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第3节 基因工程的应用
胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素，需要上千头牛，生产的成本非常高。1978年， 科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程药物一重 组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢
从社会中来
一、基因工程在农牧业方面的应用
1．转基因抗虫植物
(1)方法：
从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物
(2)成果：
转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等
转基因抗虫水稻(绿色植株)与对照(被害虫侵害的黄色植株)
转基因抗虫棉
2．转基因抗病植物
(1)背景：
许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种
(2)方法：
科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物
(3)成果：
转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等
转基因抗病毒甜椒
3．转基因抗除草剂植物
(1)背景：
杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产
(2)方法：
将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种
(3)成果：
转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
用除草剂后的转基因抗除草剂玉来田
种植转基因抗除草剂大豆的农田
4．改良植物的品质
优良基因 成果
必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因 富含赖氨酸的转基因玉米
与植物花青素代谢相关的基因 转基因矮牵牛
转基因矮牵牛
5.提高动物的生长速率
(1)基因：
外源生长激素基因
(2)成果：
转基因鲤鱼
6.改善畜产品的品质
(1)基因：
肠乳糖酶基因
(2)成果：
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
转生长激素基因的鲤鱼(下)与非转基因鲤鱼(上)
1．转基因植物和转基因动物的制备，常用的受体细胞分别是什么？
转基因植物：体细胞；转基因动物：受精卵。
2．转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？
转基因植物：基因工程、植物组织培养。转基因动物：基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。
3．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减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低生产成本。
核心归纳
转基因植物和动物的培育
二、基因工程在医药卫生领域的应用
成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等
1.利用微生物或动植物的细胞进行基因改造，生产药物
2.利用哺乳动物生产药物
(1) 构建乳腺生物反应器
①目的基因：
药用蛋白基因
②启动子：
乳腺中特异表达的基因的启动子
③受体细胞：
受精卵
(2)成果：
利用乳腺生物反应器生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α 抗胰蛋白酶等
俺吃的是一般的草，挤出的奶可不一般!
乳腺生物反应器培育过程
核心归纳
1．与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？
酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。
2．培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
3．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？
(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，易提取。
核心归纳
工程菌的选择及乳腺生物反应器的制备
核心归纳
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别(在生产人的药物蛋白方面)
比较 内容 乳腺生物反应器 工程菌
基因 结构 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
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)乳腺生物反应器是让目的基因在受体动物的乳腺细胞中表达;而膀胱生物反应器是让目的基因在受体动物的膀胱上皮细胞中表达。
(2)两者都可用于生产药用蛋白，优点是收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。
(3)膀胱生物反应器最显著的优势在于:可从动物一出生就收集产物，不用考虑动物的性别和是否正处于生殖期，且从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取要更简便、更高效。
乳腺生物反应器和膀胱生物反应器的比较
核心归纳
3.建立移植器官工厂
(1)方法：
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，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官
(2)优点：
解决人体移植器官短缺问题；避免免疫排斥反应
给心脏病病人换上经过改造的猪心脏
三、基因工程在食品工业方面的应用
1.氨基酸：
利用转基因生物合成阿斯巴甜的原料——天冬氨酸和苯丙氨酸
2.酶：
利用转基因生物获得生产奶酪需要的凝乳酶；利用转基因生物生产加工转化糖浆需要的淀粉酶；利用转基因生物生产加工烘烤食品要用到的脂酶等
3.维生素
四、其他方面的应用：
利用“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源
知识网络
(1)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性(　　)
(2)药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有(　　)
(3)用基因工程技术生产工业酶的优点是：纯度高、生产成本低、生产效率高(　　)
辨析易错易混
√
×
√
1．下列关于培育转基因抗虫棉的叙述，正确的是(　　)
A．DNA连接酶能把Bt抗虫蛋白基因与噬菌体相连接
B．Bt抗虫蛋白基因可借助花粉管通道进入受体细胞
C．Bt抗虫蛋白对害虫和人都有不同程度的毒害作用
D．需制备好相应抗原来检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白
练一练
B

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