1、第1页13 基因工程的应用 第2页目标定位重点突破1.了解基因工程的应用及取得的成果2利用列表等学习方法，了解相关目的基因，同时关注基因工程的进展3认同基因工程的应用，促进生产力的提高1.掌握基因工程的应用及取得的丰硕成果(重点)2了解基因工程的进展3掌握基因工程在农业和医疗等方面的应用(难点)4掌握基因治疗和基因检测(重、难点)第3页自 主 学 习 第4页一、植物基因工程硕果累累(阅读 P1719)植物基因工程技术主要用于提高农作物的_能力，改良农作物的品质和利用植物生产_等方面。1抗虫转基因植物(1)方法：从某些生物中分离出具有_，将其导入作物中。第5页(2)目的基因：Bt 毒蛋白基因、_
2、抑制剂基因、_抑制剂基因、植物凝集素基因等。(3)成果：转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等。(4)意义：减少_的使用，降低生产成本，减少环境污染，降低对人体健康的危害。第6页2抗病转基因植物(1)引起植物生病的微生物称为_，主要有病毒、真菌和细菌等。(2)目的基因：病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因。(3)意义：能够获得杂交育种无法获得的_。第7页3抗逆转基因植物抗逆基因作用成果调节细胞渗透压基因改变细胞内渗透压，提高_、_能力抗盐、抗旱烟草_基因提高耐寒能力耐寒番茄抗除草剂基因抗除草剂抗除草剂玉米第8页4.利用转基因改良植物的品质(1)应用范围：可以提高植物中氨基酸的
3、含量、延长储存时间、改变花色等，从而提高作物品质。(2)提高氨基酸含量和种类的方法：将某些氨基酸含量多的_导入植物；改变氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，提高氨基酸的含量。第9页二、动物基因工程前景广阔(阅读 P2021)动物基因工程应用的几个方面 项目基因来源或处理成果提高动物的生长速度外源_基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品的品质_基因转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少转基因动物生产药物药用_基因_蛋白基因的启动子乳腺生物反应器转基因动物作_的供体抑制或除去_结合_培育出没有_的转基因克隆猪器官 第10页三、基因工程药物异军突起(阅读 P2122)1工程菌 用_的方法，使_得到高效率表达的菌
4、类细胞株系一般称为工程菌。2利用工程菌生产的药物包括_、_、疫苗、激素等。第11页3干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种_。由于干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，因此它是一种_的特效药。第12页四、基因治疗曙光初照(阅读 P2324)1概念 把_导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。第13页2方法(1)体外基因治疗：从病人体内获得_，进行培养，在体外完成_，筛选出成功转移的细胞_，最后重新_。(2)体内基因治疗：直接向人体组织细胞中_。第14页3实质 正常基因的表达掩盖病变基因的表达，达到治疗疾病的目的。4成果 将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的_中，治疗复合型免
5、疫缺陷症。第15页自我校对一、抗逆 药物 1.(1)杀虫活性的基因(2)蛋白酶 淀粉酶(4)农药 2.(1)病原微生物(3)抗病毒的新品种 3.抗盐碱 抗干旱 抗冻蛋白 4.(2)蛋白质编码基因二、生长激素 肠乳糖酶 蛋白 乳腺 器官移植 抗原决定基因 克隆技术 免疫排斥反应第16页三、1.基因工程 外源基因 2.细胞因子 抗体 3.糖蛋白 抗病毒四、1.正常基因 2.(1)某种细胞 基因转移 扩增培养 输入患者体内(2)转移基因 4.淋巴细胞第17页课 堂 探 究 第18页考点一 植物基因工程的应用项目抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质目的基因Bt 毒蛋白基因
6、、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因病 毒 外 壳 蛋白基因、病毒的 复 制 酶 基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因 调 节 细 胞 渗透压的基因；抗 冻 蛋 白 基 因(从 鱼 体 内 获取)；抗除草剂基因含必需氨基酸较多的蛋白质编码基因；控制番茄果实成熟的基因；与植物花青素代谢有关的基因第19页作用抗虫：Bt 毒蛋白水解成有毒的多肽，多肽与昆虫的肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解死亡；蛋白酶抑制剂和淀粉酶抑制剂分别抑制相应酶活性，影响昆虫消化蛋白质和淀粉；植物凝集素基因控制合成一种糖蛋白，此糖蛋白能与昆虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响营养物质的吸收和利
7、用前两种为抗病毒基因，后两种为抗真菌基因通过改变细胞内渗透压，提高抗盐碱、抗干旱能力；提高耐寒能力；提高抗除草剂能力控制合成的蛋白质含必需氨基酸多；延迟番茄成熟；改变花瓣的颜色受体生物棉花(抗虫)、水稻(抗虫)等烟 草(抗 病毒)、小 麦(抗病毒)烟草(抗干旱、抗盐 碱)，番 茄(抗寒)，大豆、玉米(抗除草剂)玉 米(富 含 赖 氨酸)、番茄(延长成熟)、矮牵牛(颜色改变)等第20页1转基因抗虫棉的目的基因是什么？是从哪种生物获取的？抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？【提示】Bt 毒蛋白基因，是从苏云金芽孢杆菌体内提取出来的。不能，因为抗虫基因具有专一性。第21页2从环境保护角度出发，分析转基因抗
8、虫棉与普通棉相比，在害虫防治方面有哪些优越性？【提示】减少化学农药的使用量，降低环境污染。第22页某重点实验室课题研究组欲将一种野生杂草的抗倒伏基因转给一种双子叶农作物；该农作物含有高茎基因，植株过高容易倒伏，科学家欲通过基因工程操作抑制高茎基因的表达。结合所学知识回答下列问题：(1)该课题研究组已经获得了抗倒伏基因，欲体外大量扩增该目的基因需采用_技术，该技术的基本反应过程为双链DNA 受热_后解聚为单链，_与单链相应互补序列结合，然后在_DNA 聚合酶的作用下进行_。第23页(2)基因工程操作的核心是_。本研究中，欲将目的基因转入受体细胞，常采用_法。(3)科学家将高茎基因的_基因转入受体
9、细胞，该基因转录出的 mRNA 能够与高茎基因转录出的 mRNA 互补结合，形成双链 RNA，抑制高茎基因的表达。第24页【解析】(1)体外扩增目的基因可采用 PCR 技术，其过程为双链 DNA 受热变性后解聚为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在 Taq DNA 聚合酶的作用下进行延伸。(2)基因工程操作的核心步骤是基因表达载体的构建。将目的基因转入植物细胞常用农杆菌转化法。(3)高茎基因的反义基因转录出的 mRNA能够与高茎基因转录出的 mRNA 互补结合，形成双链 RNA，抑制高茎基因的表达。【答案】(1)PCR 变性 引物 Taq(或热稳定性)延伸(2)基因表达载体的构建 农杆菌转
10、化(3)反义第25页【变式训练 1】运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的 Bt 毒蛋白基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害。根据以上信息，下列叙述错误的是()A转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有 Bt 毒蛋白基因及该基因稳定表达B目的基因的受体细胞可以是油菜受精卵，也可以是体细胞第26页C转基因抗虫油菜的种植过程中减少了农药等的使用量，降低了生产成本D转基因抗虫油菜种植时，菜青虫不会产生抗性，这样可以彻底消灭菜青虫第27页【解析】将 Bt 毒蛋白基因转入油菜中，Bt 毒蛋白基因在油菜
11、中表达，从而可产生对菜青虫有毒性作用的蛋白质；获得转基因植物时，可将目的基因导入植物的受精卵中，也可将其导入植物的体细胞中，经植物组织培养技术获得转基因植株；转基因抗虫油菜能大大减轻菜青虫对油菜的危害，这样在增加产量的同时，又减少了对农药等的使用，降低了生产成本；转基因抗虫植物在种植时，害虫在食用后会大量死亡，但同时会使害虫的抗性不断加强，因此不能彻底地消灭害虫。【答案】D第28页考点二 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别乳腺生物反应器与工程菌生产药物的辨析 比较内容乳腺生物反应器工程菌含义指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白指用基因工程的方法，使外源基因得
12、到高效表达的菌类细胞株系基因结构哺乳动物基因结构与人类的基因结构基本相同细菌和酵母菌等生物的基因结构与人类的基因结构有较大差异基因产物合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌合成的药物蛋白可能没有生物活性第29页受体细胞 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生产条件不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取 从动物乳汁中提取从微生物细胞或其培养液中提取生产设备 畜牧业生产，提取设备工业生产，设备精良 第30页【易错必明】基因工程应用的四个易混点(1)动物基因工程的目的不仅是为了培育体型巨大的动物，更重要的是
13、改良畜产品的品质或者是利用转基因动物生产药物。(2)高产青霉菌是通过诱变育种产生的，其原理为基因突变，而不是通过基因工程改造的工程菌。第31页(3)乳腺生物反应器的操作过程中，构建基因表达载体时，目的基因首端要连接乳腺蛋白基因的启动子，否则目的基因在乳腺上皮细胞中不能转录。构建好的基因表达载体导入受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体细胞均含有目的基因(如药用蛋白基因)，但其只在乳腺上皮细胞中表达。(4)与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器的优点是可从动物一出生就可以收集产物，不论动物的性别和是否正处于哺乳期。膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、
14、高效。第32页为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择哪种细胞作为受体细胞？试分析原因。【提示】受精卵。受精卵体积较大，操作较容易，含营养物质丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因，全能性较高。第33页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一定进展。最近，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。请回答下列问题：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是_。第34页(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_。(3)通常采用_技术检测外源基因是否插入小鼠的基因组中。(4)在研
15、制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_细胞中特异性表达。第35页【解析】在基因工程中，若受体细胞是动物细胞，常采用显微注射法导入目的基因。若使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，作为受体细胞的通常是受精卵，因为受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。检测目的基因是否插入受体细胞的基因组，通常采用 DNA 分子杂交技术。第36页【答案】(1)显微注射法(2)受精卵 受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达(3)DNA 分子杂交(4)膀胱上皮第37页【变式训练 2】下列有关动物基因工程的说法，错误的是()A将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速
16、度B将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低C利用基因工程技术，得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要药品的生产问题D用转基因动物作为器官移植的供体时，由于导入的是调节因子，而不是目的基因，因此无法抑制抗原的合成第38页【解析】用转基因动物作为器官移植的供体时，可将某种调节因子导入器官供体基因组，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器官。【答案】D第39页考点三 基因治疗1基因治疗的概念 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。基因治疗是治疗遗传病的最有效的手段
17、。第40页2过程 第41页3途径 途径比较体外基因治疗体内基因治疗方法从患者体内获得某种细胞体外完成基因转移筛选、细胞扩增输入体内直接向患者体内组织细胞中转移基因不同点特点操作复杂，但效果可靠方法较简单，但效果难以控制相同点都属于基因治疗，都是将外源基因导入靶细胞，使该基因的表达掩盖缺陷基因的表达，目前两种方法都处于临床试验阶段 第42页【易错必明】基因治疗的三个结论(1)基因治疗并非把功能正常的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能体细胞中。(2)基因治疗是利用正常基因在缺陷细胞中表达，替代缺陷基因的功能，而非替代缺陷基因本身，即原来细胞中的缺陷基因没有被清除或改变。(3)基因治疗
18、目前还处于临床试验阶段。可以说，在没有完全解释人类基因组的运转机制，充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前，进行基因治疗是十分困难的。第43页基因治疗的实质是利用外源基因替换了原基因本身，还是代替了原基因的功能？治疗后的性状能否遗传给后代？【提示】基因治疗的实质是利用外源基因代替了原基因的功能。基因治疗只是改变了病人体细胞的遗传物质，所以恢复的正常性状不会遗传给子女。第44页人外周血单核细胞能合成白细胞介素 2(IL2)。该蛋白可增强机体免疫功能，但在体内易被降解。研究人员将 IL2 基因与人血清白蛋白(HSA)基因拼接成一个融合基因，并在酵母菌中表达，获得具有 IL2 生理功能且不易降解的
19、 IL2HSA 融合蛋白，其技术流程如图所示。请回答下列问题：第45页(1)培养人外周血单核细胞的适宜温度为_，图中表示_过程。(2)表达载体 1 中的位点_应为限制酶 Bgl的识别位点，才能成功构建表达载体 2。(3)表达载体 2 导入酵母菌后，融合基因转录出的 mRNA 中，与 IL2 蛋白对应的碱基序列不能含有_(填“起始”或“终止”)密码子才能成功表达出 IL2HSA 融合蛋白。(4)应用_杂交技术可检测酵母菌是否表达出 IL2HSA 融合蛋白。第46页【解析】(1)人体的体温是 37 左右，因此培养人体细胞的最适温度为 37 左右。由 mRNA 合成 cDNA 的过程是逆转录(反转录
20、)过程。(2)根据图解可知，目的基因的两端分别是由限制酶 EcoR、Bgl切割的，一般用同一种限制酶切割才能形成相同的黏性末端或平末端，表达载体 1 中具有 EcoR的识别位点，位点 a 应为限制酶 Bgl的识别位点，才能成功构建表达载体 2。(3)融合基因转录出的 mRNA 中，与 IL2 蛋白对应的碱基序列不能含有终止密码子，否则 HSA 蛋白将无法合成。(4)抗原、抗体的结合具有特异性，采用抗原抗体杂交技术可以迅速检测出酵母菌是否表达出 IL2HSA 融合蛋白。第47页【答案】(1)37 反(或逆)转录(2)a(3)终止(4)抗原抗体第48页【变式训练 3】腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷
21、症是一种免疫缺陷病，对患者采用基因治疗的方法是：取出患者的淋巴细胞，进行体外培养时转入正常 ADA 基因，再将这些淋巴细胞注入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。下列有关叙述，错误的是()A正常 ADA 基因替换了患者的缺陷基因B正常 ADA 基因通过控制 ADA 的合成来影响免疫功能C淋巴细胞需在体外扩增后再注入患者体内D腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病第49页【解析】基因治疗是将正常的基因导入有基因缺陷的细胞中，正常的 ADA 基因可以控制合成正常的 ADA 来影响免疫功能；为获得大量含 ADA 正常基因的淋巴细胞，需在体外扩增后再注入患者体内；腺苷酸脱氨酶(ADA
22、)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病。【答案】A第50页随 堂 训 练 第51页1下列有关转基因植物的说法错误的是()A科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因，来提高作物的抗盐碱和抗旱的能力B由于抗虫棉可以抵抗一切危害棉花植株的害虫，所以抗虫棉已经推广应用C科学家往往将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，以提高农作物的营养价值D引起植物生病的病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等第52页答案 B解析 由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压的调节有关，所以目前科学家正在利用调节细胞渗透压的基因来提高农作物的抗盐碱和抗干旱的能力；转基因抗虫棉只是对棉铃虫有较强的抗性，并不是针对所有害虫；人体
23、自身不能合成必需氨基酸，所以在改良植物品质上，科学家更重视提高必需氨基酸的含量。第53页2利用基因工程技术将鱼的抗冻蛋白基因导入番茄，试图培育出耐寒能力强的番茄。下列相关说法错误的是()A可用 PCR 技术或逆转录法获得抗冻蛋白基因B将抗冻蛋白基因与相应载体连接构建基因表达载体C利用农杆菌转化法将基因表达载体导入受体细胞D检测到番茄细胞中具有抗冻蛋白基因，培育出的番茄一定具有抗寒能力第54页答案 D解析 获取目的基因的方法包括：从基因文库中获取、采用PCR 技术体外扩增、人工合成(如逆转录法)。在培育转基因番茄的过程中，需要将抗冻蛋白基因与相应载体连接构建基因表达载体，再导入受体细胞；将目的基
24、因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法；番茄细胞中具有抗冻蛋白基因，但不一定能表达出该性状。第55页3下列实践活动包含基因工程技术的是()A水稻 F1 花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种B抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦C将含抗病基因的重组 DNA 导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株D用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆第56页答案 C解析 基因工程技术是按照人们的意愿，进行严格的设计，通过体外 DNA 重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。进行体外 DNA 重组、转基因、植物组
25、织培养等技术，得到新的抗病植株，C 项符合题意；进行花药离体培养，属于植物组织培养技术，A 项不符合题意；抗虫小麦与矮秆小麦杂交，得到抗虫矮秆小麦，属于基因重组技术，不涉及基因工程技术，B 项不符合题意；射线照射使得基因结构发生改变属于基因突变，不涉及基因工程技术，D 项不符合题意。第57页4上海医学研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高 30 多倍。以下与此有关的叙述正确的是()A“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物B“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因第58
26、页C只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白第59页答案 D解析 转基因动物是指细胞中被转入了外源基因的动物，而不是指出现新基因的动物，如发生基因突变可能会出现新基因，但发生了基因突变的动物不叫转基因动物；“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白，而不是含有更多的人白蛋白基因；转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但由于基因的选择性表达，在肌肉细胞中该基因不表达，只能在牛乳腺细胞中表达并分泌到乳汁中，因而只能在转基因牛乳汁中获取人白蛋白。第60页5科学家们对
27、一位由于缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患复合型免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的淋巴细胞取出进行体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的淋巴细胞中，再将这些转基因淋巴细胞转入患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。(1)基因治疗是把健康的_导入有_的细胞中，以达到治疗疾病的目的。第61页(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的_。此基因工程中的目的基因是_，目的基因的受体细胞是_。(3)将转基因淋巴细胞多次转入患者体内后，患者的免疫功能趋于正常，是由于淋巴细胞中能合成_。(4)人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因的主要差别是_。第62页答案(1)外源基因 基因缺陷(2)载体(或基因的运载工具)腺苷酸脱氨酶基因 淋巴细胞(3)腺苷酸脱氨酶(4)脱氧核苷酸的排列顺序不同第63页解析 基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，以达到治疗疾病的目的。逆转录病毒的作用是作为载体，将目的基因(腺苷酸脱氨酶基因)导入淋巴细胞中，目的基因在受体细胞中经过转录和翻译产生腺苷酸脱氨酶。人的不同基因所含有的脱氧核苷酸的排列顺序是不同的。第64页请做：限时规范训练（三）
