1、3.3 3.3 基因工程的应用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。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，生产人使用一年的胰岛素需要上千头牛，生产的成本非常高。的成本非常高。 我国拥有自主知识产权的基因工程物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重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。泛应用。除了生产胰岛素，基因工程还有那些应用
2、呢？除了生产胰岛素，基因工程还有那些应用呢？ 19781978年，科学家将编码人胰岛素的基年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。重组人胰岛素。 基因工程自基因工程自20世纪世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，在年代兴起后，得到了飞速的发展，在农牧业农牧业、医药卫生、（医药卫生、（工业、环境、能源）工业、环境、能源）和和食品工业食品工业等方面，等方面，展示出广阔的前景。展示出广阔的前景。植物基因工程植物基因工程动物基因工程动物基因工程基因工程药物基因工程药物食品工业食品工业基因工程的应用应用生物：应用生物：植物植物动物
3、动物微生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，全世界转基因作物年，全世界转基因作物种植面积增加了种植面积增加了100多倍。多倍。转基因作物的种植使化学农药的转基因作物的种植使化学农药的施用量减少了施用量减少了8.2%，作物产量增，作物产量增加了加了6.6108t,增加经济效益增加经济效益1.3万万亿。亿。美国种植面积最大。棉花、玉米、美国种植面积最大。棉花、玉米、大豆种植比例都超过大豆种植比例都超过90%。2017年，我国居世界第八位。商年，我国居世界第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。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 1、抗虫抗虫
4、转基因植物转基因植物2 2、抗病抗病转基因植物转基因植物3 3、抗逆抗逆转基因植物转基因植物4 4、利用转基因改良植物的品质、利用转基因改良植物的品质提高作物提高作物抗逆能力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一）植物基因工程硕果累累1 1、转基因抗虫植物、转基因抗虫植物从某些生物中分离出从某些生物中分离出抗虫基因抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。导入作物，使之具有抗虫性状。1 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、）优点：减少因化学农药的使用而造
5、成的环境污染和对人类健康的损害、 降低生产成本、提高产量降低生产成本、提高产量Bt毒蛋白基因毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂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植物凝集素基因等植物凝集素基因等 2 2）主要杀虫基因：）主要杀虫基因：3）典例：）典例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。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）转基因抗虫水稻（绿）与对照（黄）2 2、转基因抗病植物、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。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：）抗病基因：抗病毒抗病毒
6、的目的基因的目的基因病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因病毒复制酶基因病毒复制酶基因抗真菌抗真菌的目的基因的目的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2）典例：）典例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等转基因抗病毒甜椒转基因抗病毒甜椒转基因番木转基因番木瓜瓜病毒外壳蛋白基因（病毒外壳蛋白基因（CP）如何发挥作用？）如何发挥作用？1.1.在植物细胞中积累的外壳蛋白会将入侵的病毒核酸包裹，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；抑制核酸的复制和表达；2 2、抑制病毒脱外壳；、抑制病毒脱外壳；3 3、外壳蛋白基因转录出的、
7、外壳蛋白基因转录出的RNARNA和病毒和病毒RNARNA相互作用。相互作用。花叶病花叶病3、转基因抗逆植物转基因抗逆植物抗盐碱、抗干旱抗盐碱、抗干旱转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄抗逆性基因抗逆性基因:调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因（提高作物抗盐碱、抗干旱）（提高作物抗盐碱、抗干旱）;鱼的鱼的抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因 ; 抗除草剂基因抗除草剂基因施用除草剂后的转基因抗除草剂玉施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米米4 4、改良植物的品质、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高赖氨酸玉米出现原本没有的花色出现原本没有的花色变异，提升观赏价值变异，提升观赏价值转基因大豆，改转
8、基因大豆，改善粮食作物的营善粮食作物的营养成分（养成分（必须氨必须氨基酸基酸）含量高）含量高抗癌抗衰老的紫色西红柿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、蛋白质改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质（二）（二）动物基因工程动物基因工程前景广阔前景广阔1 1、用于、用于提高提高动物动物生长速度生长速度2 2、用于、用于改善改善畜产品的畜产品的品质品质3 3、用转基因动物、用转基因动物生产药物生产药物4 4、用转基因动物、用转基因动物作器官移植的供体作器官移植的供体1 1、用于提高动物生长速度、用于提高动物生长速度原因：原因：外源外源生长激素基因生长激素基因的表达可以使转
9、基因动物生长更快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 2、用于改善畜产品的品质、用于改善畜产品的品质低乳糖奶牛1) 导入导入肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低。2)优点：优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适避免食物过敏、腹泻、恶心等不适二、基因工程在医药卫生领域的应用将合成的胰岛素基因导入将合成的胰岛素基因导入大大肠杆菌肠杆菌，每，每2000L2000L培养液就能产培养液就能产生生100g100g胰岛素！使其价格降低了胰岛素！使其价格降低了30%-50%!30%-50%!胰岛素从猪、
10、牛等动物的胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能胰腺只能提取提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量之的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。低和价格之高可想而知。通过基因工程的通过基因工程的方式创造了能合成方式创造了能合成人干扰素的人干扰素的大肠杆大肠杆菌菌，每，每1Kg1Kg的培养的培养液可提取液可提取202040mg40mg干扰素干扰素干扰素干扰素治疗病毒感染是治疗病毒感染是“万能灵药万能灵药”！过去从人血！过去从人血提取，提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。 生长激素、乙肝生长激素、乙肝疫苗、疫
11、苗、人造血液人造血液等通过等通过基因工程实现工业化生基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。平发挥了重大的作用。基因工程肝炎疫苗重组人生长激素重组人生长激素人造血液人造血液 用用限制酶获取限制酶获取乙肝病毒乙肝病毒抗原蛋白基因抗原蛋白基因; ; 将抗原蛋白基因将抗原蛋白基因插入质粒插入质粒，构建基因表达载体，构建基因表达载体( (启动子启动子) )； 用用CaCa+ +处理酵母菌使之成为处理酵母菌使之成为感受态细胞感受态细胞， 将重组质粒导入酵母菌；将重组质粒导入酵母菌； 检测筛选检测筛选出成功转化的酵母菌，进行发
12、酵培养。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系称为“工程菌工程菌”工程菌工程菌3 3、用转基因动物、用转基因动物生产药物生产药物含有人凝血因子含有人凝血因子的转基因羊的转基因羊人治疗性抗体转基因奶牛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乳汁中含有人生长激素的转基因牛2) 2) 生产的蛋白质比工厂生产具有生产的蛋白质比工厂生产具有产量高、质量好、成本低、易提取的优点产量高、质量好、成本低、易提取的优点3 3）乳腺生物反应器的操作过程：）乳腺生物反应器的操作过程：获取目的基因获
13、取目的基因( (药用蛋白基因药用蛋白基因) )构建基因表达载体：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）（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利用显微注射法导入动物受精卵培养成早期胚胎培养成早期胚胎将胚胎送入母体动物将胚胎送入母体动物发育成转基因动物发育成转基因动物4 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？）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？ 乳腺是一个外分泌器官，乳腺是一
14、个外分泌器官，乳汁不进入体内循环乳汁不进入体内循环，不会影响转基因，不会影响转基因 动物本身的生理代谢反应。动物本身的生理代谢反应。 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，易提纯产量高，易提纯，表达的蛋白质已，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。经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。 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。无限繁殖。4 4、用转基因的动物作器官移植的供体、用转基因的动物作器官移植的供体2） 最大障最大障碍：碍：免疫排斥免疫排斥反应反应3） 操作方法：
15、操作方法：向器官供体基因向器官供体基因组导入某种组导入某种调节调节因子，抑制或除因子，抑制或除去抗原决定基因，去抗原决定基因，克服免疫反应克服免疫反应。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、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。氨基酸和维生素等。例如：甜味剂例如：甜味剂阿斯巴甜阿斯巴甜，主要由天冬，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸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可通过基因工程大规模生产。奶酪生产需要奶酪生产需要凝乳酶凝乳酶固化奶中蛋白质，科固化奶中蛋白质，科学家将编码牛凝乳酶的
16、基因导入大肠杆菌、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。发酵批量生产凝乳酶。26 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。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酶纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。优点：优点： 基因工程使人们更
17、容易培育出具有优良性状的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动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品。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还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌超级细菌”来处理环境来处理环境污染，利用经过改造的微生物来生产能源污染，利用经过改造的微生物来生产能源29四、基因工程与环境保护四、基因工程与环境保护环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针探针能够十分灵敏地检测环能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。境中的病毒、细菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针
18、检测出来探针检测出来日期基因工程与环境监测（基因工程与环境监测（2 2）31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”。用于被污染用于被污染环境的净化环境的净化到社会中去到社会中去 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、科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及多种的植物，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：牧草、花卉和林木等。请调查：1.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？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、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？产过程中用到了转基因技术？
