（浙江專版）2017-2018學年高中生物 第一章 第三節(jié) 基因工程的應用教學案 浙科版選修3

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1、第三節(jié) 基因工程的應用 1.植物基因工程技術主要用于提高農作物的抗除草劑、抗植物病毒、抗害蟲能力。 2.用植物基因工程的方法還能改變植物的花色。 3.動物基因工程技術可以提高動物的生長速度、改善畜產品的品質，用轉基因動物生產藥物。 4.利用轉基因的工程菌生產的藥物包括胰島素、干擾素、乙肝疫苗等。 5.向目標細胞中引入正常功能的基因，以糾正或補償基因的缺陷。 一、基因工程與遺傳育種 1．轉基因植物 (1)傳統(tǒng)育種方法的不足：培育新品種所需時間較長，而且遠緣親本難以雜交。 (2)植物基因工程的優(yōu)勢：能打破遠緣親本雜交不親和的障礙。 (3)培育成功的轉基因農作

2、物：抗除草劑的轉基因煙草，抗植物病毒的轉基因番茄，抗害蟲的轉基因棉，耐貯存的轉基因番茄等。 2．轉基因動物 (1)含義：轉入了外源基因的動物。 (2)培育優(yōu)點：省時、省力。 (3)轉基因動物優(yōu)良性狀舉例： ①生長速度加快的轉基因鼠、魚和豬。 ②具有抗病能力的轉基因雞和牛等。 二、基因工程與疾病治療 1．基因工程藥物 (1)來源：利用基因工程培育“工程菌”來生產的藥品。 (2)幾種藥物比較： 名稱 成分 用途 傳統(tǒng)方法 基因工程方法 胰島素 蛋白質 治療胰島素依賴型糖尿病 從豬和羊的胰腺中提取 通過大腸桿菌生產 干擾素 糖蛋白 治療病毒性肝炎和腫瘤

3、 從人血液中提取 通過基因工程，使人白細胞干擾素基因獲得克隆和表達 乙型肝炎疫苗 蛋白質 預防和治療乙型肝炎 — 通過基因工程利用酵母菌和哺乳動物細胞生產 2．基因治療 (1)概念：向目標細胞中引入正常功能的基因，以糾正或補償基因的缺陷。 (2)實例： ①1990年，美國首例重度免疫缺陷癥基因治療成功。 ②1991年，我國首例B型血友病基因治療也獲得滿意結果。 三、基因工程與生態(tài)環(huán)境保護 1．利用細菌發(fā)酵和轉基因植物生產聚羥基烷酯，用于合成可降解的新型塑料。 2．改造分解石油的細菌，提高其分解石油的能力。 3．利用轉基因微生物吸收環(huán)境中的重金屬，降解有毒化合物

4、和處理工業(yè)廢水。 1．下列哪項不是植物基因工程技術的主要應用(　　) A．提高農作物的抗逆性 B．改變植物的花色 C．改良農作物的品質 D．培養(yǎng)供移植的組織和器官 解析：選D　D項為動物克隆技術的重要應用。 2．下列關于基因成果的敘述，錯誤的是(　　) A．在醫(yī)藥衛(wèi)生方面，主要用于診斷、治療疾病 B．在農業(yè)上主要是培養(yǎng)高產、穩(wěn)產、品質優(yōu)良和具有抗藥性的農作物 C．在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上主要用于培育體形巨大、品質優(yōu)良的動物 D．在環(huán)境保護方面主要用于環(huán)境監(jiān)測和對污染環(huán)境的凈化 解析：選C　在畜牧業(yè)上的應用主要是提高動物的生長速度和產品品質。 3．下列不屬于利用基因工程技術制

5、取的藥物是(　　) A．在大腸桿菌體內制取白細胞介素 B．在酵母菌體內獲得干擾素 C．在青霉菌內獲取青霉素 D．在大腸桿菌內獲取胰島素 解析：選C　基因工程制藥是利用外源基因在受體細胞中的表達生產基因藥物的技術。而青霉菌產生青霉素是其細胞中原有基因的正常表達，故不屬于基因工程制藥。 4．基因治療是指(　　) A．把健康外源基因導入病人細胞內，達到治療疾病的目的 B．對有缺陷的細胞進行修復，從而使其恢復正常，達到治療疾病的目的 C．運用人工誘變方法，使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變，從而恢復正常 D．運用基因工程技術，把有缺陷的基因切除，達到治療疾病的目的 解析：選A　基因治

6、療的方法是把正?；驅氩∪思毎麅?，使該基因的表達產物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的。 5．下列關于應用基因工程技術治療人類遺傳病的敘述，錯誤的是(　　) A．基因治療可以有效地改善患者生理狀況，其操作對象是基因 B．進行基因治療時，基因的受體細胞是受精卵 C．基因治療并不是對患者體內細胞的缺陷基因進行改造 D．基因治療時可只向患者部分細胞內輸入正?；? 解析：選B　基因工程操作的動物受體細胞一般為受精卵，但基因治療時，不用對全部體細胞發(fā)揮作用，受體細胞不是受精卵，而是部分體細胞?；蛑委煵皇菍θ毕莼虻母脑欤话闶菍⒄；驅胧荏w細胞，從功能上“覆蓋”缺陷基因的表達。

7、 基因工程技術與傳統(tǒng)育種技術的區(qū)別 傳統(tǒng)雜交育種 基因工程育種 原理 基因重組 異源DNA(基因)重組 處理方法 雜交→自交→篩選。先通過兩個具有不同優(yōu)良性狀的純種雜交得到F1，然后再將F1自交，人工篩選獲取所需品種 提取→重組→導入→篩選→表達。即提取目的基因→形成重組DNA分子→重組DNA分子導入受體細胞→篩選含有目的基因的受體細胞→目的基因的表達 優(yōu)點 操作簡便 可以按人的意志改造生物，克服遠緣雜交不親和的障礙，目的性強，科技含量高 缺點 育種時間長 技術復雜、操作繁瑣 [題組沖關] 1．我國科學家已成功運用基因工程技術，將蘇云金芽孢桿菌的抗

8、蟲基因導入棉花細胞并表達，培育出了抗蟲棉。下列有關敘述錯誤的是(　　) A．抗蟲基因在棉花細胞的表達要依賴于堿基互補配對原則 B．重組DNA分子中一個堿基對改變，不一定導致毒蛋白的毒性喪失 C．抗蟲棉的抗蟲基因可通過花粉傳遞至近緣作物，從而造成基因污染 D．轉基因棉花是否具有抗蟲特性是通過檢測棉花對抗生素抗性來確定的 解析：選D　抗蟲基因在棉花植株內的表達是轉錄和翻譯過程，轉錄和翻譯都涉及堿基互補配對。重組DNA分子中一個堿基對改變，不一定導致毒蛋白的毒性喪失，因為基因突變不一定導致生物性狀的改變?？瓜x基因可通過花粉傳遞給近緣作物，造成基因污染。檢測轉基因棉花是否具有抗蟲特性，一般用

9、該棉花的葉片飼喂棉鈴蟲，看棉鈴蟲是否死亡。 2．為擴大可耕地面積，增加糧食產量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關注。我國科學家應用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。 (1)獲得耐鹽基因后，構建重組DNA分子所用的限制酶作用于圖中的__________處，DNA連接酶作用于______處。(填“a”或“b”)。 (2)由導入目的基因的水稻細胞培養(yǎng)成植株需要利用____________技術，該技術的核心是______________和______________過程。 (3)為了確定耐鹽轉基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標記的____________作探針進行分子雜交檢測，

10、又要用__________________的方法從個體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。 解析：限制酶的切點選擇很嚴格，只會切斷某段特定DNA序列中的某個特定位點——磷酸二酯鍵，而DNA連接酶可以將該鍵連接起來。導入外源基因的細胞需要利用植物組織培養(yǎng)技術將其培養(yǎng)為植株，過程為：取材、去分化(或脫分化)形成愈傷組織、再分化形成試管苗、移栽培育成完整植物體。轉基因是否成功，可測定是否有轉基因產物產生，也可通過改變條件觀察植物性狀的變化來加以確定。 答案：(1)a　a　(2)植物組織培養(yǎng)　脫分化(去分化)　再分化　(3)耐鹽基因(目的基因)　一定濃度鹽水澆灌(移栽到鹽堿地中) 1．基因治療

11、的原理 將正?；蚧蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^一定方式導入靶細胞內，可以糾正基因缺陷而達到治療疾病的目的。這種生物醫(yī)學技術稱為基因治療。 2．基因治療的過程圖解 [題組沖關] 3．腺苷酸脫氨酶(ADA)基因缺陷癥是一種免疫缺陷病，對患者采用基因治療的方法是：取出患者的淋巴細胞，進行體外培養(yǎng)時轉入正常ADA基因，再將這些淋巴細胞注射入患者體內，使其免疫功能增強，能正常生活。下列有關敘述，錯誤的是(　　) A．正常ADA基因替換了患者的缺陷基因 B．正常ADA基因通過控制ADA的合成來影響免疫功能 C．淋巴細胞需在體外擴增后再注射入患者體內 D．腺苷酸脫氨酶(ADA)基因缺陷癥屬于先

12、天性免疫缺陷病 解析：選A　基因治療是將正常的基因導入有基因缺陷的細胞中，正常的ADA基因可以控制合成正常的ADA來影響免疫功能；為獲得大量含ADA正?；虻牧馨图毎柙隗w外擴增后再注入患者體內；腺苷酸脫氨酶(ADA)基因缺陷癥是先天性免疫缺陷病。 4．據所學知識回答下列問題： (1)1978年美國科學家利用轉基因技術，將人類的胰島素基因拼接到大腸桿菌DNA中，然后通過大腸桿菌的繁殖，生產出人類胰島素藥物。請回答： ①從分子結構看，細菌中的質粒是一種__________；質粒能隨細菌的細胞分裂而增加，質粒這種增殖方式在遺傳學上稱為________________。 ②基因工程中常采

13、用質粒作為____________。 ③人的胰島素基因能在大腸桿菌細胞中表達，合成人的胰島素，說明不同生物________________________________________________________________________。 (2)現在，許多發(fā)達的國家采用基因療法來治療糖尿病，其操作過程如圖所示。 請回答： ①圖中外源基因由______________提供，受體細胞由____________提供。 ②外源基因成功表達的過程為________________________________。 解析：(1)外源基因(DNA片段)和質粒能夠拼接，說明質粒也

14、是一種DNA，而且不同生物的DNA結構是相同的。因此，DNA之間通過DNA連接酶，按照堿基互補配對的方式連接起來。質粒是環(huán)狀的DNA，DNA能夠隨細胞分裂而復制增加?；蚬こ讨谐２捎觅|粒作為載體。人的胰島素基因能在大腸桿菌細胞中表達，合成人的胰島素，說明不同生物中遺傳密碼相同，共用一套密碼子。(2)基因療法，首先從健康的人體細胞中獲得正?；颉葝u素基因，然后連接到無害病毒的DNA上，形成一個重組DNA；再用重組DNA病毒去感染病人離體的細胞；最后，將感染的離體細胞注入病人的胰腺組織中，病人體內就能夠產生胰島素，達到治療糖尿病的目的。 答案：(1)①DNA　DNA復制?、谳d體?、酃灿靡惶酌?/p>

15、碼子　(2)①健康人　病人?、贒NA→RNA→蛋白質(胰島素) [隨堂基礎鞏固] 1．抗病毒轉基因植物成功表達后，以下說法正確的是(　　) A．抗病毒轉基因植物可以抵抗所有病毒 B．抗病毒轉基因植物對病毒的抗性具有局限性或特異性 C．抗病毒轉基因植物可以抗害蟲 D．抗病毒轉基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會變異 解析：選B　由于外源抗病毒基因具有特異性，因而其表達產物具有特異性或局限性，只能抵抗某種或某類病毒，不可能抵抗所有病毒，更不能抗害蟲。目的基因導入受體細胞后，可以隨受體內的自身遺傳物質穩(wěn)定遺傳，也會同自身遺傳物質一樣發(fā)生變異。 2．下列有關基因工程的成果及應用的

16、敘述，正確的是(　　) A．基因工程培育的抗蟲棉具有各種抗性 B．基因工程可培育生長快、品質優(yōu)良的動物 C．基因工程培育的轉基因植物都是安全的 D．基因治療的原理是基因突變 解析：選B　基因工程培育的轉基因抗蟲棉能抗蟲，但不能抗病毒和細菌；基因工程在畜牧業(yè)方面可培育具有優(yōu)良性狀的動物；基因工程是把雙刃劍，具有有利和有害兩個方面；基因治療的原理是基因重組。 3．某科學家從細菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過基因工程的方法，將a轉到馬鈴薯植株中，經檢測發(fā)現Amy在成熟塊莖細胞中存在，下列說法正確的是(　　) A．基因a只有導入到馬鈴薯受精卵中才能表達 B．目的基因來自細菌

17、，可以不需要載體直接導入受體細胞 C．基因a導入成功后，將抑制細胞原有的新陳代謝，開辟新的代謝途徑 D．目的基因進入受體細胞后，可通過復制傳給子代細胞并表達 解析：選D　培育轉基因植株可以以體細胞或受精卵作為受體細胞；目的基因必須借助載體才能導入受體細胞；目的基因導入成功后，不抑制細胞原有的代謝途徑。 4．科學家們對一位因缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患嚴重復合型免疫缺陷癥的美國女孩進行基因治療，其方法是首先將患者的淋巴細胞取出做體外培養(yǎng)，然后用逆轉錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉入人工培養(yǎng)的淋巴細胞中，再將這些轉基因淋巴細胞回輸到患者體內，經過多次治療，患者的免疫功能趨于正常。 (1)基因治

18、療是把健康的_________導入有_________的細胞中，以達到治療疾病的目的。 (2)在基因治療過程中，逆轉錄病毒的作用相當于基因工程中基因操作工具的________。此基因工程中的目的基因是______________，目的基因的受體細胞是________。 (3)將轉基因淋巴細胞多次回輸到患者體內后，免疫能力趨于正常，是由于淋巴細胞中能合成___________________________________________________。 (4)請用基因工程方法簡要寫出對該女孩實施基因治療的步驟，并寫出兩種鑒定是否治療成功的方法。 解析：基因治療是指把健康的外源

19、基因導入有基因缺陷的細胞中，進行治療疾病的方法。在該實例中，基因的運輸工具是逆轉錄病毒，目的基因是腺苷酸脫氨酶基因，受體細胞是淋巴細胞。患者得到恢復，說明目的基因在受體細胞中得到了表達，即淋巴細胞能合成腺苷酸脫氨酶。鑒定該治療過程是否成功，可通過鑒定其體內該酶的量或檢測其免疫能力是否有所提高。 答案：(1)外源基因　基因缺陷　(2)載體(或基因的運輸工具)　腺苷酸脫氨酶基因　淋巴細胞　(3)腺苷酸脫氨酶　(4)獲取腺苷酸脫氨酶基因→腺苷酸脫氨酶基因表達載體的構建→將重組DNA分子導入淋巴細胞→腺苷酸脫氨酶基因的檢測和鑒定。治療是否成功的鑒定方法：①鑒定女孩體內產生的腺苷酸脫氨酶是否越來越多；

20、②鑒定女孩產生抗體的能力是否明顯改善，免疫能力是否明顯提高。 [課時跟蹤檢測] 1．人的糖蛋白必須經過內質網和高爾基體加工合成。通過轉基因技術，可以使人的糖蛋白基因得以表達的受體細胞是(　　) A．大腸桿菌　　　　　　　 B．酵母菌 C．T4噬菌體 D．質粒DNA 解析：選B　基因工程中的目的基因表達并形成具有生物活性的蛋白質，需要高爾基體、內質網等真核生物才具有的細胞器，酵母菌為真核生物，具有快速大量繁殖的特點，是理想的受體細胞。 2．下列關于基因治療的說法正確的是(　　) A．基因治療只能治療一些傳染病，如艾滋病 B．基因治療的主要方法是讓患者口服一些健康的外源基因

21、 C．基因治療的主要原理是引入健康基因并使之表達 D．基因治療在發(fā)達國家已成為一種常用的臨床治療手段 解析：選C　基因治療是指將健康基因導入有缺陷的細胞內，使該基因的表達產物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的。基因治療不能治療傳染病。 3．番茄營養(yǎng)豐富，是人們喜愛的一類蔬菜。普通番茄細胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因，控制細胞產生多聚半乳糖醛酸酶，該酶能破壞細胞壁，使番茄軟化，不耐貯藏。科學家通過基因工程將一種抗多聚半乳糖醛酸酶基因導入番茄細胞，獲得了抗軟化番茄。下列關于培育抗軟化番茄的敘述中，錯誤的是(　　) A．載體常用質粒 B．受體細胞是番茄細胞 C．目的基因為多聚半乳糖醛酸

22、酶基因 D．目的基因的表達延緩了細胞的軟化 解析：選C　抗軟化番茄的培育常用質粒作載體，將目的基因(抗多聚半乳糖醛酸酶基因)與質粒結合形成重組DNA分子，利用含重組DNA分子的土壤農桿菌去感染普通番茄，目的基因導入普通番茄細胞中染色體的DNA上，從而使多聚半乳糖醛酸酶基因不能表達。 4．在用基因工程技術構建抗除草劑的轉基因煙草過程中，下列操作錯誤的是(　　) A．用限制性核酸內切酶切割煙草花葉病毒的核酸 B．用DNA連接酶連接經切割的抗除草劑基因和載體 C．將重組DNA分子導入煙草原生質體 D．用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉基因煙草細胞 解析：選A　限制性核酸內切酶切割的是DNA，而

23、煙草花葉病毒的遺傳物質為RNA。 5．采用基因工程技術將人凝血因子基因導入山羊受精卵，培育出了轉基因羊。但是，人凝血因子只存在于該轉基因羊的乳汁中。下列有關敘述，正確的是(　　) A．如果人凝血因子基因的核苷酸序列已知，可用人工合成的方法獲得該目的基因 B．人體細胞中凝血因子基因進入羊受精卵細胞后，其傳遞和表達不再遵循中心法則 C．在該轉基因羊體內，人凝血因子基因存在于乳腺細胞中，而不存在于其他體細胞中 D．人凝血因子基因開始轉錄后，DNA聚合酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA 解析：選A　基因的表達包括轉錄和翻譯，基因的傳遞和表達遵循中心法則；轉基因羊體內人凝血因子基因存在

24、于羊所有體細胞中；人凝血因子基因開始轉錄后，RNA聚合酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA。 6．美國科學家運用基因工程的方法得到體型巨大的“超級小鼠”，運用的方法是(　　) A．把牛的生長激素基因和人的生長激素基因分別注入小白鼠體內 B．把含有牛的生長激素基因和人的生長激素基因的表達載體分別注入小白鼠的受精卵中 C．把植物細胞分裂素基因和生長素基因分別注入小鼠的受精卵中 D．把人的生長激素基因和牛的生長激素基因分別注入小白鼠的卵細胞中 解析：選B　外源生長激素基因的表達可以使轉基因動物生長得更快。將含有人的生長激素基因和牛的生長激素基因的表達載體分別注入小鼠的受精卵中，可得到

25、體型巨大的“超級小鼠”。 7．干擾素是治療癌癥的藥物，成分是一種糖蛋白，它必須從血液中提取，每升人血液只能提取0.05μg，所以價格昂貴?，F在美國加利福尼亞的基因公司用下圖的方式生產干擾素，試分析原理和優(yōu)點。 (1)從人的淋巴細胞中取出________，使它同質粒相結合，然后移植到酵母菌體內，讓酵母菌______________。 (2)酵母菌能用______________方式繁殖，速度很快，能大量生產________，不但提高了產量，也降低了成本。 (3)有人嘗試將干擾素基因與大腸桿菌的質粒重組，轉入大腸桿菌體內后，形成“工程菌”，此種操作能制備到干擾素嗎？________

26、，請說明理由：________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)通過基因工程構建“工程菌”的方法是：從淋巴細胞中取出干擾素基因，與質粒結合形成重組質粒，并通過相應的檢測與鑒定得到轉基因酵母菌，然后通過培養(yǎng)該酵母菌，使之合成大量干擾素。(2)酵母菌能進行出芽生殖，迅速繁殖菌體，同時也能大量生產干擾素。(3)由于大腸桿菌是原核生物，無內質網、高爾基體等細胞器，無法合成糖蛋白，因此通常不用來制備干擾素。 答案：(1)干擾素基因　合成干擾

27、素　(2)出芽生殖　干擾素　(3)不能　大腸桿菌是原核生物，無內質網、高爾基體等細胞器，無法合成糖蛋白 8．如圖所示為人體正常紅細胞和鐮刀型細胞貧血癥患者紅細胞形態(tài)及鐮刀型細胞貧血癥的基因治療過程，請回答以下問題： (1)________圖細胞為鐮刀型細胞貧血癥的紅細胞。這種病是由于____________造成的。 (2)圖中A為__________________，D為____________。 (3)寫出以下過程的操作內容： ①______________________________________________________________________；

28、②用攜帶正?；虻妮d體(病毒)侵染造血干細胞； ③______________________________________________________________________； ④______________________________________________________________________。 (4)該方法屬于________(填“體內”或“體外”)基因治療，其特點是____________ ________________________________________________________________________。 (

29、5)患者身體康復后，所生子女是否會攜帶鐮刀型細胞貧血癥基因？請說明理由。 ______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 解析：(1)由于基因突變使紅細胞形態(tài)上成為鐮刀狀而易破碎，故圖甲是正常紅細胞，圖乙是鐮刀型細胞。(2)在基因治療過程中，A為目的基因，可以與載體結合后導入受體細胞中；D作為受體細胞應是具有持續(xù)分裂能力的造

30、血干細胞。(3)、(4)基因治療過程有四個步驟；其中③為將基因表達載體導入受體細胞D的染色體上，④為將具有正常功能的造血干細胞轉移至體內，由此可知，此過程為體外基因治療。(5)基因突變若發(fā)生在體細胞內一般不遺傳給后代，若發(fā)生在生殖細胞中可能遺傳給后代。 答案：(1)乙　基因突變　(2)合成血紅蛋白的正常基因(或目的基因)　造血干細胞　(3)①將正?；虿迦胼d體中?、蹖⑤d體(攜帶正?；?導入造血干細胞染色體上　④將經過改造的造血干細胞輸入患者骨髓中并產生正常的血細胞　(4)體外　操作復雜但效果較為可靠　(5)如果該患者的鐮刀型細胞貧血癥是由于個體發(fā)育的受精卵時期基因突變引起的，子女會攜帶該致病基因；如果患者的鐮刀型細胞貧血癥是由于個體發(fā)育過程中后天基因突變引起的，其生殖細胞中不含致病基因，因此，不管是否經過基因治療，子女都不含該致病基因 - 11 -