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(共30张PPT)
3.1 基因工程在农牧业方面的应用
第3节 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、重组人干扰素、生产疫苗等。
从社会中来
转基因作物
1996—2017年，全世界转基因作物种植面积变化
全世界转基因作物种植面积/（×106hm2）
189.8
1.7
全世界转基因作物种植面积呈增加趋势
100多倍
1996年 1.7×106hm2
2017年 1.898×108hm2
据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6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元。
转基因作物
美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。
转基因作物
2017年，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。
转基因作物
思考：通过以上资料说明转基因作物有哪些优点？
减少化学杀虫剂使用量（生物防治），减少环境污染
增加作物产量
增加经济收益
转基因作物
2015年11月，美国食品和药物管理局批准一种生长速度快的转基因三文鱼用于人类消费，这是全球第一种获准上市供人类食用的转基因动物。
转基因动物
1. 目前，基因工程技术已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。
一、基因工程在农牧业方面的应用
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
（1）转基因抗虫植物
①原理：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，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。
②实例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
2. 实例
普通
水稻
抗虫
水稻
转基因抗虫棉
非转基因棉
世界上每年因虫害而造成的农产品损失估计为13% 。
如果加上这些农产品在贮藏过程中因虫害而造成的经济损失，数额将达60～100 亿元。
在我国，水稻每年因虫害减产 10% 以上，小麦减产近 20% ，棉花产量损失在 30% 以上。
问题：如何解决以上问题？
问题：为什么培育转基因抗虫植物？
使用化学农药的弊端：污染环境，损害人类健康，增加生产成本。
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。抗虫棉的抗虫基因来自苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白基因。
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
苏云金杆菌
解决方法：转入外源抗虫基因
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，细胞裂解，害虫死亡。
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。
抗虫基因
拓展延伸：抗虫目的基因种类
Bt抗虫蛋白基因
淀粉酶抑制剂基因
蛋白酶抑制剂基因
植物凝集素基因
（2）转基因抗病植物
①原理：将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。
②实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
2. 实例
普通木瓜 抗病毒木瓜
培育转基因抗病植物
原因：植物病害是多种多样的，从根茎叶到花和果实都有病害发生。许多栽培作物自身缺少抗病基因。
抗病基因
Ti质粒
重组Ti
质粒
病毒
真菌
农杆菌
作物细胞
抗病作物
抗病目的基因种类
方法
抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因
抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因
（3）转基因抗除草剂植物
①原理：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。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。
②实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
2. 实例
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
我国自主培育出耐除草剂转基因大豆，除草更为彻底，除草剂残留量低。
（4）改良植物的品质
①改良植物的营养价值：例如，将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸含量比对照提高30%。
转基因高赖氨酸玉米
2. 实例
2008年10月26日《星期日泰晤士报》报道，英国科学家成功培育出一种转基因“超级番茄”，这种番茄产生的抗氧化物质有助于改善饮食和健康。
抗癌抗衰老的深紫色超级番茄
②改良植物的观赏价值：我国科学家成功地将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。
（4）改良植物的品质
2. 实例
转基因矮牵牛
普通矮牵牛
①原理：由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。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。
②实例：转基因鲤鱼
（5）提高动物的生长速率
2. 实例
中国科学院水生生物所的朱作言团队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%。
（6）改善畜产品的品质
①原理：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。
2. 实例
在自然界中乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，是由葡萄糖和半乳糖组成的二糖，在乳糖酶催化下乳糖水解成单糖后，易被肠道吸收。
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的成年人对乳糖不耐受。
乳糖耐受（有乳糖酶）
乳糖不耐受（无乳糖酶）
思考：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，降低牛奶中的乳糖含量。
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

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