結(jié)合具體實(shí)例了解基因工程的應(yīng)用（生命觀念、社會(huì)責(zé)任）
聯(lián)系當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活中的具體實(shí)例，思考用基因工程的方法解決實(shí)際問題（社會(huì)責(zé)任）
1.在農(nóng)牧業(yè)方面，生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲植物、抗病植物、抗除草劑植物、改良植物的品質(zhì)、提高動(dòng)物的生長速率、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。2.在醫(yī)藥衛(wèi)生方面，除生產(chǎn)胰島素外，還生產(chǎn)干擾素、抗凝血酶等藥物。3.在食品工業(yè)方面，生產(chǎn)視頻工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。
胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。 1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物--重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？
一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用
1.1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了100多倍。
2.轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)農(nóng)藥的施用量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t,增加經(jīng)濟(jì)效益1.3萬億。
3.美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家。棉花、玉米、大豆種植比例都超過90%。
4.2017年，我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積居世界第八位。商業(yè)化種植的有棉花、番木瓜。
5.在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面，近些年幾乎每年都有令人矚目的研究成果報(bào)道，有些成果正在進(jìn)入實(shí)用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物﹣轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準(zhǔn)上市。
轉(zhuǎn)基因大西洋鮭的優(yōu)點(diǎn)（1）縮短了生長周期（2）都是雌性而且不育，避免了野生鮭魚雜交的風(fēng)險(xiǎn)。
目前，基因工程技術(shù)已被廣泛用于改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面。
從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因（相關(guān)基因），導(dǎo)入作物，使其具有抗蟲性，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢(shì)。已問世的的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等（實(shí)例）。
（1）Bt抗蟲蛋白降解成有毒的多肽，多肽與昆蟲的上皮細(xì)胞的特異性受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，最終害蟲死亡。（2）蛋白酶抑制劑和淀粉酶抑制劑分別抑制相應(yīng)酶的活性，影響昆蟲消化蛋白質(zhì)和淀粉。（3）植物凝集素基因控制植物合成一種糖蛋白，此糖蛋白能與昆蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合，影響昆蟲對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。
各種抗蟲基因的作用機(jī)理
許多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常規(guī)育種的方法很難培育出抗病的新品種科學(xué)家將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏校嘤鲛D(zhuǎn)基因抗病植物。如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。
（1）抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復(fù)制酶基因。（2）抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因。
3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物
雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會(huì)損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可以培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時(shí)，田間雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷。目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。
▲施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田▼種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田
隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓疥P(guān)注植物的營養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以改良這些品質(zhì)。例如，將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，可以提高這種氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照高30%。我國科學(xué)家成功地將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)税珷颗Ｖ校顾尸F(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價(jià)值
利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物品質(zhì)的途徑
（1）直接導(dǎo)入控制該性狀的結(jié)構(gòu)蛋白基因。（2）導(dǎo)入與該性狀有關(guān)的某種關(guān)鍵酶的基因或者改變某種關(guān)鍵酶的活性
1.提高動(dòng)物的生長速率
由于外源生長激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長得更快，因此科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長速率。例如,我國科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。
有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國約有1/3的成年人乳糖不耐受。科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。
二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
利用微生物或動(dòng)物植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物
干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)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(duì)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。傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980—1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20～40mg干擾素。1993年我國批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它
是我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)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。
轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物
（1）動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器：
將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，在體外培養(yǎng)至早期胚胎，然后將早期胚胎移入母體內(nèi)，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。該轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，可通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。
（2）乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器的操作過程與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的操作過程基本相同。
乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所的原因
（1）乳腺是外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝反應(yīng)。
（2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。
（3）從乳汁中源源不斷獲得所需藥物的同時(shí)，不影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的繁殖。
用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體
由于目前人體移植器官短缺，已經(jīng)成為世界性難題，為此科學(xué)家正嘗試?yán)没蚬こ痰姆椒▽?duì)豬的器官進(jìn)行改造。
在器官供體基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。
（3）以豬作為器官移植供體的原因：
由于豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似，而且豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動(dòng)物。
三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類一般稱為基因工程菌
利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等
哺乳動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同
細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異
細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性
不需要嚴(yán)格的滅菌，溫度等外界條件對(duì)其影響不大
需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件
從動(dòng)物乳汁中提取，相對(duì)簡單
（一般經(jīng)過工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細(xì)胞（或發(fā)酵液）中提取，相對(duì)復(fù)雜
乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物比較
1.采用重組DNA技術(shù)可人工培育抗蟲棉，有關(guān)抗蟲棉的說法正確的是（ ）A.抗蟲棉的培育是人們?cè)诜肿铀缴蠈?duì)生物性狀的改造，屬于基因突變范疇B.因抗蟲棉性遠(yuǎn)不同于普通品種，故其屬于染色體變異C.重組DNA技術(shù)使抗蟲棉獲得新基因抗蟲棉的育種原理可認(rèn)為是基因重組D.以上說法均不正確

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第3節(jié) 基因工程的應(yīng)用

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 選擇性必修3

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