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成才之路 生物,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 選修3,基因工程,專題一,第三節(jié) 基因工程的應(yīng)用,專題一,1．舉例說出基因工程的應(yīng)用及取得的豐碩成果。(重點) 2．了解基因工程的進展。 3．了解基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應(yīng)用。,一、植物基因工程的成果 植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的①________能力，以及改良農(nóng)作物的②________和利用植物生產(chǎn)③________等方面。 (一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 1．殺蟲基因種類：Bt毒蛋白基因、④________抑制劑基因、⑤________抑制劑基因、植物凝集素基因等。 2．成果：抗蟲植物如水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄等。,抗逆,品質(zhì),藥物,蛋白酶,淀粉酶,(二)抗病轉(zhuǎn)基因植物 1．植物的病原微生物：⑥________、真菌和細菌等。 2．抗病基因種類 (1)抗病毒基因：病毒⑦________基因和病毒的復(fù)制酶基因。 (2)抗真菌基因：⑧________基因和抗毒素合成基因。 (3)成果：抗煙草花葉病毒轉(zhuǎn)基因煙草和抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等。,病毒,外殼蛋白,幾丁質(zhì)酶,(三)抗逆轉(zhuǎn)基因植物 1．抗逆基因：調(diào)節(jié)細胞⑨________的基因使作物抗堿、抗旱；魚的抗凍蛋白基因使作物耐寒；抗除草劑基因，使作物抗除草劑。 2．成果：具抗寒能力的煙草、番茄、具抗除草劑的大豆、玉米。 (四)利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì) 1．優(yōu)良基因：必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因、控制番茄果實成熟的基因和植物花青素代謝有關(guān)的基因。 2．成果：轉(zhuǎn)基因玉米、轉(zhuǎn)基因延熟番茄和轉(zhuǎn)基因矮牽牛。,滲透壓,二、動物基因工程的成果 (一)提高動物的生長速度 1．生長基因：外源⑩________基因。 2．成果：轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚。 (二)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 1．優(yōu)良基因：腸乳糖酶基因。 2．成果：轉(zhuǎn)基因牛?________含量少。 (三)用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物 1．基因來源：藥用?________基因＋?________蛋白基因＋啟動子。 2．成果：乳腺生物反應(yīng)器。,生長激素,乳糖,蛋白,乳腺,(四)用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體 1．器官供體：抑制或除去抗原決定基因。 2．成果：利用克隆技術(shù)培育沒有免疫排斥反應(yīng)的豬器官。 (五)基因工程藥物 1．來源：轉(zhuǎn)基因?________。 2．成果：人胰島素、細胞因子、抗體、疫苗、激素等。,工程菌,三、基因治療 1．概念：把?________導(dǎo)入病人體內(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，這是治療遺傳病最有效的手段。 2．成果：將腺苷脫氨酶基因?qū)牖颊叩牧馨图毎?，從而治療?fù)合型免疫缺陷癥。,正?；?[思維激活] 1．由細菌轉(zhuǎn)化而來的工程菌合成的藥物蛋白可能沒有活性，為什么？ 2．研究人員在進行復(fù)合型免疫缺陷癥的基因治療時，將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者的什么細胞？為什么不能轉(zhuǎn)入其他的體細胞？,[答案] 1．細菌屬于原核生物，細胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器，核糖體合成的肽鏈不能被進一步加工和包裝，因而產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性。 2．淋巴細胞。腺苷酸脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的，淋巴細胞只有具有這種酶才能產(chǎn)生抗體等免疫物質(zhì)。,一、植物基因工程的應(yīng)用,知識貼士：①Bt毒蛋白基因產(chǎn)生Bt毒蛋白并無毒性，進入昆蟲消化道被分解成多肽后產(chǎn)生毒性。 ②青霉素是誘變后的高產(chǎn)青霉菌產(chǎn)生的，不是通過基因工程生產(chǎn)的。,以下關(guān)于抗病毒轉(zhuǎn)基因植物的說法中正確的是( ) A．抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抵抗所有病毒 B．抗病毒轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性具有局限性或特異性 C．抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲 D．抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會變異 [解析] 抗病毒轉(zhuǎn)基因植物只可以抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗蟲?？共《净蚝椭参矬w的其他基因一樣存在基因突變的可能性。 [答案] B,導(dǎo)學(xué)號 65500044,金茶花是中國特有的觀賞品種，但易被有害真菌感染得枯萎病，降低觀賞價值?？茖W(xué)家在某種植物中找到了抗枯萎病的基因，用轉(zhuǎn)基因方法培育出了抗枯萎病的新品種。請據(jù)圖回答：,,導(dǎo)學(xué)號 65500045,(1)將②連接到①上并形成③，常用到的酶有______。 (2)抗枯萎病的金茶花培育成功，從變異的角度來說，屬于________。 (3)通過檢測，被③侵染的金茶花葉片細胞具備了抗病性，這說明②已經(jīng)________?？共』蚴欠癖磉_可以從個體水平上做________實驗，簡述實驗過程______________________。,[答案] (1)限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶 (2)基因重組 (3)表達 抗病接種 將普通金茶花和轉(zhuǎn)基因金茶花分成兩組，分別接種有害真菌，其他培養(yǎng)條件適宜且相同。培養(yǎng)一段時間觀察兩組金茶花的抗病情況，通過對照確定抗病基因是否表達。,[解析] ①是用限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒，②是指目的基因的獲取，③是指目的基因與質(zhì)粒在DNA連接酶的作用下形成重組質(zhì)粒。(2)基因工程是在人為作用下將控制不同性狀的基因重新組合從而改造生物性狀，從本質(zhì)上來說這種變異屬于基因重組。(3)金茶花葉片細胞具備了抗病性，說明目的基因已在受體細胞中得到了表達。,二、動物基因工程的應(yīng)用,知識貼士：①動物基因工程的應(yīng)用主要體現(xiàn)在提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物等方面。 ②動物基因工程主要為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，不是為了產(chǎn)生體型巨大的個體。,美國科學(xué)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(nèi) B．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的受精卵中 C．把植物細胞分裂素基因和生長激素基因分別注入小白鼠的受精卵中 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,導(dǎo)學(xué)號 65500046,[解析] 外源的生長激素基因的表達可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得更快。1982年，美國科學(xué)家將人的生長激素基因和牛的生長激素基因分別注射到小白鼠的受精卵中，得到了體型巨大的“超級小鼠”。 [答案] B,下列說法中正確的是( ) A．“轉(zhuǎn)基因動物”是指體細胞中出現(xiàn)了新基因的動物 B．“提高基因表達水平”是指設(shè)法使牛的乳腺細胞中含有更多的人白蛋白基因 C．只在轉(zhuǎn)基因牛乳汁中才能獲取人白蛋白，是因為人白蛋白基因在牛乳腺細胞中是純合的 D．轉(zhuǎn)基因牛的肌肉細胞中也有人白蛋白基因，但不發(fā)生轉(zhuǎn)錄、翻譯，故不能合成人白蛋白 [答案] D,導(dǎo)學(xué)號 65500047,[解析] 轉(zhuǎn)基因動物是指細胞中被轉(zhuǎn)入了外源基因的動物，而不是指出現(xiàn)新基因的動物，如發(fā)生基因突變可能會出現(xiàn)新基因，但發(fā)生了基因突變的動物不叫轉(zhuǎn)基因動物；“提高基因表達水平”是指設(shè)法使牛的乳腺細胞中含有更多的人白蛋白，而不是人白蛋白基因；轉(zhuǎn)基因牛的肌肉細胞中也有人白蛋白基因，但由于基因的選擇性表達，在肌肉細胞中該基因不表達，只能在牛乳腺細胞中表達并分泌到乳汁中，因而只能在轉(zhuǎn)基因牛乳汁中獲取人白蛋白。,三、基因治療 基因治療是把正?；?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的手段。 1．基因治療種類和方法 (1)體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細胞進行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。如腺苷酸脫氨酶基因的轉(zhuǎn)移。 (2)體內(nèi)基因治療：用基因工程的方法，直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移基因。,2．基因治療現(xiàn)狀 基因治療目前處于初期的臨床試驗階段?？梢哉f，在沒有完全解釋人類基因組的運轉(zhuǎn)機制，充分了解基因控制機制和疾病的分子機理之前，進行基因治療是十分困難的。 另外，還存在著技術(shù)方面、倫理道德方面以及安全性方面的諸多困難。,3．用于基因治療的基因種類 (1)從健康人體上分離得到的功能正常的基因，用以取代病變基因，或依靠其表達產(chǎn)物，來彌補病變基因帶來的生理缺陷，如對血友病和地中海貧血病的治療。 (2)反義基因，即通過產(chǎn)生的mRNA分子，與病變基因產(chǎn)生的mRNA進行互補，來阻斷蛋白質(zhì)合成。 (3)編碼可以殺死癌變細胞的蛋白酶基因，又叫做自殺基因。,下列關(guān)于基因工程應(yīng)用的敘述，正確的是( ) A．基因治療就是把缺陷基因誘變成正?；?B．基因診斷的基本原理是DNA分子雜交 C．一種基因探針能檢測水體中的各種病毒 D．原核基因不能用來進行真核生物的遺傳改良,導(dǎo)學(xué)號 65500048,[解析] 基因治療的常見類型是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，用健康的外源基因代替缺陷基因發(fā)揮作用，達到治療疾病的目的。一種基因探針只能檢測某種病毒，而不是各種病毒。原核基因可通過基因工程轉(zhuǎn)移到真核生物體內(nèi)，如抗蟲棉的培育。 [答案] B,下列有關(guān)基因治療的說法正確的是( ) A．把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的 B．對有缺陷的細胞進行修復(fù)，從而使其恢復(fù)正常，達到治療疾病的目的 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(fù)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,導(dǎo)學(xué)號 65500049,[答案] A [解析] 目前實施的基因治療措施有體外基因治療和體內(nèi)基因治療，其基本方法都是把相應(yīng)的正?；?qū)胗谢蛉毕莸南嚓P(guān)細胞中，從而使病人恢復(fù)正常。,一、乳腺生物反應(yīng)器和“工程菌” 1．乳腺生物反應(yīng)器 (1)優(yōu)點：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取。 (2)操作方法： 用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程與轉(zhuǎn)基因動物操作過程相同。為了使目標產(chǎn)品在乳腺中形成，需要使用乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件。,操作過程大致歸納為：獲取目的基因(例如血清白蛋白基因)―→構(gòu)建基因表達載體(在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子)―→顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中―→形成早期胚胎―→將胚胎移植到母體動物子宮內(nèi)―→發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物―→在雌性個體中使轉(zhuǎn)入基因表達，從分泌乳汁中提取所需蛋白質(zhì)。,2．“工程菌” (1)用途：利用基因工程培育“工程菌”來生產(chǎn)藥品。 ①“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系一般稱為“工程菌”，如含有人胰島素基因的大腸桿菌菌株，含有抗蟲基因的土壤農(nóng)桿菌菌株都是“工程菌”。 ②用基因工程生產(chǎn)的藥品，從化學(xué)成分上分析都應(yīng)該是蛋白質(zhì)類。,(2)產(chǎn)品：利用“工程菌”可生產(chǎn)細胞因子、抗體、疫苗、激素等。 在基因工程中，若受體細胞是原核生物(如大腸桿菌)，則生產(chǎn)的“干擾素”是不具備活性的，因為原核細胞內(nèi)無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器，只有核糖體，因此只能合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，而無法添加糖基，若使“干擾素”具有活性，還必須人工處理加上糖基。,二、轉(zhuǎn)基因育種與傳統(tǒng)雜交育種的比較,科學(xué)家們對一位因缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患嚴重復(fù)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，體外培養(yǎng)，然后，用反轉(zhuǎn)錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入人工培養(yǎng)的淋巴細胞中，再將這些轉(zhuǎn)基因淋巴細胞重新輸入患者體內(nèi)，經(jīng)過多次治療，患者的免疫功能趨于正常。,,導(dǎo)學(xué)號 65500050,請回答下列問題： (1)基因治療是把健康的________導(dǎo)入有________的細胞內(nèi)，以達到治療疾病的目的。 (2)在基因治療過程中，逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用相當(dāng)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________，目的基因的受體細胞是________。 (3)上圖甲所示的方法是從________的DNA中直接分離出基因，圖乙所示的方法是用________方法人工合成基因。,[解析] 圖甲表示用限制酶將供體細胞的DNA切成許多片段，然后將片段通過載體轉(zhuǎn)入不同的受體細胞，從中找到目的基因。圖乙表示以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈DNA，從而獲得目的基因。 [答案] (1)外源基因 基因缺陷 (2)載體 腺苷酸脫氨酶基因 淋巴細胞 (3)供體細胞 反轉(zhuǎn)錄,