生物人教版（2019）选择性必修3 3.3基因工程的应用（课件共46张ppt）
文档属性
| 名称 | 生物人教版（2019）选择性必修3 3.3基因工程的应用（课件共46张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 38.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-03-28 08:56:40 | ||
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文档简介
(共46张PPT)
3.3 基因工程的应用
低乳糖奶牛
基因工程肝炎疫苗
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，基因工程还有那些应用呢？
重组人胰岛素注射液
从社会中来
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
2016年全球转基因作物的种植面积（单位：百万公顷）按国家划分
一、基因工程在农牧业方面的应用
1.1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。
(一）基因工程在农牧业方面的应用概述
2.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。
1
全球转基因作物的种植面积（1996-2016）
发达国家和发展中国家（百万公顷，百万英亩）
全球转基因作物的种植面积（1996-2016）按作物划分（百万公顷，百万英亩）
3.美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。
4.2017年，我国转基因作物的种植面积居世界第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
5.在转基因动物方面，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。2015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。
1、转基因抗虫植物
从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。
主要杀虫基因：
方法：
Bt毒蛋白基因
淀粉酶抑制剂基因
蛋白酶抑制剂基因
植物凝集素基因
阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。
导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。
产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。
可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。
抗虫目的基因种类
棉铃虫
转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（被害虫侵害的黄色植株）
减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、降低生产成本、提高产量。
转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
成果：
优点：
2、转基因抗病植物
科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
方法：
抗病基因：
抗病毒基因
抗真菌基因
病毒外壳蛋白基因（CP基因）
病毒的复制酶基因
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
成果：
能否稳定遗传？
抗病毒转基因植物通常为杂合子，后代会出现性状分离，不能稳定遗传。
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。
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
种植转基因抗除草剂大豆的农田
背景：
方法：
成果：
我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米。
赖氨酸缺少对健康很不利。科学家们将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
4、利用转基因改良植物品质
提高植物的营养价值、观赏价值等。
将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色，大大提高了它的观赏价值。
目的:
成果：
科学家们将外源生长激素基因，导入动物体内，以提高动物生长速率。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%。
5、利用转基因提高动物的生长速率
转生长激素基因鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
成果：
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，称之为乳糖不耐受。
6、用来改善畜产品的品质
避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。
成果：
科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组，获得的转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
优点：
1、基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物
常见药物类型：
应用：
实例：
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。
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。
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
2
中国干扰素之父---侯云德院士
思考：1.干扰素的化学本质是什么？
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
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
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？
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：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）
用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；
将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；
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）；
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。
2、让转基因哺乳动物批量生产药物
实例：
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需药品。
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
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-抗胰蛋白酶等重要医药产品。
应用：
我的奶不是一般的奶！
喝牛奶可以代替打针吃药吗？
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
胚胎移植
早期胚胎培养
早期胚胎
培育过程：
(1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。
(2)产物直接经乳汁分泌，易提取。
优点：
胚胎移植前应做DNA分析，鉴定性别，保留雌性。
基因工程在医药卫生领域的应用
基因表达载体导入的是受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体细胞中均含有目的基因，但由于目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控原件重组在一起，所以目的基因只在乳腺细胞中表达。
易错辨析
【易错点拨】
1.利用乳腺生物反应器的动物性别是 。
2.利用乳腺生物反应器生产药物时受体细胞是 ________ ，原因是____________________________________________________。
3.目的基因可在乳腺细胞中表达，其他组织细胞中含有该目的基因吗？ 。
理由是：
4.要使目的基因在乳腺组织中特异性表达，在构建基因表达载体时要在目的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子： 。
雌性
受精卵
受精卵具有全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达
含有
因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的
乳腺蛋白基因的启动子
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
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？
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？
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
膀胱
不局限于性别与发育时期（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
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物
8.转基因技术中会形成新物种吗？
9.乳腺生物反应器经过有性生殖产生的后代一定可以产生目标蛋白吗？
不会，转基因技术一般不会导致生殖隔离
不一定；
①目的基因在受体细胞中不是成对存在的，相当于杂合子，配子中可能不含该基因，则有性生殖产生的后代中可能不含目的基因
②有性生殖产生的后代可能为雄性，不能分泌乳汁
（我们应该认识到基因表达的时空特异性可由启动子决定）
继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答:
（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是 。
（2）通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
（3）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。
（4）膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点？
显微注射技术
PCR或DNA分子杂交
膀胱上皮
不受性别和发育时期的限制
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
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
Ca2+处理法（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（房）生物反应器与基因工程菌生产药物
3.用转基因动物作为器官移植的供体
人体移植器官短缺是世界性难题
寻找可代替的移植器官
①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似；
②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。
最大的难题：存在免疫排斥反应。
猪的优点：
问题：
解决：
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
②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。
①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；
改造方法：
基因敲除
目的基因
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；
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
1、基因工程菌
三、基因工程在食品工业方面的应用
步骤：
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。如：一种普遍使用的甜味剂（阿斯巴甜），主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
概念:
应用：
发酵工程
（1）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。
2、实例
（2）淀粉酶、脂酶
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
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纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
优点：
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。
（4）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。
（4）其他：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。
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”。（1）用于被污染环境的净化四、基因工程与环境保护 利用基因工程培育的指示生物（DNA探针）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。
（3）基因工程与环境监测
（3）其他：利用经过基因改造的微生物来生产能源。
3种淀粉酶基因
组成的复合基因
海底热泉古生菌
玉米
乙醇单位产量的利润提高了8%~15%
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
乳腺生物反应器
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。
3.3 基因工程的应用
低乳糖奶牛
基因工程肝炎疫苗
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，基因工程还有那些应用呢？
重组人胰岛素注射液
从社会中来
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
2016年全球转基因作物的种植面积（单位：百万公顷）按国家划分
一、基因工程在农牧业方面的应用
1.1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。
(一）基因工程在农牧业方面的应用概述
2.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。
1
全球转基因作物的种植面积（1996-2016）
发达国家和发展中国家（百万公顷，百万英亩）
全球转基因作物的种植面积（1996-2016）按作物划分（百万公顷，百万英亩）
3.美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。
4.2017年，我国转基因作物的种植面积居世界第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
5.在转基因动物方面，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。2015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。
1、转基因抗虫植物
从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。
主要杀虫基因：
方法：
Bt毒蛋白基因
淀粉酶抑制剂基因
蛋白酶抑制剂基因
植物凝集素基因
阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。
导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。
产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。
可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。
抗虫目的基因种类
棉铃虫
转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（被害虫侵害的黄色植株）
减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、降低生产成本、提高产量。
转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
成果：
优点：
2、转基因抗病植物
科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
方法：
抗病基因：
抗病毒基因
抗真菌基因
病毒外壳蛋白基因（CP基因）
病毒的复制酶基因
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
成果：
能否稳定遗传？
抗病毒转基因植物通常为杂合子，后代会出现性状分离，不能稳定遗传。
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。
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
种植转基因抗除草剂大豆的农田
背景：
方法：
成果：
我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米。
赖氨酸缺少对健康很不利。科学家们将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
4、利用转基因改良植物品质
提高植物的营养价值、观赏价值等。
将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色，大大提高了它的观赏价值。
目的:
成果：
科学家们将外源生长激素基因，导入动物体内，以提高动物生长速率。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%。
5、利用转基因提高动物的生长速率
转生长激素基因鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
成果：
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，称之为乳糖不耐受。
6、用来改善畜产品的品质
避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。
成果：
科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组，获得的转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
优点：
1、基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物
常见药物类型：
应用：
实例：
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。
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。
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
2
中国干扰素之父---侯云德院士
思考：1.干扰素的化学本质是什么？
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
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
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？
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：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）
用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；
将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；
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）；
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。
2、让转基因哺乳动物批量生产药物
实例：
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需药品。
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
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-抗胰蛋白酶等重要医药产品。
应用：
我的奶不是一般的奶！
喝牛奶可以代替打针吃药吗？
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
胚胎移植
早期胚胎培养
早期胚胎
培育过程：
(1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。
(2)产物直接经乳汁分泌，易提取。
优点：
胚胎移植前应做DNA分析，鉴定性别，保留雌性。
基因工程在医药卫生领域的应用
基因表达载体导入的是受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体细胞中均含有目的基因，但由于目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控原件重组在一起，所以目的基因只在乳腺细胞中表达。
易错辨析
【易错点拨】
1.利用乳腺生物反应器的动物性别是 。
2.利用乳腺生物反应器生产药物时受体细胞是 ________ ，原因是____________________________________________________。
3.目的基因可在乳腺细胞中表达，其他组织细胞中含有该目的基因吗？ 。
理由是：
4.要使目的基因在乳腺组织中特异性表达，在构建基因表达载体时要在目的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子： 。
雌性
受精卵
受精卵具有全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达
含有
因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的
乳腺蛋白基因的启动子
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
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？
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？
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
膀胱
不局限于性别与发育时期（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
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物
8.转基因技术中会形成新物种吗？
9.乳腺生物反应器经过有性生殖产生的后代一定可以产生目标蛋白吗？
不会，转基因技术一般不会导致生殖隔离
不一定；
①目的基因在受体细胞中不是成对存在的，相当于杂合子，配子中可能不含该基因，则有性生殖产生的后代中可能不含目的基因
②有性生殖产生的后代可能为雄性，不能分泌乳汁
（我们应该认识到基因表达的时空特异性可由启动子决定）
继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答:
（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是 。
（2）通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
（3）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。
（4）膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点？
显微注射技术
PCR或DNA分子杂交
膀胱上皮
不受性别和发育时期的限制
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
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
Ca2+处理法（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（房）生物反应器与基因工程菌生产药物
3.用转基因动物作为器官移植的供体
人体移植器官短缺是世界性难题
寻找可代替的移植器官
①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似；
②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。
最大的难题：存在免疫排斥反应。
猪的优点：
问题：
解决：
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
②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。
①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；
改造方法：
基因敲除
目的基因
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；
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
1、基因工程菌
三、基因工程在食品工业方面的应用
步骤：
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。如：一种普遍使用的甜味剂（阿斯巴甜），主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
概念:
应用：
发酵工程
（1）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。
2、实例
（2）淀粉酶、脂酶
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
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纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
优点：
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。
（4）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。
（4）其他：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。
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”。（1）用于被污染环境的净化四、基因工程与环境保护 利用基因工程培育的指示生物（DNA探针）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。
（3）基因工程与环境监测
（3）其他：利用经过基因改造的微生物来生产能源。
3种淀粉酶基因
组成的复合基因
海底热泉古生菌
玉米
乙醇单位产量的利润提高了8%~15%
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
乳腺生物反应器
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。