2019-2020学年高中生物 第一章 基因工程 第三节 基因工程的应用学案 浙科版选修3

第三节基因工程的应用1．举例说出基因工程在遗传育种、疾病治疗与生态环境保护方面的应用。(重点)2．说出基因治疗的基本原理。(难点)活动：提出生活中的疑难问题，设计用基因工程技术解决的方案。一、基因工程与遗传育种1．转基因植物(1)培育优点①所需时间较短②克服远缘亲本难以杂交的缺陷(2)类型①抗除草剂②抗害虫③抗植物病毒④耐贮存⑤改变花卉的花色2．转基因动物(1)含义：转入了外源基因的动物。(2)培育优点：省时、省力。(3)转基因动物优良性状举例①生长速度加快的转基因鼠、鱼和猪。②有抗病能力的转基因鸡和牛等。二、基因工程与疾病治疗1．基因工程药物名称成分用途传统方法基因工程方法胰岛素蛋白质治疗胰岛素依赖型糖尿病从猪和羊的胰腺中提取通过大肠杆菌生产干扰素糖蛋白治疗病毒性肝炎和肿瘤从人血液中提取通过基因工程，使人白细胞干扰素基因获得克隆和表达乙型肝炎疫苗蛋白质预防和治疗乙型肝炎通过基因工程利用酵母菌和哺乳动物细胞生产2.基因治疗(1)含义：向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。(2)实例①1990年，美国首例重度免疫缺陷症基因治疗成功。②1991年，我国首例B型血友病基因治疗也获得满意结果。在大肠杆菌细胞内获得的胰岛素，有生物活性吗？提示：没有，大肠杆菌细胞内无内质网、高尔基体，不能对合成的胰岛素多肽链进行加工包装。三、基因工程与生态环境保护1．利用细菌发酵和转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的新型塑料。2．改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。3．利用转基因微生物吸收环境中的重金属，降解有毒化合物和处理工业废水。基因工程育种和传统杂交育种的比较杂交育种基因工程育种原理基因重组异源DNA(基因)重组处理方法杂交→自交→筛选。先通过两个具有不同优良性状的纯种杂交得到F1，然后再将F1自交，人工筛选获取所需品种提取→重组→导入→筛选→表达。即提取目的基因→形成重组DNA分子→重组DNA分子导入受体细胞→筛选含有目的基因的受体细胞→目的基因的表达优点操作简便可以按人的意志改造生物，克服远缘杂交不亲和的障碍，目的性强，科技含量高缺点育种时间长技术复杂、操作繁琐我国科学家已成功运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并表达，培育出了抗虫棉。下列有关叙述中不正确的是()A．抗虫基因在棉花细胞的表达要依赖于碱基互补配对原则B．重组DNA分子中一个碱基对改变，不一定导致毒蛋白的毒性丧失C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的[解析]抗虫基因在棉花植株内的表达主要是转录和翻译两步，都涉及到碱基互补配对原则。重组DNA分子中一个碱基对改变，不一定导致毒蛋白的毒性丧失，因为基因突变不一定导致生物性状的改变。抗虫基因可通过花粉传递给近缘作物，造成基因污染。检测转基因棉花是否具有抗虫特性，一般用该棉花的叶片饲喂棉铃虫，看棉铃虫是否死亡。[答案]D[思维升华](1)抗虫棉能抵抗所有害虫吗？提示：不能。具针对性。(2)抗虫棉一定能够稳定遗传吗？提示：不一定。可能会发生性状分离。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。(原创)下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是()A．将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内B．将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组C．将人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表达D．将Bt毒蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达解析：选B。将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内是提高鲤鱼的生长速度。导入肠乳糖酶基因的奶牛的牛奶中乳糖含量少，改善了牛奶的品质。将人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表达是乳腺“反应器”的应用。Bt毒蛋白基因是抗虫基因，能够提高植物的抗性。基因治疗1．含义：将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶细胞内，可以纠正基因缺陷而达到治疗疾病的目的。这种生物医学技术称为基因治疗。2．过程：下面用镰刀型细胞贫血症的治疗说明基因治疗的过程步骤过程获取正常的血红蛋白基因用限制性核酸内切酶从人的DNA分子中截取血红蛋白基因形成重组载体用同一种限制性核酸内切酶在载体DNA上切取，用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接到载体DNA上，形成重组载体续表步骤过程重组载体的转化与筛选将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中，并将重组载体插入到染色体。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞将含正常血红蛋白基因的造血干细胞回输入患者骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中，此造血干细胞可产生正常血红蛋白，以根治镰刀型细胞贫血症基因治疗是指()A．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B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的C．运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞产生基因突变恢复正常D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的[解析]基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未修复，和正常基因同时存在。[答案]A[思维升华](1)重度免疫缺陷症患者治疗时一般将ADA基因通过技术手段转入患者的哪种细胞中？提示：应转入T淋巴细胞中。(2)上述免疫缺陷患者治愈后，其后代能保证一定正常吗？提示：不能，因患者治愈后，生殖细胞还可能有致病基因。图解基因治疗的过程腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷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射到患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。下列有关叙述正确的是()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的合成来影响患者免疫功能C．上述治疗属于体内基因治疗D．ADA基因缺陷症属于获得性免疫缺陷病解析：选B。正常ADA基因没有替换患者的缺陷基因，A错误。患者体内转入正常ADA基因，可通过控制ADA的合成增强免疫功能，B正确。题中所述的治疗属于体外基因治疗，C错误。ADA基因缺陷症属于先天性免疫缺陷症，D错误。[随堂检测]1．下列有关转基因植物的说法错误的是()A．用基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒B．可以克服远缘杂交的障碍C．比传统育种所需时间短D．可用来培育高产、稳产、耐贮存的作物解析：选A。基因工程培育的抗虫植物只能抗某种虫害，不一定能抗病毒；利用基因工程可以培育高产、稳产、耐贮存的作物；植物基因工程的应用解决了传统育种的缺陷，可以克服远缘杂交的障碍；且能缩短育种年限。2．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：选A。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。3．近年来基因工程的发展非常迅猛，基因治疗不断取得新进展。下列疾病可用基因治疗医治的是()A．21­三体综合征B．镰刀型细胞贫血症C．地方性甲状腺肿D．青少年型糖尿病解析：选B。21­三体综合征是染色体异常遗传病，患者21号染色体有三条，病因不属于基因异常，不能进行基因治疗；镰刀型细胞贫血症可用基因治疗医治；地方性甲状腺肿采取的是放射性治疗或手术治疗；青少年型糖尿病属于自身免疫病，必须注射胰岛素治疗。4．干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每300升人血中只能提取1mg，所以价格昂贵。美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下办法生产干扰素。如图所示：从上述方式中可以看出该公司生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：选B。题图反映的是把目的基因导入受体细胞并且在受体细胞中表达产生干扰素，属基因工程。5．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，有关叙述正确的是()A．过程①是获取抗冻基因的过程，用到的酶只有限制性核酸内切酶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②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基因的存在解析：选D。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性核酸内切酶，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，即所谓DNA分子杂交技术，D项正确。6．科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重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回输到患者体内，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。(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回输到患者体内后，免疫能力趋于正常，是由于白细胞中能合成________________________________________________________________________。(4)下图甲所示的方法是从________的DNA中直接分离出基因，图乙所示的方法是用________方法人工合成基因。解析：图甲表示用限制性核酸内切酶将供体细胞的DNA切成许多片段，然后将片段通过载体转入到不同的受体细胞中，从中找到目的基因。图乙表示用目的基因转录成的信使RNA为模板，逆转录成互补的单链DNA，再合成双链DNA，从而获得目的基因。答案：(1)外源基因基因缺陷(2)载体(或基因的运输工具)腺苷酸脱氨酶基因白细胞(3)腺苷酸脱氨酶(4)供体细胞逆转录[课时作业]一、选择题1．上海医学遗传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白蛋白提高了30多倍，这标志着我国转基因研究向产业化的目标迈进了一步。那么“转基因动物”是指()A．提供基因的动物B．基因组中转入了外源基因的动物C．能产生白蛋白的动物D．能表达基因遗传信息的动物解析：选B。转基因动物是指体内被导入了外源基因(即目的基因)的动物。2．下列是由基因工程方法生产的药物是()①干扰素②胰岛素③青霉素④乙型肝炎疫苗A．①②③B．①②③④C．①②④D．②③④解析：选C。青霉素是经诱变育种方法培育出高产青霉素菌种，然后再通过发酵工程来生产的，其他药物都是用基因工程方法生产的。3．为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦细胞中，得到的转基因小麦，其水分利用率提高20%，这项技术的遗传学原