1 3基因工程的應用 專題1基因工程 1 舉例說出植物基因工程取得的成果 2 關注動物基因工程的應用前景 3 了解基因工程藥物和基因治療 目標導航 重難點擊 基因工程在農業和醫療等方面的應用 方式一 基因工程自20世紀70年代興起后 在短短的幾十年間 得到了飛速的發展 目前已經成為生物科學的核心技術 基因工程在實際應用領域 農牧業 工業 環境 能源和醫療衛生等方面 也展示出美好的前景 我們今天就一起來分享一下它的成果吧 課堂導入 方式二 胰島素是治療糖尿病的特效藥 一般臨床上使用的胰島素主要從豬 牛等家畜的胰腺中提取 每100kg胰腺只能提取4 5g胰島素 用該方法生產的胰島素產量低 價格昂貴 遠不能滿足社會需要 1979年 科學家將動物體內的胰島素基因與大腸桿菌dna分子重組 并在大腸桿菌內實現了表達 1982年 美國一家基因公司用基因工程方法生產的胰島素投入市場 售價降低了30 50 可以看出利用轉基因微生物生產藥物與傳統的制藥相比的優越性 無需大型裝置和大面積廠房就可以生產出大量藥品 降低生產成本 減少生產人員和管理人員 而且可以解決傳統制藥中原料來源不足的問題 基因工程取得了哪些豐碩成果 還有哪些進展 讓我們一起來學習吧 一 植物基因工程成果 二 動物基因工程的前景 三 基因工程藥物及基因治療 內容索引 對點訓練當堂檢測自查自糾 一 植物基因工程成果 1 抗蟲轉基因植物與抗病轉基因植物 殺蟲活 知識梳理 答案 性 抗病基因 蛋白酶 淀粉酶 外殼蛋白 幾丁質酶 化學農藥 答案 2 抗逆轉基因植物 抗鹽堿 答案 抗干旱 抗凍蛋白 3 利用轉基因改良植物的品質 1 方法 將優良性狀基因導入植物 獲得優良品質的植物 2 意義 改良植物的某些 品質 答案 1 提高農作物的抗逆能力 1 轉基因抗蟲棉的目的基因是什么 是從哪種生物獲取的 抗蟲棉能抗病毒 細菌 真菌嗎 答案bt毒蛋白基因 目的基因是從蘇云金芽孢桿菌體內提取出來的 不能 因為抗蟲基因具有專一性 2 對于基因工程生產的抗蟲棉是否取得最后的成功 最簡單的檢測方法是什么 這種檢測屬于哪一層次 答案讓害蟲去吃轉基因棉花的植株 觀察害蟲的生存狀況來鑒定植株是否具有相應的抗蟲性狀 這屬于個體水平上的檢測 答案 合作探究 3 從基因與性狀的關系角度思考 利用轉基因改良植物品質的途徑有哪些 答案 直接導入控制該性狀的結構蛋白基因 導入與該性狀有關的某種酶的基因 2 培育抗逆作物的意義 1 從環境保護角度出發 分析轉基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優越性 答案減少了化學農藥的使用量 降低了環境污染 答案 2 種植轉基因抗蟲棉若干年后 害蟲會不會對轉基因抗蟲棉產生抗性 為什么 答案會 害蟲會因基因突變產生對轉基因抗蟲棉的抗性 答案 活學活用 1 判斷正誤 1 種植轉基因抗蟲棉的農田不需要進行防蟲管理 2 轉基因抗病植物不受細菌 真菌或病毒的危害 種植過程中不需要使用農藥 3 植物基因工程主要用于提高農作物產量 4 轉基因作物減少了化學農藥的使用 降低了生產成本 減少了環境污染 但增加了對人體健康的損害 答案 2 目前人類利用基因工程的方法成功培育出轉基因抗蟲棉 以下說法正確的是 a 蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質粒結合后直接進入棉花的葉肉細胞表達b 抗蟲基因導入棉花葉肉細胞后 可通過傳粉 受精的方法 使抗蟲性狀遺傳下去c 標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因d 轉基因抗蟲棉經過種植 棉鈴蟲不會產生抗性 這樣可以有效消滅棉鈴蟲 解析答案 返回 解析蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質粒結合后需用農桿菌轉化法導入棉花的葉肉細胞 不能直接進入棉花的葉肉細胞表達 a項錯誤 葉肉細胞是體細胞 其基因不能通過有性生殖進行遺傳 可以通過植物組織培養技術 使抗蟲性狀遺傳下去 b項錯誤 構建好的基因表達載體中必須含有標記基因 以便于確定目的基因是否進入受體細胞內 c項正確 棉鈴蟲抗性的產生是基因突變的結果 但抗蟲棉的自然選擇會使棉鈴蟲的抗性基因頻率升高 d項錯誤 答案c 返回 二 動物基因工程的前景 生長激素 知識梳理 答案 腸乳糖酶 乳 糖 蛋白 乳腺蛋 白 器官移 植 抗原決定 1 關于動物基因工程改良的動物品種 1 為提高動物的生長速率 需將外源生長激素基因導入動物體內 應該選擇哪種細胞作為受體細胞 試分析其原因 答案受精卵 受精卵體積較大 操作較容易 含營養物質豐富 也能保障發育成的個體所有細胞都含有外源基因 全能性較高 2 為什么將腸乳糖酶基因導入奶牛基因組能降低牛奶中的乳糖含量 答案腸乳糖酶基因在奶牛乳腺細胞中表達出乳糖酶 可以分解乳汁中的乳糖 答案 合作探究 2 分析用轉基因動物生產藥物的過程 思考以下問題 1 就藥物基因而言 最理想的表達場所是哪里 答案轉基因動物的乳腺 2 乳腺生物反應器有哪些優點 答案產量高 質量好 成本低 易提取 答案 3 討論用基因工程技術實現動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的 答案 獲取目的基因 構建基因表達載體 顯微注射導入哺乳動物受精卵中 將受精卵送入母體內發育成轉基因動物 3 用轉基因動物作器官移植的供體時 應采取什么措施 答案抑制抗原決定基因的表達 或設法除去抗原決定基因 答案 3 判斷正誤 1 動物基因工程的主要前景是提高動物生長的速度 2 培育轉基因動物常用顯微注射技術將外源基因導入受精卵 3 抑制或除去抗原決定基因可以培育沒有免疫排斥反應的豬器官 4 利用小型豬來解決人類移植器官短缺問題 首先要解決免疫排斥難題 5 利用動物乳腺生物反應器技術時 受體細胞應為受精卵或體細胞 6 乳腺生物反應器 需將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起 活學活用 答案 4 上海醫學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉基因牛 他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法 使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍 轉基因動物 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 能產生白蛋白的動物d 能表達基因信息的動物 b 答案 問題導析 返回 1 轉基因生物是指利用技術導入培育出的能夠將新性狀穩定地遺傳給后代的基因工程生物 2 轉基因牛攜帶有外源的基因 基因工程 問題導析 答案 返回上頁 外源基因 白蛋白 返回 三 基因工程藥物及基因治療 1 基因工程藥物 1 概念 基因工程藥物是指利用生產的藥物 2 原理 通過基因工程技術 使外源基因在工程菌細胞內高效表達 3 成果 人胰島素 細胞因子 抗體 疫苗 激素等 4 作用 預防和治療人類腫瘤 心血管疾病 各種傳染病 類風濕等疾病 轉基因的工程菌 知識梳理 答案 遺傳病 糖尿病 2 基因治療 1 概念 把導入病人體內 使該基因的表達產物發揮功能 從而達到治療疾病的目的 2 成果 將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者的淋巴細胞中 3 途徑 分為和 4 現狀 處于初期的臨床試驗階段 正常基因 答案 體內基因治療 體外基因治療 1 關于基因工程藥物 1 通過基因工程直接得到的藥物有什么特點 答案利用基因工程生產的藥物一般都是蛋白質類產品 2 利用轉基因細菌能否直接生產干擾素等化學本質為糖蛋白的藥物 為什么 答案利用轉基因細菌不能直接生產糖蛋白類的產品 因為細菌中只有核糖體 沒有內質網和高爾基體等其他細胞器 答案 合作探究 2 分析教材p23復合型免疫缺陷癥的基因治療 回答下列問題 1 研究人員將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者的什么細胞 為什么不能轉入其他的體細胞 答案淋巴細胞 腺苷酸脫氨酶是人體免疫系統發揮正常功能所必需的 淋巴細胞中具有這種酶才能產生抗體等免疫物質 2 如何鑒定該患者是否治療成功 答案鑒定患者產生抗體的能力是否明顯改善 免疫能力是否明顯提高 答案 3 經基因治療的患者體內是否還存在缺陷基因 答案存在 基因治療只是導入正常基因 并沒有去除缺陷基因 5 判斷正誤 1 用基因工程方法 轉入外源基因的菌類細胞株系一般稱為工程菌 2 將人的干擾素基因重組到質粒后導入大腸桿菌 能獲得產生人干擾素的菌株 3 治療遺傳性疾病最有效的手段就是基因治療 4 把缺陷基因除去 就可以達到治療疾病的目的 5 某些動物病毒可作為基因治療的載體 6 基因治療過程中 由于正常基因的表達掩蓋了病變基因的表達 從而達到治療疾病的目的 活學活用 答案 6 人類基因治療 報道 在美國佛羅里達大學基因治療中心接受基因治療的三名遺傳性失明患者都重新獲得了一定的視力 并且沒有嚴重的副作用 基因治療是指 a 把健康外源基因導入有基因缺陷的細胞中 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 a 解析答案 解析基因治療只是將正常的基因導入病人體內 使該基因的表達產物發揮功能 從而達到治療疾病的目的 而細胞中的缺陷基因并未修復 和正常基因同時存在 基因治療也不是切除病變基因或誘發其突變 因而b c d的說法都不符合基因治療的概念 抗逆 返回 答案 課堂小結 生長速度 品質 藥物 器官移植 對點訓練當堂檢測自查自糾 1 提高農作物抗鹽堿和抗干旱能力的目的基因是 a 抗除草劑基因b 調節細胞滲透壓的基因c 抗凍蛋白基因d bt毒蛋白基因 解析由于鹽堿和干旱對農作物的危害與細胞內滲透壓調節有關 所以可以利用一些調節細胞滲透壓的基因來提高農作物抗鹽堿和抗干旱的能力 b 1 2 3 4 5 解析答案 a 培育過程中可能用到抗病 抗蟲等抗性基因b 目的基因的受體細胞可以是大豆受精卵 也可以是體細胞c 轉基因大豆的種植過程中減少了農藥等的使用量 生產成本更低d 固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一 2 轉基因食品已大量進入我們的日常生活 如轉基因西紅柿 轉基因草莓等 涉及的問題甚至關系到國家之間的貿易競爭 如圖為 霸占中國市場的轉基因大豆油 的部分圖示 下列關于轉基因大豆的敘述 不正確的是 解析豆科植物可與含固氮基因的根瘤菌共生 故固氮基因并非必需的目的基因 d 解析答案 1 2 3 4 5 3 關于用轉基因動物作器官移植供體的研究的敘述 不正確的是 a 器官短缺和免疫排斥是目前制約人體器官移植的兩大難題b 豬的內臟構造 大小和血管分布與人極為相似c 靈長類動物體內隱藏的 可導致人類疾病的病毒少于豬d 無論以哪種動物作為供體 都需在其基因組中導入某種調節因子以抑制抗原決定基因的表達 或設法除去抗原決定基因 解析豬體內隱藏的 可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物 是目前人體最理想的器官供體 c 解析答案 1 2 3 4 5 4 動物乳腺生物反應器是一項利用轉基因動物的乳腺代替傳統的生物發酵 進行大規模生產可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質的現代生物技術 目前科學家已在牛和羊等動物的乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶 血清白蛋白 生長激素等重要藥品 大致過程如圖所示 1 2 3 4 5 下列有關說法 錯誤的是 a 通過 形成的重組質粒具有人的藥用蛋白基因 啟動子 終止子和標記基因即可b 通常采用顯微注射技術c 在轉基因母牛的乳腺細胞中人的藥用蛋白基因才會得以表達 因此可以從乳汁中提取藥物d 該技術生產藥物的優點是產量高 質量好 易提取 解析答案 1 2 3 4 5 解析要讓藥用蛋白基因在乳腺細胞內表達并分泌含藥物的乳汁 重組質粒上還必須具有乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件 a項錯誤 轉基因動物通常利用的受體細胞是受精卵 采用顯微注射技術 b項正確 只有母牛到達泌乳期 乳腺細胞才會表達相應的藥用蛋白基因 乳汁中含有藥物 c正確 從乳汁里提取藥物 優點突出 使動物本身成為 批量生產藥物的工廠 d項正確 答案a 1 2 3 4 5 5 科學家們對一位缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患先天性體液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白細胞取出做體外培養 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的白細胞中 再將這些轉基因白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 基因治療是把健康的導入有的細胞中 以達到治療疾病的目的 1 2 3 4 5 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 將轉基因白細胞多次回輸到患者體內后 免疫能力趨