3.3基因工程的应用（共57张ppt）-生物人教版（2019）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 3.3基因工程的应用（共57张ppt）-生物人教版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 13.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-03-15 13:18:06 | ||
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文档简介
(共57张PPT)
第三章基因工程
第3节 基因工程的应用
学习目标：
1.基因工程的应用有哪些？
2.怎样理性地看待基因工程在生产和生活中的应用？
【从社会中来】
1．糖尿病的治疗需要哪种激素？
胰岛素。
2．这种激素需要口服还是注射？为什么？
需要注射，胰岛素为多肽类激素，口服会被水解为氨基酸，失去药效。
3．胰岛素是如何生产的？（阅读课本87页左上角的内容）
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？
【从社会中来】
抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素、促红细胞生成素等。
重组人胰岛素注射液
基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，在农牧业、医药卫生、（工业、环境、能源）和食品工业等方面，展示出广阔的前景。
基因工程的应用
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了一百多倍；经济效益：2016年世界转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%，作物产量增加了66×108 t，增加经济收益近1.3万亿元。
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；
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
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；
⑤转基因作物的优点：
减少化学杀虫剂使用量（生物防治）
增加作物产量
增加经济收益
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
①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）
一、基因工程在农牧业方面的应用
动物方面
基因工程被广泛用于_______________、________________________等方面
改良动植物品种
提高作物和畜产品的产量
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改良畜产品的品质
抗逆性
一、基因工程在农牧业方面的应用
阅读教材88-89页基因工程在农牧业的应用实例。能够说出每种实例用到的目的基因和优点。
学生活动
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
1、转基因抗虫植物
转基因抗虫水稻（绿）与对照（黄）
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。
例如：
转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
一、基因工程在农牧业方面的应用
普通棉花 抗虫棉花
苏云金芽孢杆菌（Bt）
Bt作用机理
转基因抗虫植物：抗虫棉
2、转基因抗病植物
转基因抗病毒甜椒
科学家将源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。
例如：
抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
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。
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。
例如：
已获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
4、改良作物品质
呈现自然界没有的颜色变异，提升观赏价值
含大量维生素的转基因玉米
利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。
例如：
我国科学家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，大大提高观赏价值。
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
思考：
我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？
可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）
一、基因工程在农牧业方面的应用
1、提升动物的生长速率
转入外源生长激素基因的“超级小鼠”
由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快，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：
转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%~115%
动物方面
一、基因工程在农牧业方面的应用
2、改善畜产品的品质
低乳糖奶牛
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
例如：
将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，其他营养成分不受影响。
一、基因工程在农牧业方面的应用
动物方面
二、基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
用转基因动物作为器官移植的供体
基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
医药卫生领域的应用
二、基因工程在医药卫生领域的应用
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
1
常见药物类型：
2
应用：
3
实例：
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
二、基因工程在医药卫生领域的应用
基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
激素
细胞因子
抗体
疫苗
阅读课本资料卡，了解干扰素的制备过程。
学生活动
（1）化学本质：
（2）临床应用：
（3）传统制备方法：
糖蛋白。
治疗病毒感染性疾病、治疗乳腺癌、淋巴癌等。
从人血液中的白细胞内提取，每300 L血液只能提取1 mg干扰素。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
（4）基因工程方法：
（5）进展：
从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得干扰素，从1kg培养物中可以得到20~40 mg干扰素。
我国生产的第一个基因工程药物-重组人干扰素α-1b在1993年获批生产，用于质量慢性乙型肝炎等。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
资料卡——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，干扰素对于治疗乳腺癌、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。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
思考
1.干扰素的化学本质是什么？
2.干扰素的作用机理是怎样的？
3.干扰素用于哪些疾病的治疗？
糖蛋白
干扰病毒复制
病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等
二、基因工程在医药卫生领域的应用
4.传统生产干扰素的方法是什么？
5.目前大量生产干扰素的方法是什么？
6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？
用于治疗哪些疾病？
思考
从人血液中的白细胞内提取
用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得
重组人干扰素α-1b
主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等
二、基因工程在医药卫生领域的应用
思考
根据前面学过的基因工程的操作程序，说出通过基因工程方法用酵母菌生产乙肝疫苗的过程是怎样的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）
①用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；
②将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；
③将该基因表达载体导入酵母菌(该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不是用Ca2+处理，而是用醋酸锂处理）；
④检测并鉴定，筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养，分离并提纯产物，获得乙肝病毒抗原蛋白。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
乳腺（乳房）生物反应器（牛、山羊）
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
药用蛋白基因
乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
显微注射
受精卵
泌乳期分泌乳汁
转基因动物
药物
早期胚胎培养
胚胎移植
早期胚胎
1
实例：
2
相关基因：
3
过程：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
目前，已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品
4
应用：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
喝牛奶可以代替打针吃药吗？
人生长激素基因
提供受精卵
显微注射
代孕
转基因羊
生长激素
牛奶
载体含有乳腺细胞中特异性表达基因的启动子
二、基因工程在医药卫生领域的应用
思考
1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？
2.为什么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？
3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？
让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达
几乎所有细胞
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物
二、基因工程在医药卫生领域的应用
4.生物反应器除了用乳腺，还可以用什么器官？
5.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？
6.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因**？
7.用生物反应器生产药物的优点？
思考
膀胱
不局限于性别与生长期（乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌）
将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组
产物容易提取
二、基因工程在医药卫生领域的应用
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
免疫排斥
1
实例：
2
为什么选择猪作为器官供体？
3
选择猪器官移植给人最大的难题是什么？
用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题
二、基因工程在医药卫生领域的应用
用转基因动物作为器官移植的供体
在器官供体的_______中导入某种_________，以___________________________，或设法__________________，然后再结合_______技术，培育出__________________________的____________________
基因组
调节因子
抑制抗原决定基因的表达
除去抗原决定基因
克隆
不会引起免疫排斥反应
转基因克隆助器官
4
对猪的器官进行改造的方法*：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
用转基因动物作为器官移植的供体
抗体恒定区（C区）在不同物种中存在差异，因此鼠源单抗会被人体免疫系统识别为抗原。科学家设法将鼠源抗体的恒定区（C区）替换成人的，或者只保留鼠源抗体中对抗原识别起决定性作用的部分（CDRs）。这两类的抗体都可以通过设计嵌合基因通过基因工程来实现工业化生产。不过，最安全的还是全人源化抗体。
补充了解：
胚胎干细胞
基因编辑敲除抗体生成基因
人的抗体
生成基因
免疫系统的“自我”识别是胚胎发育阶段发展出来的。在小鼠免疫系统发展出自我识别之前替换成人的抗体生成基因，就可以产生出全人源化抗体（并被小鼠识别为自我）。
发育
植入囊胚腔
互交
补充了解：
2021年底在美国纽约，科学家通过基因编辑，敲除了猪体内会导致人体免疫反应的基因，然后将基因编辑猪的肾脏移植入人体（已脑死亡并发肾衰竭，家属知情同意），病人的肾脏又继续工作了2个月。（注：人类胚胎的基因编辑仍不属于法律许可范畴）
基因编辑胚胎
代孕母猪
基因编辑猪
胸腺
肾脏
建立移植器官工厂
思考
假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？
生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值；
二、基因工程在医药卫生领域的应用
三、基因工程在食品工业方面的应用
基因工程
外源基因
高效表达
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
1
概念：
2
步骤：
3
应用：
用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌
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
三、基因工程在食品工业方面的应用
基因工程菌
三、基因工程在食品工业方面的应用
实例——阿斯巴甜
主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产
阿斯巴甜
苯丙氨酸残基
天冬氨酸残基
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
编码牛凝乳酶的基因
1
应用：
2
相关基因：
3
具体操作：
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
三、基因工程在食品工业方面的应用
实例——凝乳酶
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
纯度更高、生产成本显著降低、生产效率较高
1
具体操作：
2
基因工程获得的工业用酶的优点：
构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产
三、基因工程在食品工业方面的应用
实例——淀粉酶、脂酶
鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。
用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。
其他：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。
基因工程为人类开辟新的食物来源。
三、基因工程在食品工业方面的应用
实例
比较项目 乳腺（房）生物反应器 基因工程菌生产药物
基因结构
基因产物
受体细胞
目的基因导入方式
生产条件
产物提取
哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同
细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异
与天然蛋白质完全相同
细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性
哺乳动物的受精卵
微生物细胞
显微注射法
感受态细胞法
不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大
需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
从动物乳汁中提取，相对简单
（一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂
乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较
四、基因工程与环境保护
48
⑴环境监测：
基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
四、基因工程与环境保护
日期
利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。
四、基因工程与环境保护
50
有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。
用于被污染环境的净化
四、基因工程与环境保护
转基因抗虫植物
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生方面
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改善畜产品的品质
提高动物的生长速率
改良植物的品质
让哺乳动物批量生产药物
建立移植器官工厂
食品工业方面
生产食品工业用酶
构建基因工程菌
课堂小结
一、概念检测
1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是（ ）
A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶
B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物
C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传
D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等
C
练习与应用（P92）
2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（ ）
A.培育青霉菌并从中提取青霉素
B.利用乳腺生物反应器生产药物
C.制造一种能降解石油的“超级细菌"
D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌
A
二、拓展应用
除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。
（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请补充完整。
①用_____________________________等处理含有目的基因的DNA片段和T质粒，构建重组Ti质粒；
②将重组Ti质粒转入农杆菌中；
限制酶和DNA连接酶
除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。
（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，
请补充完整。
③利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染___________细胞，再通过培育得到转基因植株；
④用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。
矮牵牛
结果：对照组植株死亡，转基因植株存活，但也受到了影响。
结论：________________________________________
转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。
（2）请思考并回答下列问题。
①在该实验中，对照组是怎样设计的？
②如果增加转入的外源 EPSP 合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘膦的抗性是否会增加？请你给出进一步探究的思路。
①对照组为非转基因矮牵牛
②理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。
将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。
感谢观看
第三章基因工程
第3节 基因工程的应用
学习目标：
1.基因工程的应用有哪些？
2.怎样理性地看待基因工程在生产和生活中的应用？
【从社会中来】
1．糖尿病的治疗需要哪种激素？
胰岛素。
2．这种激素需要口服还是注射？为什么？
需要注射，胰岛素为多肽类激素，口服会被水解为氨基酸，失去药效。
3．胰岛素是如何生产的？（阅读课本87页左上角的内容）
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？
【从社会中来】
抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素、促红细胞生成素等。
重组人胰岛素注射液
基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，在农牧业、医药卫生、（工业、环境、能源）和食品工业等方面，展示出广阔的前景。
基因工程的应用
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了一百多倍；经济效益：2016年世界转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%，作物产量增加了66×108 t，增加经济收益近1.3万亿元。
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；
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
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；
⑤转基因作物的优点：
减少化学杀虫剂使用量（生物防治）
增加作物产量
增加经济收益
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
①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）
一、基因工程在农牧业方面的应用
动物方面
基因工程被广泛用于_______________、________________________等方面
改良动植物品种
提高作物和畜产品的产量
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改良畜产品的品质
抗逆性
一、基因工程在农牧业方面的应用
阅读教材88-89页基因工程在农牧业的应用实例。能够说出每种实例用到的目的基因和优点。
学生活动
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
1、转基因抗虫植物
转基因抗虫水稻（绿）与对照（黄）
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。
例如：
转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
一、基因工程在农牧业方面的应用
普通棉花 抗虫棉花
苏云金芽孢杆菌（Bt）
Bt作用机理
转基因抗虫植物：抗虫棉
2、转基因抗病植物
转基因抗病毒甜椒
科学家将源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。
例如：
抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
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。
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。
例如：
已获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
4、改良作物品质
呈现自然界没有的颜色变异，提升观赏价值
含大量维生素的转基因玉米
利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。
例如：
我国科学家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，大大提高观赏价值。
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
思考：
我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？
可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）
一、基因工程在农牧业方面的应用
1、提升动物的生长速率
转入外源生长激素基因的“超级小鼠”
由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快，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：
转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%~115%
动物方面
一、基因工程在农牧业方面的应用
2、改善畜产品的品质
低乳糖奶牛
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
例如：
将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，其他营养成分不受影响。
一、基因工程在农牧业方面的应用
动物方面
二、基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
用转基因动物作为器官移植的供体
基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
医药卫生领域的应用
二、基因工程在医药卫生领域的应用
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
1
常见药物类型：
2
应用：
3
实例：
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
二、基因工程在医药卫生领域的应用
基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
激素
细胞因子
抗体
疫苗
阅读课本资料卡，了解干扰素的制备过程。
学生活动
（1）化学本质：
（2）临床应用：
（3）传统制备方法：
糖蛋白。
治疗病毒感染性疾病、治疗乳腺癌、淋巴癌等。
从人血液中的白细胞内提取，每300 L血液只能提取1 mg干扰素。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
（4）基因工程方法：
（5）进展：
从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得干扰素，从1kg培养物中可以得到20~40 mg干扰素。
我国生产的第一个基因工程药物-重组人干扰素α-1b在1993年获批生产，用于质量慢性乙型肝炎等。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
资料卡——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，干扰素对于治疗乳腺癌、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。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
思考
1.干扰素的化学本质是什么？
2.干扰素的作用机理是怎样的？
3.干扰素用于哪些疾病的治疗？
糖蛋白
干扰病毒复制
病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等
二、基因工程在医药卫生领域的应用
4.传统生产干扰素的方法是什么？
5.目前大量生产干扰素的方法是什么？
6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？
用于治疗哪些疾病？
思考
从人血液中的白细胞内提取
用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得
重组人干扰素α-1b
主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等
二、基因工程在医药卫生领域的应用
思考
根据前面学过的基因工程的操作程序，说出通过基因工程方法用酵母菌生产乙肝疫苗的过程是怎样的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）
①用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；
②将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；
③将该基因表达载体导入酵母菌(该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不是用Ca2+处理，而是用醋酸锂处理）；
④检测并鉴定，筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养，分离并提纯产物，获得乙肝病毒抗原蛋白。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
乳腺（乳房）生物反应器（牛、山羊）
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
药用蛋白基因
乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
显微注射
受精卵
泌乳期分泌乳汁
转基因动物
药物
早期胚胎培养
胚胎移植
早期胚胎
1
实例：
2
相关基因：
3
过程：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
目前，已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品
4
应用：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
喝牛奶可以代替打针吃药吗？
人生长激素基因
提供受精卵
显微注射
代孕
转基因羊
生长激素
牛奶
载体含有乳腺细胞中特异性表达基因的启动子
二、基因工程在医药卫生领域的应用
思考
1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？
2.为什么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？
3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？
让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达
几乎所有细胞
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物
二、基因工程在医药卫生领域的应用
4.生物反应器除了用乳腺，还可以用什么器官？
5.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？
6.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因**？
7.用生物反应器生产药物的优点？
思考
膀胱
不局限于性别与生长期（乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌）
将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组
产物容易提取
二、基因工程在医药卫生领域的应用
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
免疫排斥
1
实例：
2
为什么选择猪作为器官供体？
3
选择猪器官移植给人最大的难题是什么？
用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题
二、基因工程在医药卫生领域的应用
用转基因动物作为器官移植的供体
在器官供体的_______中导入某种_________，以___________________________，或设法__________________，然后再结合_______技术，培育出__________________________的____________________
基因组
调节因子
抑制抗原决定基因的表达
除去抗原决定基因
克隆
不会引起免疫排斥反应
转基因克隆助器官
4
对猪的器官进行改造的方法*：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
用转基因动物作为器官移植的供体
抗体恒定区（C区）在不同物种中存在差异，因此鼠源单抗会被人体免疫系统识别为抗原。科学家设法将鼠源抗体的恒定区（C区）替换成人的，或者只保留鼠源抗体中对抗原识别起决定性作用的部分（CDRs）。这两类的抗体都可以通过设计嵌合基因通过基因工程来实现工业化生产。不过，最安全的还是全人源化抗体。
补充了解：
胚胎干细胞
基因编辑敲除抗体生成基因
人的抗体
生成基因
免疫系统的“自我”识别是胚胎发育阶段发展出来的。在小鼠免疫系统发展出自我识别之前替换成人的抗体生成基因，就可以产生出全人源化抗体（并被小鼠识别为自我）。
发育
植入囊胚腔
互交
补充了解：
2021年底在美国纽约，科学家通过基因编辑，敲除了猪体内会导致人体免疫反应的基因，然后将基因编辑猪的肾脏移植入人体（已脑死亡并发肾衰竭，家属知情同意），病人的肾脏又继续工作了2个月。（注：人类胚胎的基因编辑仍不属于法律许可范畴）
基因编辑胚胎
代孕母猪
基因编辑猪
胸腺
肾脏
建立移植器官工厂
思考
假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？
生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值；
二、基因工程在医药卫生领域的应用
三、基因工程在食品工业方面的应用
基因工程
外源基因
高效表达
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
1
概念：
2
步骤：
3
应用：
用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌
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
三、基因工程在食品工业方面的应用
基因工程菌
三、基因工程在食品工业方面的应用
实例——阿斯巴甜
主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产
阿斯巴甜
苯丙氨酸残基
天冬氨酸残基
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
编码牛凝乳酶的基因
1
应用：
2
相关基因：
3
具体操作：
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
三、基因工程在食品工业方面的应用
实例——凝乳酶
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
纯度更高、生产成本显著降低、生产效率较高
1
具体操作：
2
基因工程获得的工业用酶的优点：
构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产
三、基因工程在食品工业方面的应用
实例——淀粉酶、脂酶
鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。
用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。
其他：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。
基因工程为人类开辟新的食物来源。
三、基因工程在食品工业方面的应用
实例
比较项目 乳腺（房）生物反应器 基因工程菌生产药物
基因结构
基因产物
受体细胞
目的基因导入方式
生产条件
产物提取
哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同
细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异
与天然蛋白质完全相同
细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性
哺乳动物的受精卵
微生物细胞
显微注射法
感受态细胞法
不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大
需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
从动物乳汁中提取，相对简单
（一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂
乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较
四、基因工程与环境保护
48
⑴环境监测：
基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
四、基因工程与环境保护
日期
利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。
四、基因工程与环境保护
50
有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。
用于被污染环境的净化
四、基因工程与环境保护
转基因抗虫植物
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生方面
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改善畜产品的品质
提高动物的生长速率
改良植物的品质
让哺乳动物批量生产药物
建立移植器官工厂
食品工业方面
生产食品工业用酶
构建基因工程菌
课堂小结
一、概念检测
1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是（ ）
A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶
B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物
C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传
D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等
C
练习与应用（P92）
2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（ ）
A.培育青霉菌并从中提取青霉素
B.利用乳腺生物反应器生产药物
C.制造一种能降解石油的“超级细菌"
D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌
A
二、拓展应用
除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。
（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请补充完整。
①用_____________________________等处理含有目的基因的DNA片段和T质粒，构建重组Ti质粒；
②将重组Ti质粒转入农杆菌中；
限制酶和DNA连接酶
除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。
（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，
请补充完整。
③利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染___________细胞，再通过培育得到转基因植株；
④用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。
矮牵牛
结果：对照组植株死亡，转基因植株存活，但也受到了影响。
结论：________________________________________
转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。
（2）请思考并回答下列问题。
①在该实验中，对照组是怎样设计的？
②如果增加转入的外源 EPSP 合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘膦的抗性是否会增加？请你给出进一步探究的思路。
①对照组为非转基因矮牵牛
②理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。
将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。
感谢观看