高中生物人教版（2019）选择性必修三3.3 基因工程的应用 优质课件（32张ppt）

3.3 基因工程的应用
低乳糖奶牛
基因工程肝炎疫苗
乳汁中含有人生长激素的转基因牛
从社会中来
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、牛等动物的胰腺中获取。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。
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？
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。
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。
植物基因工程
动物基因工程
基因工程药物
食品工业
基因工程的应用
应用生物：
植物
动物
微生物
基因工程的应用
一、基因工程在农牧业方面的应用
1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。
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。
美国种植面积最大。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。
2017年，我国居世界第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。
一、基因工程在农牧业方面的应用
1、抗虫转基因植物
2、抗病转基因植物
3、抗逆转基因植物
4、利用转基因改良植物的品质
提高作物抗逆能力
美国
阿根廷
加拿大
中国
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
2001年转基因作物种植面积最大的四个国家及其所占比例
(一）植物基因工程硕果累累
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。
1）优点：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
Bt毒蛋白基因
蛋白酶抑制剂基因
淀粉酶抑制剂基因
植物凝集素基因等
2）主要杀虫基因：
3）典例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
转基因抗虫水稻（绿）与对照（黄）
2、转基因抗病植物
将源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入作物，培育出抗病作物。
1）抗病基因：
抗病毒的目的基因
病毒外壳蛋白基因
病毒复制酶基因
抗真菌的目的基因
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
2）典例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等
转基因抗病毒甜椒
转基因番木瓜
病毒外壳蛋白基因（CP）如何发挥作用？
在植物细胞中积累的外壳蛋白会将入侵的病毒核酸包裹，
抑制核酸的复制和表达；
2、抑制病毒脱外壳；
3、外壳蛋白基因转录出的RNA和病毒RNA相互作用。
花叶病
3、转基因抗逆植物
抗盐碱、抗干旱
转鱼抗寒基因的番茄
抗逆性基因:调节细胞渗透压的基因（提高作物抗盐碱、抗干旱）;鱼的抗冻蛋白基因 ; 抗除草剂基因
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米
4、改良植物的品质
含大量维生素的转基因玉米
高赖氨酸玉米
出现原本没有的花色变异，提升观赏价值
转基因大豆，改善粮食作物的营养成分（必须氨基酸）含量高
抗癌抗衰老的紫色西红柿
改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质
（二）动物基因工程前景广阔
1、用于提高动物生长速度
2、用于改善畜产品的品质
3、用转基因动物生产药物
4、用转基因动物作器官移植的供体
1、用于提高动物生长速度
原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快
转入外源生长激素基因的“超级小鼠”
转基因鲤鱼
2、用于改善畜产品的品质
低乳糖奶牛
1) 导入肠乳糖酶基因的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低。
2)优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适
二、基因工程在医药卫生领域的应用
对微生物或动植物细胞进行基因改造，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。
药物包括：细胞因子（干扰素、白细胞介素等）、抗体、疫苗和激素（胰岛素、生长激素等）等 ，用于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。
1）基因工程药品 —— 胰岛素
　　将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!
　　胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。
　通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素
2）基因工程药品 —— 干扰素
　　干扰素治疗病毒感染是“万能灵药”！过去从人血提取，300L血才提取1mg！“珍贵”程度自不用多说。
人干扰素α-2b（安达芬）
生长激素、乙肝疫苗、人造血液等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。
基因工程肝炎疫苗
重组人生长激素
3）基因工程药品------
人造血液
用工程酵母菌生产乙肝疫苗
① 用限制酶获取乙肝病毒抗原蛋白基因;
② 将抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体(启动子)；
③ 用Ca+处理酵母菌使之成为感受态细胞， 将重组质粒导入酵母菌；
④ 检测筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养。
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称为“工程菌”
工程菌
工程菌
发酵工程
发酵罐
3、用转基因动物生产药物
含有人凝血因子Ⅸ的转基因羊
人治疗性抗体转基因奶牛
乳汁中含有人生长激素的转基因牛
1) 以动物乳房作为生产药物的反应器称为_______________
乳腺生物反应器
2) 生产的蛋白质比工厂生产具有产量高、质量好、成本低、易提取的优点
3）乳腺生物反应器的操作过程：
获取目的基因(药用蛋白基因)
构建基因表达载体：
药用蛋白质基因首端加上乳腺蛋白基因启动子等调控元件
（因为产品在奶中形成，需要在乳腺组织中特异性表达的启动子）
利用显微注射法导入动物受精卵
培养成早期胚胎
将胚胎送入母体动物
发育成转基因动物
4）为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理想的表达场所呢？
① 乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因
动物本身的生理代谢反应。
② 从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已
经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。
③ 从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可
无限繁殖。
4、用转基因的动物作器官移植的供体
1） 为什么人们希望从猪体内寻找人器官移植的供体？
① 猪内脏的构造、大小、血管分布等与人极为相似
② 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
2） 最大障碍：
免疫排斥反应
3） 操作方法：
向器官供体基因组导入某种调节因子，抑制或除去抗原决定基因，克服免疫反应。
三、基因工程在食品工业方面的应用
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。
例如：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大规模生产。
奶酪生产需要凝乳酶固化奶中蛋白质，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。
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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。
2）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。
基因工程为人类开辟新的食物来源。
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：
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。
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，利用经过改造的微生物来生产能源……
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四、基因工程与环境保护
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
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。
基因工程与环境监测（2）
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　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
到社会中去
转基因技术自诞生以来，发展迅速，研究对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查：
目前我国批准发放了那些转基因作物的生产应用安全证书和
进口安全证书？
2、你或你的亲朋好友在日常生活中使用的生物产品，哪些在生
产过程中用到了转基因技术？