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2019-2020年高中生物《基因工程的應用》教案4 新人教版選修3 [教學目標]： 1. 基因工程基本操作的“四步曲”是什么？PCR擴增過程 2．基因表達載體的組成及各自作用 3．將目的基因?qū)胫参锛毎?、動物細胞、微生物細胞的常用方? 4．目的基因的檢測與鑒定的步驟 [教學重難點] 1． 基因工程基本操作的“四步曲”。 2． 將目的基因?qū)胫参锛毎?、動物細胞、微生物細胞的常用方? 3． 目的基因的檢測與鑒定的步驟 [教學過程] 一、知識網(wǎng)絡(luò)體系 抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 抗病轉(zhuǎn)基因植物 轉(zhuǎn)基因植物 其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物 改良植物品質(zhì) 提高動物生長速度 改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 轉(zhuǎn)基因動物 用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物 用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體 基因工程藥物 基因治療 二、新課教學 導入：根據(jù)所學內(nèi)容，試概括寫出基因工程解決哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。 提示：基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產(chǎn)，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高。 知識拓展 1.利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在? 所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達載體后導入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性： （1）利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。 （2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭?；?0頭豬的胰臟中才能提取到。1978年科學家用2 000 L大腸桿菌發(fā)酵液得到100 g胰島素，相當于從1 000 kg豬胰臟中提取的量。又如，生長素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長素。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。 （3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。 2.在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？ 關(guān)于病毒外殼蛋白（coat protein，CP）基因?qū)胫参锖蟮目共《緳C理，目前有幾種假說。一種假說認為：CP基因在植物細胞內(nèi)表達積累后，當入侵的病毒裸露核酸進入植物細胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復制和翻譯。另一種假說認為：植物細胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。 利用CP介導的抗病毒性還存在一些問題：①轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性有局限性，僅限于特定的病毒（被使用CP基因的病毒）或密切相關(guān)的病毒；②轉(zhuǎn)基因植物大多數(shù)只是發(fā)病延緩，一般為兩周，并非根治；③潛在著植物表達的外殼蛋白包被與另一種病毒形成新的雜合病毒的危險。 （一）、植物基因工程成果 1．抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 殺蟲基因：主要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抵制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。 優(yōu)點：減小生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染 2．抗病轉(zhuǎn)基因植物 抗病基因：使用最多的是病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因；抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中可使用的基因有幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因。 3．其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物： 抗逆基因：調(diào)節(jié)滲透壓的基因（使植物細胞滲透壓升高以適應鹽堿或干旱環(huán)境）、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因。 作用：以提高植物對環(huán)境適應能力。 4．利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì) 舉例：將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高植物氨基酸含量。 （二）、動物基因工程 1．用于提高動物生長速度（生長激素基因） 2．用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 3．用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物（乳腺生物反應器） 優(yōu)點：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。 缺點：只能是雌性個體在泌乳期時才行。 提示：①乳腺蛋白基因的啟動子是一種特異性表達的啟動子；受體細胞為受精卵。②有些可以導入膀胱壁細胞，從尿液中提取。 4．用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體 原理：使移植器官的沒有抗原，就不會發(fā)生免疫排斥反應 方法：將器官供體基因組導入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達，可設(shè)法除去抗原決定基因。 5．基因工程藥品 （三）、基因治療 1．概念：把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效手段。 2．種類：體外基因治療和體內(nèi)基因治療。 3．原理：遺傳病患者一般缺少正常基因，所以導入正常基因后，使其表達，即可對病情起到緩解作用。 提示：受體細胞一般為體細胞而不是受精卵，基因治療后只有一部分細胞含有正常基因。基因治療沒有影響原有基因，所以細胞中兩種基因同時存在。 [相關(guān)鏈接] 轉(zhuǎn)基因食品是通過遺傳工程改變植物種子中的脫氧核糖核酸，然后把這些修改過的再復合基因轉(zhuǎn)移到另一些植物種子內(nèi)，從而獲得在自然界中無法自動生長的植物物種。上世紀 80年代末，科學家們開始把10多年分子研究的成果運用到轉(zhuǎn)基因食品上，1995年成功地生產(chǎn)出抗雜草黃豆，并在市場上出售。又經(jīng)過7年的努力，現(xiàn)在他們利用基因技術(shù)已批量生產(chǎn)出抗蟲害、抗病毒、抗雜草的轉(zhuǎn)基因玉米、黃豆、油菜、土豆、西葫蘆等。目前，轉(zhuǎn)基因食品的主要產(chǎn)地是美國、加拿大、歐盟、南非、阿根廷等。 　　轉(zhuǎn)基因食品安全評價：隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)向農(nóng)業(yè)、食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的不斷滲透和迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)基因食品安全性現(xiàn)成為全球關(guān)注的熱點問題之一 [經(jīng)典例題剖析] 1．不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥物是 A．干擾素 B．白細胞介素 C．青霉素 D．乙肝疫苗 【解析】 基因工程生產(chǎn)的藥物有胰島素、干擾素、白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品、乙肝疫苗等。而青霉素是發(fā)酵工程的產(chǎn)品之一。 【答案】 C [基礎(chǔ)試題訓練] 1．若利用基因工程技術(shù)培育能固氮的水稻新品種，其在環(huán)保上的重要意義是（ ） A．減少氮肥的使用量，降低生產(chǎn)成本 B．減少氮肥的使用量，節(jié)約能源 C．避免氮肥過多引起環(huán)境污染 D．改良土壤結(jié)構(gòu) 2．基因治療是指（ ） A.對有基因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 B.把健康的外源基因?qū)氲接谢蛉毕莸募毎校_到治療疾病的目的 C.運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變恢復正常 D.運用基因工程技術(shù)，把有缺陷的基因切除，達到治療疾病的目的 3．療白化病、苯丙酮尿癥等人類遺傳病的根本途徑是（ ） A．口服化學藥物 B．注射化學藥物 C. 采用基因療法替換致病基因 D.利用輻射或藥物誘發(fā)致病基因突變 4．上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉(zhuǎn)基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉(zhuǎn)基因動物是指（　 ） 　　A.提供基因的動物 　　　　B.基因組中增加外源基因的動物 　　C.能產(chǎn)生白蛋白的動物 　　D.能表達基因信息的動物 5．在基因診斷技術(shù)中，所用的探針DNA分子中必須存在一定量的放射性同位素，后者的作用是 （ ） A．為形成雜交的DNA分子提供能量 B．引起探針DNA產(chǎn)生不定向的基因突變 　　C. 作為探針DNA的示蹤元素 　　D．增加探針DNA的分子量 6．診斷苯丙酮尿癥所用的探針是 （ ） A．32P半乳糖甘轉(zhuǎn)移酶基因 B．熒光標記的苯丙氨酸羧化酶　　 C. 熒光標記的β—珠蛋白基因 　D．3H苯丙氨酸羧化酶基因 7．基因工程生產(chǎn)胰島素的主要原因是 （ ） A.工藝簡單，容易操作 B.生產(chǎn)量大，價格較低 C.所生產(chǎn)的胰島素可以用于口服 D.所生產(chǎn)的胰島素療效大大提高 ８．75年，科學家用基因工程的方法創(chuàng)造出了一種能分解石油的“超級細菌”，下列關(guān)于此種細菌的說法正確的是 （ ） A.與一般細菌相比它體積特別巨大 B.它是現(xiàn)在唯一能分解石油的細菌 C.它同時能分解石油中的四種烴類 D.與一般細菌相比，它繁殖速度極快 [教學反思]