基因工程的应用-高二生物课件（人教版2019选择性必修3）3

第三节基因工程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一、基因工程在农牧业方面的应用1、概述2、在植物方面的应用3、在动物方面的应用1、概述基因工程在农牧业中的应用发展迅速。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%。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。1、概述在转基因动物方面，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。转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）2、在植物方面的应用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，是目前防止作物害虫的一种发展趋势。已问世的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。转基因抗虫植物转基因抗虫水稻（绿）与对照（黄）2、在植物方面的应用许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，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。培育出了如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。转基因抗病植物转基因抗病毒甜椒2、在植物方面的应用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。目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。转基因抗除草剂植物用除草剂后的转基因抗除草剂玉来田转基因大豆2、在植物方面的应用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。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，大大提高观赏价值。改良植物的品质2、在植物方面的应用改良植物的品质高赖氨酸玉米转基因牵牛花转基因大豆，改善粮食作物的营养成分（必需氨基酸）含量高抗癌抗衰老的紫色西红柿2、在动物方面的应用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，转基因的生长速率比转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。提高动物生长速度转生长激素基因的鲤鱼(下)与非转基因鲤鱼(上)转入外源生长激素基因的“超级小鼠”

2、在动物方面的应用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，二其他营养成分不受影响。改善畜产品的品质低乳糖奶牛2、在动物方面的应用改善畜产品的品质乳糖耐受（有乳糖酶）乳糖不耐受（无乳糖酶）大肠肠道内渗透压增高，刺激胃肠蠕动增加1、对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物2、让转基因哺乳动物批量生产药物3、用转基因动物作为器官移植的供体二、基因工程在医药卫生领域的应用1、对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物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，使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。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。2、让转基因哺乳动物批量生产药物利用基因工程技术，还可以让哺乳动物批量生产药物。例如，构建乳腺生物反应器或乳房生物反应器。流程如下：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。3、用转基因动物作为器官移植的供体基因工程技术还可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。目前，人体移植器官短缺是一个世界性难题。为此，人们不得不把目光移向寻求可替代的移植器官。由于猪的内脏构造、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的多，是否可以用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题呢？实现这一目标的最大难题是免疫排斥。目前，科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是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。3、用转基因动物作为器官移植的供体2022年1月10日，美国马里兰大学医学院的外科医生团队成功将转基因猪的心脏移植到一名57岁男性绝症患者体内，该手术为全球首例心脏异种移植手术。手术三天后，患者状况依然良好。这是首次证明转基因猪心脏可以像人类心脏一样发挥作用，而不会立即产生排斥反应。然而，这名接受了转基因猪心脏的绝症患者在手术后两个月去世。这颗猪心脏并非传统意义上完全属于猪的心脏，而是经过了基因编辑。马里兰大学医学中心当时表示，他们在供体猪中进行了10个独特的基因编辑——敲掉了3个会引发免疫排斥反应的猪的基因和一个会导致心脏组织过度生长的猪的基因，并插入了6个来自人类的基因。异想天开

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。1、概述2、酶的生产3、其他方面的应用三、基因工程在食品工业领域的应用1、概述利用基因工程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，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，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。基因工程工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。2、酶的生产奶酪是一种被广泛食用的发酵奶制品。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。传统方法制备凝乳酶依靠杀死未断奶的小牛，然后将它的第四胃的黏膜取出来进行提取。这种方法渐渐不能满足需求。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。凝乳酶的生产2、酶的生产加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到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，基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。淀粉酶、脂酶等的生产3、其他方面的应用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。甚至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……未来，期待基因工程带给我们更多的惊喜。到社会中去目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？截至2019年年底，我国批准发