資源簡介

(共31張PPT)
基因工程的應用
【學習目標】
1.結合具體實例了解基因工程的應用
2.聯系當地生產、生活中的具體實例，思考如何用基因
工程的方法解決實際問題
目錄
01
基因工程在農牧業方面的應用
02
基因工程在醫藥衛生領域的應用
03
基因工程在食品工業方面的應用
得到廣泛應用
從社會中來
1978年，科學家將編碼人胰島素的基因導入大腸桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產權的基因工程藥物——重組人胰島素已經研制成功并得到廣泛應用。
胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統生產胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經生產供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產的成本非常高。
你知道除了生產胰島素，
基因工程還有哪些應用嗎？
01
基因工程在農牧業方面的應用
轉基因植物方面
①1996-2017年，全世界轉基因作物種植面積增加了100多倍。轉基因作物的種植使化學農藥的施用量減少了8.2%，作物產量增加了6.6×108t，增加經濟效益1.3萬億。
②美國是世界上轉基因作物種植面積最大的國家
③世界轉基因作物種植面積最大的是大豆，其次是玉米、棉花；
④我國轉基因作物的種植面積位居世界第八位，商業化種植的轉基因作物有棉花和番木瓜；
轉基因動物方面
①幾乎每年都有令人矚目的研究成果報道，有些成果正在進入實用化和商業化開發的階段；
②2015年11月，第一種用于食用的轉基因動物——轉基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準上市。
轉基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）
1.轉基因抗蟲植物
（1）原理：從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，導入作物，使其具有抗蟲性。
（2）舉例：轉基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。
轉基因抗蟲水稻（綠色植株）與
對照（被害蟲侵害的黃色植株）
轉基因抗蟲玉米
2.轉基因抗病植物
（1）原理：將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因導入植物中，培育出轉基因抗病植物。
（2）舉例：轉基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。
轉基因抗病毒甜椒
轉基因抗病毒木瓜與對照
3.轉基因抗除草劑植物
大多數除草劑不僅能殺死田間雜草，還會損傷作物，導致作物減產。
（1）原理：將降解或抵抗某種除草劑的基因導入作物，可培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時，田間雜草會被殺死而作物不會受到損傷。
（2）舉例：轉基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。
施用除草劑后的轉基因抗除草劑玉米田
4.改良植物品質
利用轉基因技術改良植物的營養價值、觀賞價值等。
（1）將必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因導入植物中，可以提高這種氨基酸的含量，科學家培育的某種轉基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。
（2）將與植物花青素代謝相關的基因導入矮牽牛中，使它呈現出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。
高賴氨酸玉米
轉基因矮牽牛
5.提高動物的生長速率
（1）原理：將外源生長激素基因導入動物體內，以提高動物的生長速率。
（2）舉例：我國科學家將外源生長激素基因導入鯉魚，在同等養殖條件下，轉基因鯉魚的生長速率比非轉基因鯉魚提高了42%～115%。
轉生長激素基因鯉魚（下）
與非轉基因鯉魚（上）
轉入外源生長激素基因的
“超級小鼠”
6.改善畜產品的品質
（1）有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現腹瀉等不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國約有1/3的成年人乳糖不耐受。
（2）方法：科學家將腸乳糖酶基因導入奶牛基因組，使獲得的轉基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養成分不受影響。
低乳糖奶牛
02
基因工程在醫藥衛生領域的應用
1.對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產藥物
我國生產的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。
細胞因子、抗體、疫苗和激素等
（1）常見藥物類型：
（2）應用：
（3）實例：
預防治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關節炎等
干擾素
干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對治療乳腺癌、淋巴瘤、多發性骨髓瘤和某些白血病等也有一定療效。
（1）傳統生產方法：
從人血液中白細胞提取，每300L血液只能提取1mg干擾素
（2）現代生產方法：
干擾素基因
質粒
重組質粒
大腸桿菌或酵母菌
大量可生產干擾素的大腸桿菌或酵母菌
構建
導入
培養
研究資料顯示：大腸桿菌生產出來的干擾素沒有糖鏈，但同樣能夠抑制病毒在細胞內的增殖，增強吞噬細胞的吞噬作用和對癌細胞的殺傷作用。
用轉基因哺乳動物批量生產藥物
2.用轉基因哺乳動物批量生產藥物——乳腺生物反應器
藥用蛋白基因
轉基因動物
乳腺中特異表達的基因的啟動子
代孕母體
重組載體
哺乳動物受精卵
早期胚胎
乳汁中含有藥物蛋白
培養
顯微注射
分娩
胚胎移植
目前，科學家已經在牛、山羊等動物乳腺生物反應器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫藥產品。
優點：產量高、質量好、成本低、易提取
3.用轉基因動物作為器官移植的供體
（1）人體器官移植的難題：
人體移植器官短缺
尋求可替代的移植器官，如用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題。
（2）解決途徑：
a.豬的內臟構造、大小、血管分布與人極為相似
b.豬體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物
豬的優點：
a.在器官供體的基因組中導入某種調節因子，以抑制抗原決定基因的表達。
最大難題：
免疫排斥
（3）改造方法：
b.設法除去抗原決定基因，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。
03
基因工程在食品工業方面的應用
基因工程菌
1.基因工程菌
實例1：阿斯巴甜
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。
利用基因工程菌，除了可以生產藥物，還能生產食品工業用酶、氨基酸和維生素等。
（1）概念：
（2）應用：
一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實現大規模生產。
實例2：凝乳酶
大多數奶酪的生產需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質。
傳統制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。
基因工程技術：將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中，再通過工業發酵批量生產凝乳酶。
實例3：淀粉酶、脂肪酶
加工轉化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通過構建基因工程菌，然后用發酵技術大量生產。
【優點】基因工程獲得的工業用酶的純度更高，生產成本顯著降低，生產效率較高。
基因工程其他方面的應用
基因工程使人們更容易培育出具有優良性狀的動植物品種，獲得很多過去難以得到的生物制品。
利用經過基因改造的微生物來生產能源
利用“超級細菌”來處理環境污染
乳腺生物反應器 工程菌
含義 讓外源基因在哺乳動物的乳腺中 特異性表達，利用動物的乳腺組織生產藥用蛋白 用基因工程的方法，是外源基因得到
高效表達的微生物
基因表達 合成的藥用蛋白與天然蛋白相同 合成的藥用蛋白可能沒有活性
受體細胞 哺乳動物受精卵 微生物細胞
目的基因 導入方式 顯微注射法 Ca2+處理法
生產條件 不需要嚴格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大 需要嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養物質濃度等外界條件
藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞或其培養液中提取
比較乳腺生物反應器和工程菌
轉基因技術自誕生以來，發展迅速，研發對象已涵蓋至少35科、200多種的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。請調查：
到社會中去
目前我國批準發放了哪些轉基因作物的生產應用安全證書和進口安全證書？
截至2019年年底，我國批準發放過轉基因耐儲藏番茄、轉基因抗蟲棉、改變花色的轉基因矮牽牛、轉基因抗病辣椒、轉基因抗病番木瓜、轉基因抗蟲水稻、轉植酸酶基因玉米以及轉基因耐除草劑大豆的生產應用安全證書；批準了轉基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進口安全證書，但我國進口的基本上是轉基因棉花的纖維，其他進口轉基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國沒有批準任何一種轉基因糧食作物種子進口到我國境內商業化種植。
課堂小結
基因工程的應用
農牧業方面
醫藥衛生領域
食品工業方面
利用哺乳動物批量生產藥物
轉基因抗蟲植物
利用基因工程菌生產食品工業用酶、氨基酸、維生素
用轉基因動物作為器官移植的供體
利用微生物或動植物細胞生產藥物
改善畜產品的品質
提高動物生長速率
改善植物的品質
轉基因抗除草劑植物
轉基因抗病植物
答案：D
解析：A、乳腺生物反應器生產藥用蛋白屬于動物基因工程技術的應用，A不符合題意；B、培育抗除草劑的作物新品種屬于植物基因工程技術的應用，B不符合題意；C、利用微生物生產重組人干擾素屬于基因工程技術的應用，C不符合題意；D、用高產青霉菌生產青霉素屬于誘變育種，不屬于基因工程成果，D符合題意。故選D。
隨堂練習
1.下列不屬于基因工程成果的是( )
A.乳腺生物反應器生產藥用蛋白 B.培育抗除草劑的作物新品種
C.利用微生物生產重組人干擾素 D.用高產青霉菌生產青霉素
解析：A、乳腺生物反應器生產藥用蛋白屬于動物基因工程技術的應用，A不符合題意；B、培育抗除草劑的作物新品種屬于植物基因工程技術的應用，B不符合題意；C、利用微生物生產重組人干擾素屬于基因工程技術的應用，C不符合題意；D、用高產青霉菌生產青霉素屬于誘變育種，不屬于基因工程成果，D符合題意。故選D。
D
答案：D
解析：A、乳腺生物反應器生產藥用蛋白屬于動物基因工程技術的應用，A不符合題意；B、培育抗除草劑的作物新品種屬于植物基因工程技術的應用，B不符合題意；C、利用微生物生產重組人干擾素屬于基因工程技術的應用，C不符合題意；D、用高產青霉菌生產青霉素屬于誘變育種，不屬于基因工程成果，D符合題意。故選D。
2.科學家已經在牛、山羊等動物乳腺生物反應器中,獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要的醫藥產品,由此還發展了動物膀胱生物反應器等。下列說法錯誤的是( )
A.膀胱生物反應器優于乳腺生物反應器的方面包括不受性別、發育時期等限制
B.構建乳腺生物反應器時,需將目的基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起
C.將目的基因導入動物細胞常用受精卵作受體細胞,采用顯微注射技術操作
D.轉基因動物中,目的基因只存在于乳腺或膀胱細胞中,而不存在于其他體細胞中
解析：雌性動物一般要妊娠期后才能產生乳汁,乳腺生物反應器往往受動物性別和生長發育階段的限制,而膀胱生物反應器不受性別、發育時期等的限制,A正確；構建乳腺生物反應器時,需將目的基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起,以保證目的基因能在乳腺中正常表達,B正確；動物受精卵全能性最高,常用顯微注射技術將目的基因導入受精卵來獲得轉基因動物,C正確；轉基因動物是由導入目的基因的受精卵發育而來的,因此目的基因存在于乳腺或膀胱細胞中,也存在于其他體細胞中,D錯誤。
D
答案：D
解析：A、乳腺生物反應器生產藥用蛋白屬于動物基因工程技術的應用，A不符合題意；B、培育抗除草劑的作物新品種屬于植物基因工程技術的應用，B不符合題意；C、利用微生物生產重組人干擾素屬于基因工程技術的應用，C不符合題意；D、用高產青霉菌生產青霉素屬于誘變育種，不屬于基因工程成果，D符合題意。故選D。
3.蘇云金桿菌會合成Bt抗蟲蛋白，在棉鈴蟲的堿性腸道環境中，Bt抗蟲蛋白在特定酶的作用下產生毒性，導致棉鈴蟲死亡。我國科學家利用花粉管通道法成功培育出轉Bt基因的抗蟲棉。下列說法錯誤的是( )
A.可根據蘇云金桿菌的DNA特定序列設計引物，用PCR技術擴增獲得Bt基因
B.需要構建含Bt基因的基因表達載體，然后將基因表達載體導入棉花細胞
C.Bt基因可以整合到棉花染色體上，抗蟲棉自交后代不會發生性狀分離
D.Bt抗蟲蛋白具有高度專一性，對害蟲天敵、人畜均無毒性，在環境中易分解
解析：蘇云金桿菌會合成Bt抗蟲蛋白，所以可以根據蘇云金桿菌的DNA特定序列設計引物，用PCR技術擴增獲得Bt基因，A正確；為了使Bt基因能夠表達和發揮作用，需要構建基因表達載體，然后將基因表達載體導入棉花細胞，B正確；Bt基因可以整合到棉花染色體上，由于只有1條染色體上含有抗蟲基因，因此該抗蟲棉自交后代會發生性狀分離，C錯誤;Bt抗蟲蛋白在特定酶的作用下產生毒性，具有高度專一性，對害蟲天敵、人畜均無毒性，其本質是蛋白質，所以在環境中易分解，D正確。
C

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