物
Bt毒蛋白基因
淀粉酶抑制剂基因
蛋白酶抑制剂基因
植物凝集素基因
阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。
导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。
产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。
可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。
抗虫目的基因种类
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：转基因抗虫植物
怎么做
转入外源抗虫基因
抗虫基因主要来自苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因。
从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。
Bt抗虫蛋白质基因
Ti质粒
重组Ti
质粒
农杆菌
作物细胞
抗虫作物
苏云金芽孢杆菌
普通棉花 抗虫棉花
基因工程在农牧业方面的应用概述
普通水稻 抗虫水稻
应用：转基因抗虫植物
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：转基因抗病植物
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。
普通木瓜 抗病毒木瓜
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：转基因除草植物
转基因抗除草剂玉米
喷洒除草剂后，杂草全部除掉，转基因玉米生长正常。
未洒除草剂，杂草丛生。
优点：
在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。
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。
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：利用转基因改良植物品质
①使食品的营养成分均衡
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。
转基因高赖氨酸玉米
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：利用转基因改良植物品质
②丰富花品颜色，提高观赏价值。
将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。
转基因矮牵牛
普通矮牵牛
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：用于提高动物生长速度
普通鲤鱼
转基因鲤鱼
科学家们将外源生长激素基因，导入动物体内，以提高动物生长速率。
基因工程在农牧业方面的应用概述
为什么做
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 的成年人对乳糖不耐受。
基因工程在农牧业方面的应用概述
应用：改善畜产品的品质
实例：科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组，获得的转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
基因工程在医药卫生领域的应用
【资料1】：胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。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！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!
【资料2】：干扰素是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白。干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！对癌症也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。
科学家利用基因工程，从1kg细菌培养液中可20-40mg干扰素。
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，使它们能够生产药物，是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域。
干扰素的化学本质是 ，其为抗 药物；
抗生素为抗 药物。
蛋白质
病毒
细菌
干扰素生产过程：
干扰素基因
质粒
重组质粒
大肠杆菌
大量可生产干扰素的大肠杆菌
培养
导入
构建
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）
基因工程在医药卫生领域的应用
乳腺生物反应器
优点
A.适合于表达高等动物体内的复杂蛋白
B.制备乳腺反应器的方法成熟
C.乳腺是天然的高效合成蛋白质的器官
D.乳汁中重组蛋白的提取和纯化相对容易
基因工程在医药卫生领域的应用
不足
A.动物泌乳期有间隔
B.有些蛋白不能在乳腺里表达
C.某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同
乳腺生物反应器
基因工程在医药卫生领域的应用
人体移植器官短缺
寻求可代替的移植器官
猪的内脏与人相似
培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官
抑制抗原决定基因表达
或除去抗原决定基因
在器官供体基因组中导入某种体调节因子
建立移植器官工厂
(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快(　　)
(2)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌(　　)
(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物(　　)
判断正误
×
×
×
转基因植物和动物的培育
1.转基因植物和转基因动物的制备，常用的受体细胞分别是什么？
核心探讨
提示　转基因植物：体细胞；转基因动物：受精卵。
2.转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？
提示　转基因植物：基因工程、植物组织培养。转基因动物：基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。
3.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。
提示　减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低了生产成本。
1.(2022·辽宁辽阳高二期末)转基因抗虫植物含有Bt毒蛋白，对人体无毒，但是鳞翅目昆虫幼虫的肠道细胞含有Bt蛋白的受体，Bt蛋白与受体结合导致肠道壁穿孔，使幼虫死亡。下列叙述错误的是
A.促进 Bt 蛋白的合成有助于提高植物的抗虫效果
B.通过 DNA 分子杂交技术可以检测Bt蛋白基因是否表达
C.将Bt蛋白基因导入植物细胞的方法可以使用花粉管通道法或农杆菌转
化法
D.将植物材料和农杆菌共同培养之前，需要对植物材料进行消毒处理
典题应用
√
2.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
√
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
基因工程在食品工业方面的应用
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。
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
基因工程菌
2.步骤：
3.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。如：一种普遍使用的甜味剂（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实现大规模生产。
阿斯巴甜
苯丙氨酸残基
天冬氨酸残基
基因工程在食品工业方面的应用
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1：凝乳酶
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。
基因工程在食品工业方面的应用
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。
优点：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纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
实例2：淀粉酶、脂酶
基因工程在环保领域的应用
基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
环境监测
基因工程在环保领域的应用
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
基因工程在环保领域的应用
净化污染的环境
　有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
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”。
白色垃圾
污染物
X
√
治理思路：
生物降解塑料
基因工程在环保领域的应用
净化污染的环境
基因工程在环保领域的应用
水稻镉污染
金属硫蛋白能结合Cd2+和Hg2+
工程菌
金属硫蛋白基因
净化污染的环境
植物
淀粉/纤维素
提取
可发酵糖
糖化
微生物
乙醇
发酵
微生物
淀粉酶
基因工程在环保领域的应用
生产清洁能源
生物乙醇
生物柴油
基因工程在环保领域的应用
生产清洁能源
3种淀粉酶基因
组成的复合基因
海底热泉古生菌
玉米
乙醇单位产量的利润提高了8%~15%
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
课堂小结
(1)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性(　　)
(2)药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有(　　)
(3)用基因工程技术生产工业酶的优点是：纯度高、生产成本低、生产效率高(　　)
√
判断正误
×
√
工程菌的选择及乳腺生物反应器的制备
1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？
核心探讨
提示　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。
2.培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？
提示　目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
3.与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？
提示　(1)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。
(2)产物直接经乳汁分泌，易提取。
3.(2022·辽宁沈阳高二期中)下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是
A.人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题
B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似
C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪
D.无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入某种调节因子，
以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因
典题应用
√
4.(不定项)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。下列有关说法正确的是
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
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.该技术生产药物的特点是产量低、质量好、易提取
√
√
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。
(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。
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。
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。

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