3.3基因工程的应用（共28张PPT)-2022-2023学年高二生物学人教版（2019）选择性必修三精品课件

(共28张PPT)
第3节 基因工程的应用
第3章 基因工程
本节聚焦
1.基因工程的应用有哪些？
2.怎样理性看待基因工程在生产和生活中的应用？
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。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？
一、基因工程在农牧业方面的应用
基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面
2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了82%，作物产量增加了66×10t，增加经济收益近1.3万亿元
植物方面：
在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞰目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段。2015年11月，第一种用于食用的转基因动物—转基因大西洋鮭（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。
动物方面：
1、转基因抗虫植物
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，是目前防治作物虫害的发展趋势。已问世的的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、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）
许多栽培作物由于自身缺少基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种。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，如转基因抗病毒甜椒
2、转基因抗病植物
转基因抗病毒甜椒
3、转基因抗除草剂植物
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。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。
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
4、改良植物的品质
随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等，利用转基因技术可以改良这些品质。例如，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%。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。
转基因矮牵牛
5、提高动物的生长速率
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。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%。
转生长激素基因的鲤鱼（下）与非转基因鲤鱼（上）
6、改善畜产品的品质
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的成年人对乳糖不耐受。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。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
对微生物或动植物的细胞进行基因改造，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。这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等，它们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。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。
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、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980-1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1kg培养物中可以得到20～40mg干扰素。1993年，我国批准生产重组人干扰素α-1b,它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
干扰素
对微生物或动植物的细胞进行基因改造，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。
1.基因工程药物
（1)成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
（2)应用：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。
2.用转基因动物生产药物（乳腺生物反应器或乳房生物反应器）
（1)科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。
（2)目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，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。
3.用转基因动物作器官移植的供体
（1)选择猪的器官作为人体移植器官替代品的原因：猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
（2)器官移植的最大难题是免疫排斥，对猪器官进行改造的方法：目前，科学家正尝试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，或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。
假如某位心脏病患者换上经改造的猪心脏后，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？
想一想？
基因工程制药有何优越性？
思考：
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株，含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株都是“工程菌”。与传统的制药过程相比，“工程菌”生产药物有以下优越性：
①利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量的药品。
②可以解决传统制药中原料来源的不足，如胰岛素、干扰素的生产等。
③降低生产成本，减少生产人员和管理人员。
三、基因工程在食品工业方面的应用
基因工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类。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。
（1)阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可以通过基因工程实现大规模生产。
（2)科学家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，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
凝乳酶是一种最早在未断奶的小牛胃中发现的天门冬氨酸蛋白酶,可专一地切割乳中K-酪蛋白的Phe105-Met106之间的肽键，破坏酪蛋白胶束使牛奶凝结，凝乳酶的凝乳能力及蛋白水解能力使其成为干酪生产中形成质构和特殊风味的关键性酶，被广泛地应用于奶酪和酸奶的制作。
（3)相比从天然产物中提取的酶，利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。
（4)利用基因工程还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染；利用经过基因改造的微生物来生产能源等。
课堂练习
1.下列有关抗病毒转基因植物的叙述中，正确的有( )
①抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒
②抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性
③抗病毒转基因植物可以抗害虫
④抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异
⑤几丁质酶基因和抗毒素合成基因均不属于抗病毒基因
A.1项 B.2项 C.3项 D.4项
B
2.基因工程在农牧业、食品工业、环境保护、医学方面具有突出贡献,下列有关叙述正确的是 ( )
A.体外基因治疗具有操作简单，效果不够可靠的缺点
B.用含H1N1病毒碱基序列的DNA探针，可检测发热病人体内是否含H1N1病毒
C.用放射性同位素标记DNA探针的作用是增加探针DNA的分子量
D.利用转基因技术培育的动物，目的基因只存在于特定的细胞中
B
3.1987年，美国科学家将萤火虫的萤光素基因转入烟草植物细胞的染色体上，获得高水平的表达。长成的植物通体光亮，堪称自然界的奇迹。这一研究成果表明 （ ）
① 萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同
② 萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码
③ 烟草植物体内合成了萤光素
④ 基因工程可以克服不同种生物之间的杂交障碍
A. ①和③ B. ②和③ C. ①和④ D. ①②③④
D
4.下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是( )
A.乳腺生物反应器是将目的基因转入哺乳动物受精卵获得的
B.乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的
C.可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物
D.乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用
B
谢谢观看