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(共30张PPT)
3.3基因工程的应用
01
课堂导入
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。
重组人胰岛素注射液
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？
目录/CONTENTS
基因工程在农牧业方面的应用
01
基因工程在医药卫生领域的应用
02
基因工程在食品工业方面的应用
03
基因工程在农牧业方面的应用
Part 01
01
基因工程在农牧业方面的应用
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。
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
01
基因工程在农牧业方面的应用
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，导入作物，使其具有抗虫性。
（2）举例：转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
苏云金杆菌——Bt抗虫蛋白基因
转基因抗虫水稻（绿色植株）与
对照（被害虫侵害的黄色植株）
优点：减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的影响。
是目前防治作物虫害的一种发展趋势。
01
基因工程在农牧业方面的应用
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，培育出转基因抗病植物。
（2）举例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
“病”--病原微生物，有病毒、真菌和细菌等
转基因抗病毒甜椒
转基因抗病毒木瓜与对照
01
基因工程在农牧业方面的应用
3.转基因抗除草剂植物
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。
（1）原理：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。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）举例：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
01
基因工程在农牧业方面的应用
4.改良植物的品质
利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等
①将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的含量比对照高30%。
②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。
高赖氨酸玉米
转基因矮牵牛
01
基因工程在农牧业方面的应用
5.提高动物的生长速率
（1）原理：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）举例：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”
01
基因工程在农牧业方面的应用
6.改善畜产品的品质
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。
低乳糖奶牛
方法：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。
基因工程在医药卫生领域的应用
Part 02
02
基因工程在医药卫生领域的应用
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。
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
(1)常见药物类型：
(2)应用：
(3)实例：
1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等
02
基因工程在医药卫生领域的应用
干扰素是人体或动物受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，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、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。
(1)传统生产方法：
(2)现代生产方法：
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
从人血液中白细胞提取，每300L血液只能提取1mg干扰素
02
基因工程在医药卫生领域的应用
2.用转基因哺乳动物批量生产药物
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。
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
构建
显微注射
受精卵
发育
动物个体
分离出药物
泌乳期
分泌乳汁
实例：
乳腺（乳房）生物反应器
培育过程：
应用：
启动子具有物种和组织特异性
优点：
产量高、成本低、
产品质量好、易提取
02
基因工程在医药卫生领域的应用
人生长激素基因
提供受精卵
显微注射
代孕
转基因牛
生长激素
牛奶
载体含有乳腺细胞中特异表达基因的启动子
利用哺乳动物生产药物
02
基因工程在医药卫生领域的应用
④乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别（在生产人的药物蛋白方面）
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌（P91)
基因结构 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
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
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
02
基因工程在医药卫生领域的应用
a.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。
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。
3.用转基因动物作为器官移植的供体
①人体器官移植的难题：
人体移植器官短缺
②解决途径：
a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似
b.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
猪的优点：
最大难题：
免疫排斥
③改造方法：
b.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。
基因工程在食品工业方面的应用
Part 03
03
基因工程在食品工业方面的应用
1.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。
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。
（1）概念：
（2）应用：
①实例1：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。
03
基因工程在食品工业方面的应用
②实例2：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。
03
基因工程在食品工业方面的应用
实例3：淀粉酶、脂酶
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
【优点】基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
03
基因工程在食品工业方面的应用
利用经过基因改造的微生物来生产能源
利用“超级细菌”来处理环境污染
03
到社会中去
转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查：
截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。
目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？
习题练习
1.下列关于基因工程在食品工业方面的应用的叙述，错误的是( )
A.用于形成阿斯巴甜的主要氨基酸可以通过基因工程大规模生产
B.基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌的基因组中
C.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的纯度较低
D.生产淀粉酶和脂酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产
答案：C
解析： 阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可以通过基因工程大规模生产，A正确；基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌，如大肠杆菌、黑曲霉等的基因组中，B正确；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的纯度较高，C错误；生产淀粉酶和脂酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产，D正确。
04
习题练习
2.下列不属于利用基因工程技术制取的药物是( )
A.从大肠杆菌体内制取的白细胞介素
B.在酵母菌体内获得的干扰素
C.在青霉菌体内获取的青霉素
D.在大肠杆菌体内获得的胰岛素
答案：C
解析：利用基因工程技术可制取药物，如使外源白细胞介素基因在大肠杆菌中表达制取白细胞介素、使外源干扰素基因在酵母菌体内表达可获得干扰素、使外源胰岛素基因在大肠杆菌体内表达可获得胰岛素等。青霉素是青霉菌自身基因表达产生的，因此在青霉菌体内获取的青霉素不属于基因工程药品。
04
习题练习
3.下列关于基因工程应用的叙述，正确的是( )
A.基因治疗就是把缺陷基因诱变为正常基因
B.原核生物的基因不能用于真核生物的遗传改良
C.将外源生长激素基因导入鲤鱼，提高动物的生长速度
D.利用基因工程生产乙肝疫苗的目的基因来自肝脏细胞
答案：C
解析：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥作用，从而达到治疗疾病的目的，不是把缺陷基因诱变为正常基因，A错误；原核生物和真核生物的DNA都是规则的双螺旋结构，都以脱氧核苷酸为基本单位，原核生物的基因可以用于真核生物的遗传改良，如抗虫棉用的是苏云金杆菌的抗虫基因，B错误；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%，C正确；利用基因工程生产乙肝疫苗的目的基因来自乙肝病毒的核酸，D错误。
04
习题练习
4.对微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域，关于其原因的描述，不正确的是( )
A.微生物具有生理结构和遗传物质简单的优点
B.微生物具有生长繁殖快的优点
C.微生物具有适应性强、对环境因素不敏感的优点
D.微生物具有容易进行遗传物质操作的优点
答案：C
解析：对微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域，这是因为微生物具有生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点，A、B、D正确，C错误。
04
课堂总结
05
转基因抗虫植物
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生领域
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
利用哺乳动物批量生产药物：乳腺生物反应器
建立移植器官工厂
食品工业方面
利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素
利用微生物或动植物细胞生产药物
下课了！

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