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1、 基因工程自基因工程自2020世纪世纪7070年代兴年代兴起后，在短短的起后，在短短的3030年间，得到了年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。学的核心技术。应用领域应用领域农牧业、工业、农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等。环境、能源和医药卫生等。1.3 1.3 基因工程的应用基因工程的应用植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累动物基因工程前景广阔动物基因工程前景广阔基因工程药物异军突起基因工程药物异军突起基因治疗曙光初照基因治疗曙光初照抗虫棉（左）和普通棉（右）的叶子抗虫棉（左）和普通棉（右）的叶子转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（黄色枯萎植株
2、）转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（黄色枯萎植株）棉花、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、棉花、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花等。烟草、苹果、核桃、杨、菊花等。成果：成果：一一.植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累抗虫转基因植物抗虫转基因植物方法：方法：用于杀虫的用于杀虫的目的基因主要有：目的基因主要有：从某些生物中分离出具有从某些生物中分离出具有杀虫活性杀虫活性的基因的基因，将其导入作物中，使其具，将其导入作物中，使其具有抗虫性。有抗虫性。BtBt毒蛋白基因毒蛋白基因(重点重点)、蛋白酶抑制剂基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。淀粉酶抑制
3、剂基因、植物凝集素基因等。意义：少农药、低成本、少污染。思考：思考：1.1.细菌的基因之所以能细菌的基因之所以能“嫁接嫁接”到棉花细胞到棉花细胞内，原因是内，原因是?组成细菌和棉花的组成细菌和棉花的DNADNA分子的分子的空间空间结构结构和和化学组成化学组成相同相同 2.利用基因工程培育抗虫棉，与诱变育种利用基因工程培育抗虫棉，与诱变育种和杂交育种相比，有什么优点？是属于和杂交育种相比，有什么优点？是属于哪种变异？哪种变异？3 3.抗虫棉能抗病吗？抗虫棉能抗病吗？B.B.目目的基的基因因使使用最用最多的多的病毒外壳蛋白基因（病毒外壳蛋白基因（CPCP基基因和病毒的复制酶基因因和病毒的复制酶基因
4、C.C.成成果果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。抗病转基因植物抗病转基因植物抗病毒基因：抗病毒基因：几丁质酶基因几丁质酶基因抗毒素合成基因抗毒素合成基因抗真菌基因：抗真菌基因：A.A.引起植物生病的病原微生物主要有：病引起植物生病的病原微生物主要有：病毒、真菌和细菌等。毒、真菌和细菌等。（这些基因的转化植物表现出对同种病毒或相近（这些基因的转化植物表现出对同种病毒或相近病毒或病毒病毒或病毒RNARNA侵染的高水平抗性侵染的高水平抗性）抗逆转基因植物抗逆转基因植物A.A.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？
5、哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等盐碱、干旱、低温和涝害等B.B.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节细胞内的渗透压调节C.C.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因 抗逆转基因植物抗逆转基因植物A A.方法：将方法：将 导入植导入植物，获抗逆性作物。物，获抗逆性作物。抗逆基因抗逆基因B B.基因种类：基因种类：抗除草剂基因、抗抗除草剂基因、抗冻蛋白基因、调节细胞渗透压基冻蛋白基因、调节细胞渗透压基因。因。C.C.成果：成果：A.A.利用
6、调节利用调节细胞渗透细胞渗透压的基因压的基因，提高作物，提高作物抗旱和抗盐碱能力；抗旱和抗盐碱能力；B.B.将鱼的将鱼的抗冻蛋白基抗冻蛋白基因因转入番茄，提高番转入番茄，提高番茄的抗冻能力。茄的抗冻能力。C.C.将将抗除草剂基因抗除草剂基因导导入农作物中，在喷洒入农作物中，在喷洒除草剂时，杀死杂草除草剂时，杀死杂草而不杀死农作物。而不杀死农作物。提高植物的光合作用效率提高植物的光合作用效率 改造光合作用中起关键作用的改造光合作用中起关键作用的COCO2 2固定酶固定酶，能提高植物对，能提高植物对COCO2 2的固定的固定效率；还可以通过增强植物对光能吸效率；还可以通过增强植物对光能吸收与转化的
7、功能来提高光合作用效率，收与转化的功能来提高光合作用效率，提高作物的产量。提高作物的产量。利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质 延长果实的储藏期延长果实的储藏期 乙烯是催熟果实的乙烯是催熟果实的一种激素，在其形成过一种激素，在其形成过程中需要乙烯形成酶。程中需要乙烯形成酶。通过基因工程可以获得通过基因工程可以获得能能抑制乙烯形成酶基因抑制乙烯形成酶基因表达的植物新品种，这表达的植物新品种，这些转基因植物的果实既些转基因植物的果实既保持了原有的品质，又保持了原有的品质，又延长了储藏期。延长了储藏期。利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质 人体（或其它脊椎动物）必不可少，而人
8、体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称的氨基酸，称必需氨基酸必需氨基酸。必需氨基酸共有种：必需氨基酸共有种：苏氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、缬色氨酸、缬氨酸、赖氨酸、氨酸、赖氨酸、异异亮氨酸、亮氨酸。亮氨酸、亮氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，对如果饮食中经常缺少必需氨基酸，对人的健康不利。人的健康不利。另外另外1212种氨基酸是人体细胞能够合成的叫种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做做非必需氨基酸。非必需氨基酸。还记得必需氨基酸吗？还记得必需氨基酸吗？利用转基因改良植物的品质利用转基因
9、改良植物的品质成成果果A.A.将将富含赖氨酸的蛋白质的编富含赖氨酸的蛋白质的编码基因码基因导入玉米，获得的转基导入玉米，获得的转基因玉米赖氨酸含量提高因玉米赖氨酸含量提高3030。B.B.将将控制番茄果实成熟的基因控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番导入番茄，获得转基因延熟番茄，储存期可以达茄，储存期可以达2 2个月。个月。C.C.将将与植物花青素代谢有关的与植物花青素代谢有关的基因基因导入矮牵牛中，转基因矮导入矮牵牛中，转基因矮牵牛出现自然界没有的颜色变牵牛出现自然界没有的颜色变异。异。科学家将菜豆储存蛋白的科学家将菜豆储存蛋白的基因基因转移转移到向日葵中，培育出了到向日葵中，培
10、育出了“向日葵豆向日葵豆”植物。这一过程不涉及（植物。这一过程不涉及（C C）A.DNAA.DNA按照碱基互补配对原则自我按照碱基互补配对原则自我复制复制 B.DNA B.DNA以其一条链为模板合成以其一条链为模板合成RNARNA C.RNA C.RNA以自身为模板自我复制以自身为模板自我复制 D.D.按照按照RNARNA密码子的排列顺序合成密码子的排列顺序合成蛋白质蛋白质 二、动物基因工程前景广阔二、动物基因工程前景广阔用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度目的基因？举例说明目的基因？举例说明用于改善畜产品品质用于改善畜产品品质举例说明举例说明用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物如何操
11、作？生产出哪些药物？如何操作？生产出哪些药物？用转基因动物做器官移植的供体用转基因动物做器官移植的供体如何操作？如何操作？（重点理解）（重点理解）用于提高动物的生长速度用于提高动物的生长速度转基因鲤鱼（上）和同龄的鲤鱼（下）转基因鲤鱼（上）和同龄的鲤鱼（下）A A.基因：外援生长激素基因基因：外援生长激素基因B B.成果成果:转基因鲤鱼、转基因鲤鱼、转基因绵羊。转基因绵羊。用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质A A.病症：有些人对牛奶中的病症：有些人对牛奶中的乳糖不能乳糖不能完全消化完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状恶心等不适症状B B.优良基因：优
12、良基因：肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因C C.方法：方法：肠乳糖酶基因导入奶牛基肠乳糖酶基因导入奶牛基因组因组，获得转基因牛分泌的乳汁，其，获得转基因牛分泌的乳汁，其中乳糖的含量大大减低。中乳糖的含量大大减低。乳糖乳糖肠乳糖酶肠乳糖酶半乳糖半乳糖用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物动物乳腺生物反应器技术基本成熟动物乳腺生物反应器技术基本成熟 A A.基因来源基因来源：药用蛋白基因乳药用蛋白基因乳腺蛋白基因的启动腺蛋白基因的启动子子B B.成果成果:乳腺（房）乳腺（房）生物反应器生物反应器C C.操作过程操作过程是怎样的？是怎样的？a、获取目的基因（例如血清白蛋白获取目的基因（例如血清白蛋白基因）
13、基因）b b、构建基因表达载体构建基因表达载体（在血清白蛋（在血清白蛋白基因前加乳腺蛋白基因的启动子）白基因前加乳腺蛋白基因的启动子）c c、用显微注射法、用显微注射法导入导入到到受精卵受精卵d d、将受精卵、将受精卵送入送入母体内生长发育母体内生长发育e e、转基因动物进入泌乳期后，、转基因动物进入泌乳期后，提取提取乳汁乳汁注意：注意：只有雌性转基因个体才能生产药物。只有雌性转基因个体才能生产药物。乳腺生物反应器：乳腺生物反应器：指以转基因雌性指以转基因雌性动物个体的乳腺动物个体的乳腺分泌乳汁来生产分泌乳汁来生产所需药品。所需药品。优优点：点：产量高、质量好产量高、质量好成本低、易提取成本低
14、、易提取成果：成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶 为什么为什么乳腺能成为基因药物最理想的乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？表达场所呢？乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，内循环，不会影响不会影响转基因动物本身的生理转基因动物本身的生理代谢反应。代谢反应。从乳汁中获取目的基因产物，从乳汁中获取目的基因产物，产量高产量高，易提纯易提纯，表达的蛋白质已经过充分的，表达的蛋白质已经过充分的修饰修饰加工加工，具有稳定的生物活性。，具有稳定的生物活性。从乳汁中从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的产物获得目
15、的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。的同时，转基因动物又可无限繁殖。用转基因动物作器官移植的供体用转基因动物作器官移植的供体A A.供体供体：抑制或除去抗原决定基因：抑制或除去抗原决定基因供体动物：供体动物：猪猪实现目标难题：实现目标难题：B B.成果成果（预期）：结合克隆技术培育（预期）：结合克隆技术培育出没有免疫排斥的转基因克隆猪器官出没有免疫排斥的转基因克隆猪器官免疫排斥免疫排斥C.C.解决解决方法方法：将器官供体基因组导入某种基将器官供体基因组导入某种基因调节因子，以因调节因子，以抑制抗原决定基因抑制抗原决定基因的表达的表达，或设法除去抗原决定基因或设法除去抗原决定基因，再结合
16、克隆技术，培育出没有免疫再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。排斥反应的转基因克隆猪器官。可长人耳的裸鼠可长人耳的裸鼠 1.1.在传统的药品生产中，某些药品如在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？哪些结构中提取？从生物的从生物的组织、细胞或血液组织、细胞或血液中提取。中提取。2.2.传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点:由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，数数量少且量少且价格十分昂贵。价格十分昂贵。三、基因工程药物异军突起三、基因工程药物异军突起 （重点重点 理解理解）3.3.可利用什么方法来解决上
17、述问题？可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的利用基因工程方法制造转基因的工工程菌程菌，可，可高效率高效率地生产出各种地生产出各种高质量、高质量、低成本低成本的药品。的药品。工程菌工程菌:用用基因工程基因工程方法，使外源基因得方法，使外源基因得到高效率表达的到高效率表达的菌类细胞株系菌类细胞株系。（。（P21P21）基因工程药品包括：细胞因子（即基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素淋巴因子如白细胞介素2 2、干扰、干扰素）、抗体、疫苗、激素等素）、抗体、疫苗、激素等三、基因工程药物异军突起三、基因工程药物异军突起A.A.方式：利用转基因方式：利用转基因工程菌工
18、程菌来来生产药品。生产药品。B.B.成果：利用工程菌可生产细成果：利用工程菌可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。胞因子、抗体、疫苗、激素等。一般临床上使用的胰岛素主要从一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等猪、牛等家畜的胰腺家畜的胰腺中提取，每中提取，每100kg100kg胰腺只能提胰腺只能提取取45g45g胰岛素。用该方法生产的胰岛素胰岛素。用该方法生产的胰岛素产产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。19791979年，科学家将动物体内的年，科学家将动物体内的胰岛素基因胰岛素基因与大肠杆菌与大肠杆菌DNADNA分子重组分子重组，并在大肠杆菌，并在大肠杆菌内实现
19、了表达。内实现了表达。基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 基因工程药物基因工程药物 干扰素是干扰素是病毒侵入细胞后产生病毒侵入细胞后产生的的一种一种糖蛋白糖蛋白。几乎能。几乎能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感染感染，是一种，是一种抗病毒的特效药抗病毒的特效药。此外对治。此外对治疗某些疗某些癌症和白血病癌症和白血病也有一定疗效。也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血传统的干扰素生产方法是从人血液中的液中的白细胞内提取白细胞内提取，每，每300L300L血液只能提血液只能提取出取出1mg1mg干扰素。干扰素。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素 基因工程药物基因工程药物 治疗侏儒症
20、治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是注射生长激素。，是注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素需解剖尸体，从大脑的底部素需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体摘取垂体，并从中，并从中提取生长激素。提取生长激素。现利用基因工程方法，将人的现利用基因工程方法，将人的生长激素基因生长激素基因导入大肠杆菌导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长
21、激素 基因工程药物基因工程药物目前我国生产的基因工程药物有白细胞介素目前我国生产的基因工程药物有白细胞介素2 2、干扰素、乙肝疫苗等。干扰素、乙肝疫苗等。利用微生物生产药物的优越性何在利用微生物生产药物的优越性何在?（1 1）利用活细胞作为表达系统，）利用活细胞作为表达系统，表达效率表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。产出大量药品。（2 2）可以解决传统制药中原料来源的不足可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。或人体上获取原料。（3 3）降低生产成本降
22、低生产成本，减少生产人员和管理，减少生产人员和管理人员。人员。1 1 基因治疗：基因治疗：是指是把是指是把健康的外源基因导健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目中，达到治疗疾病的目的。（的。（重要重要）2 2 方法：方法：A A.体外基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后，在体外完成得某种细胞，进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。（效果较为可靠）最后重新输入患者体内。（效果较为可靠）B B.体内基因治疗体内基因治疗：直接向人体组织
23、：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。细胞中转移基因的治病方法。四、基因治疗曙光初照四、基因治疗曙光初照（应用）（应用）复合性免疫缺陷症复合性免疫缺陷症（SCIDSCID）患者缺乏正常的）患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上是细胞的一个常染色体上编码编码腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶（简称（简称ADAADA）的基因（）的基因（adaada）发生）发生了突变。可以通过基因工了突变。可以通过基因工程的方法治疗。程的方法治疗。SCIDSCIDSCIDSCID患者生存在无菌
24、环境中患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中用于用于基因治疗基因治疗的基因种类的基因种类1 1、用正常基因代替缺陷基因，或依、用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。的治疗。2 2、反义基因。用、反义基因。用mRNAmRNA分子与病变的分子与病变的mRNAmRNA分子进行互补，阻断蛋白质的分子进行互补，阻断蛋白质的合成。合成。3 3、自杀基因。编码可杀死癌变细胞、自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。的蛋白酶基因。体内基因治疗体内基因治疗利用修饰的利用修
25、饰的腺病毒腺病毒作为载作为载体，将治疗囊性纤维病的体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部正常基因转入患者的肺部组织中。组织中。基因芯片基因芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯芯片杂交就可以得出片杂交就可以得出标准图谱标准图谱；从病人的基；从病人的基因组中分离出因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得芯片杂交就可以得出出病变图谱病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的出病变的DNADNA信息。信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化
26、、自动化等特点，将成感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。为一项现代化诊断新技术。基因工程中的基因工程中的关键词关键词目的基因目的基因 受体细胞受体细胞 限制酶限制酶 黏性末端黏性末端 磷酸二酯键磷酸二酯键 DNADNA连接酶连接酶 运载体运载体 质粒质粒 标记基因标记基因 基因组文库基因组文库 cDNAcDNA文库文库 表达载体表达载体 重组质粒重组质粒 启动子启动子 终止子终止子 转化转化 农杆菌转化法农杆菌转化法 T-DNA T-DNA 显微注射法显微注射法 感受态细胞感受态细胞 基因探针基因探针 DNADNA分子杂交法分子杂交法 抗原抗体杂交抗原抗体杂交 杂交带杂交带 表达表达上海医学遗传研究所成功培育出第一头携上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高3030多多倍，转基因动物（倍，转基因动物（B B）A A提供基因的动物提供基因的动物 B B基因组中增加外源基因的动物基因组中增加外源基因的动物C C能产生白蛋白的动物能产生白蛋白的动物 D D能表达基因信息的动物能表达基因信息的动物