1.3基因工程的應用專題1基因工程1現在是1頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程的應用植物方面提高植物的抗蟲、抗病、抗逆性改良植物的品質動物方面提高動物生長速度改善畜產品的品質用轉基因動物生產藥物用轉基因動物作器官移植的供體研制藥物基因治療2現在是2頁\一共有69頁\編輯于星期一

主要在抗病蟲害、抗逆性、提高品質等方面的轉基因作物。至1998年4月，世界各國批準進行的大田實驗已達4387項。一、植物基因工程碩果累累2001年轉基因作物種植面積最大的四個國家及其所占比例68%22%7%3%3現在是3頁\一共有69頁\編輯于星期一1、在農業中的應用發展迅速2、主要用于提高作物的抗逆能力改良農作物的品質生產藥物抗蟲抗病抗鹽堿、干旱抗除草劑抗寒其他抗逆性4現在是4頁\一共有69頁\編輯于星期一轉基因植物與目的基因的關系目的基因作用來源受體抗蟲轉基因植物抗病轉基因植物抗逆轉基因植物轉基因改良植物的品質5現在是5頁\一共有69頁\編輯于星期一6現在是6頁\一共有69頁\編輯于星期一轉基因生物目的基因成果舉例植物基因工程抗蟲轉基因植物抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米抗病轉基因植物抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因；抗真菌基因；幾丁質酶基因、抗毒素合成基因抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆轉基因植物抗逆基因：滲透壓調節基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因抗鹽堿和抗干旱的煙草、抗寒番茄、抗除草劑的大豆和玉米改良品質的轉基因植物優良性狀基因：提高必需氨基酸含量的蛋白質編碼基因、控制番茄成熟的基因、與花青素代謝有關的基因高賴氨酸玉米、耐儲存番茄、新花色矮牽牛現在是7頁\一共有69頁\編輯于星期一抗蟲轉基因植物用于殺蟲的基因主要有哪些種？分別有什么作用？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四種的作用都發生在消化道使細胞破裂抑制淀粉吸收抑制蛋白質吸收抑制營養物質吸收現在是8頁\一共有69頁\編輯于星期一目的基因來源Bt毒蛋白基因蘇云金芽孢桿菌毒理使細胞膜穿孔細胞腫脹破裂受體植物棉花轉基因方法花粉管通道法抗蟲棉研制中的幾個問題現在是9頁\一共有69頁\編輯于星期一抗蟲轉基因抗蟲水稻(綠色植株)對照(黃色枯萎植株)10現在是10頁\一共有69頁\編輯于星期一11現在是11頁\一共有69頁\編輯于星期一抗病毒的目的基因病毒外殼蛋白基因病毒復制酶基因抗真菌的目的基因幾丁質酶基因抗毒素合成基因抗病轉基因植物常用的基因現在是12頁\一共有69頁\編輯于星期一病毒外殼蛋白基因（CP）的作用（假說）①在植物細胞中積累的外殼蛋白會將入侵的病毒核酸包裹，抑制核酸的復制和表達；②抑制病毒脫外殼；③外殼蛋白基因轉錄出的RNA和病毒RNA相互作用。現在是13頁\一共有69頁\編輯于星期一抗病抗病毒轉基因甜椒抗病毒轉基因小麥14現在是14頁\一共有69頁\編輯于星期一轉黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯15現在是15頁\一共有69頁\編輯于星期一抗逆性抗旱抗凍（寒）抗除草劑16現在是16頁\一共有69頁\編輯于星期一改良植物的品質17現在是17頁\一共有69頁\編輯于星期一不會引起過敏的轉基因大豆18現在是18頁\一共有69頁\編輯于星期一利用轉基因改良植物的品質高氨基酸產量的轉基因植物

-------高賴氨酸玉米轉基因耐貯番茄轉基因花卉必需氨基酸異亮、亮、色、蘇、苯、賴、甲硫（蛋）、纈現在是19頁\一共有69頁\編輯于星期一現在是20頁\一共有69頁\編輯于星期一目的基因作用來源受體提高動物的生長速度改善畜產品的品質轉基因動物生產藥物（生物反應器或乳房生物反應器）轉基因動物作器官移植的供體二、動物基因工程前景廣闊21現在是21頁\一共有69頁\編輯于星期一22現在是22頁\一共有69頁\編輯于星期一轉基因生物目的基因成果舉例動物基因工程提高生長速度的轉基因動物外源生長激素基因轉基因綿羊、轉基因鯉魚生產藥物的轉基因動物藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動子乳腺生物反應器改善畜產品品質的轉基因動物腸乳糖酶基因乳汁中含乳糖較少的轉基因牛作器官移植供體的轉基因動物外源的抗原決定基因表達的調節因子或除去供體的抗原決定基因利用克隆技術培育沒有免疫排斥反應的豬器官現在是23頁\一共有69頁\編輯于星期一提高生長速度比較：普通鯉魚和轉生長激素基因鯉魚比較：混有激素的飼料飼養鯉魚

導入生長激素基因的轉基因鯉魚24現在是24頁\一共有69頁\編輯于星期一改良畜產品25現在是25頁\一共有69頁\編輯于星期一用轉基因的動物生產藥物乳腺生物反應器藥用蛋白基因導入受精卵轉基因動物發育成分泌

乳汁（含藥用蛋白）26現在是26頁\一共有69頁\編輯于星期一乳腺生物反應器與微生物生產的比較

類型項目

乳腺生物反應器微生物生產基因結構動物基因結構與人類基因結構相同與人類基因結構不同基因表達與天然蛋白質活性沒有區別由于缺少內質網、高爾基體等細胞器，產物可能不具有生物活性產物提取從乳汁中較易分離提取從細胞中提取，較為復雜生產設備畜牧業生產，加提取設備工業生產，設備精良現在是27頁\一共有69頁\編輯于星期一現在是28頁\一共有69頁\編輯于星期一1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內循環，不會影響轉基因動物本身的生理代謝反應。

2）從乳汁中獲取目的基因產物，產量高、質量好、成本低、易提純，表達的蛋白質已經過充分的修飾加工，具有穩定的生物活性。

3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產物的同時，轉基因動物又可無限繁殖。

為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？29現在是29頁\一共有69頁\編輯于星期一動物乳腺生物反應器的具體操作過程：獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）→構建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子）→顯微注射導入哺乳動物受精卵中→形成胚胎→將胚胎送入母體動物→發育成轉基因動物（只有在產下的雌性個體中，轉入的基因才能表達）。30現在是30頁\一共有69頁\編輯于星期一用轉基因動物做器官移植的供體31現在是31頁\一共有69頁\編輯于星期一我國生產的部分基因

工程疫苗和藥物三、基因工程藥物異軍突起干擾素(由效應T細胞產生)

課本P22小字32現在是32頁\一共有69頁\編輯于星期一在傳統的藥品生產中，某些藥品如胰島素、干擾素直接從生物體的哪些結構中提取？藥品直接從生物的組織、細胞或血液中提取。傳統生產方法的缺點由于受原料來源的限制，價格十分昂貴。可利用什么方法來解決上述問題？

利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產出各種高質量、低成本的藥品。33現在是33頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程胰島素（一）胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4～5g的胰島素，其產量之低和價格之高可想而知。胰島素分子結構34現在是34頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程胰島素（二）將合成的胰島素基因導入大腸桿菌，每2000L培養液就能產生100g胰島素！大規模工業化生產不但解決了這種比黃金還貴的藥品產量問題，還使其價格降低了30%～50%!胰島素生產車間35現在是35頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程干擾素（一）干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。干擾素生產車間干擾素分子結構36現在是36頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程干擾素(二）基因工程人干擾素α～2b（安達芬）是我國第一個全國產化基因工程人干擾素α～2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調節人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。37現在是37頁\一共有69頁\編輯于星期一人造血液及其生產人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現工業化生產，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發揮了重大的作用。其它基因工程藥物38現在是38頁\一共有69頁\編輯于星期一

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。現可利用基因工程方法，將人的生長激素基因導入大腸桿菌中，使其生產生長激素。人們從450L大腸桿菌培養液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產量。基因工程藥品——

生長激素39現在是39頁\一共有69頁\編輯于星期一40現在是40頁\一共有69頁\編輯于星期一41現在是41頁\一共有69頁\編輯于星期一42現在是42頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程方法生產蛋白質藥物的優勢是非常明顯的43現在是43頁\一共有69頁\編輯于星期一

項目類型外源基因類型及舉例過程特點成果舉例體外基因治療腺苷酸脫氨酶基因(1)從病人體內獲得某種細胞(2)細胞培養(3)體外完成基因轉移(4)篩選并擴增培養(5)重新輸入患者體內操作復雜，但成功率高治療復合型免疫缺陷癥體內基因治療治療遺傳性囊性纖維化病的基因外源基因→載體攜帶

體內相應組織細胞操作簡單，成功率低治療遺傳性囊性纖維化病基因治療是根本性的治療取代致病基因導入能增強人體免疫能力的基因四、基因治療曙光初照現在是44頁\一共有69頁\編輯于星期一基因治療：把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產物發揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。目前人類基因治療主要集中在遺傳性疾病、腫瘤及某些傳染性疾病。至1997年初，全世界共記錄了2103例基因治療病例（美國1700例）。其中68%是治療腫瘤的，19%是治療遺傳病的，12%治療傳染性疾病等。第一例基因治療的疾病是1990年9月美國FDA批準的用ada（腺苷脫氨酶）基因治療SCID（嚴重型聯合型免疫缺陷癥。第一例接受治療的是一位4歲的女孩，第二例是一位9歲的女孩。45現在是45頁\一共有69頁\編輯于星期一復合型免疫缺陷癥的基因工程治療復合型免疫缺陷癥患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細菌或者病毒感染，就會發病死亡。這個病的機理是細胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶的基因發生了突變。可以通過基因工程的方法治療。患者生存在無菌環境中46現在是46頁\一共有69頁\編輯于星期一現在是47頁\一共有69頁\編輯于星期一基因治療重癥綜合性免疫缺乏癥（SCID）過程

48現在是48頁\一共有69頁\編輯于星期一用于基因治療的基因種類（1）用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表達產物來彌補病變基因帶來的缺陷。如血友病、地中海貧血病的治療。（2）反義基因。用mRNA分子與病變的mRNA分子進行互補，阻斷蛋白質的合成。（3）自殺基因。編碼可殺死癌變細胞的蛋白酶基因。49現在是49頁\一共有69頁\編輯于星期一基因診斷：

也稱為DNA診斷或基因探針技術，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分子；原理：利用DNA分子雜交原理。50現在是50頁\一共有69頁\編輯于星期一基因探針：

基因探針就是一段與目的基因或DNA互補的特異核苷酸序列。它包括整個基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉錄而來的RNA。51現在是51頁\一共有69頁\編輯于星期一DNA分子雜交原理：DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。其基本原理是：互補的DNA單鏈能夠在一定條件下結合成雙鏈，即能夠進行雜交。這種結合是特異的，即嚴格按照堿基互補配對進行。因此，當用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進行接觸，若兩者的堿基完全配對成雙鏈，則表明被測基因中含有已知的基因序列。52現在是52頁\一共有69頁\編輯于星期一基因診斷技術在什么方面發展迅速？

在診斷遺傳性疾病方面發展迅速。目前已經可以對幾十種遺傳病進行產前診斷。1）β—珠蛋白的DNA探針→鐮刀狀細胞貧血癥

2）苯丙氨酸羧化酶基因探針→苯丙酮尿癥

3）白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針→白血病舉例53現在是53頁\一共有69頁\編輯于星期一54現在是54頁\一共有69頁\編輯于星期一55現在是55頁\一共有69頁\編輯于星期一56現在是56頁\一共有69頁\編輯于星期一例題：干擾素是治療癌癥的重要物質，人血液中每升只能提取0.05μg干擾素，因而其價格昂貴，平民百姓用不起。但美國有一家公司用遺傳工程方法合成了價格低廉、藥性一樣的干擾素，其具體做法是：（1）從人的淋巴細胞中提取能指導干擾素合成的

，并使之與一種叫做質粒的DNA結合，然后移植到酵母菌內，從而用酵母菌來合成

。（2）酵母菌能用

方式繁殖，速度很快，所以，能在較短的時間內大量生產

。利用這種方法不僅產量高，并且成本也較低。基因干擾素出芽干擾素57現在是57頁\一共有69頁\編輯于星期一提示：基因工程可以生產人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產品。農業生產中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產，上述產品有些是常規方法難以生產的或者生產成本過高。思考與探究1、根據所學內容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產中難以解決的問題。58現在是58頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程與食品業基因工程為人類開辟新的食物來源。

1）雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。這表明，未來能用發酵罐培養的大腸桿菌或酵母菌來生產人類所需要的卵清蛋白。

2）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。基因工程為食品工業中提供了什么前景？59現在是59頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程與環境監測（一）基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來60現在是60頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程與環境監測（二）利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環境污染的情況，卻不易因環境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉化污染物。61現在是61頁\一共有69頁\編輯于星期一基因工程與環境污染治理基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環境的物質。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質。62現在是62頁\一共有69頁\編輯于星期一暢想2、假如你擁有了基因工程技術，你最想用于哪方面？如何操作？63現在是63頁\一共有69頁\編輯于星期一1、轉基因技術在植物品種改良方面應用廣泛，其中一項基因工程就是改造CO2固定酶。其目的是（）

A、提高光合作用效率

B、延長果實的儲藏期

C、培育新作物品種

D、提高植物的抗性A64現在是64頁\一共有69頁\編輯于星期一2、上海醫學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白基因的轉基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍。“轉基因動物”是指（）

A、提供基因的動物

B、基因組中增加外源基因的動物

C、能產生白蛋白的動物

D、能表達基因信息的動物B65現在是65頁\一共有69頁\編輯于星期一3、治療白化病、苯丙酮尿癥等人類遺傳病的根本途徑是（）

A、口服化學藥物

B、注射化學藥物

C、利用輻射或藥物誘發治病基因突變

D、采用基因治療法糾正或彌補缺陷基因帶來的影響D66現在是66頁\一共有69頁\編輯于星期一AD4、基因治療是把健康的外源基因導入

A、有基因缺陷的細胞中

B、有基因缺陷的染色體中

C、有基因缺陷的細胞器中

D、有基因缺陷的DNA分子中5、下列各項中不屬于基因工程在實際中應用的是

A、轉基因抗蟲棉的培育成功

B、利用DNA探針檢測飲用水中有無病毒

C、培育工程菌使之能產生胰島素

D、植物的雜交育種67現在是67頁\一共有69頁\編輯于星期一6、1978年美國科學家利用工程技術，將人類胰島基因拼接到大腸桿菌的DNA分子中，然后通過大腸桿菌的繁殖，生產出了人類胰島素。請回答：（1）上述人類胰島素的合成是在

處進行的，其決定氨基酸排列順序的mRNA的模