生物浙科版學(xué)案：課堂探究第一章第四節(jié)基因工程的發(fā)展前景

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課堂探究基因工程雖然取得了一定的成就，但科學(xué)是無止境的.科學(xué)家正致力于其他領(lǐng)域，如蛋白質(zhì)工程、人類基因組科學(xué)和發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)，相信生物技術(shù)的未來是美好的。一、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試1．光合作用(photosynthesis）能進行光合作用的生物不一定有葉綠體，如光合細(xì)菌。(1)概念：植物細(xì)胞和某些細(xì)菌利用太陽能將無機物(CO2和H2O）合成有機物(C6H12O6)并釋放氧氣（O2)的過程。(2)意義:是植物重要的生理活動，人類直接或間接地依賴于光合作用。(3)提高光合作用效率的因素①環(huán)境因素：光照、二氧化碳濃度、礦質(zhì)元素。②內(nèi)在因素：葉綠體色素、酶等.其中，通過基因工程可以改變酶的活性來提高光合作用的效率.（4)通過改變酶的活性提高光合作用效率的嘗試①改良二磷酸核糖羧化酶。使它的反應(yīng)平衡偏向于對二氧化碳的固定（即提高其羧化酶活性，降低其加氧酶活力），減少呼吸的浪費,增加對二氧化碳的固定速率，消除或減低光呼吸這一競爭性反應(yīng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。②C3植物向C4植物的轉(zhuǎn)化.將二磷酸核糖羧化酶除去或滅活,引入這種基因改造過的葉綠體，同時增加導(dǎo)致C4固定的酶的活性。即使C3型葉綠體與C4型葉綠體共存于一個細(xì)胞內(nèi).③對光調(diào)節(jié)基因進行改造。光控制著葉綠體的發(fā)育和光合作用的許多基因，改造這些基因可提高光合作用的效率。2．生物固氮（biologicalnitrogenfitation）豆科植物本身不能固氮,而是與其共生的固氮菌具有固氮能力。(1)概念:通過微生物將分子氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。雖然大氣中的氮氣含量非常多，但植物不能直接利用分子氮,必須利用含氮化合物，而固氮微生物就能實現(xiàn)這一目標(biāo)。(2）對作物的價值和意義氮是生物生長發(fā)育和光合作用(光合酶、葉綠素成分中都含有氮元素)必需的礦質(zhì)元素；減少化肥的用量，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,增加糧食產(chǎn)量和保護生態(tài)環(huán)境等。(3)應(yīng)用基因工程設(shè)計使非豆科植物具有固氮能力（4)研究現(xiàn)狀固氮能力是由許多固氮基因共同控制的，機理復(fù)雜,因此目前還沒有培育出具有固氮能力的非豆科農(nóng)作物。3．生物反應(yīng)器（bioreactor）（1)什么是生物反應(yīng)器：就是用來生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物（包括疫苗)的動植物。（2）基因工程構(gòu)建生物反應(yīng)器的程序。反應(yīng)器的四大優(yōu)點：①產(chǎn)量高，易獲得目標(biāo)產(chǎn)品；②目標(biāo)產(chǎn)品質(zhì)量好，因為乳腺組織具有一整套全面對蛋白質(zhì)進行合成和加工的能力；③產(chǎn)品成本低；④從奶牛中提取產(chǎn)品，操作簡單.首先獲得需要生產(chǎn)的蛋白質(zhì)藥物的目的基因,然后選擇合適的運載體(多以病毒)并與運載體結(jié)合形成重組DNA分子，再將重組DNA分子轉(zhuǎn)入受體生物(動物或植物)內(nèi)，從而得到生物反應(yīng)器。(3)實例：動物乳腺生物反應(yīng)器。操作大致過程為：獲取目的基因→構(gòu)建基因表達載體→顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中→形成胚胎→將胚胎送入母體動物→發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物(只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達).因為動物所有的體細(xì)胞都是由受精卵發(fā)育成的，故其乳腺細(xì)胞中含有重組基因并進行選擇性表達,產(chǎn)生出抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。4．蛋白質(zhì)工程（proteinengineering)（1）概念：利用基因工程的技術(shù)，對天然蛋白質(zhì)進行改造，以便獲得具有理想生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程可以創(chuàng)造新的、自然界不存在的蛋白質(zhì)分子。目前，蛋白質(zhì)工程主要是改造現(xiàn)有的蛋白質(zhì)，通過修改蛋白質(zhì)中的氨基酸序列來改進蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象，提高蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性和產(chǎn)率。也可以利用基因工程改造蛋白質(zhì)。如下方法：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有氨基酸序列→找到對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因)。(2）與基因工程的關(guān)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是第二代基因工程。基因工程的實質(zhì):將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，從而產(chǎn)生新性狀。原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的目的:生產(chǎn)符合人們生活需要的并非