基因工程的应用 高二下期生物人教版选择性必修三

从社会中来

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，生产的成本非常高。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泛应用。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。思考：基因工程还有哪些应用呢?农牧业方面医药卫生领域食品工业方面乳腺生物反应器3.3基因工程的应用

一、基因工程在农牧业方面的应用1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。

转基因作物的种植使化学农药的施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t,增加经济效益1.3万亿。

美国种植面积最大。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。2017年，我国居世界第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。199620170100200189.81.7全世界转基因作物种植面积/(×106hm2)1996—2017年，全世界转基因作物种植趋势变化年份基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。1、植物方面主要有水稻、棉花、玉米、大豆、马铃薯转基因抗虫植物方法：意义成果：某种生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。减少化学农药使用，降低生产成本，减少环境污染。抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。转基因抗虫植物方法：成果：将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。转基因抗病毒甜椒抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。转基因抗除草剂植物方法：成果：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入植物，可以培育出抗除草剂的作物品种。①将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，例如转基因玉米中赖氨酸的含量比对照组提高30%。②将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，开出自然界没有的颜色。改善植物的品质高赖氨酸玉米2.动物方面①有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段；②2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）将外源的生长激素基因导入鲤鱼，在同等条件下养殖，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%~115%。提高动物的生长速率方法：成果：将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。获得低乳糖牛奶，解决问题：有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用后会出现腹泻等乳糖不耐受症状。提高动物的生长速率方法：成果：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。1、基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物常见药物类型：应用：实例：二、基因工程在医药卫生领域的应用细胞因子、抗体、疫苗和激素等。可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等。

通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素基因工程药品——干扰素

干扰素治疗病毒感染是“万能灵药”！过去从人血提取，300L血才提取1mg！“珍贵”程度自不用多说。人干扰素α-2b（安达芬）思考：1.干扰素的化学本质是什么？糖蛋白干扰病毒复制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等从人血液中的白细胞内提取用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得重组人干扰素α-1b主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等2.干扰素的作用机理是怎样的？3.干扰素用于哪些疾病的治疗？4.传统生产干扰素的方法是什么？5.目前大量生产干扰素的方法是什么？6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？用于治疗哪些疾病？2、让转基因哺乳动物批量生产药物实例：转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需药品。乳腺生物反应器或乳房生物反应器目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。应用：我的奶不是一般的奶！药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体显微注射受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物胚胎移植早期胚胎培养早期胚胎培育过程：思考：1：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？①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。②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，具有稳定的生物活性。③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。3.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？2.生物反应器除了用乳腺，还可以用什么器官？膀胱不局限于性别与生长期（乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌）1）为什么人们希望从猪体内寻找人器官移植的供体？①猪内脏的构造、大小、血管分布等与人极为相似②猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物2）最大障碍：免疫排斥反应3）操作方法：3用转基因动物做器官移植的供体人体移植器官短缺是世界性难题。若用猪的器官来解决器官的来源问题，实现的最大难题是免疫排斥。在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；或设法除去抗原决定基因。结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。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、氨基酸和维生素等。：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。细菌拟核质粒质粒重组质粒核酸切割送入细胞重组细菌插入质粒获得方法;1、基因工程菌概念实例：①阿巴斯甜——一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。②加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物需要的脂酶等也可通过构建基因工程菌，结合发酵技术大量生产。③凝乳酶——奶酪-生产需要凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。基因工程菌生产的优点：基因工程获得的工业用酶纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的粘膜取出来提取。基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再结合工业发酵批量生产凝乳酶。鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。2、其他：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，获得很多过去难以得到的生物制品。基因工程为人类开辟新的食物来源。21

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”。用于被污染环境的净化四、基因工程与环境保护1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是()A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传D.大肠杆菌质粒标记基因中腺瞟吟和尿囉曉的含量相等C2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是()A.培育青霉菌并从中提取青霉素B.利用乳腺生物反应器生产药物C.制造一种能降解石油的“超级细菌”D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌A1.除草剂的有效成分草甘瞬能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘麟没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘麟的作物。(1)下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘麟”的流程，请补充完整。①用_______________等处理含有目的基因的DNA片段和Ti质粒，构建重组Ti质粒；②将重组Ti质粒转入农杆菌中；③利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染_____细胞，再通过培育得到转基因植株；④用草甘麟同时喷洒转基因植株和对照组植株。结果：对照组植株死亡，转基因植株存活,但也受到了影响。结论:______。限制酶和DNA连接酶矮牵牛转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性