高中生物选修3精品学案：1.3 基因工程的应用

1.3 基因工程的应用

学习目标

1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。(重难点)

2.关注基因工程的进展。(重点)

3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。(重点)

|基础知识|

植物基因工程的成果

1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。

(1)抗虫转基因植物

①杀虫基因种类：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。

②成果：抗虫植物：棉、玉米、马铃薯、番茄等。

(2)抗病转基因植物

①植物的病原微生物：病毒、真菌和细菌等。

②抗病基因种类：a.抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。

b.抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因。

③成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。

(3)抗逆转基因植物

①抗逆基因：调节细胞渗透压基因使作物抗碱、抗旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因，使作物抗除草剂。

②成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。

(4)利用转基因改良植物品质

①优良基因：必需氨基酸的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因。

②成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。

2.动物基因工程的成果

(1)提高动物的生长速度

①生长基因：外源生长激素基因。

②成果：转基因绵羊、转基因鲤鱼。

(2)改善畜产品的品质

①优良基因：肠乳糖酶基因。

②成果：转基因牛产生的牛奶，乳糖含量少。

(3)用转基因动物生产药物

①基因来源：药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子。

②成果：乳腺生物反应器。

(4)用转基因动物作器官移植的供体

①器官供体：抑制或除去抗原决定基因。

②成果：利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。

3.基因工程药物

(1)来源：转基因工程菌。

(2)成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

4.基因治疗

(1)概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。

(2)成果：将腺苷酸脱氧酶基因导入患者的淋巴细胞。

|自查自纠|

1.科学家利用转基因技术培育了抗玉米螟玉米，种植该玉米的农田就不需要进行防虫管理了。(×)

2.利用转基因改良植物品质，目的基因一定是控制该性状的基因。(×)

3.基因工程育种比传统育种所需的时间短，并且可以解决远缘亲本难以杂交的问题。(√)

4.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，能获得产生人干扰素的菌株。(√)

5.通过基因工程生产干扰素与传统的生产方法相比较，患者的治疗费用大大提高了。(×)

6.某遗传病患者通过基因治疗获得的正常性状能够在后代个体中表现。(×)

|图解图说|

★转基因玉米

我国西北地区的气候主要特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食的减产？

提示：可以用基因工程技术培育抗旱作物，适应干旱环境。

★转基因鲑鱼

归纳

1.基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，且是体细胞。

2.基因治疗的策略主要有基因置换、基因修复、基因增补等。基因治疗虽然在技术上的难题需要解决，但对遗传病等不治之症的根治带来了福音。

探究点一植物基因工程

1.植物基因工程中的目的基因主要有哪些？

提示抗虫基因、抗病基因、抗逆基因和一些能改良作物质量的基因。

2.抗虫作物可防治害虫，与化学农药防治相比有什么优点？

提示可减少环境的污染，有利于人体健康。

3.引起植物生病的病原体主要有哪些？植物抗病基因主要有哪些？

提示病毒、真菌和细菌。主要的抗病基因有病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、几丁质酶基因和抗毒素合成基因。

4.植物的抗逆性主要包括哪些方面？

提示包括抗干旱、抗盐碱、抗低温和抗涝害等。

杂交育种和基因工程育种的特点比较

类型杂交育种基因工程

育种特点所需时间较长，无法完成远缘亲本

的杂交

所需时间较短，无远缘亲本难杂交

的限制

【典例1】科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶蛋白。以下有关该基因工程的叙述错误的是()

A.人工种植的转基因马铃薯种群的人奶蛋白基因频率将不会发生改变

B.基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的

C.马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞

D.用同一种限制酶处理质粒和含有目的基因的DNA，可产生相同的黏性末端[解析]人工种植的转基因马铃薯种群的人奶蛋白基因频率会因突变或自然选择作用而发生改变，A错误；基因非编码区包括启动子和终止子，调控基因的转录开始与结束，B正确；马铃薯的叶肉细胞全能性较高，可作为基因工程的受体细胞，C正确；同一种限制酶识别并切割的脱氧核苷酸序列相同，处理质粒和含有目的基因的DNA，可产生相同的黏性末端，D正确。

[答案] A

【跟踪训练】

1.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt毒蛋白基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋

白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，保护农业生态环境。根据以上信息，下列叙述正确的是()

A.Bt毒蛋白基因的化学成分是蛋白质

B.Bt毒蛋白基因中有菜青虫的遗传物质

C.转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt毒蛋白基因

D.转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物

[解析]本题中的叙述为培育转Bt毒蛋白基因的油菜，将Bt毒蛋白基因转入油菜中，并且在油菜中表达，产生对菜青虫有毒性作用的蛋白质，而Bt毒蛋白基因的本质为具有遗传效应的DNA片段。

[答案] C

探究点二动物基因工程

1.提高动物生长速度的基因工程中，目的基因是什么？将该基因导入的受体细胞一般是什么细胞？为什么？

提示生长激素基因。受精卵，因为受精卵体积较大，操作容易；含营养物质丰富；且没有分化，具有细胞全能性。

2.如何通过基因工程降低牛奶中的乳糖？

提示以乳糖酶基因为目的基因，导入奶牛基因组。乳糖酶基因可表达出乳糖酶，乳糖酶可催化乳糖的分解。

3.用乳腺生物反应器或乳房生物反应器可大量生产药物，构建这种药物基因的表达载体时，需要怎样的启动子？

提示乳腺蛋白基因的启动子。

动物基因工程的应用

目的基因作用受体生物说明

提高动物生长速度生长激素

基因

促进生长、提高

生长速率

鲤鱼、绵羊不能导入生长素基因

转基因动药用蛋白通过分泌的乳牛、山羊已生产出的药品有抗凝