生物学 生物学 选择性必修 3 3选择性必修 《生物技术与工程》 《生物技术与工程》 基因工程的应用 讲师：翟思茗 新课导入 生物学 选择性必修 3 《生物技术与工程》 重组人胰岛素注射 液 1978 年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌 中，使其表达重组人胰岛素。并已得到广泛应用。 　　思考： 　　基因工程还有哪些应用呢 ? 知识海洋 生物学 基因工程的应用 选择性必修 3 《生物技术与工程》 自 20 世纪 70 年代兴起后，得到飞速发展，展示 出广阔前景。 农牧业方面 医药卫生方面 食品工业方面 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 农牧业方面 基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用 选择性必修 3 《生物技术与工程》 于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。 植物方面 全世界转基因作物 种植面积 / ( ×106hm2) 200 189.8 100 1.7 0 1996 2017 年份 1996—2017 年， 全世界转基因作物种植趋势变化 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 8.2% ，作物产量 增加了 66×108 t ，增 加经济收益近 1.3 万 亿元。 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 农牧业方面 基因工程在农牧业中的应用发展迅速 选择性必修 3 《生物技术与工程》 。 动物方面 几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些 成果正进入实用化和商业化开发阶段。 2015 年 11 月第一种用于食用的转基因动物在 美国获得批准上市。 转基因大西洋鲑 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 农牧业方面 转基因抗虫植物 3 《生物技术与工程》 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。 选择性必修 转基因抗虫水稻（绿色植株）与 对照（被害虫侵害的黄色植株） 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 农牧业方面 转基因抗病植物 选择性必修 3 《生物技术与工程》 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。 如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 转基因抗病毒甜椒 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 农牧业方面 转基因抗除草剂植物 3 《生物技术与工程》 大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤 选择性必修 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 培育出抗除草剂的作物品种。 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 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 农牧业方面 改善植物的品质 3 《生物技术与工程》 利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等 选择性必修 。 例如，将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入 植物中，提高氨基酸的含量，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。 转基因矮牵牛 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 农牧业方面 提高动物的生长速度 选择性必修 3 《生物技术与工程》 将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动 物的生长速率。 例如 , 我国科学家培育的转生长激素基因鲤鱼， 同等养殖条件下，生长速率比非转基因鲤鱼提高了 42%-115% 。 转生长激素基因鲤鱼（下） 与非转基因鲤鱼（上） 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 农牧业方面 改善畜产品品质 选择性必修 3 《生物技术与工程》 我国约 1/3 的成年人乳糖不耐受。 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。 应用探究 生物学 我国转基因技术发展态势良好，农业部依法批准发放了转植酸酶基因玉米 和转基因抗虫水稻的生产安全证书，下列关于转基因玉米和转基因水稻的叙述 选择性必修 3 《生物技术与工程》 不正确的是（ D ） A. 转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因，其成功说明生物的性状是 由基因控制的 B. 转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减少了环境污染 C. 转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可通过饲养卷叶螟进行检测 D. 转基因抗虫水稻不仅可以抗虫，还可以抵御病毒侵染 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 医药卫生领域 改造微生物或动植物细胞生产药 物 包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等，可用来预防和 选择性必修 3 《生物技术与工程》 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。 基因工程药物 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 医药卫生领域 用转基因哺乳动物生产药物 选择性必修 3 《生物技术与工程》 将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子 等调控原件重组。获得转基因动物。 转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产 所需要的药品。称为“乳腺生物反应器”。 目前，已在牛和山羊等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。 转基因羊 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 医药卫生领域 用转基因动物做器官移植的供体 选择性必修 3 《生物技术与工程》 人体移植器官短缺是世界性难题。若用猪的器官来解 决器官的来源问题，实现的最大难题是免疫排斥。 用基因工程技术对猪的器官进行改造 ： 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 。 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。 设想 应用探究 生物学 利用乳腺生物反应器生产药用蛋白是动物基因工程的重要应用，目前科 学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中获得了抗疑血酶、血清白蛋白、 选择性必修 3 《生物技术与工程》 生长激素和 α- 抗胰蛋白酶等医药产品。下列有关乳腺生物反应器的叙述中， 错误的是（ A ） A. B. C. D. 受体细胞可选用受精卵或胚胎干细胞 获得转基因动物需利用胚胎移植技术 鉴别药用蛋白基因是否导入受体细胞一般利用 DNA 分子杂交法 转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因 应用探究 生物学 关于用转基因动物作器官移植供体研究的叙述，不正确的是 ( C 选择性必修 3 《生物技术与工程》 ) A. 器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题 B. 猪的内脏构造、大小和血管分布与人极为相似 C. 灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪 D. 无论以哪种动物作为供体，都需在其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 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 食品工业方面 用基因工程菌生产食品工业用酶 、氨基酸和维生素等 选择性必修 3 《生物技术与工程》 核酸切割 质粒 细菌拟核 质粒 插入质粒 重组质粒 送入细胞 重组细菌 基因工程菌：用基因工程的方法，使外源基因 得到高效表达的菌类。 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 食品工业方面 选择性必修 3 《生物技术与工程》 奶酪 - 生产需要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，将其第四胃的粘膜取出来提取 。 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，再结合工业发酵批量生产凝乳酶 。 知识海洋 生物学 基因工程的应用 - 食品工业方面 选择性必修 3 《生物技术与工程》 阿巴斯甜——一种普遍使用的甜味剂，主要由天 冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工 程实现大规模生产。 加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物需要 的脂酶等也可通过构建基因工程菌，结合发酵技术大 量生产。 优点： 基因工程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。