胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統生產胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經生產供一位糖尿病病人使用一年的胰島素需要上千頭牛，生產的成本非常高。1978年，科學家將編碼人胰島素的基因導入大腸桿菌細胞中。
使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產權的基因工程物---重組人胰島素已經研制成功并得到廣泛應用。
抗蟲棉、轉基因大豆、重組人干擾素、促紅細胞生成素等。
除了生產胰島素，基因工程還有那些應用呢？
基因工程自20世紀70年代興起后，得到飛速發(fā)展，展示出廣闊前景。
①1996-2017年，全世界轉基因作物種植面積增加了100多倍。轉基因作物的種植使化學農藥的施用量減少了8.2%，作物產量增加了6.6×108t,增加經濟效益1.3萬億。
②美國是世界上轉基因作物種植面積最大的國家。
③世界轉基因作物種植面積最大的是大豆，其次是玉米、棉花。
④我國轉基因作物的種植面積位居世界第八位，商業(yè)化種植的轉基因作物有棉花和番木瓜。
①幾乎每年都有令人矚目的研究成果報道，有些成果正在進入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。
②2015年11月，第一種用于食用的轉基因動物——轉基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準上市。
基因工程在農牧業(yè)中的應用發(fā)展迅速。已被廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產品產量等方面。
1. 基因工程在農牧業(yè)方面的應用
從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，導入作物，使其具有抗蟲性。
轉基因抗蟲棉、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。
Bt毒蛋白基因；蛋白酶抑制劑基因；淀粉酶抑制劑基因；植物凝集素基因等。
優(yōu)點：減少因化學農藥的使用而造成的環(huán)境污染和對人類健康的損害、降低生產成本、提高產量。
將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因導入植物中，培育出轉基因抗病植物。
抗病毒轉基因甜椒、番木瓜和煙草等
病毒外殼蛋白基因（CP基因）病毒的復制酶基因
幾丁質酶基因抗毒素合成基因
將降解或抵抗某種除草劑的基因導入作物，可培育出抗除草劑的作物品種。
轉基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等
（1）哪些環(huán)境條件會造成農作物低產、減產？
鹽堿、干旱、低溫和澇害等
（2）鹽堿和干旱對農作物的危害與什么有關？
（3）在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？
調節(jié)細胞滲透壓的基因
思考： 我國西北地區(qū)的主要氣候特點是年降雨量小，從而影響糧食的產量，如果從基因工程的角度考慮，如何避免糧食減產？
可以用基因工程技術培育抗旱作物（篩選獲取抗旱基因）
培育方法：利用轉基因技術改良植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。
改善糧食作物的營養(yǎng)成分含量，如氨基酸、蛋白質
轉基因鯉魚的生長速率比非轉基因鯉魚提高了42%～115%。
轉生長激素基因鯉魚（下）與非轉基因鯉魚（上）
乳汁中乳糖的含量大大降低的轉基因牛
1.從環(huán)境保護角度出發(fā)，分析轉基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性有哪些？
減少了化學農藥的使用量，降低了環(huán)境污染。降低生產成本。
2.種植轉基因抗蟲棉若干年后，害蟲會不會對轉基因抗蟲棉產生抗性？為什么？
會。害蟲會因遺傳物質發(fā)生改變產生對轉基因抗蟲棉的抗性。
3.為什么將腸乳糖酶基因導入奶牛基因組能降低牛奶中的乳糖含量？
腸乳糖酶基因在奶牛乳腺細胞中表達出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。
【例1】下列關于培育轉基因抗蟲棉的敘述，正確的是（ ）
A.DNA連接酶能把Bt抗蟲蛋白基因與噬菌體相連接B.Bt抗蟲蛋白基因可借助花粉管通道進入受體細胞C.Bt抗蟲蛋白對害蟲和人都有不同程度的毒害作用D.需制備好相應抗原來檢測Bt基因是否翻譯成Bt抗蟲蛋白
【例2】下列有關目的基因的操作能夠改善產品品質的是（ ）A.將草魚的生長激素基因導入鯉魚體內B.將腸乳糖酶的基因導入奶牛的基因組C.將降解或抵抗某種除草劑的基因導入玉米D.將Bt抗蟲蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實現表達
讓轉基因哺乳動物批量生產藥物
用轉基因動物作為器官移植的供體
對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產藥物
2. 基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用
我國生產的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。
可以用來預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關節(jié)炎等；
（1）對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產藥物
細胞因子、抗體、疫苗和激素等。
干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。
1993年我國批準生產重組人干擾素α-1b，它是我國批準生產的第一個基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
1980-1982年，科學家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20—40mg干擾素。
傳統生產干擾素的方法是從人血液中的白細胞內提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。
①干擾素的化學本質是什么？②干擾素的作用機理是怎樣的？③干擾素用于哪些疾病的治療？④傳統生產干擾素的方法是什么？⑤目前大量生產干擾素的方法是什么？⑥我國批準生產的第一個基因工程藥物的名稱叫什么？ 用于治療哪些疾?。?br/>病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等
從人血液中的白細胞內提取
用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得
主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等
（2）讓轉基因哺乳動物批量生產藥物
目前已經在牛、山羊等動物的乳腺生物反應器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產品
乳腺生物反應器或乳房生物反應器
注意：啟動子具有物種和組織的特異性
乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件
A.動物泌乳期有間隔B.有些蛋白不能在乳腺里表達C.某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同
A.適合于表達高等動物體內的復雜蛋白B.制備乳腺反應器的方法成熟C.乳腺是天然的高效合成蛋白質的器官D.乳汁中重組蛋白的提取和純化相對容易
A.可以從動物一出生就收集產物，不論動物的性別和是否處于生殖期。B.從尿液中提取蛋白質比從乳汁中提取更簡便、高效。
1.乳腺生物反應器指的是轉基因動物的乳腺嗎？2.為什么將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起？3.藥用蛋白基因存在于轉基因動物的哪些細胞中？4.生物反應器除了用乳腺，還可以用什么器官？5.膀胱生物反應器哪些方面優(yōu)于乳腺生物反應器？6.研制膀胱生物反應器時，應如何處理目的基因？7.用生物反應器生產藥物的優(yōu)點？
讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中特異性表達
不局限于性別與生長期（乳腺生物反應器必須是雌性，且泌乳期才會分泌）
將目的基因與膀胱上皮細胞中特異表達的基因的啟動子重組
不是，乳腺生物反應器指的就是這個轉基因生物
思考： 根據前面學過的基因工程的操作程序，說出通過基因工程方法用酵母菌生產乙肝疫苗的過程是怎樣的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）
①用PCR擴增乙肝病毒抗原蛋白基因；②將乙肝病毒抗原蛋白基因插入質粒，構建基因表達載體；③將該基因表達載體導入酵母菌(該過程也是將酵母菌制備成感受態(tài)細胞，但是并不是用Ca2+處理，而是用醋酸鋰處理）；④檢測并鑒定，篩選出成功轉化的酵母菌，進行發(fā)酵培養(yǎng)，分離并提純產物，獲得乙肝病毒抗原蛋白。
尋求可替代的移植器官，如用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題
（3）用轉基因動物作為器官移植的供體
①人體器官移植的難題：
人體移植器官短缺是世界性難題
a.豬的內臟構造、大小、血管分布與人極為相似
b.豬體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物
培育無免疫排斥的轉基因克隆豬器官
抑制抗原決定基因表達或除去抗原決定基因
在器官供體基因組中導入某種調節(jié)因子
抗體恒定區(qū)（C區(qū)）在不同物種中存在差異，因此鼠源單抗會被人體免疫系統識別為抗原?？茖W家設法將鼠源抗體的恒定區(qū)（C區(qū)）替換成人的，或者只保留鼠源抗體中對抗原識別起決定性作用的部分（CDRs）。這兩類的抗體都可以通過設計嵌合基因通過基因工程來實現工業(yè)化生產。不過，最安全的還是全人源化抗體。
免疫系統的“自我”識別是胚胎發(fā)育階段發(fā)展出來的。在小鼠免疫系統發(fā)展出自我識別之前替換成人的抗體生成基因，就可以產生出全人源化抗體（并被小鼠識別為自我）。
部分利用基因工程技術生產的醫(yī)用多肽和蛋白質類產品
哺乳動物基因的結構與人類結構基本相同
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
細菌細胞內缺少內質網、高爾基體等細胞器，合成的蛋白質可能不具有生物活性
Ca2+處理法（感受態(tài)細胞法）
不需要嚴格的滅菌，溫度等外界條件對其影響不大
需嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質濃度等外界條件
從動物乳汁中提取，相對簡單
（一般經過工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細胞（或發(fā)酵液）中提取，相對復雜
假如某位心臟病病人換上經過改造的豬心臟后，過上健康人的生活，在生活中，他會遭到歧視嗎？對此你怎么看？
生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個病人換上了經過改造的豬心臟重獲了健康，我們不僅不能歧視他，還應該從他身上看到現代生物技術在維持人體健康、治療疾病等方面的應用價值。
利用基因工程菌，除了可以生產藥物，還能生產食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。
3.基因工程在食品工業(yè)方面的應用
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大規(guī)模生產。
奶酪生產中用來凝聚固化奶中的蛋白質
將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產凝乳酶
傳統制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。
基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更高，生產成本顯著降低，生產效率較高。
加工轉化糖漿需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶
構建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術大量生產
雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。這表明，未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產人類所需要的卵清蛋白。
（4）其他：基因工程使人們更容易培育出具有優(yōu)良性狀的動植物品種，獲得很多過去難以得到的生物制品。
基因工程為人類開辟新的食物來源。
用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類、脂肪和維生素等產品。
4.其他應用：環(huán)保領域的應用
培育可以降解多種污染物的“超級細菌”來處理環(huán)境污染。
利用經過基因改造的微生物來生產清潔能源。
3種淀粉酶基因組成的復合基因
乙醇單位產量的利潤提高了8%-15%
金屬硫蛋白能結合Cd2+和Hg2+
1.與大腸桿菌相比，用酵母菌生產人的胰島素有什么優(yōu)勢？
酵母菌為真核生物，有生物膜系統，可通過內質網和高爾基體對產生的胰島素進行加工和修飾，從而產生有活性的胰島素。
2.培育乳腺生物反應器時為什么要選用乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件與藥用蛋白基因重組在一起？
目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中表達。
3.與工廠化生產藥用蛋白相比，用動物乳腺生物反應器生產藥用蛋白的優(yōu)勢有哪些？
(1)動物乳腺有完整的蛋白質翻譯后修飾系統，生產的蛋白質活性高，更穩(wěn)定。(2)產物直接經乳汁分泌，易提取。
目前我國批準發(fā)放了哪些轉基因作物的生產應用安全證書和進口安全證書？
截至2019年年底，我國批準發(fā)放過轉基因耐儲藏番茄、轉基因抗蟲棉、改變花色的轉基因矮牽牛、轉基因抗病辣椒、轉基因抗病番木瓜、轉基因抗蟲水稻、轉植酸酶基因玉米以及轉基因耐除草劑大豆的生產應用安全證書；批準了轉基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進口安全證書，但我國進口的基本上是轉基因棉花的纖維，其他進口轉基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國沒有批準任何一種轉基因糧食作物種子進口到我國境內商業(yè)化種植。
讓哺乳動物批量生產藥物
一.概念檢測1.將大腸桿菌的質粒連接上人生長激素的基因后，重新導入大腸桿菌的細胞內，再通過發(fā)酵工程就能大量生產人生長激素。下列相關敘述正確的是 ( )A. 轉錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B. 發(fā)酵產生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C. 大腸桿菌獲得的能產生人生長激素的變異可以遺傳D. 大腸桿菌質粒標記基因中腺瞟吟和尿囉曉的含量相等
一.概念檢測2.基因工程應用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應用的是 ( )A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應器生產藥物C.制造一種能降解石油的“超級細菌”D.制造一種能產生干擾素的基因工程菌
二、拓展應用1. 除草劑的有效成分草甘膦能夠專一地抑制EPSP合酶的活性，從而使植物體內多種代謝途徑受到影響而導致植物死亡。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時也會使作物受損。解決這個問題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。(1) 下面是探究“轉入外源EPSP合酶基因能否使矮牽?？共莞熟ⅰ钡牧鞒?，請補充完整。①用_______________________等處理含有目的基因的DNA片段和Ti質粒，構建重組Ti質粒；②將重組Ti質粒轉入農桿菌中；③利用含有重組Ti質粒的農桿菌侵染________細胞，再通過培育得到轉基因植株；④用草甘膦同時噴灑轉基因植和對照組植株。結果：對照組植株死亡，轉基因植株存活,但也受到了影響。結論：_________________________________________________ 。
轉基因矮牽牛對草甘膦產生了一定的抗性
二、拓展應用1. 除草劑的有效成分草甘膦能夠專一地抑制EPSP合酶的活性，從而使植物體內多種代謝途徑受到影響而導致植物死亡。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時也會使作物受損。解決這個問題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。(2) 請思考并回答下列問題。①在該實驗中，對照組是怎樣設計的？②如果增加轉入的外源EPSP合酶基因的數量，轉基因矮牽牛對草甘膦的抗性是否會增加？請你給出進一步探究的思路。
對照組為非轉基因矮牽牛理論上增加轉入的外源EPSP合酶基因的數量，矮牽牛體內EPSP合酶的表達水平會升高，它對草甘膦的抗性會增強
將不同拷貝數的EPSP合酶基因分別轉入矮牽牛細胞中，培育轉基因植株，比較它們對草甘膦抗性的差異

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