篇一：基因工程的应用(有解析)
第一章基因工程
篇二：基因工程的应用教学设计
1.3《基因工程的应用》教学设计
篇三：基因工程成果应用与发展前景
基因工程在现代社会中的应用与前景
基因工程是新世纪的最具发展前景的工程，随着生物科学技术的发展，基因工程的某些
成果已经成功应用于我们的生活中，然而我们对基因的了解并没有想象中的那么彻底，基因
工程的发展仍需要几代人的探索。
基因工程的概念是，在基因水平上，采用与工程设计十分类似的方法，按照人类的需要
进行设计，然后按设计方案创建出具有某种新的性状的生物新品系，并能使之稳定地遗传给
后代。
基因工程一般包括四个步骤：一是取得符合人们要求的DNA片段，即“目的基因”。被
称为“分子剪刀”的“限制性转切酶”可以在DNA分子上找到特定的“切点”，然后将认准的双
链交错切断。自70年代以来，人们已找到400多种形形色色的“分子剪刀”。二是将目的基
因与质粒或病毒DNA连接成重组 DNA。在用同一种“分子剪刀”剪切的两种DNA碎片中加
上“分子针线”——“DNA连接酶”，就可以把两种DNA片段重新连接起来。三是把重组DNA
引入某种细胞。把“拼接”好的DNA分子运送到受体细胞中去，必须寻找一种分子小、能自
由进出细胞，而且在装载了外来的DNA片段后仍能照样复制的运载体。理想的运载体是质
粒，因为质粒能自由进出细菌细胞。四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来。目的基因
的导入过程是肉眼看不到的。因此，要知道导入是否成功，事先应找到特定的标志。例如我
们用一种经过改造的抗四环素质粒PSC100作载体，将一种基因移入自身无抗性的大肠杆
菌时，如果基因移入后大肠杆菌不能被四环素杀死，就说明转入获得成功了。
科学家曾预言，21世纪是基因工程的世纪。基因工程对人类来说，作用是不可估量的，意
义是深远的。
基因治疗 随着人类对基因研究的不断深入，发现许多疾病是由于基因结构与功能发生改变所引起
的。科学家将不仅能发现有缺陷的基因，而且还能掌握如何进行对基因诊断、修复、治
疗和预防，这是生物技术发展的前沿。这项成果将给人类的健康和生活带来不可估量的
利益。
所谓基因治疗是指用基因工程的技术方法，将正常的基因转如病患者的细胞中，以代
病变基因，从而表达所缺乏的产物，或者通过关闭或降低异常表达的基因等途径，达到治
疗某些遗传病的目的。目前，已发现的遗传病有6500多种，其中由单基因缺陷引起的就
有约3000多种。因此，遗传病是基因治疗的主要对象。
基因治疗的最新进展是即将用基因枪技术于基因治疗。其方法是将特定的DNA用改
进的基因枪技术导入小鼠的肌肉、肝脏、脾、肠道和皮肤获得成功的表达。这一成功预示
着人们未来可能利用基因枪传送药物到人体内的特定部位，以取代传统的接种疫苗，并用
基因枪技术来治疗遗传病。
目前，科学家们正在研究的是胎儿基因疗法。如果现在的实验疗效得到进一步确证的
话，就有可能将胎儿基因疗法扩大到其它遗传病，以防止出生患遗传病症的新生儿，从而
从根本上提高后代的健康水平。
加快农作物新品种的培育
科学家们在利用基因工程技术改良农作物方面已取得重大进展，一场新的绿色革命近
在眼前。这场新的绿色革命的一个显著特点就是生物技术、农业、食品和医药行业将融合
到一起。
基因技术的突破使科学家们得以用传统育种专家难以想象的方式改良农作物。例如，
基因技术可以使农作物自己释放出杀虫剂，可以使农作物种植在旱地或盐碱地上，或者生
产出营养更丰富的食品。科学家们还在开发可以生产出能够防病的疫苗和食品的农作物。
基因技术也使开发农作物新品种的时间大为缩短。利用传统的育种方法，需要七、八
年时间才能培育出一个新的植物品种，基因工程技术使研究人员可以将任何一种基因注入
到一种植物中，从而培育出一种全新的农作物品种，时间则缩短一半。
基因工程自20世纪70年代兴起之后，经过二十多年的发展历程，取得了惊人的成绩，
特别是近十年来，基因工程的发展更是突飞猛进。基因转移、基因扩增等技术的应用不仅使
生命科学的研究发生了前所未有的变化，而且在实际应用领域——医药卫生、农牧业、食品
工业、环境保护等方面也展示出美好的应用前景。
基因工程与医药卫生
目前，基因工程在医药卫生领域的应用非常广泛，主要包括以下方面：
1.基因工程药品的生产：
许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往
十分昂贵。
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成
分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大
降低生产成本。
⑴基因工程胰岛素
胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，
100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。
将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规
模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!
⑵基因工程干扰素
干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！
其“珍贵”程度自不用多说。
基因工程人干扰素α-2b（安达芬） 是我国第一个全国产化基因工程人干扰素
α-2b，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。
⑶其它基因工程药物
人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类
的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。
基因工程药品是制药工业上的重大突破。
目前用基因诊断方法已经能够检测出肠道病毒、单纯疱疹病毒等许多种病毒。
基因工程与农牧业、食品工业
基因工程在农牧业生产上的应用主要是培育高产、优质或具有特殊用途的动植物新品种。基
因工程在农业方面的应用主要表现在两个方面。首先，是通过基因工程技术获得高产、稳产
和具有优良品质的农作物。例如，用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。其次，
是用基因工程的方法培育出具有各种抗逆性的作物新品种。自然界中细菌的种类是非常多
的，在细菌身上几乎可以找到植物所需要的各种抗性，如抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、
抗干旱、抗高温等。如果将这些抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。
基因工程在畜牧养殖业上的应用也具有广阔的前景，科学家将某些特定基因与病毒DNA构
成重组DNA，然后通过感染或显微注射技术①将重组DNA转移到动物受精卵中。由这种受
精 卵发育成的动物可以获得人们所需要的各种优良品质，如具有抗病能力、高产仔率、高
产奶率和高质量的皮毛等。
在工业上，由于用微生物进行发酵生产要比在大田中进行农牧业生产具有许多优越性，
因而它已成为农牧业发展的一个远景方向。而要实现这一目标，基因工程将是最有效的手段。
例如，有人设想并正在试验将抗生素生产菌放线菌或霉菌的有关遗传基因转移至发酵时间更
短、更易于培养的细菌细胞中；将动物或人产胰岛素的遗传基因转移至酵母或细菌的细胞中；
将家蚕产丝蛋白的基因引入细菌细胞中；把人或动物产抗体、干扰素、激素或白细胞介素
（interleukin）等的基因转移至细菌细胞中；把不同病毒的表面抗原基因转移到细菌细胞中
以生产各种疫苗；用基因工程手段提高各种氨基酸发酵菌的产量；构建分解纤维素或木质素
以生产重要代谢产物的工程菌； 基因工程还可以为人类开辟新的食物来源。
基因工程与环境保护
基因工程的方法可以用于环境监测基因工程还可以用于被污染环境的净化。造成环境污染的
农药，并试图通过基因工程的方法回收和利用工业废物。凡此种种，都是一些可望取得成功
和发展前景十分光明的研究课题。
例如，目前用100000克胰脏只能提取3～4g胰岛素，而用“工程菌”进行发酵生产，则
只要用几升发酵液就可取得同样数量的产品。1978年，美国有两个实验室合作，使E．coli
产生大白鼠胰岛素的研究已获成功。接着，又报道了通过基因工程使E．coli合成人胰岛素
实验成功的消息。他们在实验室中曾将人胰岛素A、B两链的人工合成基因分别组合到E．coli
的不同质粒上，然后再转移至菌体内。这种重组质粒可在E．coli细胞内进行正常的复制和
表达，从而使带有A、B链基因的“工程菌”菌株分别产生人胰岛素的A、B链，然后再用人为
的方法，在体外通过二硫键使这两条链连接成有活性的人胰岛素。另外，在1977年，国外
已利用基因工程技术，使E．coli生产出一种名为生长激素释放因子“SRIH”的动物激素（一
种十四肽，能抑制其他激素的释放和治疗糖尿病等），它原来要从羊的脑下垂体中提取，宰
50万头羊也只能提取5mg的产品，而现在只要用10L发酵液就可获得同样的产量。
近年来，应用遗传工程获得这类产品的例子正与日俱增，尤其是多肽类物质，如脑啡肽（大
脑中的镇痛物质）、卵清蛋白（即“OV”，389肽）、干扰素（用于治疗病毒性感染）、胸腺
素α-1（有免疫援助因子的作用，可治疗癌症）、乙型肝炎疫苗和口蹄疫病毒疫苗等。我国
学者也急起直追，在脑啡肽、α-干扰素、γ-干扰素、人生长激素、乙型肝炎疫苗、含乙肝表
面抗原基因的牛痘病毒株以及青霉素酰化酶等的基因工程研究中，取得了一系列令人鼓舞的
成果。
（2）基因工程在农业上的应用基因工程在农业上应用的领域也十分广阔。有人估计，到本
世纪末，每年上市的植物基因工程产品的价值，相当于医药产品的十倍。几个主要的应用领
域包括：①将固氮菌的固氮基因转移到生长在重要作物的根际微生物或致瘤微生物中去，或
是干脆将它引入到这类作物的细胞中，以获得能独立固氮的新型作物品种。根据估算，利用
前一方法，其研究经费仅及通过常规方法发展氮肥工业以达到同样效果的二百分之一至二千分之一；而后一途径则更省事，其成本还不到上述的二千分之一；②将木质素分解酶的基因或纤维素分解酶的基因重组到酵母菌内，使酵母菌能充分利用稻草、木屑等地球上贮量极大并可永续利用的廉价原料来直接生产酒精，并可望为人类开辟一个取之不尽的新能源和化工原料来源；③改良和培育农作物和家畜、家禽新品种，包括提高光合作用效率以及各种抗性基因工程（植物的抗盐、抗旱、抗病基因以及鱼的抗冻蛋白基因）等。
基因工程的前景
从70年代起逐步建立起来的基因工程技术，使基因或一些具有特殊功能的DNA片段的分离变得十分容易。这些基因或特殊DNA片段的一级结构（即它们的核苷酸序列）的测定也是十分容易的，由基因的核苷酸序列去推测蛋白质的氨基酸残基的序列也变得轻易而举。利用计算机技术可以很容易的对推测出来的蛋白质进行高级结构的分析，可以对来自不同生物种类的基因序列进行同源性分析。所有这些方法或技术的广泛使用，不仅大大地推动了分子生物学的迅猛发展，而且也大大推动了生命科学各个分支领域的迅速发展。因此，基因工程技术的第一个重要应用领域就是大大的推动了科学理论研究的发展。
基因工程技术几乎涉及到人类的生存所必需的各个行业。比如将一个具有杀虫效果的基因转移到棉花、水稻等农作物种中，这些转基因作物就有了抗虫能力，因此基因工程被应用到农业领域；要是把抗虫基因转移到杨树、松树等树木中，基因工程就被应用到林业领域；要是把生物激素基因转移到支物中去，这就与渔业和畜牧业有关了；如果利用微生物或动物细胞来生产多肽药物，那么基因工程就可以应用到医学领域。
总之一句话，基因工程应用范围将是十分广泛的，其前景是巨大的。
物理学院基地班 李志超
200900100068
《基因工程的应用》出自：百味书屋
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