1、13 基因工程的应用学 习 目 标知 识 体 系1.举例说出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.了解基因工程在农业和医疗等方面的应用。(难点)01 探新知 自主梳理02 破重难 讲练互动03 固双基 当堂达标04 课后 巩固提升一、植物基因工程硕果累累1植物基因工程的应用领域(1)提高农作物的。(2)改良。(3)利用植物。抗逆能力农作物的品质生产药物2抗虫转基因植物(1)方法：将从某些生物中分离出的具有，导入农作物中，使其具有抗虫性。(2)目的基因：、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。(3)意义：减少的使用，降低生产成本，减轻对环境的污染。杀
2、虫活性的基因Bt毒蛋白基因化学农药3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)目的基因抗病毒：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌：几丁质酶基因和抗毒素合成基因。(3)意义：能够获得杂交育种无法获得的。病原微生物抗病毒新品种4抗逆转基因植物(1)原理：干旱和盐碱对农作物的危害与有关。(2)目的基因：调节细胞渗透压的基因。(3)成果：抗盐抗旱烟草、抗寒番茄、耐除草剂玉米等。细胞内渗透压调节5利用转基因技术改良植物品质(1)途径一：直接导入控制该性状的。例如，将导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米。(2)途径二：导入与该性状有关的或改变关键酶的活性。例如：
3、将导入番茄，获得转基因延熟番茄；将导入矮牵牛，获得变异花色的转基因矮牵牛。结构蛋白编码基因富含赖氨酸的蛋白质编码基因某种酶的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二、动物基因工程前景广阔项目应用基因来源或处理成果提高动物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克隆技术培育出没有的转基因克隆猪器官生长激素肠乳糖酶蛋白乳腺器官移植抗原决定基因免疫排斥反应三、基因工程药物1来源：。2成果：细胞因子、激素等。3作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、各种传
4、染病、类风湿等疾病。转基因工程菌抗体疫苗遗传病糖尿病四、基因治疗曙光初照1概念：把导入病人体内，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。3实质：正常基因的表达掩盖的表达，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，治疗复合型免疫缺陷症。正常基因某种细胞基因转移扩增培养输入患者体内转移基因病变基因淋巴细胞预习小测1想一想我国西北地区的气候主要特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食的减产？提示：可
5、以用基因工程技术培育抗旱作物，适应干旱环境。2判一判(1)世界转基因作物种植面积最大的是水稻。()(2)来自苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因只能应用于棉花。()(3)转基因生物的目的基因来自不同的物种，可见，基因工程可以打破物种间的生殖隔离。()(4)科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，导入动物的乳腺细胞，即可培育出生产药物乳汁的转基因动物。()(5)基因治疗分为体外基因治疗和体内基因治疗，目前体内基因治疗效果最可靠。()提示：重组Ti质粒 目的基因探究主体 1 三种转基因生物的生产过程问题情境 1.完善转基因植物生产过程图解2完善转基因动物生产过程图解(以转基因牛生
6、产过程为例)提示：受精卵3完善转基因微生物生产过程图解(以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例提示：重组质粒 干扰素1转基因作物中的目的基因(1)目的基因都是来自其他生物的能表现出优良性状的外源基因，并不都是来自细菌、病毒等微生物，如抗冻蛋白基因来自鱼类。(2)有的目的基因通过控制蛋白质的合成，直接控制生物的某种性状，这反映了基因与性状的直接关系；有的目的基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物的性状，这体现的是基因和性状的间接关系。(3)注意“抗虫”和“抗病”的区别，二者可以分别通过害虫接种和病毒接种来进行个体水平的检测。2基因工程应用中的“abcd”a：一个目的基因。b：两种工具酶，两种
7、末端，两个基因(目的基因和标记基因)。c：三种工具，三种受体细胞，转基因植物三种转化方法，分子检测的三个方面。d：四个步骤，基因表达载体的四个组成元件，检测的四个方面。1北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，下列有关叙述正确的是()A过程是获取抗冻基因的过程，用到的酶只有限制酶B在重组质粒上，抗冻基因首端和末端一定具有启动子和终止子，启动和终止翻译的进程C过程用到的质粒是农杆菌的Ti质粒，要将重组质粒转入农杆菌才能进行筛选D根据抗冻基因制作的DNA探针，可以用来检测转基因抗冻番茄植株中目的
8、基因的存在解析：据题图可知，该转基因技术操作中，获取目的基因的方法是利用抗冻基因(目的基因)的mRNA进行人工化学合成，需要的酶是逆转录酶和限制酶，A项错误；目的基因首端和末端的启动子和终止子均是DNA片段，分别启动和终止转录的进程，B项错误；重组质粒转入农杆菌的目的是通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄细胞中，C项错误；检测目的基因是否导入受体细胞，通常是用DNA探针进行检测，即DNA分子杂交技术，D项正确。答案：D2干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5 g，所以价格昂贵。美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素。从如图所示方式中可以看出，该公司生
9、产干扰素运用的方法是()A个体间的杂交 B基因工程C细胞融合D器官移植解析：该过程将淋巴细胞中的干扰素基因转移到酵母菌中，并使其成功表达，是转基因技术。答案：B提示：乳腺蛋白基因 受精卵 将胚胎送入母体动物 雌性探究主体 2 乳腺(房)生物反应器与基因治疗问题情境 1.完善乳腺生物反应器的操作过程2完善下面体外基因治疗过程提示：正常 正常基因1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含义指让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，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系受体基因结构与人类基因结构差异动物基因结构与人类的基因结构基
10、本相同细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异基因表达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活性比较内容乳腺生物反应器工程菌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2.与基因治疗有关的两个比较(1)体外基因治疗与体内基因治疗的比较 途径比较体外基因治疗体内基因治疗不同点操作复杂，但效果可靠方法较简单，但效果难以控制相同点都是将外源基因导入靶细
11、胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于初期临床试验阶段(2)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，达到治疗疾病的目的仅处于初期的临床试验阶段易错警示(1)基因治疗时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，只是正常基因的表达掩盖了病变基因控制的性状，使病人表现正常，最终达到治疗疾病的目的。(2)用于基因治疗的基因种类：从健康人体分离得到正常的基因、反义基因、编码可以杀死癌细胞的蛋白酶基因。(3)由于正常基因只是导入某些功能细
12、胞中，且是体细胞，所以获得的性状不会遗传给下一代。1动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。大致过程如图所示：下列有关说法，错误的是()A通过形成的重组质粒除了具有人的药用蛋白基因之外，还要有启动子、终止子和标记基因B通常采用农杆菌转化法C在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物D该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取解析：要让药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药物
13、的乳汁，重组质粒上必须具有人的药用蛋白基因、启动子和终止子等调控组件，A项正确；转基因动物通常利用的受体细胞是受精卵，采用显微注射技术，B项错误；只有转基因母牛到达泌乳期，乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因，乳汁中才会含有药物，C项正确；从乳汁里提取药物，优点突出，使动物本身成为“批量生产药物的工厂”，D项正确。答案：B2单纯疱疹病毒胸苷激酶(HSVTK)基因是最常用的“自杀”基因，其编码的胸苷激酶将原先对细胞无毒或毒性较低的药物前体转化为毒性较强的活性药物，以达到杀死肿瘤细胞的目的。下图所示为HSVTK基因导致的“自杀”原理，下列分析错误的是()A肿瘤细胞的形成是原癌基因选择性表达的结果B肿
14、瘤细胞的“自杀”现象属于细胞凋亡C“自杀”基因的成功表达对邻近肿瘤细胞有毒害作用D向肿瘤细胞中导入HSVTK的治病方法属于基因治疗解析：肿瘤细胞的形成是原癌基因和抑癌基因发生突变的结果，选项A错误；肿瘤细胞的“自杀”是由于导入的HSVTK基因编码的胸苷激酶将原先对细胞无毒或毒性较低的药物前体转化为毒性较强的活性药物所致，所以该现象属于细胞凋亡，选项B正确；“自杀”基因的成功表达也会导致邻近肿瘤细胞死亡，即对邻近细胞有毒害作用，选项C正确；向肿瘤细胞中导入HSVTK的治病方法属于基因治疗，选项D正确。答案：A夯实生命观念1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
15、旱和抗盐碱等)，改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。2动物基因工程技术可以提高动物的生长速度、改善畜产品的品质，用转基因动物生产药物，还可以用转基因动物作器官移植的供体。3利用转基因的工程菌生产的药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。4基因治疗是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，是治疗遗传病最有效的手段。5基因治疗包括体外基因治疗和体内基因治疗。注重思维表达1培育转基因动物，为什么不选用体细胞而选用受精卵作为受体细胞？提示：动物已分化的体细胞全能性受到限制，而受精卵分化程度低，全能性容易表达。2基因工程药物与传统意义上的药物有什么区别？提示：基因
16、工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。3比较乳腺生物反应器与膀胱生物反应器的不同点。提示：乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，乳腺生物反应器需是处于泌乳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。1下列关于植物、动物以及微生物在基因工程的应用方面的叙述，错误的是()A动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能B三类生物技术操作中目的基因导入受体细胞的方式不同C三类生物技术操作原理相同D三类生物技术操作中用到的工具酶相同解析：除基因工程的第三步“将目的基因导入受体细胞”的方法不同外，三
17、类生物在基因工程的应用中，从原理、使用工具到操作流程等基本一致，B、C、D项正确；三类转基因生物都可以用来生产基因工程药物，A项错误。答案：A2科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因棉花新品系，下列相关叙述错误的是()A可通过农杆菌感染法将重组质粒导入受体细胞B含耐盐基因的棉花细胞可经植物组织培养获得完整植株C可用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性D如果目的基因的核苷酸序列是全部未知的，可用PCR技术得到大量目的基因解析：棉花是双子叶植物，通过农杆菌感染法可将重组质粒导入棉花受体细胞，A正确；植物组织培养技术可以保持亲本的优良性状，含耐盐基因的棉花细胞经植物组织培养可获得耐盐的植株，B正
18、确；棉花植株是否耐盐，主要看植株能否在高浓度的盐溶液中生活，因此，可以用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性，C正确；如果目的基因的核苷酸序列是全部未知的，可从基因文库中获取目的基因，D错误。答案：D3下列有关乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述，错误的是()A前者在乳汁中提取药物，后者在其细胞或产物中提取B前者是在畜牧业中的应用，后者是在工业生产中的应用C前者合成的蛋白质已加工成熟，后者合成的蛋白质一般没有加工成熟D两者与人体基因结构均相同解析：动物基因的结构与人类基因的结构基本相同，微生物基因的结构与人类基因的结构不同。答案：D4腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷症，对患者
19、采用的基因治疗方法是：取出患者的淋巴细胞，进行体外培养时转入正常ADA基因，再将这些淋巴细胞转入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。下列有关叙述中不正确的是()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淋巴细胞需在体外扩增后再转入患者体内D腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷症解析：基因治疗是将正常的基因导入到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；为获得大量含正常ADA基因的淋巴细胞，需在体外扩增后再转入患者体内；腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷症。答案：A5应用基因工程技术
20、可以获得人们需要的生物新品种或新产品。请根据下列材料和图解回答问题：材料一 蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”，有着超强的抗张度，可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法培育转基因蜘蛛羊。材料二 注射疫苗往往会在儿童和部分成年人身上引起痛苦。将疫苗藏身水果蔬菜中，人们在食用这些转基因植物的同时也获得免疫力，因而无需免疫接种，这一新概念将引起疫苗研究的一场革命。(1)图中，过程所需要的工具酶有_，构建的蜘蛛丝蛋白基因表达载体一般由_、_、启动子、终止子等部分组成。(2)过程将重组质粒导入山羊受体细胞时，采用最多也最有效的方法是_。通过过程培育的蜘蛛羊可以作为乳腺生物反应器，从_中提取所需要的蜘蛛丝蛋白。(3)通过培育转基因莴苣，相比诱变育种和杂交育种方法，具有_等突出优点。解析：基因工程常用限制酶、DNA连接酶和载体作为工具。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点。将目的基因导入动物细胞的常用方法是显微注射法。基因工程育种的优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍，目的性较强。答案：(1)限制酶、DNA连接酶 目的基因 标记基因(2)显微注射法 乳汁(3)目的性强，能克服远缘杂交的不亲和的障碍(或能有效地打破物种间的生殖隔离界限)04 课后 巩固提升
