第3節(jié)基因工程的應(yīng)用第三章基因工程本節(jié)聚焦1、基因工程的應(yīng)用有哪些?2、怎樣理性地看待基因工程在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用?

從社會中來胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物——重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用【資料1】1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學殺蟲劑施用量減少了8.2%作物產(chǎn)量增加了6.6×108t，增加經(jīng)濟收益近1.3萬億元【資料2】轉(zhuǎn)基因動物方面的成果正在進入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準上市轉(zhuǎn)基因鮭魚縮短了其成長周期，因此它受到的污染和體內(nèi)聚集的有毒物質(zhì)殘留比普通鮭魚少得多減少化學殺蟲劑使用量（生物防治）提高作物和畜產(chǎn)品產(chǎn)量、增加經(jīng)濟效益改良動植物品種。。。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用閱讀教材P88-89內(nèi)容，按照下表中的幾個方面進行梳理、討論，填寫表格：(3min)主要應(yīng)用為什么做如何做方法成果轉(zhuǎn)基因植物抗蟲植物抗病植物抗除草劑植物改良植物品質(zhì)轉(zhuǎn)基因動物提高動物生長速率改善畜產(chǎn)品品質(zhì)一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用(一)轉(zhuǎn)基因抗蟲植物1.為什么培育轉(zhuǎn)基因抗蟲植物？污染環(huán)境，損害人類健康，增加生產(chǎn)成本。使用化學農(nóng)藥殺蟲的弊端農(nóng)產(chǎn)品每年因蟲害減產(chǎn)，造成經(jīng)濟損失數(shù)額大。2.解決這些弊端的途徑：Bt抗蟲蛋白質(zhì)基因Ti質(zhì)粒重組Ti質(zhì)粒農(nóng)桿菌作物細胞抗蟲作物蘇云金芽孢桿菌從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，將它導入作物中，培育出其具有抗蟲性的作物，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢。一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用Bt毒蛋白基因淀粉酶抑制劑基因蛋白酶抑制劑基因植物凝集素基因阻斷或降低蛋白酶的活性，使害蟲不能正常消化食物，還會引起厭食反應(yīng)。導致細胞膜穿孔，細胞腫脹裂解。產(chǎn)生的抑制劑可與害蟲消化道內(nèi)的淀粉酶結(jié)合?？膳c害蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合，影響害蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用?？瓜x基因主要殺蟲基因：一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。普通水稻抗蟲水稻普通水稻

抗蟲水稻減少化學農(nóng)藥的使用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量。3.成果：4.優(yōu)點：(一)轉(zhuǎn)基因抗蟲植物一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用(二)轉(zhuǎn)基因抗病植物1.原因：植物病害是多種多樣的，從根莖葉到花和果實都有病害發(fā)生。許多栽培作物自身缺少抗病基因。將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?，培育出了轉(zhuǎn)基因抗病植物。2.方法：病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因抗病毒基因：抗真菌基因：抗病目的基因種類能否穩(wěn)定遺傳？抗病毒轉(zhuǎn)基因植物通常為雜合子，后代會出現(xiàn)性狀分離，不能穩(wěn)定遺傳。一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。3.成果：

普通木瓜

抗病毒木瓜轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒(二)轉(zhuǎn)基因抗病植物一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用(三)轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物1.原因：雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會損傷作物，導致作物減產(chǎn)。雜草對除草劑產(chǎn)生抗性，殘留除草劑對人體有危害。2.方法：將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可以培育出抗除草劑的作物品種。一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。(三)轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物3.成果：4.優(yōu)點：在噴灑除草劑時，田間雜草會被殺死而作物不會受到損傷。一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用(四)改良植物的品質(zhì)1.原因：隨著生活水平的提高，人們越來越關(guān)注植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。2.成果及方法：某種必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，可以提高這種氨基酸的含量。與植物花青素代謝相關(guān)的基因轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)自然界沒有的顏色富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米富含抗氧化物花青素的紫色西紅柿(左)一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。(五)提高動物的生長速率1.原因：外源生長激素基因的表達可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得很快。2.方法：3.成果：轉(zhuǎn)入外源生長激素基因的“超級小鼠”

普通鯉魚轉(zhuǎn)基因鯉魚一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用(六)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)1.原因：

有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國約有1/3的成年人對乳糖不耐受。2.方法：將乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。乳糖耐受（有乳糖酶）乳糖不耐受（無乳糖酶）避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適。3.優(yōu)點：及時訓練1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物含有Bt毒蛋白，對人體無毒，但是鱗翅目昆蟲幼蟲的腸道細胞含有Bt蛋白的受體，Bt蛋白與受體結(jié)合導致腸道壁穿孔，使幼蟲死亡。下列敘述錯誤的是A.促進Bt蛋白的合成有助于提高植物的抗蟲效果B.通過DNA分子雜交技術(shù)可以檢測Bt蛋白基因是否表達C.將Bt蛋白基因?qū)胫参锛毎姆椒梢允褂没ǚ酃芡ǖ婪ɑ蜣r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)

化法D.將植物材料和農(nóng)桿菌共同培養(yǎng)之前，需要對植物材料進行消毒處理√檢測是否導入受體細胞及時訓練2.下列有關(guān)目的基因的操作能夠改善產(chǎn)品品質(zhì)的是A.將草魚的生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)B.將腸乳糖酶的基因?qū)肽膛５幕蚪MC.將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胗衩譊.將Bt抗蟲蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實現(xiàn)表達√提高生長速率轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物提高植物的抗蟲能力二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用【資料1】胰島素是治療糖尿病的特效藥。傳統(tǒng)的一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠不能滿足社會需要?！举Y料2】干擾素是動物或人體細胞受到病毒感染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！對癌癥也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血中提取，300L血才提取1mg！怎么做，解決以上難題二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用請同學們自主閱讀教材P90-91，小組合作思考討論完成問題。

主要應(yīng)用為什么做如何做基因來源或處理成果二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(chǎn)藥物

我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。細胞因子、抗體、疫苗和激素等(1)常見藥物類型：(2)應(yīng)用：預防治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關(guān)節(jié)炎等(3)實例：二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用干擾素是人體或動物受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種細胞因子，是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等。(1)傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：(2)現(xiàn)代生產(chǎn)方法：干擾素基因質(zhì)粒重組質(zhì)粒大腸桿菌或酵母菌可大量生產(chǎn)干擾素的大腸桿菌或酵母菌構(gòu)建導入培養(yǎng)資料卡從人血液中白細胞提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。干擾素注意：抗生素（抗細菌藥物）≠干擾素（抗病毒藥物）二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的干擾素/胰島素有什么優(yōu)勢？

酵母菌為真核生物，有生物膜系統(tǒng)，可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體對產(chǎn)生的胰島素進行加工和修飾，從而產(chǎn)生有活性的干擾素/胰島素。大腸桿菌酵母菌二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2.利用轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物（1）實例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達載體受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物蛋白顯微注射法發(fā)育（2）培育過程：要求：乳腺生物反應(yīng)器必須是雌性，且泌乳期目前已經(jīng)在牛、山羊等動物的乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品（3）應(yīng)用：二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.乳腺生物反應(yīng)器指的是轉(zhuǎn)基因動物的乳腺嗎？讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中特異性表達幾乎所有細胞不是，乳腺生物反應(yīng)器指的就是這個轉(zhuǎn)基因生物2.為什么將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等

調(diào)控元件重組在一起？3.藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動物的哪些細胞中？[思考]藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達載體受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物蛋白顯微注射法發(fā)育二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用[思考]4.與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比，用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)越之處有哪些?(1)動物乳腺有完整的蛋白質(zhì)翻譯后修飾系統(tǒng)，生產(chǎn)的蛋白質(zhì)活性高，更穩(wěn)定。

(2)產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌，易提取。優(yōu)點：產(chǎn)量高；成本低；產(chǎn)品質(zhì)量好，易提取。缺點:

容易受時間和性別的限制二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用5.繼哺乳動物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進展。最近，科學家培養(yǎng)出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。與乳腺生物反應(yīng)器相比，膀胱生物反應(yīng)器有何優(yōu)點？（1）不受性別、年齡限制。

（2）正常尿液中蛋白質(zhì)含量很少，所以從尿液中更容易提取分離產(chǎn)物。二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體尋求可替代的器官，如豬的器官替代人類器官進行移植。（1）人體器官移植的難題：移植器官短缺（2）解決途徑：a.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似b.豬體內(nèi)隱藏的、可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物（3）用豬的器官替代的原因最大的難題？免疫排斥二、基因工程在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體（4）對豬器官改造的方法：②設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。①在器官供體的基因組中導入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達；轉(zhuǎn)基因基因敲除及時訓練1.下列關(guān)于用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植供體的研究的敘述，不正確的是A.人體移植器官短缺和免疫排斥是目前制約人體器官移植的兩大難題B.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小和血管分布與人的極為相似C.靈長類動物體內(nèi)隱藏的、可導致人類疾病的病毒少于豬D.無論以哪種動物作為供體，都需要在其基因組中導入某種調(diào)節(jié)因子，

以抑制抗原決定基因的表達，或設(shè)法除去抗原決定基因√遠遠多于豬及時訓練2.利用基因工程技術(shù)使哺乳動物成為乳腺生物反應(yīng)器，以生產(chǎn)所需要的藥品，如轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)人的生長激素?？茖W家培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因動物成為乳腺生物反應(yīng)器時，下列說法錯誤的是（）A．利用顯微注射法將人的生長激素基因?qū)胧荏w哺乳動物體內(nèi)B．需要將乳腺中特異表達的基因的啟動子與目的基因重組在一起C．動物必須是雌性才能滿足要求D．動物需要進入泌乳期才能成為“批量生產(chǎn)藥物的工廠”受精卵√三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1.基因工程菌用___________的方法，使___________得到__________的菌類，一般稱為基因工程菌.（轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)胰島素）基因工程外源基因高效表達基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)概念：步驟：應(yīng)用：利用基因工程菌生產(chǎn)藥物有_____________________________等

細胞因子、抗體、疫苗和激素三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用2.基因工程菌的應(yīng)用一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。（1）實例——阿斯巴甜三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用（2）實例——凝乳酶2.基因工程菌的應(yīng)用將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶.編碼牛凝乳酶的基因應(yīng)用：相關(guān)基因：具體操作：奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用3.實例——淀粉酶、脂肪酶淀粉酶、脂肪酶運用優(yōu)點基因工程制備加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂肪酶構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。2.基因工程菌的應(yīng)用三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用3.其他應(yīng)用——環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。培養(yǎng)出可以降解多種污染物的“超級細菌”，處理環(huán)境污染；用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)生物能源。小結(jié)轉(zhuǎn)基因抗蟲植物基因工程的應(yīng)用農(nóng)牧業(yè)方面醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)提高動物的生長速率改良植物的品質(zhì)利用哺乳動物批量生產(chǎn)藥物：乳腺生物反應(yīng)器建立移植器官工廠食品工業(yè)方面利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸、維生素利用微生物或動植物細胞生產(chǎn)藥物練習與應(yīng)用一.概念檢測1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長激素的基因后，重新導入大腸桿菌的細胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列相關(guān)敘述正確的是（）A.轉(zhuǎn)錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等C練習與應(yīng)用一.概念檢測2.基因工程應(yīng)用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應(yīng)用的是（）A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物C.制造一種能降解石油的“超級細菌"D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌A練習與應(yīng)用除草劑的有效成分草甘膦能夠?qū)Ｒ坏匾种艵PSP合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導致植物死亡。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時也會使作物受損。解決這個問題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物