学年高二生物人教版选修三教师用书13 基因工程的应用 Word版含答案Word下载.docx

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项目

应用　　　

基因来源或处理

用于提高动物生长速度

外源生长激素基因

转基因绵羊、转基因鲤鱼

用于改善畜产品的品质

肠乳糖酶基因

转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少

用转基因动物生产药物

药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子

乳腺生物反应器

用转基因动物作器官移植的供体

抑制抗原决定基因的表达或除去抗原决定基因

结合克隆技术培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官

三、基因工程与人体健康（

1．基因工程药物

（1）概念：

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。

（4）作用：

预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。

2．基因治疗

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）方法：

分为体内基因治疗和体外基因治疗。

将腺苷酸脱氨酶基因成功转入患者的淋巴细胞，治疗复合型免疫缺陷症。

（4）现状：

处于初期的临床试验阶段。

[共研探究]

1．植物基因工程的应用

根据图中和教材相关内容，回答下列问题：

（1）转基因抗虫棉的目的基因是Bt毒蛋白基因，Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌体内提取出来的。

由于抗虫基因具有专一性，所以抗虫棉不能（填“能”或“不能”）抗病毒、细菌、真菌。

（2）判断正误

①目的基因全部来自细菌、病毒等微生物。

（×

提示：

目的基因来自其他生物的能表现优良性状的外源基因，如抗冻蛋白基因来自鱼类。

②目的基因直接或间接控制生物性状。

（√）

③抗虫、抗病可分别通过害虫接种、病毒接种来进行个体水平的检测。

（3）从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比，在害虫防治方面有哪些优越性？

减少化学农药的使用量，降低环境污染。

2．动物基因工程的应用

根据上面图示，结合教材内容回答下列问题：

（1）用转基因动物生产药物的操作过程

（2）动物乳腺生物反应器生产药物有什么优点与限制？

优点：

产量高、质量好、成本低、易提取。

局限：

受动物性别和是否处于生殖期的限制。

（3）用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与一般转基因动物的操作过程有什么异同？

二者过程相似，不同之处在于获得动物乳腺生物反应器时，需要将编码目的蛋白质的基因序列与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起构建表达载体。

[总结升华]

外源基因类型及举例

成果举例

抗虫转基

因植物

抗虫基因：

抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米

抗病转基

病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因；

几丁质酶基因、抗毒素合成基因

抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒

抗逆转基

抗逆基因：

调节细胞渗透压的基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因

抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米

改良品质

的转基因

植物

优良性状基因：

提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与植物花青素代谢有关的基因

高赖氨酸玉米、耐储存番茄、

新花色矮牵牛

2.动物基因工程的应用

应用类型

目的基因案例

作用

提高动物

生长速度

生长激素基因

促进生长，提高生长速度

改善畜产

品的品质

使转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量降低

转基因奶牛

生产药物

（乳腺生物

反应器）

药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子

通过分泌乳汁来生产相应的药品

转基因牛、山羊等

转基因动

物作器官

移植的供

体

①将器官供体基因组导入某种调节因子；

②设法除去抗原决定基因

①抑制抗原决定基因的表达；

②不能合成相应抗原

无免疫排斥反应的转基因猪

3．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别

工程菌

含义

将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

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

基因结构

动物基因结构与人类的基因结构基本相同

细菌和酵母菌的基因结构与人类的基因结构有较大差异

基因表达

合成的药物蛋白与天然蛋白质相同

细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性

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

[易错易混]　基因工程应用的四个易混点

（1）动物基因工程的目的不仅是为了培育体型巨大的动物，更重要的是改良畜产品的品质或者是用转基因动物生产药物。

（2）高产青霉菌是诱变产生的，不是通过基因工程改造的工程菌。

（3）乳腺生物反应器的操作过程中，构建基因表达载体时，目的基因首端要连接乳腺蛋白基因的启动子，否则目的基因在乳腺上皮细胞中不能转录。

构建好的基因表达载体导入受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体细胞均含有目的基因（如药用蛋白基因），但其只在乳腺上皮细胞中表达。

（4）与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器的优点是该系统可从动物一出生就可以收集产物，不论动物的性别和是否正处于生殖期。

膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。

[对点演练]

1．继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。

最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。

请回答下列问题：

（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是________。

（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入__________中，原因是_______________________________________________。

（3）通常采用____________技术检测外源基因是否插入到小鼠的基因组中。

（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异性表达。

解析：

在基因工程中，若受体细胞是动物细胞，常采用显微注射法导入目的基因。

若使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，作受体细胞的通常是受精卵，因为受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。

检测目的基因是否插入受体细胞的基因组，通常采用的是DNA分子杂交技术。

答案：

（1）显微注射法　

（2）受精卵（或早期胚胎）　受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达　（3）DNA分子杂交　（4）膀胱上皮

[共研探究]

复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病。

美国一名患有严重复合型免疫缺陷症的4岁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作用所必需的。

因此，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。

根据材料回答下列问题：

1．基因治疗的原理是利用正常基因置换或弥补缺陷基因，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．根据上述示意图完善该女童基因治疗的步骤及是否治疗成功的鉴定方法。

（1）治疗步骤：

获取腺苷酸脱氨酶基因→构建腺苷酸脱氨酶基因表达载体→将重组DNA分子导入淋巴细胞→筛选成功转移的细胞扩增培养，最后输入患者体内→腺苷酸脱氨酶基因的检测和鉴定。

（2）鉴定方法：

①鉴定女童体内产生的腺苷酸脱氨酶是否越来越多。

②鉴定女童产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高。

（3）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腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞中具有这种酶才能产生抗体等免疫物质。

（4）请运用所学遗传学原理，预测该女童腺苷酸脱氨酶基因缺失的可能原因。

基因突变；

染色体变异（或染色体结构变异、染色体数目变异）。

1．基因诊断与基因治疗

基因诊断与基因治疗都是DNA分子水平上的操作，都与遗传病有关。

基因诊断和基因治疗的比较如下：

种类项目

基因诊断

基因治疗

概念

也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA分子水平上分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断

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

原理

DNA分子杂交

基因工程

过程

用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA片段作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息

获取正常的目的基因→构建基因表达载体→将基因表达载体导入有缺陷的受体细胞，并筛选含目的基因的受体细胞→将含目的基因的受体细胞输回患者体内

应用

①诊断遗传病最准确的手段；

②检测目的基因是否导入受体细胞；

③检测饮用水中的病原菌等

治疗遗传病最有效的手段，包括体外基因治疗和体内基因治疗

2．体外基因治疗与体内基因治疗

体外基因治疗

体内基因治疗

不

同

点

过

程

从患者体内获得某种细胞→体外完成基因转移→筛选→细胞扩增→输入患者体内

外源基因→载体携带→体内相应组织细胞

特

操作复杂，但效果较为可靠

操作简便，但效果难以控制

相同点

都属于基因治疗，都是将正常的外源基因导入靶细胞，使该基因的表达产物发挥功能。

目前两种方法都处于初期的临床试验阶段

[易错易混]　基因治疗的三个结论

（1）基因治疗并非把功能正常的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能体细胞中。

（2）基因治疗是利用正常基因在缺陷细胞中表达，替代缺陷基因的功能，而非替代缺陷基因本身，即原来细胞中的缺陷基因没有被清除或改变。

（3）基因治疗目前还处于临床试验阶段。

可以说，在没有完全解释人类基因组的运转机制，充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前，进行基因治疗是十分困难的。

2．下列有关基因诊断和基因治疗的叙述，正确的是（　　）

A．基因工程可以直接在细胞内修复有问题的基因

B．用基因替换的方法可治疗21三体综合征

C．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因

D．应用基因探针可以检测出苯丙酮尿症

选D　基因工程可以向细胞内导入正常的基因来替代有问题的基因，从而达到治疗效果；

21三体综合征是21号染色体多了一条，不能用一个基因替换而治疗相应的疾病；

基因治疗就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；

苯丙酮尿症是一种单基因遗传病，可以应用基因探针检测出来。

1．下列属于基因工程技术培养的新品种的是（　　）

A．耐寒的小黑麦

B．抗棉铃虫的转基因抗虫棉

C．太空椒

D．试管牛

选B　耐寒的小黑麦是多倍体育种，原理是染色体变异；

抗虫棉是基因工程育种，目的基因是苏云金芽孢杆菌的抗虫基因；

太空椒是诱变育种，原理是基因突变；

试管牛是胚胎工程育种，涉及体外受精、早期胚胎发育和胚胎移植。

2．下列关于基因工程的成果及应用的说法，正确的是（　　）

A．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒

B．基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物

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．目前，在发达国家，基因治疗已用于临床实践

选C　抗虫基因的产物是毒蛋白，只能对害虫起作用；

基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养生长速度快、品质优良的动物；

在发达国家，基因治疗目前处于初期的临床试验阶段。

3．下列有关科研人员建立人乳铁蛋白乳腺生物反应器过程的叙述，正确的是（　　）

A．从细胞中分离目的基因时必须使用限制酶和DNA连接酶

B．借助标记基因可检测目的基因是否表达

C．常用显微注射法将目的基因导入人的乳腺细胞中

D．应该将目的基因与在乳腺细胞中高效特异表达的启动子结合

选D　从细胞中分离目的基因时需要使用限制酶，不需要DNA连接酶；

标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来；

常用显微注射法将目的基因导入受精卵中；

启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质，所以目的基因要与启动子结合。

4．科学家们对一位由于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。

（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，是由于白细胞中能合成____________。

（4）人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因的主要差别是______________________。

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列顺序是不同的。

（1）外源基因　基因缺陷　

（2）载体（或基因的运载工具）　腺苷酸脱氨酶基因　白细胞　（3）腺苷酸脱氨酶　（4）脱氧核苷酸的排列顺序不同

[基础题组]

1．下列关于基因工程应用的叙述正确的是（　　）

A．基因治疗能治愈所有遗传病

B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交

C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒

D．利用基因工程生产乙肝疫苗时，目的基因存在于人体B淋巴细胞的DNA中

选B　基因治疗不能治愈所有遗传病；

基因诊断又称DNA诊断，即在DNA分子水平上分析检测某一基因，从而对疾病作出判断，利用的原理是DNA分子杂交；

基因探针是用放射性同位素（或荧光分子）标记的含有目的基因的DNA片段，一种基因探针只能检测水体中的一种或一类病毒；

利用基因工程生产乙肝疫苗是通过构建含有乙肝病毒表面抗原基因的重组质粒，然后导入相应的宿主细胞，如酵母菌细胞，生产乙肝病毒表面抗原蛋白。

2．我国已能自行生产乙肝疫苗等基因工程药物，乙肝疫苗的生产方法是（　　）

A．在受体细胞内大量增殖乙肝病毒

B．在液体培养基中大量增殖乙肝病毒

C．将乙肝病毒的全部基因导入受体细胞并表达

D．将乙肝病毒的表面抗原基因导入受体细胞并表达

选D　疫苗具有抗原性，乙肝病毒的抗原性由蛋白质外壳决定，所以生产乙肝疫苗利用的是乙肝病毒的蛋白质外壳。

生产乙肝疫苗的方法是：

获取乙肝病毒表面抗原基因，导入受体细胞，使受体细胞表达乙肝病毒的蛋白质外壳。

3．下列转基因植物与所选目的基因对应错误的是（　　）

A．抗虫棉——Bt毒蛋白基因

B．抗病毒转基因烟草——几丁质酶基因

C．抗盐碱和抗旱植物——调节细胞渗透压的基因

D．耐寒的番茄——抗冻基因

选B　抗病毒转基因植物常使用病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因作为目的基因；

几丁质酶基因及抗毒素合成基因一般用作抗真菌转基因植物的目的基因。

4．下列关于基因工程相关知识的叙述，正确的是（　　）

A．在基因工程操作中为了获得重组质粒，必须用相同的限制酶，露出的黏性末端可以不相同

B．若要生产转基因抗病水稻，可将目的基因先导入到大肠杆菌中，再转入水稻细胞中

C．如要提高作物中某种氨基酸的含量，可以导入控制合成含有该种氨基酸比较多的蛋白质的基因

D．基因治疗主要是对具有缺陷的体细胞进行全面修复

选C　获得重组质粒，必须要求有相同的黏性末端，使用的限制酶可以不同。

转基因技术操作过程中，必须通过重组载体才能将目的基因导入受体细胞。

基因治疗并不能修复缺陷基因。

5．基因治疗是指（　　）

A．把健康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．对有缺陷的基因进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的

C．运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常

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

选A　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，细胞中的缺陷基因并未修复，而是和正常基因同时存在。

6．下列有关动物基因工程的说法，错误的是（　　）

A．将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速度

B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低

C．利用基因工程技术，得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产问题

D．用转基因动物作为器官移植的供体时，由于导入的是调节因子，而不是目的基因，因此无法抑制抗原的合成

选D　用转基因动物作为器官移植的供体时，可将某种调节因子导入器官供体基因组，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。

7．下列关于应用基因工程治疗人类遗传病的叙述，错误的是（　　）

A．基因治疗可以有效地改善患者的生理状况，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改造

D．基因治疗时可只对患者部分细胞输入正常基因

选B　基因治疗是利用基因工程将健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，其操作对象是基因，一般用的受体细胞是淋巴细胞或者脐带血细胞。

8．将甜菜碱、海藻糖等有机小分子的合成基因转入烟草细胞中，会使烟草的抗旱性增强。

下列关于这类转基因烟草及其培育过程的叙述，错误的是（　　）

A．细胞中甜菜碱等有机小分子的合成量增加

B．细胞液渗透压增大，避免细胞过度失水

C．将抗旱基因导入烟草细胞中常用农杆菌转化法

D．在干旱条件下筛选出成功导入抗旱基因的烟草细胞

选D　将甜菜碱、海藻糖等有机小分子的合成基因转入烟草细胞中后，细胞中甜菜碱等有机小分子的合成量增加，会使烟草细胞液的渗透压升高，避免细胞过度失水，因此会使烟草的抗旱性增强；

将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法；

在干旱条件下可以筛选出成功导入抗旱基因的烟草植株，但并不能筛选出成功导入抗旱基因的烟草细胞。

[能力题组]

9．我国转基因技术发展势态良好，农业部依法批准发放了转植酸酶基因玉米、转基因抗虫水稻的生产安全证书。

下列关于转基因玉米和转基因水稻的叙述错误的是（　　）

A．转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因

B．转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减轻了环境污染

C．转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可通过饲养卷叶螟进行检测

D．转基因抗虫水稻的外源基因是几丁质酶基因

选D　转基因抗虫水稻的外源基因是Bt毒蛋白基因。

10．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药物蛋白含量提高了30多倍，标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．所谓“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

B．可将人白蛋白基因导入牛的卵细胞中，通过组织培养形成转基因牛

C．人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为只在转基因牛的乳腺细胞中才有人白蛋白基因

D．运用基因工程技术让牛合成人白蛋白，该技术将导致定向变异

选D　“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中的人白蛋白基因合成出更多的蛋白质。

动物细胞的全能性较难实现，通过组织培养牛的卵细胞不能形成转基因牛。

转基因牛的每个正常细胞中都含有人白蛋白基因，人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，这是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达。

11．人类B型血友病属于伴X隐性遗传病，因为血液中缺少凝血因子Ⅸ导致凝血异常。

下列关于对患者进行基因治疗的设计，正确的是（　　）

A．逆转录病毒的核酸可直接用作载体

B．需将凝血因子Ⅸ和载体连接起来

C．必须把目的基因插入到X染色体上

D．需选择患者自身细胞作为受体细胞

选D　被用作基因工程的载体需要经过人工改造或修饰；

需将凝血因子Ⅸ相关的基因和载体连接起来形成基因表达载体；

目的基因只要在受体细胞中使该基因的表达产物发挥功能即可，并不是必须把目的基因插入到X染色体上；

为避免发生免疫排斥反应，需选择患者自身细胞作为受体细胞。

12．科学家运用基因工程技术，将人凝血因子基因导入山羊的DNA中，培育出羊乳腺生物反应器，使羊乳汁中含有人凝血因子。

A．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵

B．在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他细胞

C．人凝血因子基因开始转录后，DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA

D．科学家将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因重组在一起，从而使人凝血因子基因只在乳腺细胞中特异性