PAGE10-1.3基因工程的應用學習目標：1.舉例說出基因工程的應用及取得的豐碩成果。(重點)2.了解基因工程的進展。3.了解基因工程在農業和醫療等方面的應用。(難點)4.駕馭基因治療和基因檢測。(重、難點)一、植物基因工程碩果累累1．植物基因工程的應用領域(1)提高農作物的抗逆實力。(2)改良農作物的品質。(3)利用植物生產藥物等。2．抗蟲轉基因植物(1)方法：從某些生物中分別出具有殺蟲活性的基因，將其導入作物中。(2)目的基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。(3)成果：轉基因抗蟲棉、轉基因抗蟲水稻等。(4)意義：削減化學農藥的運用，降低生產成本，削減環境污染，降低對人體健康的危害。3．抗病轉基因植物(1)方法：將抗病基因導入植物中。(2)目的基因①抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因。②抗真菌基因：幾丁質酶基因和抗毒素合成基因。(3)成果：抗煙草花葉病毒的轉基因煙草，抗病毒的轉基因小麥、甜椒、番茄等。(4)意義：能獲得用常規育種的方法很難培育出抗病毒的新品種。4．抗逆轉基因植物(1)抗逆基因：調整細胞滲透壓的基因使農作物抗鹽堿、抗干旱；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：煙草、大豆、番茄、玉米等。5．利用轉基因改良植物的品質(1)優良基因：必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因、限制番茄果實成熟的基因和與植物花青素代謝有關的基因。(2)成果：成果一：成果二：成果三：二、動物基因工程前景廣袤項目應用基因來源或處理成果提高動物的生長速度外源生長激素基因轉基因綿羊、轉基因鯉魚改善畜產品的品質腸乳糖酶基因轉基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少轉基因動物生產藥物藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動子乳腺生物反應器轉基因動物作器官移植的供體抑制或除去抗原確定基因結合克隆技術培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官三、基因工程藥物異軍突起1．工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系一般稱為“工程菌”。2．來源：利用基因工程培育“工程菌”來生產的藥品。3．種類：細胞因子、抗體、疫苗、激素等。4．干擾素：是動物或人體細胞受到病毒侵染后產生的一種糖蛋白。由于干擾素幾乎能反抗全部病毒引起的感染，因此它是一種抗病毒的特效藥。四、基因治療曙光初照1．概念：把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產物發揮功能，達到治療疾病的目的。2．方法(1)體外基因治療：從病人體內獲得某種細胞，進行培育，在體外完成基因轉移，篩選出勝利轉移的細胞擴增培育，最終重新輸入患者體內。(2)體內基因治療：干脆向人體組織細胞中轉移基因。3．實質：正常基因的表達掩蓋病變基因的表達，達到治療疾病的目的。4．成果：將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者的淋巴細胞中，治療復合型免疫缺陷癥。1．推斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)“轉基因植物”是指植物體細胞中出現了新基因的植物。 ()(2)基因工程中，要培育轉基因植物和動物，選用的受體細胞都是受精卵。 ()(3)利用工程菌可生產人的胰島素等某些激素。 ()(4)干脆在患者組織細胞中進行改造致病基因的方法為體內基因治療。 ()提示：(1)×轉基因植物是指細胞中被轉入了外源基因的植物，并非出現新基因。(2)×培育轉基因動物時，所選用的受體細胞一般是受精卵；培育轉基因植物時，所選用的受體細胞可以是受精卵，也可以是體細胞。(3)√(4)×體內基因治療指的是干脆向人體組織細胞中轉移基因的治病方法。2．下列關于基因工程的應用，說法正確的是()A．我國轉基因抗蟲棉是轉入了植物凝集素基因培育出來的B．可用于轉基因植物的抗蟲基因只有植物凝集素基因和蛋白酶抑制劑基因C．抗真菌轉基因植物中，可運用的基因有幾丁質酶基因和抗毒素合成基因D．提高作物的抗鹽堿和抗干旱的實力，與調整滲透壓的基因無關C[轉基因抗蟲棉轉入了Bt毒蛋白基因。可用于轉基因植物的抗蟲基因，除B項所列出的兩種，另外還有淀粉酶抑制劑基因等。提高作物抗鹽堿和抗干旱的實力，與調整滲透壓的基因有關。抗真菌轉基因植物中，可運用的基因有幾丁質酶基因和抗毒素合成基因。]3．干擾素是治療癌癥的重要藥物，它必需從血液中提取，每升人血中只能提取0.5μg，所以價格昂貴。美國加利福尼亞的某生物制品公司用如下方法生產干擾素。從如圖所示方式中可以看出，該公司生產干擾素運用的方法是()A．個體間的雜交B．基因工程C．細胞融合D．器官移植B[由圖可知生產干擾素運用了基因工程的方法。]三種轉基因生物的生產過程[思索溝通]1．轉基因植物生產過程圖解提示：目的基因2．轉基因動物生產過程圖解(以轉基因牛生產過程為例)提示：受精卵3．轉基因微生物生產過程圖解(以可生產干擾素的酵母菌的培育過程為例)提示：干擾素[歸納總結]1．植物基因工程的應用外源基因類型及舉例成果舉例抗蟲轉基因植物抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米抗病轉基因植物(1)抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因；(2)抗真菌基因：幾丁質酶基因、抗毒素合成基因抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆轉基因植物抗逆基因：調整細胞滲透壓的基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因抗鹽堿和抗干旱的煙草、抗寒番茄、抗除草劑的大豆和玉米改善品質的轉基因植物優良性狀基因：提高必需氨基酸含量的蛋白質編碼基因、限制番茄成熟的基因、與植物花青素代謝有關的基因高賴氨酸玉米、耐儲存番茄、新花色矮牽牛2.動物基因工程的應用目的基因作用受體生物說明提高動物生長速度生長激素基因促進生長、提高生長速率鯉魚、綿羊不能導入生長素基因轉基因動物生產藥物(乳腺生物反應器)藥用蛋白基因通過分泌的乳汁來生產所須要的藥品牛、山羊已生產出的藥品有抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等轉基因動物作器官移植的供體抗原確定基因(1)抑制抗原確定基因的表達，或設法除去抗原確定基因；(2)不能合成相應抗原豬選擇豬的器官作人器官替代品的緣由：(1)其內臟構造、大小、血管分布與人的極為相像；(2)體內隱藏的致病病毒要遠遠少于靈長類動物特殊提示：Bt毒蛋白基因來自蘇云金芽孢桿菌，我國轉基因抗蟲棉就是轉入Bt毒蛋白基因培育出來的；抗蟲作物能抗蟲，但不能抗病毒、細菌、真菌等。動物基因工程主要是為了改善畜產品的品質，而不是為了生產體型巨大的個體。3．乳腺生物反應器與工程菌生產藥物的比較項目乳腺生物反應器工程菌含義指將外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達，利用動物的乳腺組織生產藥物蛋白指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系受體基因結構與人類基因結構的差異動物基因結構與人類的基因結構基本相同細菌和酵母菌的基因結構與人類有較大差異基因表達合成的藥物蛋白與自然蛋白質相同細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性受體細胞動物受精卵微生物細胞目的基因導入方式顯微注射法感受態細胞法藥物提取從動物乳汁中提取從微生物細胞或其培育液中提取1．北極比目魚中有抗凍基因，其編碼的抗凍蛋白具有11個氨基酸的重復序列，該序列重復次數越多，抗凍實力越強。下圖是獲得轉基因抗凍番茄植株的過程示意圖，有關敘述正確的是()A．過程①是獲得抗凍基因的過程，用到的酶只有限制酶B．在重組質粒上，抗凍基因首端和末端肯定具有啟動子和終止子，啟動和終止翻譯的進程C．過程②用到的質粒是農桿菌的Ti質粒，要將重組質粒轉入農桿菌才能進行篩選D．依據抗凍基因制作的DNA探針，可以用來檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在D[據題圖可知，該轉基因技術操作中，獲得目的基因的方法是利用抗凍基因(目的基因)的mRNA進行人工化學合成，須要的酶是逆轉錄酶和限制酶，A項錯誤；目的基因首端和末端的啟動子和終止子均是DNA片段，分別啟動和終止轉錄的進程，B項錯誤；重組質粒轉入農桿菌的目的是通過農桿菌轉化法將目的基因導入番茄細胞中，C項錯誤；檢測目的基因是否導入受體細胞，通常是用DNA探針進行檢測，即所謂DNA分子雜交技術，D項正確。]2．閱讀材料，回答問題：材料一科學家將蜘蛛絲蛋白基因轉入山羊體內，然后從羊奶中提取蛋白質，抽成絲后堅如鋼鐵。材料二繼哺乳動物乳腺生物反應器研發勝利后，膀胱生物反應器的探討也取得了肯定進展。科學家培育出一種轉基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。(1)如何檢測受體細胞是否含有目的基因？____________________________________________________________________________________________________________。(2)為使目的基因在后代中長期保存，應將目的基因導入________中。(3)從分別蛋白質的角度分析，乳腺和膀胱哪一個作為轉基因動物的生物反應器更好？________。緣由是___________________________________________________________________________。[答案](1)采納DNA分子雜交法檢測目的基因(2)細胞核(3)膀胱正常尿液中蛋白質含量很少，所以從尿液中更簡單提取分別產物，而且不受性別限制錯混辨析：乳房生物反應器與膀胱生物反應器乳房生物反應器是利用轉基因動物的乳汁生產藥用蛋白，而膀胱生物反應器是利用轉基因動物的尿液生產藥用蛋白。二者的優點是：收集藥用蛋白比較簡單，且不必對動物造成損害。但乳房生物反應器需是處于生殖期的雌性動物才可生產藥用蛋白，而膀胱生物反應器則是任何生長期的雌雄動物均可生產。基因治療背景材料1．概念基因治療是把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產物發揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。2．過程(如圖)3．方法特殊提示：1基因治療可使正常基因在缺陷細胞中表達，以替代缺陷基因的功能，而非替代缺陷基因本身。2基因治療的最佳時期理論上是受精卵時期，這樣可以使個體的每個細胞都含有正常基因，但在現實生活中，至少目前是不行能的，因為不行能人人在受精卵時期都進行基因檢查。其次是對患者進行相關細胞的基因替換，如對于遺傳性糖尿病患者，只對胰腺的胰島B細胞進行基因替換，該個體就能正常分泌胰島素，使糖尿病得以治療。但這種局部細胞的基因替換，并沒有變更其他部位細胞的基因，如精原細胞，因此其后代很可能還會患遺傳性糖尿病。3基因治療目前還處于初期的臨床試驗階段。可以說，在沒有完全明確人類基因組的運轉機制，充分了解基因調控機制和疾病的分子機理之前，進行基因治療是非常困難的。基因治療和基因診斷的比較背景材料種類項目基因診斷基因治療概念基因診斷也稱為DNA診斷或基因探針技術，即在DNA分子水平上分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷基因治療是把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產物發揮功能，從而達到治療疾病的目的原理DNA分子雜交原理基因工程過程用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分子作探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳信息獲得正常的目的基因→構建基因表達載體→將基因表達載體導入有缺陷的受體細胞，并篩選含重組載體的受體細胞→將含重組載體(即含正常目的基因)的受體細胞輸回患者體內應用①診斷遺傳病最精確的手段②檢測目的基因是否導入受體細胞③檢測飲用水中的病毒等治療遺傳病最有效的手段，包括體外基因治療和體內基因治療1．下列關于應用基因工程治療人類遺傳病的敘述，不正確的是()A．基因治療可以有效地改善患者的生理狀況，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．基因治療時可只對患者部分細胞輸入正常基因B[基因治療是利用基因工程將健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，其操作對象是基因，一般用的受體細胞是淋巴細胞或者臍帶血細胞。]2．人類B型血友病屬于伴X隱性遺傳病，因為血液中缺少凝血因子Ⅸ導致凝血異樣。下列關于對患者進行基因治療的設計，正確的是()A．逆轉錄病毒的核酸可干脆用作載體B．需將凝血因子Ⅸ和載體連接起來C．必需把目的基因插入到X染色體D．需選擇患者自身細胞作為受體細胞D[逆轉錄病毒的核酸是RNA，不行干脆用作載體，A錯誤；需將凝血因子Ⅸ相關的基因和載體連接起來形成基因表達的載體，B錯誤；目的基因只要在受體細胞中使該基因的表達產物發揮功能即可，并不是必需把目的基因插入到X染色體，C錯誤；為避開發生免疫排斥反應，需選擇患者自身細胞作為受體細胞，D正確。][課堂小結]知識網絡構建核心語句歸納1.基因工程育種克服了遠緣雜交不親和的障礙，并可以定向改良生物的遺傳特性。2．動物基因工程的應用主要有：提高動物的生長速度，改善畜產品的品質，轉基因動物生產藥物，轉基因動物作器官移植的供體。3．乳腺生物反應器是指將所需目的基因導入到動物的受精卵，使轉基因動物分泌的乳汁中含有所須要的藥物蛋白。4．用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系一般稱為“工程菌”。5．基因治療是治療遺傳病最有效的手段。包括體外基因治療和體內基因治療。1．抗逆轉基因作物的培育與推廣所帶來的巨大效益是()①在肯定程度上，使作物擺脫土壤和氣候條件的限制②削減化學農藥對環境的污染和人畜的危害③削減化肥的制造和運用量，有利于環境愛護④能使作物在不良環境下更好地生長，提高產量A．①②③ B．①②④C．①③④ D．②③④B[抗逆轉基因作物的培育與推廣不能削減化肥的制造和運用量。]2．下列關于基因工程應用的敘述，正確的是()A．基因治療就是把缺陷基因誘變成正常基因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個體中的各種病毒D．原核基因不能用來進行真核生物的遺傳改良B[基因治療是把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產物發揮功能，從而達到治療疾病的目的，A錯誤；基因探針具有特定的核苷酸序列，一種基因探針只能檢測出特定的病毒，C錯誤；轉基因抗蟲棉是利用原核基因改良真核生物遺傳特性的典型實例，D錯誤。]3．上海醫學探討所勝利培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉基因牛。他們還探討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。以下與此有關的敘述中正確的是()A．“轉基因動物”是指體細胞中出現了新基因的動物B．“提高基因表達水平”是指設法使牛的乳腺細胞中含有更多的人白蛋白基因C．只在轉基因牛乳汁中才能獲得人白蛋白，是因為人白蛋白基因只在牛乳腺細胞中是純合的D．轉基因牛的肌肉細胞中也有人白蛋白基因，但不發生轉錄、翻譯，故不能合成人白蛋白D[轉基因動物是指細胞中被轉入了外源基因的動物，而不是指出現新基因的動物，如發生基因突變可能會出現新基因，但發生了基因突變的動物不叫轉基因動物；“提高基因表達水平”是指設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，因而只能在轉基因牛乳汁中獲得人白蛋白。]4．下列有關乳腺生物反應器與微生物生產藥物的敘述，錯誤的是()A．前者在乳汁中提取藥物，后者在細胞中提取B．前者是在畜牧業中的應用，后者是在工業生產中的應用C．前者合成的蛋白質可加工成熟，后者合成的蛋白質一般不行加工成熟D．兩者與人體基因結構均相同D[動物基因的結構與人類基因的結構基本相同，微生物基因的結構與人類基因的結構不同。]5．下面為從蘇云金芽孢桿菌中獲得抗蟲基因(簡稱Bt基因)培育轉基因抗蟲棉的圖解。請回答下列問題：(1)圖中a過程要用到的酶是________。(2)在進行圖中b過程時，由我國科學家獨創的非常簡便