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3.3基因工程的应用
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。
从社会中来
思考：基因工程还有哪些应用呢
转基因技术在生活中的应用
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。
2016年世界范围的统计数据表明，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66×108 t，增加经济收益近1.3万亿元。
1996
2017
0
100
200
189.8
1.7
全世界转基因作物种植面积/( ×106hm2)
1996—2017年，全世界转基因作物种植趋势变化
年份
一、基因工程在农牧业方面的应用
1.植物方面
转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
转基因抗虫水稻（绿色植株）与
对照（被害虫侵害的黄色植株）
一、基因工程在农牧业方面的应用
⑴转基因抗虫植物
①目的基因：
具有抗虫功能的基因
②成功实例：
⑵转基因抗病植物
转基因抗病毒甜椒、
番木瓜、烟草等。
①目的基因及来源：
来源于某些病毒、真菌等的抗病基因
②成功实例：
转基因抗病毒甜椒
转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜、甜菜等。
一、基因工程在农牧业方面的应用
⑶转基因抗除草剂植物
①目的基因：
降解或抵抗某种除草剂的基因
②成功实例：
⑷改良植物的品质
某种转基因玉米、
转基因矮牵牛等。
①目的基因：
如某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、与花青素代谢相关的基因
②成功实例：
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
转基因矮牵牛
几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正进入实用化和商业化开发阶段。
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。
转基因大西洋鲑
2.动物方面
一、基因工程在农牧业方面的应用
转基因鲤鱼等。
一、基因工程在农牧业方面的应用
⑴提高动物的生长速率
①目的基因：
外源生长激素基因
②成功实例：
⑵改善畜产品的品质
②目的基因及来源：
如肠乳糖酶基因等
①乳糖不耐受？
转生长激素基因鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
乳汁中乳糖含量大大降低的转基因牛
③成功实例：
1.对微生物或动植物细胞进行基因改造，使它们能够生产药物。
这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等，可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。
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药物均已投放市场。
我国生产的部分基因工程药物
二、基因工程在医药卫生领域的应用
干扰素
课本P90资料卡
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原件重组。获得转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产所需要的药品。
目前，已在牛和山羊等乳腺生物反应器中，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.用转基因哺乳动物生产药物
二、基因工程在医药卫生领域的应用
⑴乳腺（房）生物反应器
⑵成功实例
1.为什么要用动物乳腺作为反应器生产高价值的蛋白质产品呢
这是因为动物乳房是一种高度分化的腺体，合成蛋白质的能力非常强，尤其是一些经过长期的遗传改良，专门产奶的乳用动物品种，其乳腺的蛋白质合成能力惊人。一头优质奶牛，一年可产奶10000kg，即便是一头奶山羊，一年也可产奶2000kg。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
2.乳腺生物反应器归纳起来有四大优点：
①产量高，易收获目标产品，产品可以随乳汁分泌排出动物体外；②目标产品的质量好，乳腺组织不仅具有按照遗传信息流向合成蛋白质的能力，而且具备全面的修饰和加工蛋白质的能力，如糖基化、羧基化、磷酸化、分子组装等，微生物和植物都不具备这种全面的蛋白质后加工能力；
③产品生产成本低；④从乳汁中提取产品，操比较简单。
3.正因为利用乳腺生物反应器生产高附加值的产品有上述优点，目前利用它生产医用蛋白已成为一种风险投资产业，受到科学界、商界和医药界的高度重视。目标医药产品有：①血浆蛋白，包括血纤蛋白原、抗胰蛋白酶等；②第二代医用蛋白，如抗体、乳清蛋白、乳铁蛋白等；③“人源化牛奶”，即用人的乳蛋白基因替代牛的乳蛋白基因后，获得的一种与人奶相似的“因工程奶”。
4.为了使乳汁中有目标产品，需要在目标产品蛋白质编码框的前面加上在乳腺组织中特异表达的基因的启动子等调控元件。将构建好的基因表达载体通过显微注射导入受精卵中，由该受精发育成的动物个体分泌的乳汁中含有所需要的目标产品。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
人体移植器官短缺是世界性难题。若用猪的器官来解决器官的来源问题，实现的最大难题是免疫排斥。
用基因工程技术对猪的器官进行改造：
在器官供体的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。
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。
3.用转基因动物做器官移植的供体
二、基因工程在医药卫生领域的应用
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类
细菌拟核
质粒
质粒
重组质粒
核酸切割
送入细胞
重组细菌
插入质粒
三、基因工程在食品工业方面的应用
基因工程菌：
1.奶酪—生产需要凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质
⑴传统制备方法：
杀死未断奶的小牛，将其第四胃的粘膜取出来提取。
⑵基因工程技术：
将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再结合工业发酵批量生产凝乳酶。
三、基因工程在食品工业方面的应用
2.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。
⑴操作过程：加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物需要的脂酶等也可通过构建基因工程菌，结合发酵技术大量生产。
⑵优点：基因工程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。
三、基因工程在食品工业方面的应用
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”来处理污染环境，利用经过基因改造的微生物来生产能源……
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 指让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
受体基因结 构与人类基因结构差异 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
生产条件 不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
生产设备 畜牧业生产、提取设备 工业生产，设备精良
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
乳腺生物反应器
课堂小结
拓展应用
1.除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制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。草甘膦没有选择性，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膦的作物。
(1)下面是探究“转人外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请补充完整。
①用 等处理目的基因和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用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。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
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膦的抗性是否会增加 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。
拓展应用
拓展应用

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