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第3章 基因工程
3.3 基因工程的应用
1.举例分别说出基因工程在农牧业医药卫生和食品工业等方面的应用。
2.认同基因工程的应用价值。
3.关注基因工程的进展。
教学目标
自20世纪70年代兴起后，得到飞速发展，展示出广阔前景。
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
一、基因工程在农牧业方面的应用
自主阅读课本87-89页，了解基因工程在转基因作物、转基因动物方面的应用，并思考归纳下列问题（3分钟）：
应用 目的基因 优点
转基因抗虫植物
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改善畜产品的品质
（5）转基因育种与传统育种方法相比较有哪些优点？
由于抗虫基因具有专一性，所以抗虫水稻不能抗病毒、细菌、真菌
可减少化学农药的使用，降低成本，减少环境污染，还可提高作物产量。
①目的性强，可定向改造生物性状
②能克服远缘杂交不亲和的障碍。
（1）常用的抗虫基因？
（2）转基因抗虫水稻能抗病毒、细菌、真菌吗？
（3）常用的抗病基因？
（4）培育抗虫、抗病、抗除草剂植物的优点？
（6）改良植物品质的意义
高赖氨酸玉米
含大量维生素的转基因玉米
转基因大豆，改善粮食作物的营养成分（必须氨基酸）含量高。
抗癌抗衰老的紫色西红柿
转生长激素基因鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
转入外源生长激素基因的“超级小鼠”
提高动物的生长速率
改善畜产品的品质
有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，这称为乳糖不耐受。我国约有1/3的成年人乳糖不耐受。科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
低乳糖奶牛
二、基因工程在医药卫生领域的应用
1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产哪些药物？
2.（1）干扰素的化学本质是什么？
（2）干扰素的作用机理是怎样的？
（3）干扰素用于哪些疾病的治疗？
（4）传统生产干扰素的方法是什么？有什么缺点？
（5）选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？
（6）科学家用基因工程的方法分别从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得的干扰素，二者的生物活性是否相同？
从人血液中的白细胞内提取，产量低，纯度低
细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产能力大等。
细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性
10
①实例：
乳腺（房）生物反应器
②培育过程：
目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中， 获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。
③应用：
药用蛋白基因
乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
显微注射
受精卵
泌乳期分泌乳汁
转基因动物
药物
早期胚 胎培养
胚胎移植
早期胚胎
让转基因哺乳动物批量生产药物
拓展：膀胱生物反应器
构建膀胱生物反应器是将目的基因插入含将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿液中。
具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯更高。
优点：
基因工程在医药卫生领域的运用
让哺乳动物批量生产药物——生物反应器
乳腺生物反应器 vs 膀胱生物反应器
优点：收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。
①在于从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效
膀胱反应发生器的优点：
②可从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否
正处于生殖期
a.在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；
寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。
用转基因动物作为器官移植的供体
①人体器官移植的难题：
人体移植器官短缺是世界性难题
②解决途径：
a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似
b.猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物
猪的优点：
最大难题：
免疫排斥
③改造方法：
b.设法除去抗原决定基因
一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
三、基因工程在食品工业方面的应用:
1.基因工程菌：
①概念：
②应用：
2.实例：
（1）阿斯巴甜：
（2）凝乳酶：
①应用：
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶
②制备方法：
基因工程在食品工业方面的运用
基因工程菌
（1）概念：
（2）应用：
用基因工程的方法，使外源基因得到高效性表达的菌类
基因工程菌除了生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
（3）淀粉酶、脂酶：
①应用：
②制备方法：
加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶。
构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
③优点：
（4）其他：
①培育可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染；
②利用经过基因改造的微生物来生产能源。
3种淀粉酶基因
组成的复合基因
海底热泉古生菌
玉米
乙醇单位产量的利润提高了8%~15%
转基因抗虫植物
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生方面
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改善畜产品的品质
提高动物的生长速率
改良植物的品质
让哺乳动物批量生产药物
建立移植器官工厂
食品工业方面
生产食品工业用酶
构建基因工程菌
总结
1. 将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是 ( )
A. 转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶
B. 发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物
C. 大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传
D. 大肠杆菌质粒标记基因中腺瞟吟和尿嘧啶的含量相等
C
巩固练习练习
2. 基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是 ( )
A. 培育青霉菌并从中提取青霉素
B. 利用乳腺生物反应器生产药物
C. 制造一种能降解石油的“超级细菌”
D. 制造一种能产生干扰素的基因工程菌
练习
A

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