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第二节
基因工程的应用价值
传统的育种方式从遗传学本质上是以自然条件下的基因突变为基础，以有性杂交为手段，以选择优良基因型重组体为目的的植物性状改良过程。我国祖先利用野生稻逐渐培育水稻的过程依靠传统育种方法。由于存在生殖隔离，传统育种方法很难有所突破。基因工程开辟了一条基因在植物、动物和微生物之间交流的新途径，让人类的遐想成为现实。
那么，基因工程在生产生活中具有哪些应用价值呢？
一、基因工程在农牧业中的应用价值
转基因生物：利用基因工程技术培育的、能稳定遗传外源基因所决定的性状的生物称为转基因生物。转基因生物可以是动物、植物或微生物。
1.植物基因工程硕果累累
任务一：阅读教材103~104页的内容，从具体实例入手，了解植物基因工程在如何提高农作物抗病、抗虫、抗盐碱等方面的应用。
项目 转基因抗病植物 转基因抗虫植物 转基因抗逆植物
现状
成果
实例
项目 转基因抗病植物 转基因抗虫植物
现状

成果 其它实例
番木瓜环斑病
转入“黄点花叶”毒株复制酶基因---“华农1号”
（1）抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因；
（2）抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因。
转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（被害虫侵害的黄色植株）
转基因抗虫水稻、玉米、大豆、马铃薯、烟草、番茄、苹果、核桃、杨树和菊花等
转基因抗虫棉
项目 转基因抗除草剂植物 转基因抗逆植物 改善植物的品质
现状
成果 其它实例
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
番茄遭到冻害
南北极鱼类的防冻蛋白
抗盐碱和抗干旱烟草等
转基因矮牵牛
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量
种植转基因抗除草剂大豆的农田
蓝色妖姬
转基因抗冻番茄是动物基因在植物体内成功表达的实例。
2.动物基因工程显示出诱人的应用前景
应用项目 转入基因 成果
改善畜牧产品的品质
提高动物的生长速度
ω-3脂肪酸去饱和酶基因
可产生较多ω-3脂肪酸的转基因猪
外源生长激素基因
转基因绵羊、转基因三文鱼
任务二： 阅读教材104页的内容，结合表格提示完成该内容的学习。根据实例思考：运用基因工程改良动植物品种的优点是什么？
优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。
1.植物品质改良：例如，将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸含量比对照提高30%。
转基因高赖氨酸玉米
二、基因工程在食品业中的应用价值
①氨基酸：阿斯巴甜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。
②凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶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、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
2.其他应用子食品业中的实例：
成果
应用
重组人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等
可用于肿瘤、心血管病、传染病、糖尿病、类风湿等疾病的预防和治疗
三、基因工程在医药业中的应用价值
（一）基因工程药物
1．利用转基因工程菌生产基因工程药物
2．乳腺生物反应器
任务三： 阅读教材中105~106页的内容，思考：什么是乳腺生物反应器？以转基因牛为例绘制乳腺生物反应器的产生过程？
构建表达载体
方法
受体细胞
2．乳腺生物反应器
（1）概念：科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白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，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。
除此之外，还有膀胱生物反应器、输卵管生物反应器。
俺吃的是一般的草，挤出的奶可不一般!
胚胎移植
显微注射法
如人血清白蛋白基因、生长激素基因
获取目的基因
构建基因表达载体
目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子重组
质粒
性成熟的公牛
性成熟的母牛
受精卵
卵母细胞
精子
早期胚胎
转基因牛
利用分泌的乳汁生产所需的药物
（2）过 程
（3）比较乳腺生物反应器与基因工程生产药物的区别
比较项目 乳腺生物反应器 基因工程菌生产药物
基因结构 哺乳动物基因的结构与人类基因结构基本相同 细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异
基因产物 与天然蛋白质完全相同 细菌缺少内质网、高尔基体等，合成的蛋白质可能不具有生物活性
受体细胞
导入目的基因的方式
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，控制工程菌生长繁殖所需的温度、pH、营养等外界条件
产物提取
哺乳动物的受精卵
微生物细胞
显微注射法
Ca2+处理法
从哺乳动物乳汁中提取，相对简单
从微生物细胞中提取，相对复杂
思考：为什么基因表达载体导入的不是乳腺上皮细胞，却只能在乳腺细胞中表达？
基因表达载体导入的是受精卵，这样由受精卵发育成的个体的体细胞中均含有目的基因，但由于目的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，所以目的基因只在乳腺细胞中表达。
（二）基因治疗
1．基因治疗是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，包括基因诊断、基因分离、载体构建、目的基因导入等多项技术。
2．基因诊断是采用多种方法确定和定位病变基因的过程。
例如，利用探针（一段已知基因的核苷酸序列）和分子杂交情况，来判断患者是否出现了基因异常（如遗传病患者的基因缺陷)等。
3．基因治疗有体内和体外两种途径
（1）体内途径
将分离出来的带有治疗作用的基因通过载体转入患者体内的某些细胞，直接纠正或弥补缺陷基因的功能。
（2）体外途径
例如，1990年，美国国立卫生研究院采用体外途径，用腺苷脱氨酶基因有效治疗了一名患有腺苷脱氨酶基因缺陷症的女孩。
思考1．分析腺苷脱氨酶基因缺陷症的病因是什么？
（1）直接原因是缺乏腺苷脱氨酶，这种酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的。（2）根本原因是腺苷脱氨酶基因缺失。
思考2．上述病症的基因治疗过程包括哪些主要步骤，尝试总结。
途径 体外基因治疗 体内基因治疗
不同点 方法
特点
相同点 从患者体内获得某种细胞→细胞培养→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→转入患者体内
外源基因→载体携带→患者体内相应组织细胞
操作复杂，但效果可靠
方法较简单，但效果难以控制
都是将外源基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷或异常基因引起的疾病，目前两种方法都处于临床试验阶段
（3）比较体外基因治疗和体内基因治疗的区别
1.目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确
的是（ ）
A．编码苏云金杆菌Bt毒蛋白的基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉
细胞中表达
B．抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫
性状遗传下去
C．标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因
D．转基因抗虫棉，不会对棉铃虫的抗性产生影响
C
2.从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单，甚至可直接用于治病。如果将药用蛋白基因转入动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于( )
A.技术简单
B.膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白
C.膀胱上皮细胞全能性较高
D.无论是雌性还是雄性个体，在任何发育时期都可以产生所需药物
D
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
乳腺生物反应器

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