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(共45张PPT)
基因工程的应用
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第三节
核心素养
基因工程的应用
生命观念
科学思维
社会责任
明确基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。
基因工程的应用及价值。
引导学生关注基因工程的发展，认同基因工程的价值。
课标要求
基因工程的应用
简述基因工程的基本原理。
说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
关注转基因生物和转基因食品的安全性。
知识回顾
基因工程的应用
基因工程的基本操作程序包括哪四个步骤？
第一步
获取目的基因
第二步
构建基因表达载体
第三步
将目的基因导入受体细胞
第四步
检测鉴定目的基因
知识回顾
基因工程的应用
基因工程的最终目的是什么？
通过基因工程，创造出更符合人们需要的新生物类型和生物产品，从而改善人类生活的品质。
联系生活
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。
联系生活
基因工程的应用
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？
应用领域
基因工程的应用
基因工程
应用领域
资料分析
基因工程的应用
Bt 毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因。
当害虫食用含有转基因的植物时，Bt 基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成相对分子质量比较小的、有毒的多肽。
多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡。
资料分析
基因工程的应用
由于 Bt 毒蛋白对哺乳动物无毒害作用，因而广泛用于抗虫转基因植物。
思考
Bt 毒蛋白基因从哪里获得？Bt毒蛋白基因表达的产物是什么？产物具有什么作用？
Bt 毒蛋白基因从苏云金芽孢杆菌中获得。
其表达的产物是 Bt 毒蛋白，该蛋白对害虫具有毒性可以致其死亡（对人畜无害）。
资料分析
基因工程的应用
蛋白酶抑制剂基因产生的抑制剂与害虫消化道中的蛋白酶结合形成复合物，具有以下作用：
阻断或降低蛋白酶的活性，使昆虫不能正常消化食物中的蛋白质。
刺激昆虫分泌过量的消化酶，引起害虫的厌食反应。
植物凝集素基因控制植物合成一种糖蛋白，这种糖蛋白：
与昆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。
淀粉酶抑制剂基因产生的淀粉酶抑制剂,具有以下作用：
抑制昆虫消化道中的淀粉酶活性，使害虫不能消化所摄取的淀粉，阻断害虫的能量来源。
资料分析
基因工程的应用
以上材料中，基因产物的作用的目的都是什么？
淀粉酶抑制剂基因
淀粉酶抑制剂
植物凝集素基因
植物凝集素
蛋白酶抑制剂基因
蛋白酶抑制剂
产 生
产 生
产 生
影响昆虫的消化和吸收
基因工程
在农牧业上的应用
转基因抗虫植物
基因工程的应用
简述一下：什么是转基因抗虫植物。
转基因抗虫植物有：
转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
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。
转基因抗虫植物
基因工程的应用
根据前面的资料分析，转基因抗虫植物主要使用的目的基因有哪些？
Bt 毒蛋白基因
Bt 毒蛋白，直接致虫死亡
合成
蛋白酶抑制剂基因
淀粉酶抑制剂基因
植物凝集素基因
产生
对应的抑制剂或凝集素，影响害虫的消化和吸收
转基因抗虫植物
基因工程的应用
栽培转基因抗虫植物，有哪些优点：
减轻环境污染、减少生产成本。
转基因抗虫植物
基因工程的应用
截至 2010年，我国已审定转基因抗虫棉品种 200 多个。
河北、山东、河南、安徽等棉花主产省抗虫棉种植率超过 95%
全国累计推广种植 2100 万公项
新增产值超过 440 亿元
农民增收 250 亿元
河北省
山东省
河南省
安徽省
转基因抗病植物
基因工程的应用
许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种。
转基因抗病植物
基因工程的应用
科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。
转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
转基因抗虫植物有：
转基因抗病植物
基因工程的应用
培育抗病毒转基因植物可使用的基因有：
病毒外壳蛋白（CP）基因、病毒的复制酶基因等
培育抗真菌转基因植物可使用的基因有：
几丁质酶基因、抗毒素合成基因等
转基因抗病植物
基因工程的应用
栽培转基因抗病植物，有哪些优点：
减轻环境污染、提高作物的产量和品质。
转基因抗除草剂植物
基因工程的应用
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。
转基因抗除草剂植物
基因工程的应用
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。
目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
优点：
抗逆转基因植物
基因工程的应用
像这种能抵抗除草剂抗性的植物称为“抗逆转基因植物”。
除此之外，还有抗寒、抗盐碱、抗干旱、抗冻的转基因植物。
鱼的抗冻蛋白基因
调节细胞渗透压的基因
(提高农作物的抗盐碱、抗干旱能力）
主要是充分利用土地资源，增加产量。
日常生活中，我们吃的许多食物里，营养成分不平衡。
改良植物的品质
基因工程的应用
采用转基因技术，使得培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量提高 30%。
目的基因：
必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因
必需氨基酸合成途径中某种关键酶基因
改良植物的品质
基因工程的应用
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。
提高动物的生长速率
基因工程的应用
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，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。
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%。
改善畜产品的品质
基因工程的应用
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。
为了解决这一问题，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
在医药卫生上的应用
基因工程在
医药卫生上的应用
基因工程的应用
对微生物或动植物的细胞进行 改造，使它们能够生产药物，是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域。
基因
药物 类型
用途
成果
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
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
基因工程的应用
将 基因与乳腺中特异表达的基因的 等调控元件重组在一起，通过 的方法导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物可以通过分泌 来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
药用蛋白
乳房生物反应器
启动子
显微注射
乳汁
基因工程的应用
具体过程
获取目的基因
构建基因表达载体
显微注射导入哺乳动物受精卵中
早期培养后，将胚胎送入母体动物
发育成转基因动物
（如：人血清白蛋白基因、人生长激素基因等）
利用分泌的乳汁生产所需的药品
基因工程的应用
用转基因动物作器官移植的供体
由于目前人体移植器官短缺，已经成为世界性难题，为此科学家正会试利用基因工程的方法对猪的器官进行改造。
为什么以猪作为器官移植供体呢？
由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物。
基因工程的应用
用转基因动物作器官移植的供体
实现这一目标的最大难题是要克服 。
免疫排斥
采用的方法是：
在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以 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 技术，培育出不会引起 反应的转基因克隆猪器官。
抑制
克隆
免疫排斥
基因工程的应用
假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上了健康人的生活。在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？
思考·讨论
基因工程的应用
用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为工程菌（如，大肠杆菌）。
基因工程菌
将人胰岛素基因导入大肠杆菌，每 2000L 大肠杆菌培养液就能得到 100g 胰岛素。
通过基因工程的方法获得了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取 20~40 mg 干扰素。
基因工程
在食品工业上的应用
基因工程的应用
例如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，再通过工业发酵生产凝乳酶。
利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
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更高，而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。
技术方法
优点
具体应用
我国批准了转基因棉花、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。
基因工程的应用
当堂检测
1. 能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（ ）
2. 下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是（ )
C
A. 单倍体育种 B. 杂交育种
C. 基因工程育种 D. 多倍体育种
A. 抗虫棉— Bt 毒蛋白基因
B. 抗病毒转基因烟草—几丁质酶基因
C. 抗盐碱和抗旱植物—调节细胞渗透压的基因
D. 耐寒的番茄—抗冻基因
B
基因工程的应用
当堂检测
3.下列有关动物基因工程的说法，错误的是（ ）
A. 将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速率
B. 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低
C. 利用基因工程技术，得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产问题
D. 用转基因动物作为器官移植的供体时，由于导入的是调节因子，而不是目的基因，因此无法抑制抗原的合成
D
基因工程的应用
当堂检测
4. 动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳生物反应器时（ ）
D
A. 仅仅利用了基因工程技术
B. 不需要乳腺蛋白基因的启动子
C. 利用基因枪法将人的生长激素基因导入受精卵中
D. 需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”
基因工程的应用
当堂检测
5. 从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。如果将药用蛋白基因转入动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于（ ）
D
A. 技术简单
B. 膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白
C. 膀胱上皮细胞全能性较高
D. 无论是雌性还是雄性个体，在任何发育时期都可以产生所需药物
基因工程的应用
当堂检测
6. 应用基因工程的方法，可将酵母菌制造成工程菌，用于生产乙肝疫苗，在制造该工程菌时，应向酵母菌中导入（ ）
D
A. 乙肝病毒的表面抗原
B. 抗乙肝病毒抗体的基因
C. 抗乙肝病毒的抗体
D. 乙肝病毒的表面抗原基因

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