1、13基因工程的应用知识点一 植物基因工程硕果累累植物基因工程技术主要用于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。1抗虫转基因植物2.抗病转基因植物(1)植物的病原微生物:引起植物生病的微生物,主要有病毒、真菌和细菌等。(2)抗病基因种类抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。抗真菌基因:几丁质酶基因和抗毒素合成基因。(3)成果:抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。3抗逆转基因植物(1)抗逆基因举例:调节细胞渗透压的基因,使作物抗盐碱、抗干旱;鱼的抗冻蛋白基因,使作物耐寒;抗除草剂基因,使作
2、物抗除草剂。(2)成果:抗盐碱和抗干旱的烟草、耐寒的烟草和番茄、抗除草剂的大豆和玉米等。4利用转基因改良植物的品质成果举例基因工程操作方法转基因高赖氨酸玉米将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米转基因延熟番茄将控制番茄果实成熟的基因导入番茄转基因矮牵牛将与植物花青素代谢有关的基因导入矮牵牛转基因发光烟草、棉花将萤火虫合成荧光素和荧光酶的基因导入烟草、棉花基因工程育种和杂交育种的比较项目基因工程育种杂交工程育种原理异源DNA(基因)重组基因重组主要处理方法提装导检选(提取目的基因、装入载体、导入受体细胞、检测与鉴定目的基因、筛选出符合要求的新品种)杂交自交筛选(先通过两个具有不同优良性状的纯种杂交
3、得到F1,然后将F1自交,人工筛选出符合要求的新品种)优点可以定向改造生物性状,克服了远缘杂交不亲和的障碍,目的性强,科技含量高,可以培育出高产、优质或具有特殊用途的新品种使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上缺点技术操作复杂、繁琐,工作量大育种时间长应用转基因向日葵、转基因绵羊、转基因鲤鱼等用纯种高茎抗病小麦与矮茎不抗病小麦培育矮茎抗病小麦等【典题精练1】运用现代生物技术的育种方法,将抗菜青虫的Bt毒蛋白基因转入优质油菜中,培育出转基因抗虫油菜品种,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,提高油菜产量,减少农药使用量,保护农业生态环
4、境。根据以上信息,下列叙述正确的是()ABt毒蛋白基因的化学成分是蛋白质BBt毒蛋白基因中有菜青虫的遗传物质C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D转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物【解析】基因是携带遗传信息的DNA片段,A选项错误;Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌细胞内提取的,其表达产物是毒蛋白(属于有机物),毒蛋白能够杀死菜青虫,所以B、D选项错误,C选项正确。【答案】C解题归纳 基因工程的遗传学原理及优点基因工程的原理是基因重组。基因工程实现了不同生物之间基因的转移,从而克服远缘杂交不亲和的障碍,从而培育出一种全新的农作物品种,时间则大为缩短。【典题精练2】下列关于基因
5、工程的应用,说法不正确的是()A利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种可避免使用氮肥过多引起的环境污染B动物体内的基因也可导入植物体内并发挥作用C基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物D提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力,与调节渗透压的基因无关【解析】农业生产中大量施用氮肥、磷肥,往往造成水体富营养化,引起淡水“水华”、海洋“赤潮”现象的发生,造成水体恶化、环境污染。利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,可减少氮肥施用量,避免水体富营养化,在环保方面具有重要意义。将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草和番茄,能使其耐寒能力提高。提高作物抗盐碱和抗干旱的能力,与调节渗透压的基
6、因有关。【答案】D知识点二 动物基因工程和基因工程药物1动物基因工程的成果动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等方面显示了广阔的应用前景。种类目的基因实例提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼等改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中乳糖含量较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件具有乳腺生物反应器的转基因动物作器官移植供体的转基因动物抑制抗原决定基因表达的调节因子无免疫排斥反应的转基因克隆猪2.基因工程药物(1)概念:基因工程药物是指利用转基因的工程菌生产的药物。(2)原理:通过基因工程技术,使外源基因在工程菌
7、细胞内高效表达。(3)成果:人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等基因工程药物的开发生产。乳腺生物反应器1原理:利用基因工程技术,把动物的乳腺作为生产工具,使目的基因在其内表达,获得人类需要的生物产品。2操作过程:获取目的基因构建基因表达载体显微注射进入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎移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)。3优点:(1)产量高,且易收获目标产品,目标产品可以随乳汁分泌而排到动物体外;(2)产品质量好;(3)成本低;(4)从乳汁中提取产品,操作简单。4限制:受到了性别的限制,若能从动物尿液中提取目的基因产物则不会受性别限制。【典题精练3】上海医
8、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【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
9、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,只有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。【答案】D【典题精练4】英国科学家已经研究用动物的器官作为人类器官移植的来源。科学家发现猪的内脏器官与人的内脏器官大小、形态均差不多,他们从20世纪80年代就开始研究,研究的重点是改造猪细胞膜。(1)猪细胞膜的基本结构和人细胞膜的基本结构是相同的,但其上的_和人细胞膜中的有很大差异。(2)改造猪细胞膜主要通过_技术进行。【解析】细胞膜上的蛋白质(或糖蛋白
10、)具有种的差异性,改造猪的细胞膜的结构和功能可用基因工程技术。【答案】(1)蛋白质(或糖蛋白) (2)基因工程知识点三 基因治疗1原理:利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法,即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。2过程:3途径:基因诊断与基因治疗的比较项目方 法备注基因诊断制作相应探针,利用DNA分子杂交原理,快速、准确检测人类某种疾病临床应用阶段基因治疗把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法仅处于初期的临床试验阶段,仍有许多问题和困难制约该技术的发展【典题精练5】腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺
11、陷病,对患者进行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。下列有关叙述中,正确的是()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淋巴细胞需在体外培养至能无限增殖时再注入患者体内,保证患者体内有足量的携带正常基因的淋巴细胞D体外培养淋巴细胞时可以通过显微注射技术将正常的ADA基因直接注入淋巴细胞【解析】正常ADA基因并没有替换患者的缺陷基因,而是通过表达ADA来改善患者的免疫功能,A错误、B正确;淋巴细胞需在体外培养至一定数量(而非能无限增殖,无限增殖是癌细胞的特点)时再注入
12、患者体内,保证患者体内有足量的携带正常基因的淋巴细胞,C错误;采用显微注射法将正常ADA基因注入患者的淋巴细胞时需要先构建基因表达载体,D错误。【答案】B解题归纳 正常基因没有改变病变基因的表达途径在基因治疗的过程中,正常基因、病变基因都可以表达,由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达,使病人表现正常,最终达到治疗疾病的目的。【典题精练6】科学家们对一位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白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白细胞中,再将这些转基因白细胞转入患者体内,经过多次治疗,患者的免疫功能趋于正常。(
13、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。(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)将转基因白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这些转基因白细胞能合成_。(4)人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因相比,其主要差别是_。【解析】本题综合考查基因治疗的知识,解题时应注意提取题干中的信息,并了解基因治疗的过程。基因治疗就是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,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)导入白细胞中,目的基因在受体细胞中经
14、过转录和翻译,表达产生腺苷酸脱氨酶。人的不同基因所含有的脱氧核苷酸的排序是不同的。【答案】(1)外源基因 基因缺陷 (2)载体 腺苷酸脱氨酶基因 白细胞 (3)腺苷酸脱氨酶 (4)脱氧核苷酸的排序不同一、选择题1下列有关基因工程的应用中,对人类不利的是(C)A制造“工程菌”用于药品生产B制造“超级菌”分解石油、农药C重组DNA诱发受体细胞基因突变D导入外源基因替换缺陷基因解析:在一般情况下,基因突变是不定向的,且大多是有害的,很可能引起另一种新的疾病。2基因工程在诊断遗传病上的发展尤为迅速,目前可以对几十种遗传病进行快速诊断,所采用的方法是(C)A基因工程生产药物B导入正常基因C合成DNA探针
15、D用“工程菌”治疗疾病解析:DNA探针、基因探针技术可用于疾病诊断和环境监测。3下列关于基因工程成果的概述,不正确的是(A)A医药卫生方面,主要用于诊断治疗疾病B在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物C在畜牧养殖业上培育出了体型巨大、品质优良的动物D在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化解析:基因工程在医药卫生方面的应用,主要是用于生产药物。4下列关于基因治疗的说法正确的是(C)A基因治疗只能治疗一些传染病,如艾滋病B基因治疗的主要方法是让患者口服一些健康的外源基因C基因治疗的主要原理是引入健康基因并使之表达D基因治疗在发达国家已成为一种常用的临床治疗手段解析:基因
16、治疗是指将健康基因导入有缺陷的细胞内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。基因治疗不能治疗传染病。5科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a,通过基因工程的方法,将基因a转到马铃薯中,经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。这一过程涉及(A)A目的基因进入受体细胞后,随着马铃薯的DNA分子的复制而复制并传给子代细胞B基因a导入成功后,将抑制细胞原有的新陈代谢,开辟新的代谢途径C目的基因不需要整合到马铃薯的DNA分子中D目的基因来自细菌,可以不需要载体直接导入受体细胞解析:植物基因工程中,导入的外源基因需在载体的协助下整合到受体细胞的染色体的DNA上,才能稳定遗传给下一代。
17、6下列关于应用基因工程技术治疗人类遗传病的叙述,不正确的是(B)A基因治疗可以有效地改善患者生理状况,其操作对象是基因B进行基因治疗时,基因的受体细胞是受精卵C基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因进行改造D基因治疗时可只向患者部分细胞内输入正常基因解析:基因工程操作的动物受体细胞一般为受精卵,但基因治疗时,不用对全部体细胞发挥作用,受体细胞不是受精卵,而是部分体细胞。基因治疗不是对缺陷基因的改造,而是将正常基因导入受体细胞,从功能上“覆盖”缺陷基因的表达。7人们试图利用基因工程的方法,用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程为甲生物的蛋白质mRNA,目的基因,与质粒重组,导入乙生物的细胞
18、,获得甲生物的蛋白质。下列说法正确的是(B)A过程需要的酶是逆转录酶,原料是A、U、G、C 4种碱基B过程中要用限制酶切断质粒,再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起C如果受体细胞是动物细胞,过程可以用农杆菌转化法D过程不需要核糖核苷酸解析:过程表示以mRNA为模板逆转录合成DNA的过程,需要逆转录酶的参与,原料是4种游离的脱氧核苷酸,A错误;过程表示基因表达载体的构建过程,要先用限制酶切割质粒,再用DNA连接酶把目的基因和质粒连接成重组质粒,B正确;将目的基因导入动物细胞最常用且最有效的方法是显微注射法,农杆菌转化法用于将目的基因导入植物细胞,C错误;过程包括转录和翻译,转录所用的原料包
19、括四种核糖核苷酸,D错误。二、非选择题8干扰素是治疗癌症的药物,成分是一种糖蛋白,它必须从血液中提取,每升人血只能提取0.05 g,所以价格昂贵。现在美国加利福尼亚的基因公司用如下图的方式生产干扰素,试分析原理和优点。(1)从人的淋巴细胞中取出干扰素基因,使它同质粒相结合,然后移植到酵母菌体内,让酵母菌合成干扰素。(2)酵母菌能用出芽生殖方式繁殖,速度很快,能大量生产干扰素,不但提高了产量,也降低了成本。(3)有人尝试将干扰素基因与大肠杆菌的质粒重组,转入大肠杆菌体内后,形成“工程菌”,此种操作能制备到干扰素吗?不能,请说明理由:大肠杆菌是原核生物,无内质网、高尔基体等细胞器,无法合成糖蛋白。
20、(4)中国青年科学家陈炬成功地把人的干扰素基因移植到烟草的DNA分子上,使烟草获得了抗病毒的能力,试分析:人的基因之所以能接到植物体内,其物质基础是DNA结构基本相同。烟草有了抗病能力,这表明烟草体内产生了干扰素。这个事实说明,人和植物共用一套遗传密码,蛋白质合成方式基本相同。解析:(1)通过基因工程构建“工程菌”的方法是:从淋巴细胞中取出干扰素基因,与质粒结合形成重组质粒,并通过相应的检测与鉴定得到相应的酵母菌,然后通过培养该酵母菌,使之合成大量干扰素。(2)酵母菌能进行出芽生殖,迅速繁殖菌体,同时也能大量产生干扰素。(3)由于大肠杆菌是原核生物,无内质网、高尔基体等细胞器,无法合成糖蛋白,
21、因此通常不用来制备干扰素。(4)基因工程的理论基础:由于不同生物的DNA结构基本相同,不同生物能进行基因的移接;同时由于所有生物共用一套遗传密码,因此蛋白质合成方式基本相同,烟草体内可以产生干扰素。9青蒿素是治疗疟疾的重要药物。研究人员已经弄清了青蒿细胞中青蒿素的合成途径(如图中实线方框内所示),并且发现酵母细胞也能够产生合成青蒿素的中间产物FPP(如图中虚线方框内所示)。结合所学知识回答下列问题:(1)疟疾俗称“打摆子”,是由疟原虫引起的疾病。当疟原虫寄生在人体中时,会引起人的免疫反应,使T细胞产生淋巴因子。同时B细胞在淋巴因子的作用下增殖分化成浆细胞,产生抗体。(2)根据图示代谢过程,科学
22、家在培育能产生青蒿素的酵母细胞过程中,要向酵母细胞中导入的基因是ADS酶基因,具体操作中可利用DNA分子杂交技术检测转基因生物的DNA上是否插入目的基因。(3)构建基因表达载体时,用不同类型的限制性核酸内切酶(限制酶)切割DNA后,可能产生黏性末端,也可能产生平末端。(4)实验发现,酵母细胞中导入相关基因后,该基因能正常表达,但酵母细胞合成的青蒿素仍很少,根据图解分析原因可能是酵母细胞中部分FPP用于合成固醇。解析:(1)当疟原虫寄生在人体中时,它作为抗原会引起人的免疫反应,使T细胞产生淋巴因子。同时B细胞在淋巴因子的作用下增殖分化成浆细胞,产生抗体。(2)培育能产生青蒿素的酵母细胞属于基因工
23、程,酵母细胞为受体细胞,向酵母细胞中导入的基因为目的基因,即ADS酶基因,具体操作中可利用DNA分子杂交技术检测转基因生物的DNA上是否插入目的基因。(3)构建基因表达载体时,用不同类型的限制酶切割DNA后,可能产生黏性末端,也可能产生平末端。(4)由题图可知,可能是因为酵母细胞中部分FPP用于合成固醇,因此将相关基因导入酵母细胞后,即使该基因能正常表达,酵母细胞合成的青蒿素仍很少。旁栏思考题P21假如某位心脏病人换上了经过改造的猪的心脏,在生活中他会遭到歧视吗?提示可能会遭到他人歧视,但从道德上讲是不应该受到歧视的(答案具有开放性,合理即可)。旁栏思考题P22我国生产的基因工程药物还有哪些?
24、请查阅资料或上网查询。提示品名研制单位生产单位1人1b干扰素中国预防医学科学院等深圳科兴生物制品有限公司(赛若金)2人2b干扰素卫生部长春生物制品研究所3人2b干扰素长春生物制品研究所苏州新良药厂4人干扰素上海生物化学研究所上海克隆生物高技术有限公司等5人粒细胞集落刺激因子(rhGCSF)中国预防医学科学院北海方舟基因重组制药公司6组织纤溶酶原激活剂(tPA)北京医科大学南京赛尔生物工程研究所7链激酶(rSK)上海医科大学上海实业医大生物技术有限公司8乙肝疫苗(CHO,痘苗病毒)长春生物制品研究所旁栏思考题P23针对这一实例,你能提出什么问题吗?提示该女童长大后产生的后代情况怎样?免疫力如何?思考与探究P25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。提示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若用常规方法有些是难以生产的,有些生产成本过高。