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第3节　基因工程的应用
第3章　基因工程
人教版高中生物 选择性必修3
学习目标
1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业等方面的应用。
2.认同基因工程的成果丰硕、应用广泛；理性看待基因工程的应用。
3.关注基因工程的进展。
情境视频
转基因技术在生活中的应用
基因工程在农牧业方面的应用
一
基因工程在医药卫生领域的应用
二
基因工程在食品工业方面的应用
三
基因工程的应用
自20世纪70年代兴起后，基因工程得到飞速发展，展示出广阔前景。
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
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
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。
基因工程在农牧业方面的应用
一
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。
Bt毒蛋白基因；蛋白酶抑制剂基因；
淀粉酶抑制剂基因；植物凝集素基因等。
2. 主要杀虫基因：
转基因抗虫棉
转基因抗虫水稻(绿色植株)与对照(被害虫侵害的黄色植株)
3. 成果：
转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
基因工程在农牧业方面的应用
一
转基因抗虫植物
转基因植物和动物的培育
任务一
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。
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。
转基因抗虫棉
转基因抗虫水稻(绿色植株)与对照(被害虫侵害的黄色植株)
病毒外壳蛋白基因（CP基因）
病毒的复制酶基因
抗病毒基因
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
抗真菌基因
1. 方法：
3. 成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
2. 抗病基因
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。
转基因抗病毒甜椒
基因工程在农牧业方面的应用
一
转基因抗病植物
1. 背景：
2. 方法：
3. 成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
种植转基因抗除草剂大豆的农田
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。
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。
基因工程在农牧业方面的应用
一
转基因抗除草剂植物
目的：提高植物的营养价值、观赏价值等。
优良基因 成果
某种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
转基因矮牵牛
富含赖氨酸的转基因玉米
基因工程在农牧业方面的应用
一
改良植物的品质
科学家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。
例如，我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。
转生长激素基因鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
转入外源生长激素基因的“超级小鼠”
基因工程在农牧业方面的应用
一
提高动物的生长速率
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1/3的成年人乳糖不耐受。
科学家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。
1. 基因：
肠乳糖酶基因
2. 成果：
基因工程在农牧业方面的应用
一
改善畜产品的品质
转基因植物和动物的培育
任务一
2．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。
肠乳糖酶基因
牛受精卵
代孕母体
转基因奶牛
显微注射
胚胎移植
分娩
人
载体
早期胚胎
培养
转基因植物和动物的培育
任务一
3．转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？
基因工程
植物组织培养
基因工程
动物细胞培养
胚胎移植
早期胚胎培养
转基因植物培育过程
转基因动物培育过程
跟踪训练
√
1.(2023·江苏镇江高二诊断)在应用农杆菌侵染植物叶片获得耐旱基因植株的实验步骤中，不需要的是
A.将转基因细胞进行脱分化和再分化
B.用PEG诱导转基因细胞的原生质体融合
C.将转基因幼苗栽培在干旱环境中以检验植株的耐旱性
D.将耐旱基因插入农杆菌T－DNA并通过农杆菌侵染植物叶片细胞
转基因细胞是将目的基因导入受体细胞，不需要用PEG诱导转基因细胞的原生质体融合。
跟踪训练
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
√
将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内是提高鲤鱼的生长速率，A不符合题意；
导入肠乳糖酶基因的奶牛的牛奶中乳糖含量降低，改善了牛奶的品质，B符合题意；
将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米是转基因抗除草剂植物的应用，C不符合题意；
Bt抗虫蛋白基因是抗虫基因，能够提高植物的抗虫能力，D不符合题意。
基因工程在农牧业方面的应用
一
基因工程在医药卫生领域的应用
二
基因工程在食品工业方面的应用
三
基因工程的应用
1. 改造微生物或动植物细胞生产药物
（1）常见药物类型：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。
基因工程在医药卫生领域的应用
二
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
1．干扰素是一种几乎能抵抗所有病毒引起感染的糖蛋白，能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素吗？为什么？
干扰素基因
质粒
重组质粒
大肠杆菌或酵母菌
可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌
构建
导入
培养
不能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素。
因为大肠杆菌属于细菌，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。
—乳腺生物反应器或乳房生物反应器
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需药品。
我的奶不是一般的奶！
喝牛奶可以代替打针吃药吗？
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
基因工程在医药卫生领域的应用
二
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
2．药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？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？
药用蛋白基因几乎存在于转基因动物的所有细胞中。
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
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
基因表达载体
受精卵
泌乳期分泌乳汁
转基因动物
药物
早期胚胎培养
早期胚胎
显微注射
胚胎移植
培育过程
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
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？
(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。
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。
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
4．从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如，乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳腺生物反应器、动物血液生物反应器和动物膀胱生物反应器等。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等调控元件重组在一起。
药用蛋白基因
膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
受精卵
转基因动物
药物
早期胚胎培养
早期胚胎
显微注射
胚胎移植
培育过程
基因工程在医药卫生领域的应用
任务二
5．膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？
药用蛋白基因
膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
受精卵
转基因动物
药物
早期胚胎培养
早期胚胎
显微注射
胚胎移植
培育过程
(1)正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物。
(2)不受性别限制，受体来源更广泛。
(3)不受年龄限制。
3.建立移植器官工厂
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)人体器官移植的难题：
人体移植器官短缺是世界性难题
(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
①猪的优点：
②最大难题：
免疫排斥
基因工程在医药卫生领域的应用
二
③改造方法：
基因工程在医药卫生领域的应用
二
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调节因子
2022年1月7日，马里兰大学医学院进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（David Bennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。
一
基因工程在医药卫生领域的应用
二
基因工程在农牧业方面的应用
一
基因工程在医药卫生领域的应用
二
基因工程在食品工业方面的应用
三
基因工程的应用
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。
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。
应用：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
基因工程在食品工业方面的应用
三
（1）氨基酸：
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。
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。
基因工程制作
奶酪的制作
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。
基因工程在食品工业方面的应用
三
（2）酶：
淀粉酶、脂酶
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：
基因工程在食品工业方面的应用
三
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。
基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源……
基因工程在环保领域的应用
一
其他方面的应用
四
一
其他方面的应用
四
跟踪训练
3.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、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
√
跟踪训练
猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多，B正确，C错误；
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，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动物器官，D正确。
跟踪训练
4.(2023·黑龙江哈尔滨高二期中)科学家运用基因工程技术，将人凝血因子基因导入山羊的受精卵中，培育出山羊乳腺生物反应器，使山羊乳汁中含有人凝血因子。下列有关叙述错误的是
A.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入山羊的受精卵
B.在该转基因羊中，人凝血因子既存在于乳腺细胞，也存在于口腔上皮细胞中
C.人凝血因子基因开始转录后，RNA 聚合酶以 DNA分子的一条链为模板合成
mRNA
D.科学家将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因重组在一起，从而使人凝血因子基
因只在乳腺细胞中特异表达
√
跟踪训练
科学家将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，从而使人凝血因子基因只在乳腺细胞中特异表达，D错误。
农牧业方面
食品工业方面
乳腺生物反应器
医药卫生领域
课堂小结

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