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1、基因工程的实际应用领域（基因工程的实际应用领域（非常广泛非常广泛）：）：农牧业、工业、环境、能源、医药卫生等农牧业、工业、环境、能源、医药卫生等基因工程应用的生物：基因工程应用的生物： 植物植物、动物动物、微生物微生物生物科学的核心技术一一、植物基因工程、植物基因工程 植物基因工程主要用于提高农作物的植物基因工程主要用于提高农作物的抗抗逆能力逆能力, ,以及以及改良农作物的品质改良农作物的品质和利用植物和利用植物生产药物生产药物等方面。等方面。(一一)抗虫转基因植物抗虫转基因植物(二二)抗病转基因植物抗病转基因植物(三三)抗逆转基因植物抗逆转基因植物(四四)利用转基因技术改良植物的品质利用转基
2、因技术改良植物的品质( (一一) )抗虫转基因植物抗虫转基因植物1.1.虫害给农作物带来了哪些影响虫害给农作物带来了哪些影响? ?传统农业如何防治害虫传统农业如何防治害虫? ? 有哪有哪些不足些不足? ?3.3.现在已有哪些抗虫植物问世现在已有哪些抗虫植物问世? ?2.2.抗虫转基因植物的优点？抗虫转基因植物的优点？减少环境污染、减低生产成本、提高产量减少环境污染、减低生产成本、提高产量棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄、大豆等棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄、大豆等Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、毒蛋白基因、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剂基因、植物凝集素基因等转
3、基因抗虫棉转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因毒蛋白基因抗虫基因，抗虫的原理？( (一一) )抗虫转基因植物抗虫转基因植物当害虫食用含有转基因的植物时，当害虫食用含有转基因的植物时，Bt基因基因编码的蛋白质会编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成相对分子质量比较小的、相对分子质量比较小的、有毒的多肽有毒的多肽。多肽结合在肠上皮。多肽结合在肠上皮细胞的细胞的特异性受体特异性受体上，会导致上，会导致细胞膜穿孔细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡。最后造成害虫死亡。主要杀虫基因：主要杀虫基因：Bt毒蛋白对哺乳动物无
4、毒害毒蛋白对哺乳动物无毒害？（二）抗病转基因植物（二）抗病转基因植物1.1.什么是病原微生物？有哪些种类？什么是病原微生物？有哪些种类？引起生物生病的微生物引起生物生病的微生物主要有病毒、真菌和细菌等主要有病毒、真菌和细菌等2.2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？3.3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白（病毒外壳蛋白（coat proteincoat protein，CPCP）基因；）基因； 病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因许多栽培作物由于自身缺少抗病毒的基因许多栽培作物由于自身缺少
5、抗病毒的基因几丁质酶基因、抗毒素合成基因几丁质酶基因、抗毒素合成基因4.4.抗真菌基因有？抗真菌基因有？（二）抗病转基因植物（二）抗病转基因植物（三）抗逆转基因植物（三）抗逆转基因植物1.1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？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2.2.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3.3.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 4.4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因
6、提高转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？了其抗寒能力？鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因 （三）抗逆转基因植物（三）抗逆转基因植物5.5.抗除草剂基因有何用途？抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物（三）抗逆转基因植物（三）抗逆转基因植物（四）利用转基因改良植物的品质（四）利用转基因改良植物的品质人体必不可少，而机体内又不能合成的，必须人体必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸必需氨基酸。必需氨基酸必需氨基酸共有种：共有种：甲甲硫氨酸硫氨酸（蛋氨酸蛋氨酸）、）
7、、缬缬氨酸、氨酸、赖赖氨酸氨酸、异异亮亮氨酸、氨酸、苯苯丙氨酸、丙氨酸、亮亮氨酸氨酸、色色氨酸、氨酸、苏苏氨酸。氨酸。另外另外1212种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非非必需氨基酸必需氨基酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。 你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用转基因的方法加以改良？如何用转基因的方法加以改良？将必需氨基酸含量多的植物中的相关的蛋白质编码基因将必需氨基酸含量多的植物中的相关的蛋白质编码基因导入植物导入植物改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性改变必需氨基酸合成
8、途径中某种关键酶的活性（四）利用转基因改良植物的品质（四）利用转基因改良植物的品质转基因延熟番茄的目的基因是什么？转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因控制番茄果实成熟的基因（四）利用转基因改良植物的品质（四）利用转基因改良植物的品质可延长储存时间可延长储存时间12个月个月大大提高花卉的观赏价值大大提高花卉的观赏价值转基因矮牵牛的目的基因是什么？转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因与植物花青素代谢有关的基因蓝色妖姬蓝色妖姬（四）利用转基因改良植物的品质（四）利用转基因改良植物的品质异想天开异想天开发光树发光树二、动物基因工程应用前景广阔二、动物基因工程应用前
9、景广阔1 1、提高生长速度、提高生长速度2 2、改善畜产品的品质改善畜产品的品质3 3、生产药物、生产药物4 4、作为器官移植的供体作为器官移植的供体 等方面等方面应用的方面：应用的方面：1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因表达产生生长激素，可以使转基因动原因：外源生长激素基因表达产生生长激素，可以使转基因动物生长更快物生长更快转基因鲤鱼转基因鲤鱼将外源生长激素基因导入相应动物体内将外源生长激素基因导入相应动物体内2.2.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因
10、导入奶牛基因组，转基因奶牛的乳汁中乳导入奶牛基因组，转基因奶牛的乳汁中乳糖的含量大大降低。糖的含量大大降低。3.3.用转基因的动物生产药物（用转基因的动物生产药物（重点重点）优点：产量高、质量好、成本低、易提取优点：产量高、质量好、成本低、易提取方法：方法：乳腺乳腺/乳房生物反应器乳房生物反应器注意：注意：雌性雌性个体才能生产药物个体才能生产药物 将将药用药用/物蛋白基因物蛋白基因与乳腺蛋白基因的与乳腺蛋白基因的启启动子等调控组件重组在一起动子等调控组件重组在一起，通过，通过显微注射显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵移植入母体，使其发育成转基
11、因动物。卵移植入母体，使其发育成转基因动物。转转基因动物（基因动物（雌性个体雌性个体）进入）进入泌乳期泌乳期后，可以后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺乳腺生物反应器生物反应器或乳房生物反应器。或乳房生物反应器。乳腺乳腺/乳房生物反应器乳房生物反应器3.3.用转基因的动物生产药物（用转基因的动物生产药物（重点重点）为什么乳腺能成为转基因药物理想的表达场所为什么乳腺能成为转基因药物理想的表达场所呢？呢？乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。转基因动物本身的生理代
12、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加工修饰加工，具有稳定，具有稳定的生物活性。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的同时，获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。转基因动物又可无限繁殖。 3.3.用转基因的动物生产药物（用转基因的动物生产药物（重点重点）获取目的基因（例如血清白蛋白基因）获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加上在乳腺中特异性表达的启动子，如上在乳腺中特异性表达的启动子
13、，如乳腺蛋白乳腺蛋白基因的启动子基因的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎形成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（只有在产下的发育成转基因动物（只有在产下的雌性雌性个体个体中，转入的基因才能表达）中，转入的基因才能表达）思考思考: :用基因工程技术实现动物用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？的操作过程是怎样的？ 膀胱生物反应器膀胱生物反应器更理想的生物反应器更理想的生物反应器4.4.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利用基因工程对利用基因工程对猪？猪？的器官进行改造的器官进行改造方
14、法：方法：将器官供体基因组导入某种调将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因或设法除去抗原决定基因，再结合克，再结合克隆技术，培育出隆技术，培育出没有免疫排斥反应没有免疫排斥反应的的转基因克隆猪器官转基因克隆猪器官人体器官移植面临的问题：人体器官移植面临的问题：供体器官短缺供体器官短缺免疫排斥免疫排斥/异反应（受体排斥）异反应（受体排斥）三、基因工程药物异军突起三、基因工程药物异军突起 药品直接从生物的药品直接从生物的相关组织相关组织、细胞细胞或或血液血液中提取。中提取。由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格价格
15、十分十分昂贵昂贵。利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可，可高效率高效率地地生产出各种生产出各种高质量高质量、低成本低成本的药品。的药品。传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？在传统的药品生产中，像胰岛素、干扰素等特效在传统的药品生产中，像胰岛素、干扰素等特效药物是如何制备的？药物是如何制备的？工程菌工程菌: :用用基因工程基因工程方法，使外源基因得到方法，使外源基因得到高效率表达的高效率表达的菌类细胞株系菌类细胞株系。常见基因工程药物：常见基因工程药物：细胞因子细胞因子（白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死（白细胞介素、
16、干扰素、肿瘤坏死因子、因子、B B细胞生长因子）、细胞生长因子）、抗体抗体、疫苗疫苗（乙（乙肝疫苗）、肝疫苗）、激素激素（促肾上腺皮质激素、生长（促肾上腺皮质激素、生长激素、胰岛素）、激素、胰岛素）、酶酶（- -抗胰蛋白酶）等抗胰蛋白酶）等三、基因工程药物异军突起三、基因工程药物异军突起传统方法中，胰岛素从猪、牛传统方法中，胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，等动物的胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺胰腺只能提取只能提取4-5g4-5g的胰岛素，如此，其的胰岛素，如此，其产量之低和价格之高可想而知。产量之低和价格之高可想而知。将胰岛素基因导入将胰岛素基因导入大肠杆菌制备的工程菌，大肠杆菌制备的
17、工程菌，每每2000L2000L培养液就能产培养液就能产生生100g100g胰岛素！使其价胰岛素！使其价格降低了格降低了30%-50%!30%-50%!基因工程药物基因工程药物 胰岛素胰岛素 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射生长激，是向人体注射生长激素。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑素。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部的底部摘取垂体摘取垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。获取非常获取非常的困难。的困难。 而现在可以利用基因工程方法，将人的而现在可以利用基因工程方法，将人的生长激生长激素基因导入大肠杆菌素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激
18、素。人们中，使其生产生长激素。人们从从450L450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，就相当大肠杆菌培养液中提取的生长激素，就相当于于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。 基因工程药物基因工程药物 生长激素生长激素从人血中提取干扰素，从人血中提取干扰素，300L300L血液中才能提取血液中才能提取1mg1mg！通过基因工程的方通过基因工程的方式创造了能合成人式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，干扰素的大肠杆菌，每每1Kg1Kg的培养液可的培养液可提取提取202040mg40mg干扰干扰素素基因工程药物基因工程药物 干扰素（干扰素（抗病毒的特效药抗病毒的特效药）利用微生物生产药物的优越性
19、何在利用微生物生产药物的优越性何在? ? 利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：有以下优越性：（1 1）利用活细胞作为表达系统利用活细胞作为表达系统，表表达效率高达效率高，无需大，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（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。利用基因
20、工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3 3）降低生产成本降低生产成本，减少生产人员和管理人员。，减少生产人员和管理人员。 1、基因治疗概念：基因治疗概念：四四、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照 把把正常基因正常基因导入病人体内，使该基因的表达导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到产物发挥功能，从而达到治疗疾病治疗疾病的目的，是治的目的，是治疗疗遗传病遗传病的最有效的手段。的最有效的手段。（把特定的（把特定的（把特定的（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有
21、基因缺陷的细胞中，中，中，中，从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的） 19901990年年9 9月月1414日，安德森对一例患日，安德森对一例患腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶(ADA)(ADA)缺乏症缺乏症的的4 4岁女孩进行基因治疗。这个岁女孩进行基因治疗。这个4 4岁女孩由于遗传基岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产因有缺陷，自身不能生产ADAADA，先天性免疫功能不全，只，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。能生活在无菌的隔离帐里。 他们他们将将腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，转入取自患者的淋巴细胞
22、中，然后把然后把这种淋巴细胞转入体内这种淋巴细胞转入体内。在以后的。在以后的1010个月内她又接个月内她又接受了受了7 7次这样的治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能次这样的治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。学。2、实例、实例：2、实例、实例：对：对严重严重复合型免疫缺陷症复合型免疫缺陷症的治疗的治疗 19941994年美国科学家，年美国科学家，用经过修饰的腺病毒做载体，用经过修饰的腺病毒做载体，将将治疗囊性纤维病的正常基因，成功转入患者肺组织中，从治疗囊性纤维病的正常基因，成功转入患者肺
23、组织中，从而治疗了该遗传病。而治疗了该遗传病。 实例实例：对对囊性纤维化病囊性纤维化病的治疗的治疗3 3、基因治疗的类型、基因治疗的类型体外基因治疗：体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在行培养，然后在体外完成基因转移（体外完成基因转移（转化转化），再，再筛选筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。者体内。体内基因治疗：体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。的治病方法。4 4、基因治疗的发展现状：、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段；进处于初期的临床
24、试验阶段；进行基因治疗十分困难；存在安全、伦理方面的困难。行基因治疗十分困难；存在安全、伦理方面的困难。5 5、用于基因治疗的基因种类：、用于基因治疗的基因种类： 正常基因、反义基因和自杀基因正常基因、反义基因和自杀基因基因诊断：基因诊断： 也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即在，即在DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。行诊断。探针制备：探针制备：放射性同位素放射性同位素( (如如3232P)P)、荧光分子荧光分子等等标记的标记的DNADNA分子分子原原 理：理：利用利用DNADNA分子杂交原理分子杂交
25、原理DNA分子杂交原理：分子杂交原理：DNADNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：其基本原理是：互补的互补的DNADNA单链单链能够在一定条能够在一定条件下件下结合成双链结合成双链，即能够进行杂交。这种结合，即能够进行杂交。这种结合是是特异特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序成双链，则表明被测基因中含有已知
26、的基因序列。（列。（碱基互补配对碱基互补配对）基因诊断技术在什么方面发展迅速？基因诊断技术在什么方面发展迅速？ 在在诊断遗传性疾病诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。例如：例如：白血病患者细胞中分离出的白血病患者细胞中分离出的癌基因癌基因制备的制备的DNADNA探探针针 诊断白血病诊断白血病五、基因芯片五、基因芯片概念：概念：DNADNA芯片；寡核苷酸芯片；芯片；寡核苷酸芯片；DNADNA微阵列微阵列原理：原理：DNADNA分子杂交分子杂交应用：应用：基因测序基因测序 基因诊断基因诊断|疾病诊断疾病诊断：从正常
27、人的基因组中分：从正常人的基因组中分离出离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出芯片杂交就可以得出标准图谱标准图谱；从病人；从病人的基因组中分离出的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出芯片杂交就可以得出病变病变图谱图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的的DNADNA信息。信息。基因芯片诊断技术以其基因芯片诊断技术以其快速快速、高效、敏感、经济、平、高效、敏感、经济、平行化、行化、自动化自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。等特点，将成为一项现代化诊断新技术。典例：典例：基因芯片测序基因芯片测序基因芯片的测
28、序原理是基因芯片的测序原理是DNA分子杂交分子杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法先在一块基片表面固定序列针杂交进行核酸序列测定的方法先在一块基片表面固定序列已知的八核苷酸的已知的八核苷酸的探针探针，当溶液中，当溶液中带有荧光标记的靶核酸序列带有荧光标记的靶核酸序列，与基因芯片上对应位置的核酸探针，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列据此可重组出靶核酸的序列探针序列据此可重组出靶核酸的序列TATGCAATCTAG（过程如图（过程如图1）若靶）若靶核酸序列与八核苷酸的探针杂交后，荧光强度最强的探针位置如图核酸序列与八核苷酸的探针杂交后，荧光强度最强的探针位置如图2所示，请分所示，请分析溶液中靶序列为（）析溶液中靶序列为（）AAGCCTAGCTGAA BTCGGATCGACTT CATCGACTT DTAGCTGAA
