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第二節(jié)
基因工程的應用價值
傳統(tǒng)的育種方式從遺傳學本質(zhì)上是以自然條件下的基因突變?yōu)榛A，以有性雜交為手段，以選擇優(yōu)良基因型重組體為目的的植物性狀改良過程。我國祖先利用野生稻逐漸培育水稻的過程依靠傳統(tǒng)育種方法。由于存在生殖隔離，傳統(tǒng)育種方法很難有所突破。基因工程開辟了一條基因在植物、動物和微生物之間交流的新途徑，讓人類的遐想成為現(xiàn)實。
那么，基因工程在生產(chǎn)生活中具有哪些應用價值呢？
一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應用價值
轉(zhuǎn)基因生物：利用基因工程技術培育的、能穩(wěn)定遺傳外源基因所決定的性狀的生物稱為轉(zhuǎn)基因生物。轉(zhuǎn)基因生物可以是動物、植物或微生物。
1.植物基因工程碩果累累
任務一：閱讀教材103~104頁的內(nèi)容，從具體實例入手，了解植物基因工程在如何提高農(nóng)作物抗病、抗蟲、抗鹽堿等方面的應用。
項目 轉(zhuǎn)基因抗病植物 轉(zhuǎn)基因抗蟲植物 轉(zhuǎn)基因抗逆植物
現(xiàn)狀
成果
實例
項目 轉(zhuǎn)基因抗病植物 轉(zhuǎn)基因抗蟲植物
現(xiàn)狀

成果 其它實例
番木瓜環(huán)斑病
轉(zhuǎn)入“黃點花葉”毒株復制酶基因---“華農(nóng)1號”
（1）抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因；
（2）抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因。
轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對照（被害蟲侵害的黃色植株）
轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、玉米、大豆、馬鈴薯、煙草、番茄、蘋果、核桃、楊樹和菊花等
轉(zhuǎn)基因抗蟲棉
項目 轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物 轉(zhuǎn)基因抗逆植物 改善植物的品質(zhì)
現(xiàn)狀
成果 其它實例
施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田
轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等
番茄遭到凍害
南北極魚類的防凍蛋白
抗鹽堿和抗干旱煙草等
轉(zhuǎn)基因矮牽牛
將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校梢蕴岣哌@種氨基酸的含量
種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田
藍色妖姬
轉(zhuǎn)基因抗凍番茄是動物基因在植物體內(nèi)成功表達的實例。
2.動物基因工程顯示出誘人的應用前景
應用項目 轉(zhuǎn)入基因 成果
改善畜牧產(chǎn)品的品質(zhì)
提高動物的生長速度
ω-3脂肪酸去飽和酶基因
可產(chǎn)生較多ω-3脂肪酸的轉(zhuǎn)基因豬
外源生長激素基因
轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因三文魚
任務二： 閱讀教材104頁的內(nèi)容，結合表格提示完成該內(nèi)容的學習。根據(jù)實例思考：運用基因工程改良動植物品種的優(yōu)點是什么？
優(yōu)點：能打破常規(guī)育種難以突破的物種之間的界限。
1.植物品質(zhì)改良：例如，將某種必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校梢蕴岣哌@種氨基酸的含量。科學家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸含量比對照提高30%。
轉(zhuǎn)基因高賴氨酸玉米
二、基因工程在食品業(yè)中的應用價值
①氨基酸：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：大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉、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。
2.其他應用子食品業(yè)中的實例：
成果
應用
重組人胰島素、細胞因子、抗體、疫苗、激素等
可用于腫瘤、心血管病、傳染病、糖尿病、類風濕等疾病的預防和治療
三、基因工程在醫(yī)藥業(yè)中的應用價值
（一）基因工程藥物
1．利用轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)基因工程藥物
2．乳腺生物反應器
任務三： 閱讀教材中105~106頁的內(nèi)容，思考：什么是乳腺生物反應器？以轉(zhuǎn)基因牛為例繪制乳腺生物反應器的產(chǎn)生過程？
構建表達載體
方法
受體細胞
2．乳腺生物反應器
（1）概念：科學家將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起，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(zhuǎn)基因動物在進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物。
除此之外，還有膀胱生物反應器、輸卵管生物反應器。
俺吃的是一般的草，擠出的奶可不一般!
胚胎移植
顯微注射法
如人血清白蛋白基因、生長激素基因
獲取目的基因
構建基因表達載體
目的基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子重組
質(zhì)粒
性成熟的公牛
性成熟的母牛
受精卵
卵母細胞
精子
早期胚胎
轉(zhuǎn)基因牛
利用分泌的乳汁生產(chǎn)所需的藥物
（2）過 程
（3）比較乳腺生物反應器與基因工程生產(chǎn)藥物的區(qū)別
比較項目 乳腺生物反應器 基因工程菌生產(chǎn)藥物
基因結構 哺乳動物基因的結構與人類基因結構基本相同 細菌或酵母菌等生物的基因結構與人類基因結構有較大差異
基因產(chǎn)物 與天然蛋白質(zhì)完全相同 細菌缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性
受體細胞
導入目的基因的方式
生產(chǎn)條件 不需嚴格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大 需嚴格滅菌，控制工程菌生長繁殖所需的溫度、pH、營養(yǎng)等外界條件
產(chǎn)物提取
哺乳動物的受精卵
微生物細胞
顯微注射法
Ca2+處理法
從哺乳動物乳汁中提取，相對簡單
從微生物細胞中提取，相對復雜
思考：為什么基因表達載體導入的不是乳腺上皮細胞，卻只能在乳腺細胞中表達？
基因表達載體導入的是受精卵，這樣由受精卵發(fā)育成的個體的體細胞中均含有目的基因，但由于目的基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起，所以目的基因只在乳腺細胞中表達。
（二）基因治療
1．基因治療是指利用正常基因置換或彌補缺陷基因的治療方法，包括基因診斷、基因分離、載體構建、目的基因?qū)氲榷囗椉夹g。
2．基因診斷是采用多種方法確定和定位病變基因的過程。
例如，利用探針（一段已知基因的核苷酸序列）和分子雜交情況，來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常（如遺傳病患者的基因缺陷)等。
3．基因治療有體內(nèi)和體外兩種途徑
（1）體內(nèi)途徑
將分離出來的帶有治療作用的基因通過載體轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)的某些細胞，直接糾正或彌補缺陷基因的功能。
（2）體外途徑
例如，1990年，美國國立衛(wèi)生研究院采用體外途徑，用腺苷脫氨酶基因有效治療了一名患有腺苷脫氨酶基因缺陷癥的女孩。
思考1．分析腺苷脫氨酶基因缺陷癥的病因是什么？
（1）直接原因是缺乏腺苷脫氨酶，這種酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的。（2）根本原因是腺苷脫氨酶基因缺失。
思考2．上述病癥的基因治療過程包括哪些主要步驟，嘗試總結。
途徑 體外基因治療 體內(nèi)基因治療
不同點 方法
特點
相同點 從患者體內(nèi)獲得某種細胞→細胞培養(yǎng)→體外完成基因轉(zhuǎn)移→篩選、細胞擴增→轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)
外源基因→載體攜帶→患者體內(nèi)相應組織細胞
操作復雜，但效果可靠
方法較簡單，但效果難以控制
都是將外源基因?qū)氚屑毎约m正或補償缺陷或異常基因引起的疾病，目前兩種方法都處于臨床試驗階段
（3）比較體外基因治療和體內(nèi)基因治療的區(qū)別
1.目前人類利用基因工程的方法成功培育出轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，以下說法正確
的是（ ）
A．編碼蘇云金桿菌Bt毒蛋白的基因與質(zhì)粒結合后直接進入棉花的葉肉
細胞中表達
B．抗蟲基因?qū)朊藁ㄈ~肉細胞后，可通過傳粉、受精的方法，使抗蟲
性狀遺傳下去
C．標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因
D．轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，不會對棉鈴蟲的抗性產(chǎn)生影響
C
2.從轉(zhuǎn)基因牛、羊乳汁中提取藥物工藝簡單，甚至可直接用于治病。如果將藥用蛋白基因轉(zhuǎn)入動物如牛、羊的膀胱上皮細胞中，從轉(zhuǎn)基因牛、羊尿液中提取藥物比從乳汁中提取藥物的更大優(yōu)越性在于( )
A.技術簡單
B.膀胱上皮細胞容易表達藥用蛋白
C.膀胱上皮細胞全能性較高
D.無論是雌性還是雄性個體，在任何發(fā)育時期都可以產(chǎn)生所需藥物
D
農(nóng)牧業(yè)方面
醫(yī)藥衛(wèi)生領域
食品工業(yè)方面
乳腺生物反應器

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