第二节基因工程的应用

高二生物选修三导学案（2）基因工程的应用第一章基因工程第1页共6页第二节基因工程的应用【学习目标】1、举例说出基因工程在农业、医疗、环境保护等方面的广泛应用及其发展前景2、关注基因工程的发展，认同基因工程的应用促进了生产力的提高3、关注转基因生物的安全性问题，认同对生物技术安全性问题讨论的必要性4、举例说出对转基因生物安全性问题的不同观点和论据，形成对待转基因生物安全性问题的理性态度5、说出生物武器的种类、生物武器对人类的危害【课前预习】基因工程的成果转基因生物：是指利用技术导入培育出的、能够将新性状遗传给后代的基因工程生物。运用基因工程改良动植物品种，最突出的优点是：1、植物基因工程技术：提高植物光合作用效率：通过基因工程改造光合作用中起关键作用的酶，提高植物对CO2的固定效率延长果实的储存期：通过基因工程可以获得能抑制形成酶基因表达的植物新品种。提高植物次生代谢产物的产率：如转基因拟南芥会产生大量的用于生产可降解塑料的物质，对消除有重大意义。提高植物的抗性：将苏云金杆菌基因转入植物，使转基因植物具有杀虫能力。抗性还包括抗除草剂、抗旱、抗涝、抗盐等2、动物基因工程技术提高动物的抗病能力；提高产品产量；提高产品品质；生产药用蛋白用转基因动物生产药物是指将要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，通过方法，导入哺乳动物的中，使其生长成转基因动物，通过分泌乳汁来生产所需的药物，因而称为。3、基因工程药物利用生产药物，如人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。4、基因诊断和基因治疗基因诊断是采用的方法（DNA分子杂交）来判断患者是否出现了基因异常携带或病原体。基因治疗是指利用置换或弥补缺陷基因，达到治疗疾病的目的。4、转基因生物安全性问题转基因生物在食物安全，生物安全以及环境安全等方面，我们要与充分考虑如转基因植物的扩散对有无影响；导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种而产生等5、生物武器的危害性生物武器的特点：、、【共同探究】一、基因工程的应用高二生物选修三导学案（2）基因工程的应用第一章基因工程第2页共6页（一）、转基因植物——植物基因工程的成果1、提高植物的抗性将苏云金杆菌抗虫毒素蛋白基因转入植物，使转基因植物具有杀虫能力。抗性还包括抗除草剂、抗旱、抗涝、抗盐等2、延长果实的储存期：通过基因工程可以获得能抑制乙烯形成酶基因表达的植物新品种，这种转基因植物既保持了原有的品质，又延长了储存期。3、提高植物光合作用效率：通过基因工程改造光合作用中起关键作用的CO2固定酶，提高植物对CO2的固定效率；还能通过增强植物对光能的吸收与转化效率来提高光合作用效率，提高植物产量4、提高植物次生代谢产物的产率：如转基因拟南芥会产生大量的用于生产可降解塑料的物质，对消除白色污染有重大意义。【思考题1】抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是A．抗病毒转基因植物，可以抵抗所有病毒B．抗病毒转基因植物，对病毒的抗性具有局限性或特异性C．抗病毒转基因植物可以抗害虫D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异（二）、转基因动物——动物基因工程的成果1、转基因动物生产药用蛋白操作过程：获取目的基因（如血清蛋白基因）→制备重组DNA分子（在血清蛋白基因前加特异表达的启动子等调控组件，如乳腺蛋白基因的启动子）→显微注射导入哺乳动物受精卵→早期胚胎→雌性动物子宫内→转基因动物。成果：乳腺（房）生物反应器。优点：产量高、质量好、成本低、易提取。2、提高动物抗病能力3、提高动物产品产量4、改善动物产品品质：如有人会对乳糖过敏或消化不良，但在转基因牛乳腺细胞中有乳糖酶基因，生产的牛奶中无乳糖。（三）、转基因微生物——生产基因工程药物方式：利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。“工程菌”：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一般称为“工程菌”，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株，含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株都是“工程菌”利用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体疫苗、激素等（四）、基因诊断和基因治疗1、基因诊断概念：基因诊断原理：DNA分子杂交原理（基因探针）2、基因治疗概念基因治疗一般过程：先从病人体内获得某种细胞，如T淋巴细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移（也需制备重组DNA分子）→基因工程细胞→筛选和扩增培养→输入患者体内。如腺苷脱氨酶基因的转移。【思考题3】1990年对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因高二生物选修三导学案（2）基因工程的应用第一章基因工程第3页共6页转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。（1）该病治疗运用了基因工程技术，在这个实例中载体是，目的基因是，目的基因的受体细胞是。（2）将转基因白细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于产生了，产生这种物质的两个基本步骤是和。（3）该病的治疗方法属于基因工程应用中的；这种治疗方法的原理是。二、转基因生物安全性问题转基因生物在食物安全，生物安全以及环境安全等方面，我们要与充分考虑。【思考题4】（10江苏卷）下列关于转基因植物的叙述。正确的是A．转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传人环境中B．转抗虫基因的植物．不会导致昆虫群体抗性基因撷宰增加C．动物的生长激素基因转人植物后不能表达D．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题【思考题5】：下列哪项属于转基因食品潜在的安全隐患（多选）A．转基因植物有可能合成出对人体有毒性的蛋白质或过敏蛋白B．转基因牛产生的人的凝血因子，经牛奶进入人体后，会导致人体内的血液凝固C．某些转基因生物可以合成免疫球蛋白，进入人体后可以增强人的特异性免疫功能D．某些基因足以使植物体内某些代谢途径发生变化，导致转基因农作物营养成分的改变【思考题6】：下列哪些基因工程产物可能存在着一些安全性问题（多选）A．运载体的标记基因可能指导合成有利于抗性进化的产物B．目的基因本身编码的产物可能会对人体产生毒性C．目的基因通过花粉的散布转移到其他植物体内，从而可能打破生态平衡D．三倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼杂交，进而导致自然种群被淘汰【思考题7】：下列关于转基因生物与环境安全的叙述正确的是（多选）A．重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二次污染B．种植抗虫棉，既可以杀虫也可以杀毒，减少农药的使用量，有利于环境保护C．转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白，有可能会通过食物链传递到人体内D．转基因生物所带来的环境安全问题是无法弥补的三、生物武器的危害性利用转基因技术，在一些不致病的微生物体内插入致病基因，或者在一些致病的细菌或病毒中插入能对抗普通疫苗或药物的基因，就会培育出新的致病微生物或新的抗药性增强的致病微生物。【思考题8】：能充当生物武器的病原体是（多选）A.天花病毒B.霍乱弧菌C.炭疽杆菌D.金黄色葡萄球菌【思考题9】：下列哪项基因工程对人类有害无益（多选）A.将抗病毒的干扰素基因转移到大肠杆菌中批量生产干扰素B.把蜡状杆菌改造成像炭疽杆菌的致病菌C.将某些生物毒素的基因与流感病毒基因拼接在一起D.将流感病毒基因进行改造，可引起某些动物染病高二生物选修三导学案（2）基因工程的应用第一章基因工程第4页共6页【思考题10】：生物武器的传播途径包括（多选）A．直接传播B．食物传播C．生活必需品传播D．施用者人体传播【课堂巩固】1．科学家将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡的受精卵细胞的DNA中，发育后的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白，而且用这些鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。据此分析，下列叙述错误的是A．该过程运用了胚胎移植技术B．这些鸡是转基因工程的动物C．该种变异属于定向变异D．这些鸡的变异来源属于基因重组2．2007年10月，美国生物学家克雷格·文特尔及其团队宣布，他们通过将取自不同种生物的基因连接并成功移植到一个没有染色体的细胞中，创造了有史以来的第一个“人造生命”。下列有关叙述，错误的是A.“人造生命”诞生过程类似于基因工程技术，可以实现不同物种之间的基因重组B.“没有染色体的细胞”为导入基因的表达提供了能量、酶系统等C．“人造生命”的诞生可能引发制造新物种等问题的争论D．“人造生命”的诞生证明人类完全可以制造生命3．基因芯片的测序原理是DNA分子杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法。先在一块基片表面固定序列已知的八核苷酸的探针，当溶液中带有荧光标记的靶核酸序列，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列TATGCAATCTAG（过程见图1）。若靶核酸序列与八核苷酸的探针杂交后，荧光强度最强的探针位置如图2所示，请分析溶液中靶序列为A．AGCCTAGCTGAAB．TCGGATCGACTTC．ATCGACTTD．TAGCTGAA4．基因敲除主要是应用DNA同源重组原理，将同源DNA片段导人受体细胞，使同源DNA片段在原有位置替代了靶基因片段，从而达到基因敲除的目的。基因敲除既可以是用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。下列有关基因敲除说法正确的是A．基因敲除实际上是删除某个基因，从而达到使该基因沉默的目的B．利用基因敲除技术，不能修复细胞中的病变基因C．基因敲除可定向改变生物体的某一基因高二生物选修三导学案（2）基因工程的应用第一章基因工程第5页共6页D．从理论上分析，利用基因敲除技术可治疗先天性愚型5．2006年诺贝尔生理学或医学奖由两个美国科学家，安德鲁·法尔和克雷格·梅洛获得，以表彰他们发现了RNA干扰机制：细胞的小RNA通过特异性的几种酶的作用，可进一步形成RNA诱导基因沉默的复合体，这些复合体能特异性地与靶向信使RNA结合并进入再循环，从而使RNA干涉作用在短时间内即可迅速有效抑制某些基因蛋白质或多肽的合成，他们称这种现象为RNA干扰。据此判断下述正确的是A.生物体的基因转化的最终产物只能是蛋白质B.该发现可望用于艾滋病和癌症等的基因治疗C.利用RNA干扰有利于研究基因的功能D.RNA干扰是通过抑制基因的转录过程起作用的6、单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。镰刀型细胞贫血症是一种在地中海地区发病率较高的单基因遗传病。已知红细胞正常个体的基因型为BB、Bb，镰刀型细胞贫血症患者的基因型为bb。有一对夫妇被检测出均为该致病基因的携带者，为了能生下健康的孩子，每次妊娠早期都进行产前诊断。上图为其产前核酸分子杂交诊断和结果示意图。（1）从图中可见，该基因突变是由于引起的。巧合的是，这个位点的突变使得原来正常基因的限制酶切割位点丢失。正常基因该区域上有3个酶切位点，突变基因上只有2个酶切位点，经限制酶切割后，凝胶电泳分裂酶切片段，与探针杂交后可显示出不同的带谱，正常基因显示条，突变基因显示条。（2）DNA或RNA分子探针要用等标记。利用核酸分子杂交原理，根据图中突变基因的核苷酸序列（---ACGTGTT---），写出作用探针的核糖核苷酸序列。（3）根据凝胶电泳带谱分析可以确定胎儿是否会患有镰刀型细胞贫血症。这对夫妇4次妊娠的胎儿Ⅱ-1～Ⅱ-4中基因型BB的个体是，Bb的个体是，bb的个体是。7、1987年美国科学家戈登(Gordon)等人首次从小鼠的乳汁中获得了一种医用蛋白质——TPA(组织型纤溶酶原活物)，开辟了基因工程产品生产的新方式。2005年我国青岛“崂山奶山羊乳腺生物高二生物选修三导学案（2）基因工程的应用第一章基因工程第6页共6页反应器的研制”项目通过鉴定，该项目生产的药用蛋白质具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点，可产生β一干扰素(抗病毒抗肿瘤药物)、乙肝表面抗原(乙肝疫苗)、抗凝血酶Ⅲ(抗血栓药物)等医药产品，造福人类。请回答下列问题。（