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

將某些生物的抗蟲(chóng)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(chóng)棉。

抗蟲(chóng)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(duì)環(huán)境的污染?；蚬こ碳夹g(shù)廣泛用于改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等。（1）通過(guò)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(chóng)植物化學(xué)農(nóng)藥兔毛棉花在我國(guó)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(yú)能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚(yú)轉(zhuǎn)入熒光素酶蛋白基因的發(fā)熒火煙草實(shí)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(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%。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(méi)有的顏色變異，大大提高觀賞價(jià)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)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(lán)色色素合成培植出了世界上第一株藍(lán)色玫瑰。玫瑰的栽培歷史可以追溯到5000年前，但通過(guò)色素呈現(xiàn)出藍(lán)色的玫瑰卻從來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)。這是因?yàn)槊倒寤ǖ幕蚬δ苋毕?，沒(méi)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(lán)玫瑰被認(rèn)為是不可能的。二、得利公司從藍(lán)色三葉草中提取制造藍(lán)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(kāi)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(guò)基因食用。食用玫瑰為薔薇科薔薇屬，原產(chǎn)中國(guó)。目前，不僅中國(guó)廣泛栽培，日本、朝鮮及歐美各國(guó)也有大量栽培。在保加利亞，玫瑰花還被作為國(guó)花，象征著勤勞和智慧。二、基因工程在畜牧業(yè)上的應(yīng)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(dòng)物（如奶牛）。該過(guò)程的重要步驟是重組DNA轉(zhuǎn)移到動(dòng)物受精卵中。

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

圖為2001年12月底出生的5只可愛(ài)的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國(guó)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(dòng)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(guó)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(duì)這種蛋白的需求。生長(zhǎng)快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(yú)乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)1.提高動(dòng)物的生長(zhǎng)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(yíng)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(lǐng)域的應(yīng)用傳統(tǒng)的某些藥品（如動(dòng)物激素）生產(chǎn)：從動(dòng)物組織中提取，受材料來(lái)源限制產(chǎn)量有限，價(jià)格昂貴。1.對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物藥物：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。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；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。重組人生長(zhǎng)激素重組人白細(xì)胞介素重組人干擾素重組人胰島素微生物生長(zhǎng)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(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問(wèn)題，還能大大降低生產(chǎn)成本。產(chǎn)品名稱菌株或細(xì)胞應(yīng)用人胰島素大腸桿菌人生長(zhǎng)激素大腸桿菌表皮生長(zhǎng)因子大腸桿菌白細(xì)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(dòng)物細(xì)胞治療糖尿病治療生長(zhǎng)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(yù)防病毒性肝炎治療心血管?。ㄐ呐K病）胰島素是治療糖尿病的特效藥，長(zhǎng)期以來(lái)只能依靠從豬、牛等動(dòng)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(jià)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(wèn)題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!

干擾素是病毒侵入細(xì)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(duì)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(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)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬(wàn)倍。1987年上述干擾素大量投放市場(chǎng)。基因工程藥品——干擾素干擾素治療病毒感染簡(jiǎn)直是“萬(wàn)能靈藥”！過(guò)去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說(shuō)。人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過(guò)基因工程實(shí)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(zhǎng)激素。而生長(zhǎng)激素的獲得很困難。以前，要獲得生長(zhǎng)激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長(zhǎng)激素。現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長(zhǎng)激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長(zhǎng)激素，相當(dāng)于6萬(wàn)具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰L(zhǎng)激素2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物實(shí)例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器培育過(guò)程：藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥物發(fā)育應(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-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)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(lái)解決人類器官移植的來(lái)源問(wèn)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(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長(zhǎng)類動(dòng)物豬的優(yōu)點(diǎn)：最大難題：免疫排斥改造方法：a.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)；b.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。四、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。概念：應(yīng)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(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：應(yīng)用：奶酪生產(chǎn)中用來(lái)凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。現(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(guò)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(jìn)行提取。③淀粉酶、脂酶應(yīng)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(diǎn)：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(yīng)用培育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。培育出具有優(yōu)良性狀的動(dòng)植物品種，獲得過(guò)去難以得到的生物制品。通常一種細(xì)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(jí)細(xì)菌”卻能分解石油中