3.3基因工程的應用本節(jié)聚焦：1.基因工程的應用有哪些？2.怎樣理性地看待基因工程在

生產和生活中的應用?從社會中來00

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——重組人胰島素已經研制成功并得到廣泛應用。

除了生產胰島素，基因工程還有那些應用呢？醫(yī)藥衛(wèi)生領域食品工業(yè)方面農牧業(yè)方面基因工程的應用基因工程在農牧業(yè)方面的應用011.轉基因植物方面：①1996-2017年，全世界轉基因作物種植面積增加了

；②

是世界上轉基因作物種植面積最大的國家；③我國轉基因作物的種植面積位居世界第

位，

商業(yè)化種植的轉基因作物有

和

。一百多倍美國棉花八番木瓜①減少化學殺蟲劑施用量；②增加作物產量,增加經濟收益。轉基因作物有什么優(yōu)點?思考基因工程在農牧業(yè)方面的應用012.轉基因動物方面：①有些成果正在進入

和

開發(fā)的階段；②2015年11月，第一種用于食用的轉基因動物——

.（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準上市。實用化商業(yè)化轉基因大西洋鮭轉基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）基因工程在農牧業(yè)方面的應用013.具體內容：基因工程被廣泛用于

、

等方面。改良動植物品種提高作物和畜產品的產量農牧業(yè)方面的應用轉基因抗蟲植物轉基因抗病植物轉基因抗除草劑植物改良植物的品質提高動物的生長速率改良畜產品的品質基因工程在農牧業(yè)方面的應用01（1）轉基因抗蟲植物：①實例：轉基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻、馬鈴薯。②意義：是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢。具有抗蟲功能的基因。轉基因抗蟲植物的目的基因是？思考如：Bt毒蛋白基因。基因工程在農牧業(yè)方面的應用01（2）轉基因抗病植物:①實例：轉基因抗病毒甜椒、番木瓜、煙草。②意義：解決常規(guī)育種很難培育出抗病新品種的問題。來源于某些病毒、真菌等的抗病基因。轉基因抗病植物的目的基因是？思考基因工程在農牧業(yè)方面的應用01（3）轉基因抗除草劑植物:①實例：轉基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。②意義：噴灑除草劑時，雜草會被殺死而作物不會受到損傷。降解或抵抗某種除草劑的基因。轉基因抗除草劑植物的目的基因是？思考基因工程在農牧業(yè)方面的應用01（4）改良植物的品質:①實例：高賴氨酸玉米、轉基因矮牽牛花等。②意義：可提高植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因。與植物花青素代謝相關的基因。高賴氨酸玉米、轉基因矮牽?；ǖ哪康幕蚍謩e是？思考基因工程在農牧業(yè)方面的應用01（5）提高動物的生長速率:①實例：轉基因鯉魚、轉基因鮭魚。②意義：使轉基因生物生長得更快。外源生長激素基因。轉基因鯉魚、轉基因鮭魚的目的基因是？思考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。基因工程在農牧業(yè)方面的應用01（6）改良畜產品的品質:①實例：轉基因牛（分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低）。②意義：解決乳糖不耐受人群食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉的問題。腸乳糖酶基因。轉基因牛的目的基因是？思考基因工程在農牧業(yè)方面的應用01腸乳糖酶基因在奶牛乳腺細胞中表達出

，可以

。將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M能降低牛奶中的乳糖含量，機理是什么？思考乳糖酶分解乳汁中的乳糖重難點突破：轉基因植物培育過程01轉基因植物的制備用到的技術主要有？思考基因工程、植物組織培養(yǎng)技術。重難點突破：轉基因動物培育過程01轉基因動物的制備用到的技術主要有？思考基因工程、動物細胞培養(yǎng)、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領域的應用021.對微生物或動植物的細胞進行基因改造，使它們能夠生產藥物：①常見藥物類型：

、

、

、

；②應用：可以用來預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關節(jié)炎等；③實例：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基因工程藥物均已投放市場。細胞因子抗體疫苗激素重難點突破：干擾素02①概念：干擾素是一種具有

作用的

，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。②生產方法：a.傳統(tǒng)生產方法：從人血液中的

內提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。b.基因工程方法：從

內獲得，1kg培養(yǎng)物中可以得到20-40mg干擾素。糖蛋白白細胞大腸桿菌及酵母菌細胞干擾病毒復制重難點：干擾素02③應用：1993年我國批準生產

，它是我國批準生產的第一個基因工程藥物，目前主要用于治療

等。重組人干擾素α-1b慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用022.讓轉基因哺乳動物批量生產藥物：①實例：目前，已經在牛、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-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產品?！举Y料】科學家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控原件重組在一起，通過顯微注射的方法導入哺乳動物的受精卵中，由這個受精卵發(fā)育成的轉基因動物在進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。重難點：生物反應器02藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件基因表達載體受精卵泌乳期分泌乳汁轉基因動物藥物早期胚胎顯微注射早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植1.構建乳腺(乳房)生物反應器：①目的基因：

基因。②啟動子：

的啟動子。③受體細胞：

。藥用蛋白乳腺中特異表達的基因受精卵藥用蛋白基因存在于轉基因動物的

細胞中。能讓藥用蛋白基因只在

細胞中表達。乳腺幾乎所有胚胎移植前應做DNA分析，鑒定性別，保留

性。

雌重難點：生物反應器02藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件基因表達載體受精卵泌乳期分泌乳汁轉基因動物藥物早期胚胎顯微注射早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植與工廠化生產藥用蛋白相比，用動物乳腺生物反應器生產藥用蛋白的優(yōu)勢是什么？思考①動物乳腺有完整的蛋白質翻譯后修飾系統(tǒng)，

生產的蛋白質活性高，更穩(wěn)定；②產物直接經乳汁分泌，易提取。重難點：生物反應器022.從生產的角度考慮，生物反應器選擇的組織或器官要方便產物的獲得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此發(fā)展了動物乳腺生物反應器、動物血液生物反應器和動物膀胱生物反應器等。研制膀胱生物反應器時，應將目的基因與

等調控元件重組。與乳腺生物反應器相比，膀胱生物反應器的優(yōu)點是？思考膀胱上皮細胞中特異表達的基因的啟動子①正常尿液中蛋白質含量很少，

所以從尿液中更容易提取分離產物；②不受年齡、性別限制，受體來源更廣泛?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領域的應用023.建立移植器官工廠：①實例：用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題。為什么選擇豬作為器官供體？思考①豬的內臟構造、大小、血管分布與人極為相似；②豬體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物。基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用02②最大難題：

。在人體所有細胞膜的表面，都有作為身份標簽的一組蛋白質(主要組織相容性復合體MHC)，能被自身的免疫細胞識別。其他生物的細胞也帶有各自的身份標簽(相當于抗原)，當它們入侵人體后，能被免疫細胞識別出來。③利用基因工程技術改造豬的器官的方法：在器官供體的基因組中導入

，以抑制

的表達，或設法除去

，再結合

，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。調控基因表達的DNA序列抗原決定基因抗原決定基因克隆技術免疫排斥目的基因基因敲除基因工程在食品工業(yè)方面的應用03利用

除了可以生產藥物，還能生產

、

和

等?；蚬こ叹称饭I(yè)用酶氨基酸維生素【資料】基因工程菌用基因工程的方法，是外源基因得到高效表達的菌類一般稱為基因工程菌?；蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應用031.氨基酸：①應用：阿斯巴甜一種普遍使用的

。②具體操作：阿斯巴甜主要由

和

形成，這兩種

可通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產。甜味劑天冬氨酸苯丙氨酸氨基酸基因工程在食品工業(yè)方面的應用032.凝乳酶：①應用：

生產中用來凝聚固化奶中的蛋白質。②具體操作：將

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。奶酪編碼牛凝乳酶的基因基因工程在食品工業(yè)方面的應用033.淀粉酶、脂肪酶：①應用：加工轉化糖漿需要

，加工烘焙食品要用到

。②具體操作：構建

，然后用

大量生產。淀粉酶脂肪酶基因工程獲得的工業(yè)用酶有什么優(yōu)點?思考基因工程菌發(fā)酵技術①純度更高；②生產成本顯著降低；③生產效率較高?；蚬こ痰膽谩づ袛嗾`P70+71(1)轉入外源生長素基因的轉基因動物，生長速率更快()(2)轉基因抗蟲棉的Bt抗蟲蛋白基因能抗病毒、細菌、真菌()(3)“轉基因植物”是指植物體細胞中出現(xiàn)了新基因的植物()(1)用大腸桿菌生產的人的胰島素沒有活性()(2)利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產品，如人的血清白蛋白，

這是因為將人的血清白蛋白基因導入了動物的乳腺細胞中()(3)用基因工程技術生產工業(yè)酶的優(yōu)點：純度高、生產成本低、生產效率高()×生長素是植物激素，動物體內無受體，應轉入外源生長激素基因；√×Bt抗蟲蛋白基因，僅對鱗翅目昆蟲有效，不能抵抗病毒、細菌、真菌；×體細胞中出現(xiàn)了新基因的植物不一定是轉基因植物；大腸桿菌中無內質網和高爾基體對該胰島素進行加工；×受精卵；√1.鹽堿脅迫下植物應激反應產生的H2O2對細胞有毒害作用。禾本科農作物AT1蛋白通過調節(jié)細胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影響H2O2的跨膜轉運，如圖所示?；蚬こ痰膽谩ぢ鋵嵥季S方法P70增加H2O2外流，阻止H2O2內流，保護細胞。下列敘述錯誤的是()A．細胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的B．PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促進H2O2外排，從而減輕其對細胞的毒害C．敲除AT1基因或降低其表達可提高禾本科農作物的耐鹽堿能力D．從特殊物種中發(fā)掘逆境脅迫相關基因是改良農作物抗逆性的有效途徑基因工程的應用·落實思維方法P70B左圖，不能減輕毒害，B×；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)表達基因工程的應用·落實思維方法P70B提高生長速率，×；乳糖含量降低，改善了牛奶的品質，√；抗除草劑，×；抗蟲，×；3．下列關于用轉基因動物作器官移植供體的研究的敘述，不正確的是()A．人體移植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．豬的內臟構造、大小和血管分布與人的極為相似C．靈長類動物體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒少于豬D．無論以哪種動物作為供體，都需要在其基因組中導入調控基因表達的DNA序列，以抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因基因工程的應用·落實思維方法P72C多于，×；4.下列關于利用乳腺生物反應器生產藥用蛋白的敘述，錯誤的是()A．需要將編碼藥用蛋白的基因與能在乳腺中特異性表達的基因的啟動子等

調控元件重組在一起B(yǎng)．常使用顯微注射技術將基因表達載體導入乳腺細胞C．需要借助于早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植技術培育出轉基因動物D．藥物的生產受到轉基因動物性別和年齡的限制基因工程的應用·落實思維方法P72B受精卵，×；練習與應用·書本P921.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連接酶

B.發(fā)酵產生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產生人生長激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質粒標記基因中腺瞟吟和尿嘧啶的含量相等2.基因工程應用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應用的是（

）A.培育青霉菌并從中提取青霉素

B.利用乳腺生物反應器生產藥物C.制造一種能降解石油的“超級細菌”

D.制造一種能產生干擾素的基因工程菌CARNA聚合酶，×；生長生存必須的，×；A、T、C、G，×；發(fā)酵工程，×；練習與應用·書本P92【拓展應用】除草劑的有效成分草甘膦能夠專一地抑制E