【生物】基因工程的應用 2023-2024學年高二生物同步課件（人教版2019選擇性必修3）

聚焦學習目標：

1.舉例分別說出基因工程在農牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應用2.認同基因工程的應用價值

第3節(jié)基因工程的應用胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產供一位糖尿病病人使用一年的胰島素需要上千頭牛，生產的成本非常高。1978年，科學家將編碼人胰島素的基因導入大腸桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產權的基因工程藥物——重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應用。除了生產胰島素，基因工程還有哪些應用呢？1.發(fā)展現(xiàn)狀1)1996-2017年，全世界轉基因作物種植面積增加了100多倍。2)轉基因作物的種植使化學農藥的施用量減少了8.2%，作物產量增加了6.6×108t,增加經(jīng)濟效益1.3萬億。3)美國是世界上轉基因作物種植面積最大的國家。棉花、玉米、大豆種植比例都超過90%。4)2017年，我國轉基因作物的種植面積居世界第八位。商業(yè)化種植的有棉花、番木瓜。一.基因工程在農牧業(yè)方面的應用5)在轉基因動物方面，有些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基因動物——轉基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準上市。

目前，基因工程技術已被廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產品的產量等方面。①縮短了生長周期。②都是雌性而且不育，避免了野生鮭魚雜交的風險。轉基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）轉基因大西洋鮭的優(yōu)點：1)轉基因抗蟲植物成果轉基因抗蟲棉非轉基因棉(對照)轉基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等對照（被害蟲侵害的黃綠色植株）轉基因抗蟲水稻（綠色植株）2.應用成果轉基因抗病毒甜椒轉基因抗病毒番木瓜轉基因抗病毒煙草轉基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等2)轉基因抗病植物：3)轉基因抗除草劑植物成果種植轉基因抗除草劑大豆的農田用除草劑后的轉基因抗除草劑玉米田轉基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等轉基因作物優(yōu)點減少化學殺蟲劑的施用量，減少環(huán)境污染增加作物產量增加經(jīng)濟效益優(yōu)良基因成果

的蛋白質編碼基因富含賴氨酸的轉基因玉米轉入維生素A合成酶基因____________必需氨基酸含量多轉基因玉米黃金大米轉基因藍玫瑰富含維生素A的大米4)改良植物的品質：五)提高動物的生長速率：轉基因鯉魚轉基因“超級小鼠”例如,我國科學家將外源生長激素基因導入鯉魚，在同等養(yǎng)殖條件下，轉基因鯉魚的生長速率比非轉基因鯉魚提高了42%～115%。將外源生長激素基因導入動物體內，以提高動物的生長速率。將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M，使獲得的轉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。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。低乳糖奶牛六)改善畜產品的品質1.對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產藥物我國生產的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等?？梢杂脕眍A防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關節(jié)炎等；1)藥物類型：細胞因子、抗體、疫苗和激素等。2)用途：3)成果：二.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用【資料】：

干擾素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！對于治療乳腺癌、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)的干擾素生產方法是從人血中的白細胞內提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。

1980～1982年，科學家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，從1kg細菌培養(yǎng)液中可20～40mg干擾素。資料卡——干擾素注意：抗生素（抗細菌藥物）≠干擾素（抗病毒藥物）思考：干擾素生產的操作流程？干擾素基因質粒重組質粒大腸桿菌或酵母菌可大量生產干擾素的大腸桿菌或酵母菌構建導入培養(yǎng)思考：能直接利用轉基因大腸桿菌生產干擾素/胰島素嗎？為什么？思考：與大腸桿菌相比，用酵母菌生產人的干擾素有什么優(yōu)勢？1.(2023·江蘇鎮(zhèn)江高二診斷)在應用農桿菌侵染植物葉片獲得耐旱基因植株的實驗步驟中，不需要的是A.將轉基因細胞進行脫分化和再分化B.用PEG誘導轉基因細胞的原生質體融合C.將轉基因幼苗栽培在干旱環(huán)境中以檢驗植株的耐旱性D.將耐旱基因插入農桿菌T－DNA并通過農桿菌侵染植物葉片細胞2.下列有關目的基因的操作能夠改善產品品質的是A.將草魚的生長激素基因導入鯉魚體內B.將腸乳糖酶的基因導入奶牛的基因組C.將降解或抵抗某種除草劑的基因導入玉米D.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2.讓轉基因哺乳動物批量生產藥物1)乳腺生物反應器的生產過程獲取目的基因構建基因表達載體導入哺乳動物受精卵形成胚胎將胚胎送入母體動物發(fā)育成轉基因動物（藥用蛋白基因）（將目的基因與乳腺中特異表達的基因

的啟動子等調控元件重組）（顯微注射法）（利用分泌的乳汁生產所需的藥物）（早期胚胎培養(yǎng)）（胚胎移植）思考：藥用蛋白基因存在于轉基因動物的哪些細胞中？培育乳腺生物反應器時為什么要選用乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件與藥用蛋白基因重組在一起？藥用蛋白基因幾乎存在于轉基因動物的所有細胞中。目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中表達。①優(yōu)點Ⅰ.產量高，易收獲目標產品，隨著乳汁分泌排出體外。Ⅱ.目標產品質量好，乳腺組織不僅具有合成蛋白質的能力，而且具有全面的蛋白質修飾和加工能力。Ⅲ.生產成本低。Ⅳ.提取產品操作比較簡單。②缺點：Ⅰ.必須選擇雌性個體Ⅱ.動物泌乳期有間隔Ⅲ.有些蛋白不能在乳腺里表達Ⅳ.某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同人生長激素基因提供受精卵顯微注射代孕轉基因羊生長激素羊奶載體含有乳腺細胞中特異表達基因的啟動子構建膀胱生物反應器是將藥用蛋白基因與膀胱上皮細胞中特異表達的基因的啟動子重組，從而指導目的基因表達產物分泌在尿液中，其原理是根據(jù)膀胱尿乳頭頂端表面可表達一組稱之為尿血小板溶素的膜蛋白。2)膀胱生物反應器優(yōu)點：可以從動物一出生就收集產物，不論動物的性別和是否處于生殖期（性別、年齡）。從尿液中提取蛋白質比從乳汁中提取更簡便、高效。1)選用豬作為器官移植供體的原因①豬的內臟構造、大小、血管分布與人的極為相似。②與靈長類動物相比，豬體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒要少得多。3.用轉基因動物作為器官移植的供體（建立移植器官工廠）2)器官改造方法：在器官供體的基因組中導入某種調節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。馬里蘭大學醫(yī)學院在2022年1月7日成功為57歲的心臟病患者大衛(wèi)·貝內特移植了一顆基因編輯的豬心臟，這是世界首例。這顆心臟來自Revivicor公司專門培育的小豬。雖然大衛(wèi)在2022年3月8日因病情惡化去世，但手術讓他延長了2個月壽命。他的家人表示：感謝每一個創(chuàng)新時刻，每一個瘋狂的夢想，每一個不眠之夜，感謝每一分努力。希望這個故事成為希望的開始，而不是結束。1.基因工程菌利用基因工程菌，除了可以生產藥物，還能生產食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。1)概念：2)應用：2.實例產物應用制備方法阿斯巴甜凝乳酶淀粉酶、脂酶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)模生產科學家將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產凝乳酶通過構建基因工程菌、然后用發(fā)酵技術大量生產普遍使用的甜味劑用于奶酪生產，凝聚固化奶中的蛋白質。轉化糖漿（淀粉酶）、烘烤食物（脂酶）三.基因工程在食品工業(yè)方面的應用將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產凝乳酶。傳統(tǒng)制作殺死未斷奶的小牛，然后將它的第四胃的黏膜取出來提取凝乳酶來固化奶中的蛋白質?；蚬こ讨谱飨啾葟奶烊划a物中提取的酶，用基因工程技術獲得的工業(yè)用酶純度更高，生產成本顯著降低，生產效率較高。

基因工程將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內，創(chuàng)造出了能同時分解四種烴類的“超級細菌”。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質。1)凈化污染的環(huán)境3.其他生物乙醇生物柴油2)生產清潔能源3種淀粉酶基因組成的復合基因玉米乙醇單位產量的利潤提高了8%~15%3.

將大腸桿菌的質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，再通過發(fā)酵工程就能大量生產人生長激素。下列相關敘述正確的是（）A.

轉錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接