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第4课时
第3章 基因工程
基因工程的应用
人教版选择性必修3
1.能举例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.能认同基因工程的应用价值
能举例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
任务1：阅读教材，收集和整理基因工程在农牧业上应用的信息
目标
一
举例 为什么要做 怎样做 成效如何
转 基 因 植 物 抗虫
抗病
抗除草剂
改良品质
转 基 因 动 物 提高生长速率
改良畜产品的品质
1.转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些
【提示】
(一)植物细胞工程:
基因工程、植物组织培养
(二)动物细胞工程:
基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。
【思考与讨论】
2.从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性
【提示】减少了化学杀虫剂的用量,降低了环境污染的程度,提高了产量,改善了棉田生态环境,降低了生产成本。
【思考与讨论】
二、基因工程在医药卫生领域的应用
药物类型 细胞因子、抗体、疫苗和激素等
用途 预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等
成果 我国生产的重组人类干扰素、血小板生成素、促进红细胞生成素和粒细胞击落刺激等基因工程药物均已投放市场
利用微生物或动物植物的细胞生产药物
（1）动物乳腺生物反应器：
将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，在体外培养至早期胚胎，然后将早期胚胎移入母体内，使其发育成转基因动物。该转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
转基因哺乳动物批量生产药物
由于目前人体移植器官短缺，已经成为世界性难题，为此科学家正尝试利用基因工程的方法对猪的器官进行改造。
（1）原因：
在器官供体基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
（2）改造方法：
（3）以猪作为器官移植供体的原因：
由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似，而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物。
用转基因动物作器官移植的供体
任务2：阅读教材P90-91页，绘制用基因工程技术获得乳腺生物反应器的流程图
【提示】
获取目的基因
构建基因表达载体
导入哺乳动物受精卵
进行早期培养后送入母体
发育成转基因动物
如人血清白蛋白基因、人生长激素基因等
目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组建重组
显微注射法
利用分泌的乳汁生产所需的药品
1.用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与一般转基因动物的操作过程有何异同
【提示】二者过程相似,不同之处在于构建表达载体时,获得动物乳腺生物反应器需要将编码目的蛋白质的基因序列与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起,即在目标产品蛋白质编码框的前面加上乳腺组织中特异表达的启动子,否则目的基因在乳腺细胞中不能转录。
【思考与讨论】
2.与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？
【提示】（1）动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高、更稳定；
（2）产物直接经乳汁分泌，只需除去酪蛋白，沉淀乳清，再经层析就可以得到重组蛋白，产物易提取。
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
受体基因结构与人类基因结构差异 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因导入方式 显微注射法 感受态细胞法
生产条件 不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
1.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别
【知识总结】
2.乳腺能成为基因药物最理想的表达场所的原因
（1）乳腺是外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。
（2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。
（3）从乳汁中源源不断获得所需药物的同时，不影响转基因动物的繁殖。
三、基因工程在食品工业方面的应用
基因工程菌
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌
利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
产物 应用
阿斯巴甜 主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产
凝乳酶 科学家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
淀粉酶、酯酶 通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产
能认同基因工程的应用价值，并使用基因工程的方法解决实际问题
任务：结合所学知识，完成下列问题
目标
二
水稻是重要的粮食作物。它的根部一般没有根瘤菌，在种植时常需要施加氨肥，这不但增加了生产成本，还可能污染环境。
1.请提出至少两种利用基因工程技术解决问题的方案。2.请评估所提方案中哪种方案更容易实现。如果都能实现的话，你认为哪种方案更值得推广？请说出你的理由
【提示】联系根瘤菌含有固氮相关基因和基因工程的相关知识，提出可以将固氮相关基因导人水稻根系微生物中；或直接将固氮相关基因导人水稻细胞中等方案，并讨论、评估这些方案的可行性。
基因工程在农牧业方面的应用
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
基因工程在医药卫生领域的应用
利用微生物或动植物细胞生产药物；利用哺乳动物生产药物：乳腺生物反应器；
建立移植器官工厂
基因工程在食品工业方面的应用
利用基因工程菌生产食品工业用酶、
氨基酸和维生素等
基
因
工
程
的
应
用

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