第3章第2节基因工程的应用价值

第二节基因工程的应用价值

课标内容要求核心素养对接

生命观念：关注基因工程所取得的成果以及给人类带来

的积极影响。

举例说明基因工程在

科学思维：结合基因工程的应用实例和操作步骤，思考

农牧、食品及医药等

如何设计完整的操作步骤以实现其应用。

行业的广泛应用改善

社会责任：通过学习了解我国基因工程的应用及发展前

了人类的生活品质。

景，认同基因工程给人类生活带来的巨大改变，激发学

习兴趣，培养崇尚科学的理念。

［必备知识•聚焦概念］课前自主学习•必备知识感知

一、基因工程在农牧业中的应用价值

1.转基因生物：利用基因工程技术培育的、能稳定遗传处逸基因所决定的

性状的生物。

优点：打破常规育种难以突破的物种之间的界限。

2.植物基因工程硕果累累

应用领域目的基因应用实例

抗病基因，如病毒的复制酶基因、衣

转基因抗病抗病的小麦、甜椒或番茄

壳蛋白基因、几丁质酶基因、植物抗

植物等

毒素基因

转基因抗虫抗虫基因,如苏云金杆菌地毒蛋白基

转基因抗虫棉等

植物因

转基因抗逆抗冻蛋白基因转基因抗冻番茄

植物调节细胞渗透压的基因抗盐碱和干旱烟草

3.动物基因工程显示出诱人的应用前景

(1)改善畜牧产品的品质

实例：将(0-3脂肪酸去饱和酶基因转入猪胚胎细胞中，培育成可产生较多co-3

脂肪酸的转基因猪。

⑵提高动物的生长速度

实例：转入外源生长激素基因获得的转基因绵羊和转基因三文鱼，生长速度

明显提高，体重明显加大。

二、基因工程在食品业中的应用价值

1.许多转基因食品已进入商业化生产。

2.植物品质改良成为植物基因工程的研究热点。

3.在氨基酸、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产,以及广泛应用于食品

制造业的淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶的大规模生产方面也大显身手。

三、基因工程在医药业中的应用价值

1.基因工程药物

(1)利用转基因工程菌已经生产出60多种基因工程药物，用于疾病的预防和

治疗。

(2)生物反应器

①类型：乳腺生物反应器、膀胱生物反应器、输卵管生物反应器等。

②乳腺生物反应器的一般做法

药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子重组f转入受精卵f转基因动物一

乳汁中提取药物

2.基因治疗

(1)概念：是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。包括基因诊

断、基因分离、载体构建、目的基因导入等多项技术。

(2)基因诊断：采用多种方法确定和定位病变基因的过程。如利用探针和分

子杂交，判断患者是否出现了基因异常。

(3)基因治疗

①住内途径:将分离出来的带有治疗作用的基因通过载体转入患者体内的某

些细胞，直接纠正或弥补缺陷基因的功能。

②体外途径:采用转基因技术将带有治疗作用的基因导入病毒基因组，再用

病毒感染受体细胞(患者细胞)，治疗基因整合到受体基因组后，受体细胞经体外

培养、增殖后导入患者体内。

一基础诊断「

判断对错(正确的打“J”，错误的打“X”)

1.农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。()

X提示：害虫仍会对抗虫作物产生抗性。

2.基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。

（）

X提示：培育转基因动物时，所选用的受体细胞一般是受精卵；培育转基

因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。

3.利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。（）

［答案］V

4.乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。（）

X提示:应是把药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元

件重组在一起，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中。

5.基因治疗能从根本上治愈各种遗传病。（）

X提示：染色体异常遗传病无法进行基因治疗。

6.治愈脱氨酶基因缺陷症属于体外途径。（）

I答案］V

［关键能力•突破重难］核心问题解惑•学科素养形成

卷也③利用乳腺生物反应器和工程菌生产药物

1.乳腺生物反应器的操作过程

〔获取日的基因）（如血清白蛋白基因）

（构建基因表达载体［（在血清白蛋白基因前加

;；乳腺蛋白基因的启动子）

（显微注射导入哺乳动物受精卵中）

L形成胚胎J

L将胚胎送入母体动物J

♦

发育成转基因动物（只存在产下的雌性个体

LJ中，转入的基因才能表达:

2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别

比较内容乳腺生物反应器工程菌

指让外源基因在哺乳动物的指用基因工程的方法，使外

含义乳腺中特异表达，利用动物源基因得到高效表达的菌类

的乳腺组织生产药物蛋白细胞株系

受体基因结构与人动物基因结构与人类的基因细菌和酵母菌的基因结构与

类基因结构差异结构基本相同人类有较大差异

合成的药物蛋白与天然蛋白细菌合成的药物蛋白可能没

基因表达

质相同有活性

受体细胞动物受精卵微生物细胞

目的基因导入方式显微注射法感受态细胞法

需严格灭菌，严格控制工程

不需严格灭菌；温度等外界

生产条件菌所需的温度、pH、营养物

条件对其影响不大

质浓度等外界条件

从微生物细胞或其培养液中

药物提取从动物乳汁中提取

提取

生产设备畜牧业生产、提取设备发酵生产、提取设备

创新应用

合作探究：（1）为了生产药物，常把药用蛋白基因构建的表达载体导入大肠

杆菌或酵母菌细胞中构建工程菌，选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪

些？

提示：细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产能力大等。

（2）继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得

了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素

并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特

异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？

提示：应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋

白较容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须是处于生殖期

的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均

可生产。

［对点练习］

1.人组织纤溶酶原激活物（加左）是一种重要的药用蛋白，可在转加以基因

母羊的羊乳中获得。流程如下:

WhtPA基因与载体用切割后，通过DNA连接酶连接，以构建重

组表达载体。检测目的基因是否已插入受体细胞DNA,可采用________技术。

（2）为获取更多的卵（母）细胞，要对供体母羊注射促性腺激素，使其o

采集的精子需要经过_______,才具备受精能力。

（3）将重组表达载体导入受精卵常用的方法是o为了获得母羊，移

植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行。利用胚胎分割和胚胎移植技

术可获得多个转基因个体，这体现了早期胚胎细胞的o

（4）若在转htPA基因母羊的羊乳中检测到,说明目的基因成功表达。

［解析］（1）用同种限制性内切核酸酶对目的基因和载体进行切割，以形成相

同的黏性末端。检测目的基因是否已插入受体细胞DNA,常用DNA分子杂交

技术。

（2）对供体母羊注射促性腺激素可以使其超数排卵，采集的精子需要经过获

能处理后才具备受精能力。

（3）将重组表达载体导入受精卵（动物细胞）常用的方法是显微注射法。为了获

得母羊，需要对胚胎进行性别鉴定。利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转

基因个体，依据的原理是早期胚胎细胞的全能性。

（4）目的基因成功表达的标志是在转基因母羊的羊乳中检测到htPA,即人组

织纤溶酶原激活物。

［答案1⑴同种限制性内切核酸酶（或同种限制酶）DNA分子杂交（2）超

数排卵获能（处理）（3）显微注射法性别鉴定全能性（4）htPA（或人组织纤

溶酶原激活物）

2.人血清白蛋白1HSA）具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图

是以基因工程技术获取重组HSA（rHSA）的两条途径。

⑴为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取合成总cDNA,

然后以cDNA为模板，使用PCR技术扩增HSA基因。下图中箭头表示一条引

物结合模板的位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增

方向。

口…HSA基因

⑵启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达

rHSA的载体，需要选择的启动子是_______(填写字母，单选)。

A.人血细胞启动子B.水稻胚乳细胞启动子

C.大肠杆菌启动子D.农杆菌启动子

⑶利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是

(4)人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有

活性。与途径H相比，选择途径I获取rHSA的优势是____________________

(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与的生物学功能

一致。

［解析］(1)要想合成总cDNA,需要采集人的血液获得总RNA。由于DNA

的复制只能从脱氧核昔酸单链的5,端向3,端延伸，因而引物均应结合在DNA单

链的3,端，而DNA的两条链反向平行，由此可以确定引物在另一条脱氧核普酸

单链的位置和方向。(2)若要从水稻胚乳细胞内获得目的产物，需要控制该目的

基因只在水稻胚乳细胞内表达。由题干中的信息“启动子通常具有物种及组织特

异性”可知，此处需要选择水稻胚乳细胞启动子。

(3)酚类物质能吸引农杆菌，因此在水稻受体细胞中添加该类物质，能吸引

农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因的成功转化。(与途径I和n的主要

区别是途径I的受体细胞是真核细胞，途径H的受体细胞是原核细胞。由于人体

合成的初始HSA多肽需要经膜系统加工形成正确的空间结构才有生物活性，所

以选择途径I获取rHSA更具有优势。(5)rHSA是基因工程的产物，为判断其是

否具有医用价值，还需要在个体水平上进一步确认其与HSA的生物学功能是否

一致。

［答案］(1)总RNA(或mRNA)

-"HSA基因

...............

(2)B(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化(4)水

稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工(5)HSA

［课堂小结］

知识网络构建核心语句背诵

1.利用基因工程技术培育的、能

稳定遗传外源基因所决定的性

状的生物称为转基因生物。

2.运用基因工程改良动植物品

种，最突出的优点是能打破常规

育种难以突破的物种之间的界

基因工程的应用价值

限。

「转基因抗病植物

转基因植物〈转基因抗虫植物3.基因治疗是指利用正常基因

置换或弥补缺陷基因的治疗方

农牧业4I转基因抗逆植物

‘改善畜牧产品品质法。包括基因诊断、基因分离、

转基因动物，

.提高动物生长速度载体构建、目的基因导入等多项

■转基因食品大面积种植

技术。

I植物品质改良

食品业4.基因治疗有体内和体外两种

食品添加剂的生产

、食品制造业用酶大量生产途径。体内途径是将分离出来的

‘工程菌带有治疗作用的基因通过载体

基因工程药物

、生物反应器转入患者体内的某些细胞，直接

医药业

‘体内途径

基因治疗纠正或弥补缺陷基因的功能。体

、体外途径

外途径是采用转基因技术将带

有治疗作用的基因导入病毒基

因组，再用病毒感染受体细胞

（患者细胞），治疗基因整合到受

体基因组后，受体细胞经体外培

养、增殖后导入患者体内。

［课堂检测•巩固素能］基础概念考查•学业检测评价

1.抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是（）

A.抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒

B.抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性

C.抗病毒转基因植物可以抗害虫

D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异

B［由于外源抗病毒基因具有特异性，因而其表达产物具有特异性或局限

性，只能抵抗某种或某类病毒，不可能抵抗所有病毒，更不能抗害虫。目的基因

导入受体细胞后，可以随受体内的自身遗传物质稳定遗传，也会同自身遗传物质

一样发生变异。］

2.下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是（）

A.动物基因结构与人类基因结构相同

B.乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的

C.可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物

D.乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用

B［乳腺生物反应器生产的药物在自然界中可以找到，只不过在转基因动物

体内更容易提取到较大量的药物。］

3.应用基因工程的方法，可将酵母菌制造成“工程菌”，用于生产乙肝疫

苗，在制造该“工程菌”时，应向酵母菌中导入（）

A.乙肝病毒的表面抗原

B.抗乙肝病毒抗体的基因

C.抗乙肝病毒的抗体

D.乙肝病毒的表面抗原的基因

D［利用基因工程生产乙肝疫苗时，应该向酵母菌中导入乙肝病毒的表面

抗原基因。］

4.下列不属于基因工程成果的是（）

A.乳腺生物反应器生产药用蛋白

B.从大肠杆菌体内获得白细胞介素

C.从大肠杆菌内获得生长激素

D.用高产青霉菌生产青霉素

D［乳腺生物反应器是用转基因动物生产药物，属于基因工程成果，A不

符合题意;从大肠杆菌体内获得白细胞介素及从大肠杆菌体内获得生长激素都是

将相关基因转入大肠杆菌，从而得到的基因工程药物，属于基因工程成果，B、

C不符合题意；用高产青霉菌生产青霉素是利用基因突变的原理进行的诱变育

种，不属于基因工程的范畴，D符合题意。］

5.下列关于基因治疗的叙述，不正确的是()

A.把缺陷基因除去，就可以达到治疗疾病的目的

B.某些动物病毒可作为基因治疗的载体

C.基因治疗是治疗遗传性疾病最有效的手段

D.临床上可以采用体外基因治疗和体内基因治疗

A［基因治疗是指把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因的

表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，没有将缺陷基因除去，A错误；

以腺病毒为载体将正常基因导入患者肺组织中治疗囊性纤维病，属于体内基因治

疗，B正确；基因治疗是指把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因

的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传性疾病最有效的手

段，C正确；体外基因治疗和体内基因治疗均处于临床试验阶段，D正确。］

6.糖尿病已经成为危害人类健康的严重疾病之一，注射胰岛素是目前治疗

糖尿病最为有效的途径和手段。如何生产优质而不昂贵的人胰岛素，是当下医药

界急需攻克的科学难题。下图为利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意

图，请回答：

，复进行⑤

丝^小穆二大1a的A

腹岛素A大通的A

细胞1mKNA‘________________；二

_______⑥①右⑧______©|0◎♦人■岛一

「0⑥I-*(§)-*@-*◎-*［00(⑩