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聚焦
学习目标：
1.举例分别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
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？
1.发展现状
1)1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。
2)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。
3)美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。
4)2017年，我国转基因作物的种植面积居世界第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。
一.基因工程在农牧业方面的应用
5)在转基因动物方面，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。
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。
①缩短了生长周期。
②都是雌性而且不育，避免了野生鲑鱼杂交的风险。
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
转基因大西洋鲑的优点：
1)转基因抗虫植物
成果
转基因抗虫棉
非转基因棉(对照)
转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等
对照（被害虫侵害的黄绿色植株）
转基因抗虫水稻（绿色植株）
2.应用
成果
转基因抗病毒甜椒
转基因抗病毒番木瓜
转基因抗病毒烟草
转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等
2)转基因抗病植物：
3)转基因抗除草剂植物
成果
种植转基因抗除草剂大豆的农田
用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
转基因作物优点
减少化学杀虫剂的施用量，减少环境污染
增加作物产量
增加经济效益
优良基因
成果
　　　　　　　　的蛋白质编码基因
富含赖氨酸的转基因玉米
转入维生素A合成酶基因
____________
必需氨基酸含量多
转基因玉米
黄金大米
转基因蓝玫瑰
富含维生素A的大米
4)改良植物的品质：
五)提高动物的生长速率：
转基因鲤鱼
转基因“超级小鼠”
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%。
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。
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。
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
六)改善畜产品的品质
1. 对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
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。
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；
1)药物类型：
细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
2)用途：
3)成果：
二.基因工程在医药卫生领域的应用
【资料】：
干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白， 在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病！对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。
传统的干扰素生产方法是从人血中的白细胞内提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。
1980～1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1kg细菌培养液中可20～40mg干扰素。
资料卡——干扰素
注意：抗生素（抗细菌药物）≠干扰素（抗病毒药物）
思考：干扰素生产的操作流程？
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
思考：能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素/胰岛素吗？为什么？
思考：与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的干扰素有什么优势？
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
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
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
1)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
（药用蛋白基因）
（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）
（早期胚胎培养）
（胚胎移植）
思考：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。
①优点
Ⅰ. 产量高，易收获目标产品，随着乳汁分泌排出体外。
Ⅱ. 目标产品质量好，乳腺组织不仅具有合成蛋白质的能力，而且具有全面的蛋白质修饰和加工能力。
Ⅲ. 生产成本低。
Ⅳ. 提取产品操作比较简单。
②缺点：
Ⅰ. 必须选择雌性个体
Ⅱ. 动物泌乳期有间隔
Ⅲ. 有些蛋白不能在乳腺里表达
Ⅳ. 某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同
人生长激素基因
提供受精卵
显微注射
代孕
转基因羊
生长激素
羊奶
载体含有乳腺细胞中特异表达基因的启动子
构建膀胱生物反应器是将药用蛋白基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿液中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。
2)膀胱生物反应器
优点：可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否处于生殖期（性别、年龄）。
从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。
1)选用猪作为器官移植供体的原因
①猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似。
②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。
3.用转基因动物作为器官移植的供体（建立移植器官工厂）
2)器官改造方法：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。
马里兰大学医学院在2022年1月7日成功为57岁的心脏病患者大卫·贝内特移植了一颗基因编辑的猪心脏，这是世界首例。这颗心脏来自Revivicor公司专门培育的小猪。虽然大卫在2022年3月8日因病情恶化去世，但手术让他延长了2个月寿命。他的家人表示：感谢每一个创新时刻，每一个疯狂的梦想，每一个不眠之夜，感谢每一分努力。希望这个故事成为希望的开始，而不是结束。
1.基因工程菌
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
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
1)概念：
2)应用：
2.实例
{93296810-A885-4BE3-A3E7-6D5BEEA58F35}产物
应用
制备方法
阿斯巴甜
凝乳酶
淀粉酶、脂酶
主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产
科学家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
通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产
普遍使用的甜味剂
用于奶酪生产，凝聚固化奶中的蛋白质。
转化糖浆（淀粉酶）、烘烤食物（脂酶）
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
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”。
有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
1)净化污染的环境
3.其他
生物乙醇
生物柴油
2)生产清洁能源
3种淀粉酶基因
组成的复合基因
玉米
乙醇单位产量的利润提高了8%~15%
3. 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嘌呤和尿嘧啶的含量相等
4. 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

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