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3Word下载.docx
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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
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
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
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？
不能。
具针对性。
（2）抗虫棉一定能够稳定遗传吗？
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
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
（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？
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？
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
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
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
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
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
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
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。
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
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．①②③ B．①②③④
C．①②④D．②③④
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理是（ ）
A．基因突变B．基因重组
C．基因复制D．基因分离
B
4．若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环保上的重要意义是（ ）
A．减少氮肥的使用量，降低生产成本
B．减少氮肥的使用量，节约能源
C．避免氮肥使用过多引起环境污染
D．改良土壤结构
农业生产中因大量施用氮肥、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，污染环境。
利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，可减少氮肥的使用量，避免水体富营养化，在环保方面具有重要意义。
5．下表有关基因表达的选项中，不可能的是（ ）
基因
表达的细胞
表达产物
A
细菌抗虫蛋白基因
抗虫棉叶肉细胞
细菌抗虫蛋白
人酪氨酸酶基因
正常人皮肤细胞
人酪氨酸酶
C
动物胰岛素基因
大肠杆菌工程菌细胞
动物胰岛素
D
兔血红蛋白基因
兔成熟红细胞
兔血红蛋白
6．科学家在某种农杆菌中找到了抗枯萎病的基因，并以质粒为载体，采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金茶花新品种。
A．质粒是最常用的载体之一，质粒的存在与否对宿主细胞的生存有决定性的作用
B．为了保证金茶花植株抗枯萎病，只能以受精卵细胞作为基因工程的受体细胞
C．抗枯萎病基因进入金茶花细胞后，其传递和表达不再遵循中心法则
D．通过该方法获得的抗枯萎病金茶花，将来产生的花粉中不一定含有抗病基因
作为载体的条件之一是能够在宿主细胞中保存下来并能大量复制，且对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；
转基因植物通常以植物体细胞作为受体细胞；
任何基因到另外一个细胞后仍然遵循中心法则。
7．下列不属于基因工程实例的是（ ）
A．培育出抗烟草花叶病病毒的番茄植株
B．在大肠杆菌体内获取人的干扰素
C．培育出无子西瓜
D．利用“工程菌”生产乙肝疫苗
基因工程可应用于遗传育种，转基因动物、植物及微生物等，增加或改良农作物、牲畜的性状；
也可利用工程菌来生产药物或进行基因诊断治疗；
另外也可用于环境检测和保护，以及食品业等等。
而培育出无子西瓜，应用了多倍体育种技术，不属于基因工程的范畴。
8．以下说法正确的是（ ）
A．用基因工程培育的抗虫植物也能抗寒
B．基因工程在畜牧业上的应用主要是培育体型巨大、品质优良的动物
C．基因工程可用来培育抗逆性强的作物
D．科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物中，或者改变这些氨基酸的合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量
基因工程可定向改变生物的性状，可以将各种不同的生物的基因组合到不同生物体内，从而获得优良品种。
基因工程培育的抗虫棉只能抗某种虫害，不一定能抗寒。
基因工程用于畜牧业是想获得优良的品种，但不一定是体型巨大的个体。
导入氨基酸含量多的蛋白质并不能提高此种植物将来的氨基酸含量。
二、非选择题
9．金茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病，降低观赏价值。
科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因技术培育出了抗枯萎病的新品种。
据图回答：
（1）①和②结合能形成③，常用的酶有____________________________；
其能结合形成③，最重要的原因是①和②经酶处理后具有______________________________________________。
（2）经培养长成的植株⑦具备了抗病性，这说明__________________________。
抗枯萎病金茶花的培育成功说明一种生物的基因表达系统能够识别来自另一种生物的DNA的________________。
（3）有人认为通过基因工程能培育出理想的抗虫植物，不仅能减轻农药造成的环境污染，而且又能降低生产成本。
还有人认为抗虫植物一旦培育成功，其抗虫特性将会连续保持下去，可谓一劳永逸。
对后一种观点，你是否赞成？
请说明理由。
（1）限制性核酸内切酶和DNA连接酶 相同的粘性末端
（2）目的基因（抗虫基因）已经表达 脱氧核苷酸序列（遗传信息或碱基序列）
（3）不赞成，因为害虫经突变和自然选择而产生对抗虫植物的适应性等；
因抗虫植物发生变异，使后代失去抗药性等。
赞成，因为抗虫植物的抗虫特性是由基因控制的，是能够遗传的（开放性题）。
10．胰岛素是治疗糖尿病的重要药物。
如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。
（1）能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？
________，为什么？
________________________________________________________________________。
（2）为使过程⑥更易进行，可用________处理D的细胞壁。
D细胞一般选用大肠杆菌或枯草杆菌的原因是_____________________________________________________________
（3）根治糖尿病的最佳方法是________。
（4）基因工程其他方面的应用，如被用于培育转胰酶抑制剂基因的蔬菜，但若对该蔬菜处理不当，可能给人体带来的负面影响是___________________________________________
__________________________。
（1）胰岛素基因的表达只在胰岛细胞内，人皮肤细胞内虽有胰岛素基因，但不表达。
（2）过程⑥是将目的基因导入大肠杆菌中，可用氯化钙处理受体细胞，使其通透性增加。
大肠杆菌、枯草杆菌繁殖速度快，目的基因表达迅速，故作受体细胞。
（3）通过基因治疗可根治糖尿病。
（4）转胰酶抑制剂基因的表达产物胰酶抑制剂可能会抑制人胰酶的活性，从而影响食物的消化。
（1）不能 皮肤细胞中的胰岛素基因不表达，不能形成胰岛素mRNA
（2）氯化钙 繁殖速度快，目的基因表达迅速
（3）基因治疗
（4）胰酶抑制剂会抑制人的胰酶的活性，从而影响食物的消化
11．阅读以下材料，回答问题：
复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病。
某女童由于腺苷酸脱氨酶基因缺失，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶；
而腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，因此，该女童不能抵抗病原微生物的威胁。
1990年9月，这名女童接受了基因治疗，研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，使淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种淋巴细胞转入患者体内。
半年后，在血液中检测出了被改造的淋巴细胞，女童体内产生的腺苷酸脱氨酶也越来越多，女童产生抗体的能力显著改善。
（1）请运用遗传学原理，预测该女童腺苷酸脱氨酶基因缺失的可能原因。
（2）研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞而不是其他细胞的原因可能是________________________________________________________________________
（3）请用基因工程方法简要写出该女童基因治疗的步骤。
（1）基因突变或染色体畸变
（2）腺苷酸脱氨酶是免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞具有这种酶才能产生抗体等免疫物质
（3）获取腺苷酸脱氨酶基因→形成重组DNA分子→将含腺苷酸脱氨酶基因的重组DNA分子导入淋巴细胞→筛选出含此基因的淋巴细胞并且把这些淋巴细胞输入患者体内。
12．基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展运用，基因工程基本操作流程如图所示，请据图分析回答下列问题：
（1）图中A是________，最常用的是________；
在基因工程中，需要在限制性核酸内切酶和________酶的作用下才能完成剪接过程。
（2）在上述基因工程的操作过程中，遵循碱基互补配对原则的步骤有________（用图中序号表示）。
（3）从分子水平分析，进行基因工程的主要理论依据是不同生物的DNA分子结构基本相同，且生物共用一套________。
（4）研究发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是________。
（5）科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金花茶叶片细胞的染色体DNA上，经培养长成的植株具备了抗病性，这说明________。
（1）在基因工程中，目的基因与载体结合形成重组DNA，载体常用质粒；
基因工程的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
（2）碱基互补配对发生在DNA分子之间、RNA分子之间及DNA分子和RNA分子之间，获取目的基因、目的基因与载体的拼接及目的基因扩增和筛选过程中均会发生碱基互补配对。
（3）从分子水平上分析，基因工程的理论依据是不同生物的DNA分子结构基本相同，且生物共用一套遗传密码子。
（4）基因工程的原理是基因重组。
（5）根据题意，已培养出抗病植株，说明转基因生物中目的基因已表达。
（1）载体 质粒 DNA连接
（2）①②④
（3）遗传密码子
（4）基因重组
（5）目的基因（抗枯萎病的基因）已表达
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