高中生物 第四节基因工程的发展前景课堂导航 浙科版

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1、高中生物第四节基因工程的发展前景课堂导航浙科版基因工程虽然取得了一定的成就，但科学是无止境的。科学家正致力于其他领域，如蛋白质工程、人类基因组科学和发育生物学、神经生物学，相信生物技术的未来是美好的。一、科学家在基因工程方面的最新尝试1．光合作用(photosynthesis)能进行光合作用的生物不一定有叶绿体，如光合细菌。(1)概念：植物细胞和某些细菌利用太阳能将无机物(CO2和H2O)合成有机物(C6H12O6)并释放氧气(O2)的过程。(2)意义：是植物重要的生理活动，人类直接或间接地依赖于光合作用。(3)提高光合

2、作用效率的因素①环境因素：光照、二氧化碳浓度、矿质元素。②内在因素：叶绿体色素、酶等。其中，通过基因工程可以改变酶的活性来提高光合作用的效率。(4)通过改变酶的活性提高光合作用效率的尝试①改良二磷酸核糖羧化酶。使它的反应平衡偏向于对二氧化碳的固定(即提高其羧化酶活性，降低其加氧酶活力)，减少呼吸的浪费，增加对二氧化碳的固定速率，消除或减低光呼吸这一竞争性反应，提高农作物的产量。②C3植物向C4植物的转化。将二磷酸核糖羧化酶除去或灭活，引入这种基因改造过的叶绿体，同时增加导致C4固定的酶的活性。即使C3型叶绿体与C4型叶绿

3、体共存于一个细胞内。③对光调节基因进行改造。光控制着叶绿体的发育和光合作用的许多基因，改造这些基因可提高光合作用的效率。2．生物固氮(biologicalnitrogenfitation)豆科植物本身不能固氮，而是与其共生的固氮菌具有固氮能力。(1)概念：通过微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程。虽然大气中的氮气含量非常多，但植物不能直接利用分子氮，必须利用含氮化合物，而固氮微生物就能实现这一目标。(2)对作物的价值和意义氮是生物生长发育和光合作用(光合酶、叶绿素成分中都含有氮元素)必需的矿质元素；减少化肥的用量，降低农

4、业生产成本，增加粮食产量和保护生态环境等。(3)应用基因工程设计使非豆科植物具有固氮能力(4)研究现状固氮能力是由许多固氮基因共同控制的，机理复杂，因此目前还没有培育出具有固氮能力的非豆科农作物。3．生物反应器(bioreactor)(1)什么是生物反应器：就是用来生产蛋白质药物(包括疫苗)的动植物。(2)基因工程构建生物反应器的程序。反应器的四大优点：①产量高，易获得目标产品；②目标产品质量好，因为乳腺组织具有一整套全面对蛋白质进行合成和加工的能力；③产品成本低；④从奶牛中提取产品，操作简单。首先获得需要生产的蛋白质药

5、物的目的基因，然后选择合适的运载体(多以病毒)并与运载体结合形成重组DNA分子，再将重组DNA分子转入受体生物(动物或植物)内，从而得到生物反应器。(3)实例：动物乳腺生物反应器。操作大致过程为：获取目的基因→构建基因表达载体→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达)。因为动物所有的体细胞都是由受精卵发育成的，故其乳腺细胞中含有重组基因并进行选择性表达，产生出抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要的医药产品。4．蛋白质工程(proteinen

6、gineering)(1)概念：利用基因工程的技术，对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。蛋白质工程可以创造新的、自然界不存在的蛋白质分子。目前，蛋白质工程主要是改造现有的蛋白质，通过修改蛋白质中的氨基酸序列来改进蛋白质的结构和构象，提高蛋白质的活性、稳定性和产率。也可以利用基因工程改造蛋白质。如下方法：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。(2)与基因工程的关系蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，是第二代基因工程。基因工程的实质：将一种生物

7、的基因转移到另一种生物体内，产生本不能产生的蛋白质，从而产生新性状。原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质。二、基因工程的未来基因工程是一种新鲜的事物，也是一把“双刃剑”，人们对此会有不同的看法。只要科学地、合理地加以利用，相信基因工程一定会使我们的生活更美好。