第三章基因工程第二節(jié)基因工程的應(yīng)用價(jià)值傳統(tǒng)的育種方式從遺傳學(xué)本質(zhì)上是以自然條件下的基因突變?yōu)榛A(chǔ)，以有性雜交為手段，以選擇優(yōu)良基因型重組體為目的的植物性狀改良過程。遠(yuǎn)古時(shí)代植物馴化20世紀(jì)初植物育種學(xué)建立基因工程育種我國祖先利用野生稻逐漸培育水稻的過程依靠傳統(tǒng)育種方法。基因工程開辟了一條基因在植物、動(dòng)物和微生物之間交流的新途徑，讓人類的遐想成為現(xiàn)實(shí)。一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用

利用基因工程技術(shù)培育的、能穩(wěn)定遺傳外源基因所決定的性狀的生物稱為轉(zhuǎn)基因生物。轉(zhuǎn)基因生物可以是動(dòng)物、植物或微生物。

那么，基因工程在農(nóng)牧業(yè)、食品業(yè)和醫(yī)藥業(yè)中到底具有哪些應(yīng)用價(jià)值呢？轉(zhuǎn)基因生物（一）植物基因工程碩果累累

閱讀教材103~104頁的內(nèi)容，從具體實(shí)例入手，了解植物基因工程在如何提高農(nóng)作物抗病、抗蟲、抗鹽堿等方面的應(yīng)用。學(xué)生活動(dòng)項(xiàng)目轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗逆植物現(xiàn)狀

成果

實(shí)例

1．轉(zhuǎn)基因抗病植物——番木瓜的實(shí)例

（1）現(xiàn)狀：番木瓜環(huán)斑病在全球的番木瓜產(chǎn)地都有發(fā)生，在中國南方的多個(gè)省份也廣泛流行。番木瓜環(huán)斑病毒是一種變異性很強(qiáng)的RNA病毒，不同地區(qū)的毒株感染番木瓜的能力差異較大。患番木瓜環(huán)斑病的果實(shí)

（2）成果：科學(xué)家利用番木瓜環(huán)斑病毒優(yōu)勢(shì)毒株——“黃點(diǎn)花葉”株，將這個(gè)毒株的復(fù)制酶基因轉(zhuǎn)入番木瓜細(xì)胞內(nèi)，培育出具有很強(qiáng)抗病性能的轉(zhuǎn)基因品系——“華農(nóng)1號(hào)”。轉(zhuǎn)基因番木瓜

（3）其他實(shí)例：科學(xué)家利用基因工程技術(shù)，將一些特定的基因，如病毒的復(fù)制酶基因和衣殼蛋白基因以及幾丁質(zhì)酶基因、植物抗毒素基因?qū)胄←湣⑻鸾坊蚍训茸魑铮@得了抗病的小麥、甜椒或番茄等新品種。2．轉(zhuǎn)基因抗蟲植物——抗蟲棉的實(shí)例（1）現(xiàn)狀：蟲害給農(nóng)作物造成的損失也十分巨大。（2）成果：科學(xué)家將從蘇云金桿菌中分離出來的編碼蘇云金桿菌Bt毒蛋白的基因?qū)朊藜?xì)胞，培育出了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)棉鈴蟲等具有很強(qiáng)的抗性。

（3）其他實(shí)例：轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、玉米、大豆、馬鈴薯、煙草、番茄、蘋果、核桃、楊樹和菊花等抗蟲品種相繼問世。

3．轉(zhuǎn)基因抗逆植物——抗凍番茄（1）現(xiàn)狀：幾乎所有的植物在它們的生長(zhǎng)過程中都會(huì)遇到凍害、鹽堿、干旱、水澇等逆境條件。對(duì)于許多有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物而言，凍害是影響其產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。

（2）抗凍蛋白：在地球的南、北兩極，環(huán)境溫度常常達(dá)到零下幾十度，生活在這些地區(qū)海洋里的魚類血液中含有大量的抗凍蛋白。這些抗凍蛋白可以降低魚類體液的冰點(diǎn)，使魚類免于因體液凍結(jié)而死亡。能不能利用基因工程手段將這些海洋魚類細(xì)胞中編碼抗凍蛋白的基因轉(zhuǎn)入到植物細(xì)胞中去呢？3．轉(zhuǎn)基因抗逆植物——抗凍番茄（3）成果：科學(xué)家成功將抗凍蛋白的基因轉(zhuǎn)入番茄細(xì)胞，培育出轉(zhuǎn)基因抗凍番茄。這類番茄由于具有抗凍性狀，保鮮期和貯藏期都大為延長(zhǎng)。（4）其他實(shí)例：鹽堿和干旱因影響細(xì)胞的滲透壓和水分供應(yīng)而危害作物，科學(xué)家已成功地向某些作物（如煙草）轉(zhuǎn)入一些可以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因來提高作物的抗鹽堿和抗干旱的能力。（二）動(dòng)物基因工程顯示出誘人的應(yīng)用前景

閱讀教材104頁的內(nèi)容，結(jié)合表格提示完成該內(nèi)容的學(xué)習(xí)。根據(jù)實(shí)例思考：運(yùn)用基因工程改良動(dòng)植物品種的優(yōu)點(diǎn)是什么？學(xué)生活動(dòng)應(yīng)用項(xiàng)目轉(zhuǎn)入基因成果改善畜牧產(chǎn)品的品質(zhì)提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度ω-3脂肪酸去飽和酶基因可產(chǎn)生較多ω-3脂肪酸的轉(zhuǎn)基因豬外源生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因三文魚優(yōu)點(diǎn)：能打破常規(guī)育種難以突破的物種之間的界限。二、基因工程在食品業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值1．利用基因工程改良植物品質(zhì)

植物品質(zhì)的改良主要包括植物蛋白質(zhì)、糖類、脂肪品質(zhì)的改良以及維生素種類和含量的改良。

根據(jù)植物品質(zhì)改良的目的需要獲得怎樣的目的基因呢？現(xiàn)階段有哪些成果？（1）目的基因：如與淀粉、脂質(zhì)合成有關(guān)的基因，與植物代謝過程有關(guān)的基因等。（2）成果：獲得了蒸煮品質(zhì)和食味品質(zhì)得到改善的轉(zhuǎn)基因水稻、油脂品質(zhì)得到改善的轉(zhuǎn)基因大豆、富含β-胡蘿卜素的水稻、高賴氨酸含量的玉米等。2．利用基因工程生產(chǎn)氨基酸、助鮮劑、甜味劑等食品添加劑，以及應(yīng)用于食品制造業(yè)的淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶、蛋白酶等。三、基因工程在醫(yī)藥業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值

基因工程和人類健康的關(guān)系密切，主要表現(xiàn)在基因工程藥物和基因治療兩方面。（一）基因工程藥物1．利用轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)基因工程藥物成果應(yīng)用重組人胰島素、細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等可用于腫瘤、心血管病、傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病的預(yù)防和治療（一）基因工程藥物1．利用轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)基因工程藥物

口蹄疫是豬、牛、羊等主要家畜及野生偶蹄動(dòng)物共患的一種急性接觸性傳染病，口蹄疫疫苗能有效控制該疾病的發(fā)生和傳播。實(shí)例限制酶DNA連接酶2．乳腺生物反應(yīng)器

閱讀教材中104~105頁的內(nèi)容，思考：什么是乳腺生物反應(yīng)器？以轉(zhuǎn)基因牛為例繪制乳腺生物反應(yīng)器的產(chǎn)生過程？根據(jù)表格的比較內(nèi)容，比較乳腺生物反應(yīng)器與基因工程生產(chǎn)藥物的區(qū)別。學(xué)生活動(dòng)2．乳腺生物反應(yīng)器（1）概念

科學(xué)家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，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物。

除此之外，還有膀胱生物反應(yīng)器、輸卵管生物反應(yīng)器。構(gòu)建表達(dá)載體方法受體細(xì)胞2．乳腺生物反應(yīng)器（2）過程胚胎移植顯微注射法如人血清白蛋白基因、生長(zhǎng)激素基因獲取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體目的基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子重組質(zhì)粒性成熟的公牛性成熟的母牛受精卵卵母細(xì)胞精子早期胚胎轉(zhuǎn)基因牛利用分泌的乳汁生產(chǎn)所需的藥物（2）過程（3）比較乳腺生物反應(yīng)器與基因工程生產(chǎn)藥物的區(qū)別比較項(xiàng)目乳腺生物反應(yīng)器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)哺乳動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因結(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)有較大差異基因產(chǎn)物與天然蛋白質(zhì)完全相同細(xì)菌缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性受體細(xì)胞導(dǎo)入目的基因的方式生產(chǎn)條件不需嚴(yán)格滅菌，溫度等外界條件對(duì)其影響不大需嚴(yán)格滅菌，控制工程菌生長(zhǎng)繁殖所需的溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)等外界條件產(chǎn)物提取哺乳動(dòng)物的受精卵微生物細(xì)胞顯微注射法Ca2+處理法從哺乳動(dòng)物乳汁中提取，相對(duì)簡(jiǎn)單從微生物細(xì)胞中提取，相對(duì)復(fù)雜

為什么基因表達(dá)載體導(dǎo)入的不是乳腺上皮細(xì)胞，卻只能在乳腺細(xì)胞中表達(dá)？

基因表達(dá)載體導(dǎo)入的是受精卵，這樣由受精卵發(fā)育成的個(gè)體的體細(xì)胞中均含有目的基因，但由于目的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，所以目的基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)。易錯(cuò)辨析（二）基因治療1．基因治療是指利用正常基因置換或彌補(bǔ)缺陷基因的治療方法，包括基因診斷、基因分離、載體構(gòu)建、目的基因?qū)氲榷囗?xiàng)技術(shù)。2．基因診斷是采用多種方法確定和定位病變基因的過程。

例如，利用探針（一段已知基因的核苷酸序列）和分子雜交情況，來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常（如遺傳病患者的基因缺陷)等。3．基因治療有體內(nèi)和體外兩種途徑（1）體內(nèi)途徑

將分離出來的帶有治療作用的基因通過載體轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)的某些細(xì)胞，直接糾正或彌補(bǔ)缺陷基因的功能。

（2）體外途徑

例如，1990年，美國國立衛(wèi)生研究院采用體外途徑，用腺苷脫氨酶基因有效治療了一名患有腺苷脫氨酶基因缺陷癥的女孩。實(shí)踐應(yīng)用

閱讀教材107頁中“如何治愈腺苷脫氨酶基因缺陷癥患者”的實(shí)例。閱讀之后思考以下問題。實(shí)踐應(yīng)用

1．分析腺苷脫氨酶基因缺陷癥的病因是什么？

（1）直接原因是缺乏腺苷脫氨酶，這種酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的。（2）根本原因是腺苷脫氨酶基因缺失。構(gòu)建含有正常腺苷脫氨酶基因的表達(dá)載體從患者體內(nèi)分離出T淋巴細(xì)胞重組逆轉(zhuǎn)錄病毒感染T淋巴細(xì)胞，將基因整合到細(xì)胞內(nèi)的染色體上將攜帶正常基因的T淋巴細(xì)胞再注射入患者體內(nèi)實(shí)踐應(yīng)用

2．上述病癥的基因治療過程包括哪些主要步驟？課堂小結(jié)基因工程的應(yīng)用價(jià)值農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值植物基因工程的應(yīng)用價(jià)值轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗逆植物動(dòng)物基因工程的應(yīng)用價(jià)值改善畜牧產(chǎn)品的品質(zhì)提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率食品業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值植物品質(zhì)改善食品添加劑、食品制造業(yè)醫(yī)藥業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值基因工程藥物基因治療體外基因治療體內(nèi)基因治療難點(diǎn)突破途徑體外基因治療體內(nèi)基因治療不同點(diǎn)方法特點(diǎn)相同點(diǎn)從患者體內(nèi)獲得某種細(xì)胞→細(xì)胞培養(yǎng)→體外完成基因轉(zhuǎn)移→篩選、細(xì)胞擴(kuò)增→轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)外源基因→載體攜帶→患者體內(nèi)相應(yīng)組織細(xì)胞操作復(fù)雜，但效果可靠方法較簡(jiǎn)單，但效果難以控制都是將外源基因?qū)氚屑?xì)胞，以糾正或補(bǔ)償缺陷或異常基因引起的疾病，目前兩種方法都處于臨床試驗(yàn)階段1．目前人類利用基因工程的方法成功培育出轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，以下說法正確的是（

）A．編碼蘇云金桿菌Bt毒蛋白的基因與質(zhì)粒結(jié)合后直接進(jìn)入棉花的葉肉細(xì)胞中表達(dá)B．抗蟲基因?qū)朊藁ㄈ~肉細(xì)胞后，可通過傳粉、受精的方法，使抗蟲性狀遺傳下去C．標(biāo)記基因的作用是鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因D．轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，不會(huì)對(duì)棉鈴蟲的抗性產(chǎn)生影響C2．我國已能自行生產(chǎn)乙肝疫苗等基因工程藥物，乙肝疫苗的生產(chǎn)方法是（

）

A．在受體細(xì)胞內(nèi)大量增殖乙肝病毒

B．在液體培養(yǎng)基中大量增殖乙肝病毒

C．將乙肝病毒的全部基