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1、第3节 基因工程的应用,一、植物基因工程硕果累累,问题1：哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?,转基因大豆、玉米、棉花和油菜。,问题2：植物基因工程主要用于哪些方面?,提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等),以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。,一、植物基因工程硕果累累,1. 抗虫转基因植物：,(1) 传统农业如何防治害虫? 有什么不足?,(2) 杀虫的基因：,Bt毒蛋白基因(来自苏云金芽孢杆菌)、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。,(3)转基因抗虫植物：,大多依靠化学农药。大量使用化学农药不仅造成了严重的环境污染，损害了人类健康，
2、而且大大增加了生产成本。,水稻、棉、玉米、马铃薯、大豆等。,一、植物基因工程硕果累累,2. 抗病转基因植物：,(1)引起植物生病的病原微生物：,主要有病毒、真菌和细菌等。,(2)抗病基因：,抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因。,抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因。,(3)抗病毒转基因植物：,抗烟草花叶病毒的转基因烟草、抗病毒的转基因小麦、甜椒等。,一、植物基因工程硕果累累,3.抗逆转基因植物：,(1)引起作物减产的环境条件：,盐碱、干旱、低温、涝害等。,(2)抗逆基因：,调节细胞渗透压的基因，使作物抗盐、抗旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因，使作物抗除草剂。,(3)
3、成果：,抗旱烟草；抗冻烟草、番茄；抗除草剂大豆、玉米等。,一、植物基因工程硕果累累,4.利用转基因改良植物的品质：,(1)许多食品营养成分不平衡：,豆类食品，含蛋氨酸较少；大米、玉米、小麦含赖氨酸较少。,(2)改良措施：,将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物；改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性。,(3)成果：,赖氨酸含量高的转基因玉米；转基因延熟番茄(控制番茄果实成熟的基因)；转基因矮牵牛(与植物花青素代谢有关的基因)等。,二、动物基因工程前景广阔,1.用于提高动物生长速度,主要应用于动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等。,导入外源生长激素基因并表达的转基因动物生长速度更快，体
4、型更大。,二、动物基因工程前景广阔,2.用于改善畜产品的品质,将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低，而其他营养成分不受影响，避免了有些人适用牛奶后对其中的乳糖不能完全消化。,二、动物基因工程前景广阔,3.用转基因动物生产药物,(1)乳腺生物反应发生器：,将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组建重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，然后，将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物。进入泌乳期后，通过分泌乳汁来生产所需要的药品。,(2)成果：,抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰蛋白酶等。,二、动物基因工程前景广阔,4.用转基因动物作器官
5、移植的供体,利用基因工程对猪的器官进行改造：,将器官供体基因组导入某种调节因子，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，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官,三、基因工程药物异军突起,1.转基因的工程菌,用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。利用转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,2.基因工程药物,细胞因子(即淋巴因子如白细胞介素-2、干扰素)、抗体、疫苗(如乙肝疫苗)、激素(如胰岛素、生长激素)等。,三、基因工程药物异军突起,3.几种基因工程药物的生产,(1)胰岛素：,胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要
6、从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。,三、基因工程药物异军突起,3.几种基因工程药物的生产,(2)生长激素：,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人
7、们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,三、基因工程药物异军突起,3.几种基因工程药物的生产,(3)干扰素：,干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。19801982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。,四、基因治疗曙光初照,1.基因诊断,(1)概念：,是以DNA或RNA
8、为诊断材料，通过检查基因的存在、缺陷或表达异常，对人体状态和疾病作出诊断的方法和过程。,(2)原理：,DNA分子杂交原理。,(3)过程：,用放射性同位素或荧光分子标记目的基因制作基因探针，使探针与被检测个体的DNA或RNA样本进行杂交。,(4)基因诊断：,处于临床应用阶段。,四、基因治疗曙光初照,2.基因治疗,(1)概念：,把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。,想一想：某女性患有血友病，经基因治疗后表现正常，若该患者结婚并生了一个儿子，是否也是表现正常？,(2)实例：对复合型免疫缺陷症的治疗,将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋
9、巴细胞中，使其产生腺苷酸脱氨酶，再将这种淋巴细胞转入患者体内。,四、基因治疗曙光初照,2.基因治疗,(3)基因治疗的类型：,体外基因治疗：,先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,体内基因治疗：,直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。(如利用经过修饰的腺病毒作载体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织)。,(4)基因治疗的发展现状：,处于初期的临床试验阶段。,五、基因工程的其他应用,1.基因工程与食品业,基因工程为人类开辟新的食物来源。,鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆
10、菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。,用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。,五、基因工程的其他应用,2.基因工程与环境保护,(1)用于环境监测。,用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。,(2)用于被污染环境的净化。,用基因工程产物“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。,六、课堂练习,1.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转
11、基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药作用，保护农业生态环境。根据以上的信息，下列叙述正确的是( ) ABt基因的化学成分是蛋白质 BBt基因中有菜青虫的遗传物质 C转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于Bt基因在其体内得以表达的结果。 D转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物,C,六、课堂练习,2. 人类基因治疗报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。基因治疗是指( ) A把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的
12、B对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常,达到治疗疾病的目的 C运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常 D运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的,A,六、课堂练习,3.我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述，不正确的是( ) ARNA聚合酶对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少 B重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致抗虫蛋白的抗性丧失 C抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传播至近缘作物，从而造成基因污染 D转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素的抗性来确定的,D,六、课堂练习,4
13、.在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是( ) A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体 C将重组DNA分子导入烟草原生质体 D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞,A,六、课堂练习,5.下列关于转基因植物的叙述，正确的是( ) A转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中 B转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加 C动物的生长激素基因转入植物后不能表达 D如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题,A,六、课堂练习,6.下列关于基因工程成果的概述，错误的是 ( ) A.在医药卫生方面，主
14、要用于生产药品和诊断治疗疾病 B.在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物 C.在畜牧业上主要的目的是培育体型巨大、品质优良的动物 D.在环境保护方面主要用于环境监测和对被污染环境的净化,C,六、课堂练习,7.具有很强抗药性的害虫，体内酯酶活性很高，该酶可催化分解有机磷农药。近年来，科学家已将控制酯酶合成的基因分离出来，并将其导 入细菌体内，经过这样处理的细菌仍能分裂繁殖，导入基因能不断地得到表达。该成果的重要意义是（ ） A.用于杀灭害虫 B.处理农药残留污染 C.保护害虫天敌 D.促进植株生长,B,六、课堂练习,8.生物工程技术可实现基因在微生物、动物、植物之间的转移，甚至
15、可将人工合成的基因导入植物体内，培育出自然界没有的新类型。针对这项技术，下列说法中不正确的是 （ ） A.可丰富生物多样性 B.自然界中的生物共用一套遗传密码 C.转基因作物一旦成功，就可成为商品，丰富人们的食物 D.也可以破坏生物的多样性,C,六、课堂练习,9.下列关于基因工程应用的叙述，正确的是( ) A基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因 B基因诊断的基本原理是DNA分子杂交 C一种基因探针能检测水体中的各种病毒 D原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良,B,六、课堂练习,10.金花茶是中国特有的观赏品种，但易被有害真菌感染得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，
16、用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答：,六、课堂练习,(1)将连接到上并形成，常用到的酶有_。 (2)抗枯萎病的金花茶培育成功，从变异的角度来说属于_。 (3)经过转基因方法获得的抗病金花茶，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？ _。 (4)通过检测，被侵染的金花茶叶片细胞具备了抗病性，这说明已经_。从抗病基因是否表达可以从个体水平上做_实验，简述实验过程。,限制性内切酶、DNA连接酶,基因重组,不一定,表达,抗病接种,将普通金花茶和转基因金花茶分成两组，分别接种有害真菌，其他培养条件适宜且相同。培养一段时间观察两组金花茶的抗病情况,通过对照确定抗病基因是否表达。,六、课堂练习,11.继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生
