基因工程的應用-高二生物課件(人教版2019選擇性必修3)

第3節(jié)基因工程的應用第3章基因工程一、基因工程在農(nóng)業(yè)方面的應用1.培育抗逆性品種

將某些生物的抗蟲基因、某些病毒、真菌的抗病基因、降解或抵抗某種除草劑的基因、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。

抗蟲基因作物的意義：減少農(nóng)藥的用量，降低了生產(chǎn)的成本，減少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染?；蚬こ碳夹g(shù)廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等。（1）通過基因工程技術(shù)獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物。（2）用基因工程的方法培育出具有各種抗逆性的作用新品種。

不易腐爛的番茄

抗蟲植物化學農(nóng)藥兔毛棉花在我國培育成功：用兔的一種角蛋白轉(zhuǎn)化棉花，棉花纖維質(zhì)量好，具有兔毛般的光澤。能發(fā)光的水母不能發(fā)光的熱帶斑馬魚能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚轉(zhuǎn)入熒光素酶蛋白基因的發(fā)熒火煙草實例：將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，提高氨基酸的含量，科學家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ校顾尸F(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高觀賞價值。2.改良植物的品質(zhì)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。一,日本三得利公司利用移植的基因和三色紫羅蘭中的藍色色素合成培植出了世界上第一株藍色玫瑰。玫瑰的栽培歷史可以追溯到5000年前，但通過色素呈現(xiàn)出藍色的玫瑰卻從來沒有出現(xiàn)過。這是因為玫瑰花的基因功能缺陷，沒有生成翠雀花素所需的酶“黃酮類化合物3‘5’-氫氧化酶”，因此藍玫瑰被認為是不可能的。二、得利公司從藍色三葉草中提取制造藍色色素的基因，然后注入到玫瑰中，使玫瑰的基因重組。以新開發(fā)玫瑰為雜交母體，有望使玫瑰的花色更加絢麗多彩。三、玫瑰還可以通過基因食用。食用玫瑰為薔薇科薔薇屬，原產(chǎn)中國。目前，不僅中國廣泛栽培，日本、朝鮮及歐美各國也有大量栽培。在保加利亞，玫瑰花還被作為國花，象征著勤勞和智慧。二、基因工程在畜牧業(yè)上的應用

繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物（如奶牛）。該過程的重要步驟是重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。

將人的生長激素基因和牛的生長素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級小鼠”。顯微注射技術(shù)超級鼠導入人基因具特殊用途的豬和小鼠特殊動物

圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國PPL醫(yī)療公司稱，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動物器官提供巨大的幫助。乳汁中分泌人凝血因子IX的轉(zhuǎn)基因山羊

美國轉(zhuǎn)基因豬，其體內(nèi)含有人類的基因，乳汁含有人體蛋白fatorⅧ。只需300～600只這樣的母豬就能滿足全世界對這種蛋白的需求。生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)1.提高動物的生長速率2.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)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，而其他營養(yǎng)成分不受影響。乳汁中乳糖的含量大大降低的轉(zhuǎn)基因牛3.其它方面三、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用傳統(tǒng)的某些藥品（如動物激素）生產(chǎn)：從動物組織中提取，受材料來源限制產(chǎn)量有限，價格昂貴。1.對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(chǎn)藥物藥物：細胞因子、抗體、疫苗和激素等。應用：可以用來預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關(guān)節(jié)炎等；實例：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。重組人生長激素重組人白細胞介素重組人干擾素重組人胰島素微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。產(chǎn)品名稱菌株或細胞應用人胰島素大腸桿菌人生長激素大腸桿菌表皮生長因子大腸桿菌白細胞介素-2大腸桿菌a—干擾素酵母菌乙型肝炎疫苗酵母菌溶血栓劑哺乳動物細胞治療糖尿病治療生長缺陷癥治療燙傷、胃潰瘍治療某些癌癥治療癌癥或病毒感染預防病毒性肝炎治療心血管?。ㄐ呐K?。┮葝u素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!

干擾素是病毒侵入細胞后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療某些癌癥和白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980~1982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場?；蚬こ趟幤贰蓴_素干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產(chǎn)

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素?，F(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰L激素2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物實例：乳腺生物反應器或乳房生物反應器培育過程：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顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物發(fā)育應用：目前已經(jīng)在牛、山羊等動物的乳腺生物反應器中，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.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體人體器官移植的難題：人體移植器官短缺是世界性難題。解決途徑：尋求可替代的移植器官，如用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題。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豬的優(yōu)點：最大難題：免疫排斥改造方法：a.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；b.設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的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。四、基因工程在食品工業(yè)方面的應用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的菌類。概念：應用：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基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。②凝乳酶：應用：奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)?，F(xiàn)代制備方法：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。傳統(tǒng)方法：殺死未斷奶的小牛，取出第四胃的黏膜進行提取。③淀粉酶、脂酶應用：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶

加工烘烤食品、制造生物能源要用到脂酶制備方法：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：和天然產(chǎn)物中提取的酶相比，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。五.其他方面的應用培育可以降解多種污染物的“超級細菌”來處理環(huán)境污染。培育出具有優(yōu)良性狀的動植物品種，獲得過去難以得到的生物制品。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中