資源簡介

(共28張PPT)
基因工程的應用價值
第二節第二節 基因工程的應用價值基因工程的應用價值
從人類認識基因到基因工程的迅猛發展只有短短一個多世紀，這期間無數科學家取得
了卓著的研究成果，這些成果已經造福于人類。基因工程給了人們無限遐想的空間，而它
的不斷發展又將人類帶入了實現夢想的年代。想一想，基因工程會有哪些應用價值呢？
事實：
1. 從遠古時代的植物馴化到 20 世紀初植物育種
學的建立，人類無時無刻不在努力進行動植物的遺傳
改良，希望能讓它們更好地為人類服務。
2. 傳統的育種方法從遺傳學本質上講，是以自然
條件下的基因突變體為種質基礎，以有性雜交為基因
導入手段，以選擇優良基因型重組體為目的的植物性
狀改良過程。例如，我國祖先利用野生稻（圖 3 - 2 - 1）
逐漸培育出栽培水稻的過程，依靠的就是傳統育種
方法。
3. 由于遠緣雜交會受到生殖隔離的影響，傳統的
育種方法一般難以在短時間內獲得新的突破。
4. 基因工程開辟了一條基因在植物、動物、微生
物等不同生物之間的“交流”新途徑。
積極思維
3.由于遠緣雜交會受到生殖隔離的影響，傳統的育種方法一般難以在短時間內獲得新的突破。
4.基因工程開辟了一條基因在植物、動物、微生物等不同生物之間的“交流”新途徑。
1.從遠古時代的植物馴化到20世紀初植物育種學的建立，人類無時無刻不在努力進行動植物的遺傳改良，希望能讓它們更好地為人類服務。
2.傳統的育種方法從遺傳學本質上講，是以自然條件下的基因突變體為種質基礎，以有性雜交為基因導入手段，以選擇優良基因型重組體為目的的植物性狀改良過程。例如，我國祖先利用野生稻逐漸培育出栽培水稻的過程，依靠的就是傳統育種方法。
野生稻
此刻你最想通過基因工程創造出什么樣的新成果，這個想法能利用現有的基因工程技術完成嗎？
【學習目標】
舉例說出基因工程在農牧業、醫藥業和食品業等方面的應用價值
闡明乳腺生物反應器的制備過程
目錄
01
02
03
基因工程在農牧業中的應用價值
基因工程在食品業中的應用價值
基因工程在醫藥業中的應用價值
01
基因工程在農牧業中的應用價值
1.轉基因生物：利用基因工程技術培育的、能穩定遺傳外源基因所決定的性狀的生物
2.植物基因工程碩果累累：植物基因工程在提高農作物的抗除草劑、抗蟲、抗病和抗除草劑能力等方面大顯身手
3.轉基因抗病植物的生產帶來效益
許多微生物會引起植物病害，這些微生物包括病毒、細菌和真菌
轉基因抗病毒木瓜與對照
(1) 番木瓜環斑病在全球的番木瓜產地都有發生，在中國南方的多個省份也廣泛流行。番木瓜環斑病毒是一種變異性很強的 RNA 病毒，不同地區的毒株感染番木瓜的能力差異較大。
在中國的番木瓜主要產地——華南地區，發現了 4 個番木瓜環斑病毒毒株，其中“黃點花葉”株是優勢毒株。科學家將這個毒株的復制酶基因轉入番木瓜細胞內，培育出具有很強抗病性能的轉基因品系——“華農 1 號”。
(2)科學家將病毒的復制酶基因和衣殼蛋白基因以及幾丁質酶基因、植物抗病毒基因導入小麥、甜椒或番茄等作物，獲得了抗病的小麥、甜椒或番茄等新品種。
轉基因抗病毒甜椒
抗條銹病小麥（右）
4.轉基因抗蟲植物已廣泛投入生產
科學家已將從蘇云金桿菌中分離出來的編碼蘇云金桿菌 Bt 毒蛋白的基因導入棉細胞，培育出了轉基因抗蟲棉。轉基因抗蟲棉對棉鈴蟲等具有很強的抗性。
抗蟲棉葉
非抗蟲棉葉
此外，轉基因抗蟲水稻、玉米、大豆、馬鈴薯、煙草、番茄、蘋果、核桃、楊樹和菊花等抗蟲品種也相繼問世。
5.轉基因抗逆植物的培育帶來新希望
(1)科學家已經將抗凍蛋白基因轉入番茄細胞，培育出轉基因抗凍番茄，這類番茄由于具有抗凍性狀，保鮮期和貯藏期都大為延長。
(2)科學家已經成功地向某些作物轉入一些可以調節細胞滲透壓的基因來提高作物的抗鹽堿和抗干旱的能力。
6.動物基因工程顯示出誘人的應用前景
(1)改善畜牧產品的品質
①基因：ω－3脂肪酸去飽和酶基因
②成果：培育成可產生較多ω－3脂肪酸的轉基因豬
(2)提高動物的生長速度
①基因：外源生長激素基因
②成果：轉基因綿羊和轉基因三文魚
基因工程改良動植物品種的優點：能打破常規育種難以突破的物種之間的界限
02
基因工程在食品業中的應用價值
1.基因工程在食品業中的應用價值
(1)植物品質改良主要包括植物 、糖類、脂肪品質的改良以及維生素 的改良
1.基因工程在食品業中的應用價值
(1)植物品質改良主要包括植物蛋白質、糖類、脂肪品質的改良以及維生素種類和含量的改良
(2)基因工程在氨基酸、助鮮劑、甜味劑等食品添加劑的生產，以及廣泛應用于食品制造業的淀粉酶、纖維素酶 、脂肪酶、蛋白酶的大規模生產方面也大顯身手
實例1：阿斯巴甜 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。
03
基因工程在醫藥業中的應用價值
1.基因工程在醫藥業中的應用價值
(1)基因工程藥物
①利用轉基因工程菌生產藥物
②利用生物反應器生產藥物
a.生物反應器的種類：
乳腺生物反應器
膀胱生物反應器
輸卵管生物反應器等
b.乳腺生物反應器的構建
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
優點：產量高、質量好、成本低、易提取
(2)基因治療
①概念：是指利用正常基因置換或彌補缺陷基因的治療方法，包括基因診斷、基因分離、載體構建、目的基因導入等多項技術
②類型
種類 概念
體內基因治療 將分離出來的帶有治療作用的基因通過載體轉入患者體內的某些細胞，直接糾正或彌補缺陷基因的功能
體外基因治療 采用轉基因技術將帶有治療作用的基因導入病毒基因組，再用病毒感染受體細胞，治療基因整合到受體基因組后，受體細胞經體外培養、增殖后導入患者體內
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
1.與大腸桿菌相比，用酵母菌生產的人胰島素有什么優勢？
提示　酵母菌為真核生物，可通過內質網和高爾基體對產生的胰島素進行加工和修飾，從而產生有活性的胰島素
2.培育乳腺生物反應器轉基因動物時為什么要選用乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件與藥用蛋白基因重組在一起？
提示　目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中表達
思考
3.與工廠化生產藥用蛋白相比，用動物乳腺作為反應器生產藥用蛋白的優勢有哪些？
提示　
(1)動物乳腺有完整的蛋白質翻譯后修飾系統，生產的蛋白質活性高，更穩定
(2)產物直接經乳汁分泌，易提取
積極思維
腺苷脫氨酶基因缺陷癥是一種罕見的遺傳性免疫缺陷疾病，是由于缺少腺苷脫氨酶而引起的。腺苷脫氨酶缺乏者有反復受感染的危險，其中許多人在出生后幾個月內就會死亡。如果一名兒童從雙親的一方遺傳了有缺陷的基因，從另一方遺傳了正常的基因，則這名兒童不會患這種疾病。
1990年9月，美國醫生對一名患有該基因缺陷癥的4歲女孩，進行了人類歷史上的首次基因治療。這次基因治療的成功標志著基因治療臨床應用階段的開始。一年之后，科學家們在另一名9歲兒童身上又進行了同樣的臨床實驗，也取得了較好的治療效果
課堂小結
基因工程的應用
農牧業方面
醫藥衛生領域
基因治療
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
基因工程藥物
改善畜產品的品質
提高動物生長速率
改善植物的品質
轉基因抗逆植物
轉基因抗病植物
食品工業方面
體內基因治療
體外基因治療
隨堂練習
1.下列關于基因工程在食品工業方面的應用的敘述，錯誤的是( )
A.用于形成阿斯巴甜的主要氨基酸可以通過基因工程大規模生產
B.通過基因工程獲得凝乳酶時，需將編碼凝乳酶的基因導入受體菌的基因組中
C.相比從天然產物中提取的酶，用基因工程技術獲得的工業用酶的純度較低
D.生產淀粉酶和脂酶時，可通過構建工程菌，用發酵技術大量生產
解析：A、阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可以通過基因工程大規模生產，A正確；B、基因工程獲得凝乳酶時，需將編碼凝乳酶的基因導入受體菌，如大腸桿菌、黑曲霉等的基因組中，B正確；C、天然產物中酶的種類多，相比從天然產物中提取的酶，用基因工程技術獲得的工業用酶的純度較高，C錯誤；D、生產淀粉酶和脂酶時，可通過構建工程菌，用發酵技術大量生產，D正確。
C
2.研究人員利用E.coli DNA連接酶將藥用蛋白基因與一系列調控元件、質粒等構建成重組質粒后,將其導入哺乳動物的受精卵中,由該受精卵發育成的轉基因動物進入泌乳期后,可通過分泌乳汁來生產藥用蛋白。利用上述乳腺生物反應器,科學家已獲得了種類繁多的醫藥產品。下列說法正確的是( )
A.質粒是一種只存在于原核細胞擬核DNA外、具有自我復制能力的環狀DNA分子
B.E.coli DNA連接酶連接具有平末端的DNA片段的效率高于T4DNA連接酶
C.構建重組質粒時使用的啟動子應能啟動藥用蛋白基因在乳腺中特異表達
D.“將重組質粒導入哺乳動物的受精卵中”是乳腺生物反應器制作的核心工作
解析：質粒是一種裸露的、結構簡單、獨立于真核細胞(如酵母菌)的細胞核或原核細胞(如細菌)擬核之外,并具有自我復制能力的環狀雙鏈DNA分子,A錯誤;E.coli DNA連接酶連接具有平末端的DNA片段的效率低于T4DNA連接酶,B錯誤；構建重組質粒時使用的啟動子等調控元件應能啟動藥用蛋白基因在乳腺細胞中特異表達,C正確;基因表達載體的構建是乳腺生物反應器制作的核心工作,D錯誤。
C
3.基因組編輯技術能對基因進行定點“修改”，以改變目的基因的序列和功能，可應用于物種改良和基因治療。下列分析錯誤的是( )
A.對目的基因的堿基進行定點替換、增添或敲除，會引起基因突變
B.編輯過程中造成DNA小片段異常插入某基因中，將導致染色體變異
C.將抗性基因編輯后插入農作物基因組中改良物種，利用了基因重組原理
D.可通過導入正常基因或者精準編輯修復缺陷基因，達到治療疾病的目的
解析：A、基因組編輯時對基因進行定點修改，以改變目的基因的堿基序列，屬于基因突變，A正確；
B、編輯過程中造成DNA小片段異常插入某基因中，將導致基因中的堿基序列增添，屬于基因突變，B錯誤；C、將抗性基因編輯后插入農作物基因組中，通過基因重組使該農作物獲得抗性性狀，改良物種，C正確；D、導入正常基因或者精準編輯修復缺陷基因，可糾正因遺傳物質改變引起的病變，達到治療疾病的目的，D正確。
B
4.我國科學家構建了B型血友病（由編碼某種凝血因子的F基因發生堿基的替換導致）模型鼠，嘗試對模型鼠進行基因治療，并測定凝血時間，結果如圖所示。下列分析錯誤的是( )
A.A組作為空白對照組，應選擇健康鼠
B.基因治療模型鼠完全恢復凝血能力
C.治療中可能運用了基因編輯技術
D.設置B型血友病模型鼠組可判斷基因治療效果
解析：A、基于實驗的對照原則，A組作為空白對照組，應選擇健康鼠，A正確；B、與B型血友病模型鼠相比，基因治療模型鼠的凝血時間顯著縮短，但略長于健康鼠的凝血時間，因此基因治療模型鼠能部分恢復凝血能力，B錯誤；C、B型血友病是由編碼某種凝血因子的F基因發生堿基的替換導致的，因此可采用基因編輯技術對B型血友病模型鼠的異常F基因進行定點“修改”，C正確；D、設置B型血友病模型鼠組與基因治療模型鼠組對照，可判斷基因治療效果，D正確。
B

展開更多......

收起↑