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1、1.3基因工程基因工程的应用的应用一一、植植物物基基因因工工程程硕硕果果累累累累20012001年转基年转基年转基年转基因作物种植因作物种植因作物种植因作物种植面积最大的面积最大的面积最大的面积最大的四个国家及四个国家及四个国家及四个国家及其所占比例其所占比例其所占比例其所占比例美国美国美国美国 阿根廷阿根廷阿根廷阿根廷 加拿大加拿大加拿大加拿大 中国中国中国中国10%10%20%20%30%30%40%40%50%50%60%60%70%70%主要主要主要主要用于用于用于用于提高农作物抗逆能力、改良农作提高农作物抗逆能力、改良农作物品质、利用植物生产药物物品质、利用植物生产药物1.抗虫转基因
2、植物抗虫转基因植物使用化学农药的弊端使用化学农药的弊端解决这些弊端的途径解决这些弊端的途径污染环境，损害污染环境，损害人类健康，增加人类健康，增加生产成本。生产成本。将具有杀虫活性的将具有杀虫活性的基因导入作物中，基因导入作物中，使其具有抗虫性。使其具有抗虫性。抗虫目的基因抗虫目的基因应用举例应用举例BtBt毒蛋白基因、蛋白毒蛋白基因、蛋白毒蛋白基因、蛋白毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物酶抑制剂基因、植物酶抑制剂基因、植物酶抑制剂基因、植物凝集素基因等凝集素基因等凝集素基因等凝集素基因等抗虫水稻、棉花、玉抗虫水稻、棉花、
3、玉米、马铃薯、烟草、米、马铃薯、烟草、番茄、大豆、苹果、番茄、大豆、苹果、核桃、菊花等核桃、菊花等与对照组（黄色枯萎植株）与对照组（黄色枯萎植株）转基因抗虫水稻（绿色植株）转基因抗虫水稻（绿色植株）抗虫棉抗虫棉普通棉普通棉2.抗病转基因植物抗病转基因植物病原微生物病原微生物引起植物生病的微生物引起植物生病的微生物如：病毒、真菌、细菌等。如：病毒、真菌、细菌等。抗病毒目的基因抗病毒目的基因最多：最多：最多：最多：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因举例举例几丁质酶基因和抗毒素合成基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因抗病毒转基因小麦、抗病毒转基因甜椒抗病毒转基因小麦、抗
4、病毒转基因甜椒 抗真菌抗真菌目的目的基因基因抗病毒的转基因小麦抗病毒的转基因小麦转黄瓜抗青枯病基因的转黄瓜抗青枯病基因的甜椒甜椒3.抗逆转基因植物抗逆转基因植物造成低产、减产的常见因素造成低产、减产的常见因素盐碱、干旱、低温、涝害等盐碱、干旱、低温、涝害等盐碱、干旱对农作物的危害与什么有关盐碱、干旱对农作物的危害与什么有关与细胞内渗透压调节有关与细胞内渗透压调节有关抗逆目的基因抗逆目的基因抗盐碱和干旱作物抗盐碱和干旱作物抗盐碱和干旱作物抗盐碱和干旱作物：耐寒的番茄：耐寒的番茄：耐寒的番茄：耐寒的番茄：抗除草剂的大豆：抗除草剂的大豆：抗除草剂的大豆：抗除草剂的大豆：调节细胞渗透压的基因调节细胞渗
5、透压的基因鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因抗除草剂基因抗除草剂基因转基因抗旱番茄转基因抗旱番茄转黄瓜抗青枯病转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯基因的马铃薯左侧左侧:喷洒除草剂后，喷洒除草剂后，杂草全部除掉，转基杂草全部除掉，转基因玉米生长正常。因玉米生长正常。转基因抗除草剂玉米转基因抗除草剂玉米右侧，未洒除草剂，右侧，未洒除草剂，杂草丛生。杂草丛生。转黄瓜抗青枯病转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯基因的马铃薯不会引起过敏的不会引起过敏的转基因大豆转基因大豆4.利用转基因改良植物品种利用转基因改良植物品种使食品的营养成分均衡使食品的营养成分均衡将必需氨基酸含量多的蛋白质编码将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导
6、入植物，或改变这种氨基基因，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，酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。以提高氨基酸的含量。将富含氨基酸的蛋白质编码基因导将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高酸的含量提高30%。转基因高赖氨酸玉米转基因高赖氨酸玉米使果品延熟，便于储存使果品延熟，便于储存将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。转基因延熟番茄。转基因延熟番茄转基因延熟番茄丰富花品颜色，提高观赏价值。丰富花品颜色，提高观赏价值。将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉
7、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植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。界没有的颜色。转基因矮牵牛转基因矮牵牛普通矮牵牛普通矮牵牛二二、动动物物基基因因工工程程前前景景广广阔阔1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度普通普通鲑鱼鲑鱼转基因转基因鲑鱼鲑鱼 中科院水生生物研究所培育的转基因鲤鱼，表现出快速生长效应。2.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质如，将肠乳糖酶基因导入奶牛基如，将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因奶牛分泌的乳汁，因组，转基因奶牛分泌的乳汁，乳糖含量降低，营养成分不变。乳糖含量降低，营养成分不变。美国通过基因工程将人的
8、基因植入牛的体内，由转基因公牛授精的母牛产下5头健壮的牛犊，每头都含有一个人类的基因。3.用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物什么叫转基因动物什么叫转基因动物是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物乳动物(如鼠、兔、羊和猪如鼠、兔、羊和猪)的受精卵里，的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因
9、产品。这样一种新的个体，称为转基基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。因动物。我国培养的转基因我国培养的转基因兔，转入的乙型肝炎表兔，转入的乙型肝炎表面抗原基因已在基因兔面抗原基因已在基因兔体内整合并表达。体内整合并表达。兔研人员将乙型肝兔研人员将乙型肝炎表面抗原基因注入兔炎表面抗原基因注入兔受精卵的情形。受精卵的情形。就基因药物而言，最理想的表达场所是就基因药物而言，最理想的表达场所是乳腺乳腺乳腺乳腺为什么为什么为什么为什么?3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同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。时，转基因动物又可无限繁殖。1）乳腺是一个外分泌器官，
10、乳汁不进入体内循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。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。稳定的生物活性。构建基因表达载体构建基因表达载体构建基因表达载体构建基因表达载体显微注射导入哺显微注射导入哺显微注射导入哺显微注射导入哺乳动物受精卵中乳动物受精卵中乳动物受精卵中乳动物受精卵中形成胚胎形成胚胎形成胚胎形成胚胎将胚胎送入将胚胎送入将胚胎送入将胚胎送入母体动物母体动物母
11、体动物母体动物只有在产下的雌性动物个体只有在产下的雌性动物个体只有在产下的雌性动物个体只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达。中，转入的基因才能表达。中，转入的基因才能表达。中，转入的基因才能表达。获取目的基因例获取目的基因例获取目的基因例获取目的基因例（如血清（如血清（如血清（如血清蛋白蛋白蛋白蛋白基因）基因）基因）基因）发育成转发育成转发育成转发育成转基因动物基因动物基因动物基因动物乳房生物反应器的操作过程乳房生物反应器的操作过程乳房生物反应器的操作过程乳房生物反应器的操作过程4.用于转基因动物作器官移植的供体用于转基因动物作器官移植的供体设想设想建立器建立器官移植官移植工厂工厂现
12、实现实用动物的用动物的器官解决器官解决人类器官人类器官来源问题来源问题三三、基基因因工工程程药药物物异异军军突突起起在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？干扰素直接生物体的哪些结构中提取？干扰素直接生物体的哪些结构中提取？干扰素直接生物体的哪些结构中提取？从生物的从生物的从生物的从生物的组织、细胞组织、细胞组织、细胞组织、细胞或或或或血液血液血液血液中提取。中提取。中提取。中提取。缺点缺点缺点缺点解决途径解决途径解决途径解决途径由于受原由于受原由于
13、受原由于受原材料来源材料来源材料来源材料来源的限制，的限制，的限制，的限制，价格价格价格价格十分十分十分十分昂贵昂贵昂贵昂贵。利用利用利用利用基因工程基因工程基因工程基因工程方法制造方法制造方法制造方法制造“工工工工程菌程菌程菌程菌”，可，可，可，可高高高高效率效率效率效率地生产出地生产出地生产出地生产出各种各种各种各种高质量高质量高质量高质量、低成本低成本低成本低成本的药品。的药品。的药品。的药品。基因工程胰岛素（一）基因工程胰岛素（一）胰岛素是治疗糖尿病的胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，胰腺中提取，100Kg胰
14、胰腺只能提取腺只能提取4-5g的胰岛的胰岛素，其产量之低和价格素，其产量之低和价格之高可想而知。之高可想而知。胰岛素分子结构胰岛素分子结构基因工程胰岛素（二）基因工程胰岛素（二）将合成的胰岛素基因将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产培养液就能产生生100g胰岛素！大规胰岛素！大规模工业化生产不但解模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还的药品产量问题，还使其价格降低了使其价格降低了30%-50%!胰岛素生产车间胰岛素生产车间干扰素治疗病毒感染简直是干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药万能灵药”！过去从人血中提取，过去从人血中提取
15、，300L血才提取血才提取1mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素分子结构干扰素分子结构基因工程干扰素（一）基因工程干扰素（一）基因工程人工干扰素基因工程人工干扰素-2b（安达芬）安达芬）是我国第一是我国第一个全国产化基因工程人干扰素个全国产化基因工程人干扰素-2b，具有抗病具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要
16、药物。选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。基因工程干扰素（二）基因工程干扰素（二）我国第一个实现产业化的生物高技术产品，人型基因工程干扰素。人造血液及其生产人造血液及其生产 人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，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提高人类的健康水平发挥了重大的作用。其它基因工程药物其它基因工程药物基因工程药品基因工程药品基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素生长激素生长激素 治疗侏儒症治疗侏儒症治疗侏儒症治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生的唯一方法，是向人
17、体注射生的唯一方法，是向人体注射生的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要长激素。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，从大脑的底部获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘摘摘摘取垂体取垂体取垂体取垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将
18、人的生长激素生长激素生长激素生长激素基因导入大肠杆菌基因导入大肠杆菌基因导入大肠杆菌基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人中，使其生产生长激素。人中，使其生产生长激素。人中，使其生产生长激素。人们从们从们从们从 450 L450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，大肠杆菌培养液中提取的生长激素，大肠杆菌培养液中提取的生长激素，大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于相当于相当于相当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。其它基因工程药物其它基因工程药物四四、基基因因治治疗疗曙曙光光初初照照基因治疗：基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因的表把
19、正常基因导入病人体内，使该基因的表把正常基因导入病人体内，使该基因的表把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。这是治疗遗传病的最有效的手段。这是治疗遗传病的最有效的手段。这是治疗遗传病的最有效的手段。举例：举例：复合型免疫缺陷复合型免疫缺陷患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中 复合型免疫缺陷症复合型免疫缺陷症患者缺乏正常的人体患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，细菌或者病
20、毒感染，就会发病死亡。这个就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一病的机理是细胞的一个常染色体上个常染色体上编码腺编码腺苷酸脱氨酶的基因苷酸脱氨酶的基因发发生了突变。可以通过生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。基因工程的方法治疗。基因治疗的形式：基因治疗的形式：体外基因治疗体外基因治疗体内基因治疗体内基因治疗用于基因治疗的基因种类：用于基因治疗的基因种类：1）用）用正常基因正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。2）反义基因反义基因。产生。产生mRNA分子与
21、病变的分子与病变的mRNA分子进行分子进行互补，阻断蛋白质的合成。互补，阻断蛋白质的合成。3）自杀基因自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。课堂小结课堂小结基因工程药物以及用基因工程治疗遗传性疾病。基因工程药物以及用基因工程治疗遗传性疾病。植物基因工程植物基因工程应用应用抗虫转基因植物、抗病转基因植抗虫转基因植物、抗病转基因植物、抗逆转基因植物、改良植物物、抗逆转基因植物、改良植物品种。品种。动物基因工程动物基因工程应用应用提高动物的生长速率、改善储蓄提高动物的生长速率、改善储蓄产品的品质、用转基因动物生产产品的品质、用转基因动物生产药物、用转基因动物做器官
22、移植药物、用转基因动物做器官移植的供体。的供体。课堂练习课堂练习1 1、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物、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，科学家发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家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培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合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
23、中。请回答：成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是用的方法是用的方法是用的方法是_。显微注射显微注射显微注射显微注射进行基因转移是，通常要将外源基因转进行基因转移是，通常要将外源基因转进行基因转移是，通常要将外源基因转进行基因转移是，通常要将外源基因转到到到到_中。原因是中。原因是中。原因是中。原因是 ：受精卵受精卵受精卵受精卵 受精卵具有全能性，可使外源基因
24、在相应受精卵具有全能性，可使外源基因在相应受精卵具有全能性，可使外源基因在相应受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达。组织细胞表达。组织细胞表达。组织细胞表达。2 2、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋因表达水平的新方法
25、，使转基因动物乳汁中的药物蛋因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋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白含量提高白含量提高白含量提高3030多倍。多倍。多倍。多倍。“转基因动物转基因动物转基因动物转基因动物”是指是指是指是指 ()()A.A.提供基因的动物提供基因的动物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能表达基因信息的动物能表达基因
26、信息的动物B3 3、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是途径是途径是途径是 （）A.A.口服化学药物口服化学药物口服化学药物口服化学药物 B.B.注射化学药物注射化学药物注射化学药物注射化学药物C.C.利用辐射或药物诱发治病基因突变利用辐射或药物诱发治病基因突变利用辐射或药物诱发治病基因突变利用辐射或药物诱发治病基因突变 D.D.采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响D提示：提示：思考与探究答案思考与探究答案1.基因工程可以生产人基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、类需要的药物，如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等已烟草、抗除草剂大豆等已经进入商品化生产。经进入商品化生产。