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人教版（2019）选择性必修三
基因工程的应用
第3章 基因工程
1.结合具体实例了解基因工程的应用
2.联系当地生产、生活中的具体实例，思考如何用基因 工程的方法解决实际问题
学习目标
从社会中来
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？
目录
01
基因工程在农牧业方面的应用
02
基因工程在医药卫生领域的应用
03
基因工程在食品工业方面的应用
基因工程在农牧业方面的应用
转基因植物方面
①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。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
②美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家
③世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花
④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
基因工程在农牧业方面的应用
1.转基因抗虫植物
（1）方法：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）成果：转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等
转基因抗虫水稻（绿色植株）与
对照（被害虫侵害的黄色植株）
转基因抗虫玉米
基因工程在农牧业方面的应用
2.转基因抗病植物
（1）方法：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）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
转基因抗病毒木瓜与对照
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）方法：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）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
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。
【实例】
高赖氨酸玉米
（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%
基因工程在农牧业方面的应用
【实例】
（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
转基因矮牵牛
基因工程在农牧业方面的应用
转基因动物方面
①近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段
②2015 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
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
基因工程在农牧业方面的应用
1.提高动物的生长速率
（1）方法：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）成果：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”
基因工程在农牧业方面的应用
2.改善畜产品的品质
（1）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
（2）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
低乳糖奶牛
基因工程在医药卫生领域的应用
1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
（1）常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等
（2）应用：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
（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基因工程药物均已投放市场
基因工程在医药卫生领域的应用
【实例】干扰素
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。此外，干扰素对治疗乳腺癌、淋巴瘤、多发性骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。
（1）传统生产方法：从人血液中白细胞提取，每300L血液只能提取1mg干扰素
（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
大量可生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌
构建
导入
培养
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
【实例】乳腺生物反应器
【应用】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
转基因动物
乳腺中特异表达的基因的启动子
代孕母体
重组载体
哺乳动物受精卵
早期胚胎
乳汁中含有药物蛋白
培养
显微注射
分娩
胚胎移植
优点：产量高、质量好、成本低、易提取
基因工程在医药卫生领域的应用
利用哺乳动物生产药物
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
基因工程在医药卫生领域的应用
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：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
猪器官的优点
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
基因工程在医药卫生领域的应用
（3）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
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
1.基因工程菌
（1）概念：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，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
【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。
基因工程在食品工业方面的应用
【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
基因工程在食品工业方面的应用
【实例3】淀粉酶、脂肪酶
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂肪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
基因工程在食品工业方面的应用
2.基因工程其他方面的应用
基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品。
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
基因工程在食品工业方面的应用
比较乳腺生物反应器和工程菌
乳腺生物反应器 工程菌
含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达，利用动物的乳腺组织生产药用蛋白 用基因工程的方法，是外源基因得到
高效表达的微生物
基因表达 合成的药用蛋白与天然蛋白相同 合成的药用蛋白可能没有活性
受体细胞 哺乳动物受精卵 微生物细胞
目的基因导入方式 显微注射法 Ca2+处理法
生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，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
课堂小结
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
利用哺乳动物批量生产药物
转基因抗虫植物
利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素
用转基因动物作为器官移植的供体
利用微生物或动植物细胞生产药物
改善畜产品的品质
提高动物生长速率
改善植物的品质
转基因抗除草剂植物
转基因抗病植物
随堂练习
1.基因工程在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域得到广泛的应用。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是( )
A.将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊乳腺细胞中，即可获得乳腺生物反应器
B.将赖氨酸合成酶基因导入玉米细胞，获得富含赖氨酸的转基因玉米
C.将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的延熟番茄储存时间大大延长
D.我国科学家培育的Bt毒蛋白抗虫棉对棉铃虫具有较强的抗性
解析：A、转基因动物中常用的受体细胞为受精卵，通过显微注射技术将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊受精卵中，获得生产人凝血因子的乳腺生物反应器，A错误；B、我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米，B错误；C、若将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的转基因番茄能合成更多的乙烯，使得果实成熟加快，不利于储存，C错误；D、一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害，据此科学家通过基因工程，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入到普通棉株细胞内，并成功地实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的抗虫棉，D正确。
D
随堂练习
2.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.通过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
解析：A、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；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，如大肠杆菌、黑曲霉等的基因组中，B正确；C、天然产物中酶的种类多，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；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，D正确。
C
随堂练习
3.科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊，以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子IX医用蛋白，其技术路线如图所示(成纤维细胞可增殖)。下列叙述错误的是( )
A.过程②常用的方法是显微注射法
B.代孕母羊要注射免疫抑制剂防止发生免疫排斥反应使移植胚胎死亡
C.卵母细胞去核的目的是保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞
D.整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养从而获得大量的细胞群
解析：通常采用显微注射法将目的基因导入动物细胞,A正确;受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,B错误;卵母细胞去核的目的是保证遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞,C正确; 整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养,获得大量的细胞群, D正确。
B
感谢各位的聆听
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