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(共25张PPT)
第3章 基因工程
第三节
基因工程的应用
基因工程还有哪些应用呢？
基因工程在农牧业方面的应用
基因工程的应用
基因工程在医疗卫生领域的应用
基因工程在食品工业方面的应用
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。
一、基因工程在农牧业方面的应用
农牧业方面的应用
植物
动物
转基因抗虫植物
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
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。
2. 主要杀虫基因：
3. 成果：
转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
转基因抗虫植物
一、基因工程在农牧业方面的应用
导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。
Bt毒蛋白基因
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。
蛋白酶抑制剂基因
产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。
淀粉酶抑制剂基因
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。
植物凝集素基因
转基因抗虫植物
一、基因工程在农牧业方面的应用
Q：与普通棉相比，转基因抗虫棉在害虫防治方面有哪些优越性？
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)
转基因抗病植物
一、基因工程在农牧业方面的应用
1. 方法：
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。
抗病毒基因
抗真菌基因
病毒外壳蛋白基因（CP基因）
病毒的复制酶基因
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
3. 成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
转基因抗病毒甜椒
转基因抗除草剂植物
一、基因工程在农牧业方面的应用
1. 原因：
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。
改良植物品质
一、基因工程在农牧业方面的应用
1. 植物品质
营养价值
观赏价值
富含赖氨酸的转基因玉米
转基因矮牵牛
转基因矮牵牛
富含赖氨酸的转基因玉米
提高动物的生长速率
一、基因工程在农牧业方面的应用
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”
转基因抗虫植物
一、基因工程在农牧业方面的应用
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。
2. 基因：
肠乳糖酶基因
4. 成果：
1. 原因：
乳糖不耐受
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
3. 方法：
基因工程等
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。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
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。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
喝牛奶可以代替打针吃药吗？
我的奶不是一般的奶！
——乳腺生物反应器
二、基因工程在医药卫生领域的应用
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
（1）培育过程
存在于几乎所有体细胞中。
Q1：药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？
Q2：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？
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
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
（1）培育过程
Q3：启动子有哪些类型？乳腺中特异表达的基因的启动子是什么类型？
(1)组成型启动子：每种组织器官中均发挥作用。
(2)组织特异型启动子：特定组织器官中才能发挥作用。
(3)诱导型启动子：特定条件下刺激才能发挥作用。
Q4：如果想让马铃薯块茎在寒冷刺激下才启动抗寒基因的表达，需要什么类型启动子？
块茎组织特异型启动子和寒冷刺激诱导型启动子
二、基因工程在医药卫生领域的应用
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
（1）培育过程
Q5：与工厂化生产药用蛋白相比，乳腺生物反应器生产的药用蛋白有哪些优势？
Q6：为什么膀胱生物反应器会取代乳腺生物反应器，它有哪些优势？
产量高，质量好，成本低，易提取，合成的蛋白质具有生物活性等。
乳腺生物反应器：雌性，泌乳期；
膀胱生物反应器：雌雄均可，任何生长时期，
即不受性别和年龄的限制，周期短，易收集和提纯更高
二、基因工程在医药卫生领域的应用
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
（1）培育过程
Q7：膀胱生物反应器生物生产药用蛋白的过程是？其启动子是什么？
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
二、基因工程在医药卫生领域的应用
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
二、基因工程在医药卫生领域的应用
③改造方法：
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
在器官供体基因组中
导入某种调节因子
抑制抗原决定基因表达
或除去抗原决定基因
培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官
三、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。
2.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
阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产
氨基酸
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
酶
纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高
淀粉酶、脂肪酶
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
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
四、基因工程在环保领域的应用
“超级细菌”：
降解多种污染物
减少环境污染
生产能源……
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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