名師課件：高中生物人教版 選擇性必修三第三章第三節(jié)基因工程的應(yīng)用

第3節(jié)基因工程的應(yīng)用第3章基因工程2023/1/132023/1/13？從社會(huì)中來(lái)

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(dòng)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(guó)擁有自主知識(shí)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？

抗蟲(chóng)棉、轉(zhuǎn)基因大豆、生產(chǎn)胰島素等。重組人胰島素注射液2023/1/13一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用【資料1】基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。1996-2017年,全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍，從1.7×106hm2發(fā)展到1.898×108hm2(如圖)。據(jù)2016年世界范圍的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)殺蟲(chóng)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(jì)收益近1.3萬(wàn)億元。美國(guó)是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國(guó)家，轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米的種植面積占相關(guān)作物種植面積的比例都超過(guò)了90%。2017年，我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜。2023/1/13【資料2】在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面，近些年幾乎每年都有令人矚目的研究成果報(bào)道，有些成果正在進(jìn)入實(shí)用化和商業(yè)化開(kāi)發(fā)的階段。2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭(俗稱“三文魚(yú)”)在美國(guó)獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú)（后排）和正常鮭魚(yú)（前排）2023/1/131.轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物

從某些生物中分離出具有抗蟲(chóng)功能的基因，導(dǎo)入作物，使其具有抗蟲(chóng)性，是目前防治作物蟲(chóng)害的一種發(fā)展趨勢(shì)。已問(wèn)世的的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻（綠色植株）與對(duì)照（被害蟲(chóng)侵害的黃色植株）2.轉(zhuǎn)基因抗病植物

科學(xué)家將來(lái)源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏校嘤鲛D(zhuǎn)基因抗病植物。如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。2023/1/133.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物

大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會(huì)損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時(shí)，田間雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷。目前已經(jīng)獲得轉(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2023/1/134.改良植物的品質(zhì)

利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。例如，將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，可以提高這種氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照高30%。我國(guó)科學(xué)家將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，使它呈現(xiàn)出自然界沒(méi)有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價(jià)值。2023/1/135.提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率

科學(xué)家將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率。例如,我國(guó)科學(xué)家將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)膈庺~(yú)，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)的生長(zhǎng)速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)提高了42%～115%。轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鯉魚(yú)（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)（上）6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)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(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國(guó)約有1/3的成年人乳糖不耐受。科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響。2023/1/13二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.基因工程改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物（1）常見(jiàn)藥物類型：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。（2）應(yīng)用：可以用來(lái)預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。（3）實(shí)例：我國(guó)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。2023/1/13資料卡·干擾素

干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)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。此外，干擾素對(duì)于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。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，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20～40mg干擾素。1993年我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。2023/1/132.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物（1）實(shí)例：將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起，通過(guò)顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在進(jìn)入泌乳期后，可通過(guò)分泌乳汁來(lái)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）應(yīng)用：目前，已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)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(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。我的奶不是一般的奶！2023/1/133.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體（1）實(shí)例：人體移植器官短缺是世界性難題。由于豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似，豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長(zhǎng)類動(dòng)物，若用豬的器官來(lái)解決器官的來(lái)源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)的最大難題是免疫排斥。（2）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(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。2023/1/13

假如某位心臟病病人換上經(jīng)過(guò)改造的豬心臟后，過(guò)上健康人的生活，在生活中，他會(huì)遭到歧視嗎？對(duì)此你怎么看？

生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個(gè)病人換上了經(jīng)過(guò)改造的豬心臟重獲了健康，我們不僅不能歧視他，還應(yīng)該從他身上看到現(xiàn)代生物技術(shù)在維持人體健康、治療疾病等方面的應(yīng)用價(jià)值。2023/1/13三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1.基因工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類。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。2.實(shí)例：（1）阿斯巴甜：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(guò)基因工程實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。（2）凝乳酶：大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來(lái)凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。①傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來(lái)提取。②基因工程技術(shù)：將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中，再通過(guò)工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。2023/1/13（3）淀粉酶、脂酶：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通過(guò)構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：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。

基因工程使人們更容易培育出具有優(yōu)良性狀的動(dòng)植物品種，獲得很多過(guò)去難以得到的生物制品，甚至還能培育出可以降解多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”來(lái)處理環(huán)境污染，利用經(jīng)過(guò)基因改造的微生物來(lái)生產(chǎn)能源。比較項(xiàng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件從動(dòng)物乳汁中提取，相對(duì)簡(jiǎn)單（一般經(jīng)過(guò)工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細(xì)胞（或發(fā)酵液）中提取，相對(duì)復(fù)雜2023/1/13拓展比較2023/1/131.目前我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放了哪些轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書和進(jìn)口安全證書？到社會(huì)中去

截至2019年年底，我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放過(guò)轉(zhuǎn)基因耐儲(chǔ)藏番茄、轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉、改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽牛、轉(zhuǎn)基因抗病辣椒、轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜、轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書；批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進(jìn)口安全證書，但我國(guó)進(jìn)口的基本上是轉(zhuǎn)基因棉花的纖維，其他進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國(guó)沒(méi)有批準(zhǔn)任何一種轉(zhuǎn)基因糧食作物種子進(jìn)口到我國(guó)境內(nèi)商業(yè)化種植。1.我國(guó)轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，農(nóng)業(yè)部依法批準(zhǔn)發(fā)放了轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米和轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻的生產(chǎn)安全證書，下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因玉米和轉(zhuǎn)基因水稻的敘述不正確的是（）A.轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因，其成功說(shuō)明生物的性狀是由基因控制的B.轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用，減少了環(huán)境污染C.轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻是否具有抗蟲(chóng)性，可通過(guò)飼養(yǎng)卷葉螟進(jìn)行檢測(cè)D.轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻不僅可以抗蟲(chóng)，還可以抵御病毒侵染D2023/1/13課堂練習(xí)2.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白是動(dòng)物基因工程的重要應(yīng)用，目前科學(xué)家已在牛和山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中獲得了抗疑血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等醫(yī)藥產(chǎn)品。下列有關(guān)乳腺生物反應(yīng)器的敘述中，錯(cuò)誤的是（）A.受體細(xì)胞可選用受精卵或胚胎干細(xì)胞B.獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物需利用胚胎移植技術(shù)C.鑒別藥用蛋白基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞一般利用DNA分子雜交法D.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)生的生殖細(xì)胞可能含有藥用蛋白基因A2023/1/13課堂練習(xí)3.關(guān)于用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植供體研究的敘述，不正確的是() A.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極為相似C.靈長(zhǎng)類動(dòng)物體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒少于豬D.無(wú)論以哪種動(dòng)物作為供體，都需在其基因組中導(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4.某實(shí)驗(yàn)小組將人生長(zhǎng)激素基因?qū)氪竽c桿菌，以制備工程菌，下列相關(guān)敘述不正確的是()A.人生長(zhǎng)激素基因可以通過(guò)下丘腦細(xì)胞的mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄獲得B.將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)氪竽c桿菌，需要處理得到感受態(tài)細(xì)胞C.利用工程菌制備的生長(zhǎng)激素需要與天然產(chǎn)品的功能進(jìn)行活性比較D.與人細(xì)胞分泌的天然生長(zhǎng)