目錄/CONTENTS01發(fā)酵工程02細(xì)胞工程03基因工程04生物技術(shù)的安全性與倫理問題

第3章

基因工程3.3

基因工程的應(yīng)用

低乳糖奶牛基因工程肝炎疫苗重組人胰島素基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用基因工程在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用12聯(lián)系當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活中的具體實例，思考用基因工程的方法解決實際問題,基于基因工程在各方面發(fā)展的前景，理性看待基因工程的安全性。（社會責(zé)任）基于基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)應(yīng)用的實例，說明基因工程給社會帶來的巨大進(jìn)步（科學(xué)思維）學(xué)習(xí)目標(biāo)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(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工物——重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因大豆、重組人干擾素等。思考：除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？P87從社會中來抗病毒基因魚類的抗凍蛋白基因螢火蟲的熒光基因烏龜?shù)拈L壽基因人類胰島素的合成基因富含賴氨酸的蛋白質(zhì)合成基因植物花青素（花色）代謝有關(guān)的基因受體細(xì)胞=導(dǎo)入腦洞大開閱讀P87基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用，總結(jié)轉(zhuǎn)基因作物有哪些優(yōu)點？減少化學(xué)殺蟲劑使用量（生物防治）增加作物產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益改良動植物品種一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的運用1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物(1)目的基因：減少因化學(xué)農(nóng)藥的使用而造成的環(huán)境污染和對人類健康的損害、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。(2)成果：(3)優(yōu)點：抗蟲基因一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的運用2.轉(zhuǎn)基因抗病植物(1)目的基因：轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。(2)成果：(源于某些病毒、真菌等)轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒轉(zhuǎn)基因抗病毒番木瓜轉(zhuǎn)基因抗病毒煙草抗病基因一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的運用雜草常常危害農(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(dǎo)致作物減產(chǎn).降解或抵抗某種除草劑的基因轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。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(1)背景：(2)目的基因：(3)成果：3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的運用我國科學(xué)家培育出了賴氨酸含量提高30%的轉(zhuǎn)基因玉米。提高植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。培育出的轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色，大大提高了它的觀賞價值。(1)目的:(3)成果：4.改良植物的品質(zhì)(2)目的基因：必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因、與植物花青素代謝有關(guān)的基因等轉(zhuǎn)基因矮牽牛轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因的大米轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的運用如何培育轉(zhuǎn)基因抗蟲植物、抗病植物、抗除草劑植物？(擇一例寫出流程）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(xì)胞抗蟲作物蘇云金芽孢桿菌降解或抵抗除草劑的基因Ti質(zhì)粒重組Ti質(zhì)粒子房或花柱切面轉(zhuǎn)基因種子轉(zhuǎn)基因植物拓展：病毒外殼蛋白基因的抗病毒機(jī)理一種假說認(rèn)為：CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說認(rèn)為：植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認(rèn)為抗性機(jī)理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。科學(xué)家們將外源生長激素基因，導(dǎo)入動物體內(nèi)，以提高動物生長速率。例如,我國科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。轉(zhuǎn)生長激素基因鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）5.利用轉(zhuǎn)基因提高動物的生長速率一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的運用培育方法：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。實例：轉(zhuǎn)基因鯉魚、轉(zhuǎn)基因小鼠。轉(zhuǎn)基因鯉魚（下）轉(zhuǎn)基因小鼠(左)外源生長激素基因受精卵早期胚胎代孕母體轉(zhuǎn)基因動物顯微注射培養(yǎng)胚胎移植分娩5.利用轉(zhuǎn)基因提高動物的生長速率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，稱之為乳糖不耐受。避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適。(2)成果：科學(xué)家們將腸乳糖酶基因，導(dǎo)入奶牛基因組，獲得的轉(zhuǎn)基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。(3)優(yōu)點：6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)(1)背景：乳糖耐受(有乳糖酶)乳糖不耐受(無乳糖酶)大腸腸道內(nèi)滲透壓增高，刺激胃腸蠕動增加【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(yuǎn)不能滿足社會需要。【資料2】干擾素是動物或人體細(xì)胞受到病毒感染后產(chǎn)生的一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白。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)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用干擾素基因質(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(dǎo)入培養(yǎng)二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用1.基因改造微生物或動植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物：1980~1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素。1993年，我國批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素ɑ-1b，是我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個基因工程藥物。基因工程菌:用___________的方法，使___________得到__________的菌類，一般稱為基因工程菌。基因工程外源基因高效表達(dá)1.基因改造微生物或動植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物：我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等（1）常見藥物類型：（2）應(yīng)用：預(yù)防治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等（3）實例：二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用學(xué)生閱讀P90資料卡：干擾素，思考回答問題：1.干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？糖蛋白2.干擾素的作用機(jī)理是怎樣的？干擾病毒復(fù)制3.干擾素用于哪些疾病的治療？和某些白血病等。病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤4.傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取5.目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得抗生素

干擾素①抗生素：抗細(xì)菌藥物②干擾素：抗病毒藥物≠與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的胰島素有什么優(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(jìn)行加工和修飾，從而產(chǎn)生有活性的胰島素。大腸桿菌酵母菌二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用1.基因改造微生物或動植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物：2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物：乳腺生物反應(yīng)器二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用人生長激素基因提供受精卵顯微注射代孕轉(zhuǎn)基因牛生長激素牛奶載體含有乳腺細(xì)胞中特異表達(dá)基因的啟動子啟動子位于基因上游，是RNA聚合酶識別和結(jié)合位點，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄。組成型啟動子（一直干活）組織特異性啟動子（特定組織中干活）誘導(dǎo)性啟動子（特定誘導(dǎo)物下干活）2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物：乳腺生物反應(yīng)器二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用藥用蛋白基因乳腺蛋白基因的啟動子代孕母體培養(yǎng)胚胎移植分娩顯微注射乳汁中含有藥物蛋白重組載體受精卵早期胚胎轉(zhuǎn)基因動物關(guān)鍵：將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起。（1）概念：科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，由這個受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物：乳腺生物反應(yīng)器二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用注意：①并非所有個體都可作為乳腺生物反應(yīng)器，應(yīng)選擇

個體，雌性②基因表達(dá)載體導(dǎo)入的是

；受精卵且

才會分泌；泌乳期缺點：易受時間和性別的限制優(yōu)點：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取（2）成果：獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。（3）優(yōu)缺點：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(xì)胞中特異性表達(dá)幾乎所有細(xì)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(dá)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(xì)胞中？[思考]思考:生物反應(yīng)器除了用乳腺，還可以用什么器官？構(gòu)建膀胱生物反應(yīng)器是將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動子重組，從而指導(dǎo)目的基因表達(dá)產(chǎn)物分泌在尿中，其原理是根據(jù)膀胱尿乳頭頂端表面可表達(dá)一組稱之為尿血小板溶素的膜蛋白。膀胱生物反應(yīng)器具有周期短、不受性別和年齡的限制，易收集和提純更高。優(yōu)點：二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物：3.建立移植器官的工廠：①豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似。②與靈長類動物相比，豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要少得多。（1）選用豬作為器官供體的原因思考:選用豬作為器官移植最大難題是什么？如何解決這一難題？免疫排斥二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用（2）器官改造方法

在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(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。調(diào)節(jié)因子載體重組載體豬成纖維細(xì)胞卵母細(xì)胞細(xì)胞核去核卵母細(xì)胞重組胚代孕母豬轉(zhuǎn)基因克隆豬二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的運用3.建立移植器官的工廠：1.基因工程菌：三、基因工程在食品工業(yè)方面的運用基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)（1）概念：（2）步驟：（3）應(yīng)用：用___________的方法，使___________得到__________的菌類，一般稱為基因工程菌。利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等基因工程外源基因高效表達(dá)生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。如：阿斯巴甜是一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸就可以通過基因工程實現(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)方面的運用1.基因工程菌：（3）應(yīng)用：運用基因工程制備傳統(tǒng)制備奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。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)凝乳酶三、基因工程在食品工業(yè)方面的運用②實例——凝乳酶1.基因工程菌：（3）應(yīng)用：運用（4）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。三、基因工程在食品工業(yè)方面的運用③實例——淀粉酶、脂酶1.基因工程菌：（3）應(yīng)用：（1）培養(yǎng)出可以降解多種污染物的“超級細(xì)菌”，處理環(huán)境污染；（2）用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)生物能源。2.其他應(yīng)用：乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別比較項目乳腺（房）生物反應(yīng)器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物受體細(xì)胞導(dǎo)入方式生產(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異與天然蛋白質(zhì)完全相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性哺乳動物的受精卵微生物細(xì)胞顯微注射法Ca2+處理法（感受態(tài)細(xì)胞法）不需要嚴(yán)格的滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件從動物乳汁中提取，相對簡單（一般經(jīng)過工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細(xì)胞（或發(fā)酵液）中提取，相對復(fù)雜1.治理環(huán)境污染生物降解塑料工程菌金屬硫蛋白基因白色垃圾水稻鎘污染培育可以降解多種污染物的“超級細(xì)菌”治理環(huán)境污染金屬硫蛋白能結(jié)合Cd2+和Hg2+三、基因工程在其他方面的運用2.生產(chǎn)清潔能源生物乙醇生物柴油植物淀粉/纖維素提取可發(fā)酵糖糖化微生物乙醇發(fā)酵微生物淀粉酶生物乙醇的生產(chǎn)流程基因工程改造思路：A.改造植物B.改造微生物利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源三、基因工程在其他方面的運用基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物2.轉(zhuǎn)基因抗病植物3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物4.改良植物的品質(zhì)5.提高動物的生長速率6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1.基因改造微生物或動植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物，如乳腺生物反應(yīng)器。3.用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體等。課堂小結(jié)食品工業(yè)用酶、氨基酸、維生素

治理環(huán)境污染生產(chǎn)清潔能源基因工程在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用實戰(zhàn)訓(xùn)練

1.判斷常考語句，澄清易混易錯(1)從蘇云金桿菌中分離出Bt基因?qū)朊藁ㄖ校膳嘤隹瓜x棉。()(2)將與葉綠素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗＃膳嘤鲎匀唤鐩]有的顏色變異。()提示：將與花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗＃膳嘤鲎匀唤鐩]有的顏色變異。(3)將植物生長素基因?qū)膈庺~，培育出的轉(zhuǎn)基因鯉魚生長速率大大提高。()提示：植物激素?zé)o法對動物起作用，應(yīng)導(dǎo)入外源生長激