基因工程的应用_2

一、植物基因工程硕果累累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、棉花和油菜植物基因工程技术主要用于哪些方面?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)抗虫转基因植物1.虫害给农作物带来了哪些影响?传统农业如何防治害虫?有哪些不足?使用化学农药污染环境，损害人类健康，增加生产成本。使作物产量降低等2.现在已有哪些抗虫植物问世?棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄、大豆等3.抗虫基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。4.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?5.我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展?Bt毒蛋白基因从苏云金芽孢杆菌中分离出来的课本P18（二）抗病转基因植物1.什么是病原微生物？有哪些种类？引起植物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白（coatprotein，CP）基因；病毒的复制酶基因栽培作物自身缺少抗病毒基因4.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？几丁质酶基因和抗毒素合成基因（三）抗逆转基因植物1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？调节细胞渗透压的基因3.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因4.抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。必需氨基酸共有８种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用转基因的方法加以改良？豆类食品中，含有蛋氨酸（甲硫氨酸）比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨酸较少将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物或改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性（四）利用转基因改良植物的品质转基因高赖氨酸玉米将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。优点：改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因转基因蓝玫瑰优点：提高花卉的观赏价值将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。异想天开二、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度——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（二）用于改善畜产品的品质举例说明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。（三）用转基因的动物生产药物设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？转基因动物的乳腺。（1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。（2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。（3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达。缺点：练习册P15（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造方法：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导入人基因具特殊用途的猪和小鼠1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。2.传统生产方法的缺点:由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。三、基因工程药品异军突起3.可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌:基因工程药品包括：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。细胞因子（如白细胞介素—2、干扰素、生长因子等）、抗体、疫苗、激素等干扰素分子结构基因工程药品——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。其“珍贵”程度自不用多说。1980－1982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。重组人工干扰素α-1b（安达芬）是我国第一个国内批准生产的基因工程药物，其具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。干扰素生产车间基因工程药品——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。人们从450L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。其它基因工程药物利用微生物生产药物的优越性何在?（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。（一）基因诊断：也称为DNA诊断或分子诊断，通过分子生物学和分子遗传学的技术，直接检测出分子结构水平和表达水平是否异常，从而对疾病做出判断。探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；原理：利用DNA分子杂交原理；四、基因治疗曙光初照在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。举例⑴β—珠蛋白的DNA探针→镰刀状细胞贫血症⑵苯丙氨酸羧化酶基因探针→苯丙酮尿症⑶白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针→白血病1、基因治疗概念：（二）基因治疗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。2、实例：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。（1）体外基因治疗：从病人体内获取某种细胞进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩大培养，最后重新输入患者体内。3、基因治疗的类型（2）体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）5、用于基因治疗的基因种类：1）用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。2）反义基因。产生mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋白质的合成。3）自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段课本P24基因芯片从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。通过微加工技术，将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段（基因探针），有规律地排列固定于2cm2的硅片、玻片等支持物上，构成的一个二维DNA探针阵列，与计算机的电子芯片十分相似，所以被称为基因芯片。概念：五、基因工程与食品业基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程为人类开辟新的食物来源。⑴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菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。⑵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。六、基因工程与环境保护⑴环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来基因工程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”。⑵用于被污染环境的净化通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程回收和利用工业废物。用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。思考与探究:根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。巩固练习1、下列不属于需用基因工程方法生产药物的是（）A胰岛素B生长激素C维生素D凝血因子2、人的糖蛋白必须经过内质网和高尔机体加工合成。通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是（）A大肠杆菌B酵母菌C、T4噬菌体D质粒CB