2017-2018学年高中生物 第一章 基因工程 第二节 关注基因工程同步备课教学案 浙科版选修3

第二节关注基因工程
[学习导航] 1.举例说出基因工程在动、植物方面的应用。

2.举例说明基因诊断和基因治疗的原理和过程。

3.关注转基因生物的安全性问题。

4.举例说出生物武器的危害。

[重难点击] 1.基因工程在动、植物方面的应用。

2.基因治疗的原理和过程。

方式一基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的几十年间，得到了飞速的发展，目前已经成为生物科学的核心技术。

基因工程在实际应用领域——农牧业、工业、环境、能源和医疗卫生等方面，也展示出美好的前景。

我们今天就一起来分享一下它的成果吧！
方式二胰岛素是治疗糖尿病的特效药。

一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100 kg胰腺只能提取4～5 g胰岛素。

用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。

1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。

1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%～50%。

可以看出利用转基因微生物生产药物与传统的制药相比的优越性：无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品、降低生产成本，减少生产人员和管理人员，而且可以解决传统制药中原料来源不足的问题。

基因工程取得了哪些丰硕成果，还有哪些进展，让我们一起来学习吧。

一、植物基因工程和动物基因工程
1．植物基因工程
(1)应用领域
①用于提高农作物的抗除草剂、抗虫、抗病和抗盐碱能力等方面。

②改善农作物的品质和利用植物生产药物等方面。

(2)应用实例
2．动物基因工程
(1)应用领域：改善畜产品品质、提高动物生长速度、生产药物、作器官移植供体等。

(2)应用实例(连线)：
答案 ①—B —a ②—C —b ③—A —c
3．转基因生物
(1)含义：利用基因工程技术导入外源基因培育出的、能够将新性状稳定地遗传给后代的生物。

(2)优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。

1．培育抗逆作物的意义
(1)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性：减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。

(2)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？
答案 会。

害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。

2．关于动物基因工程改良的动物品种
(1)为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择哪种细胞作为受体细胞？试分析原因。

答案 受精卵。

受精卵体积较大，操作较容易，含营养物质丰富，也能保障发育成的个体所
有细胞都含有外源基因，全能性较高。

(2)为什么将乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？
答案乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。

3．分析用转基因动物生产药物的过程，思考以下问题：
(1)就药物基因而言，最理想的表达场所是哪里？
答案转基因动物的乳腺。

(2)乳腺生物反应器有哪些优点？
答案产量高、质量好、成本低、易提取。

(3)讨论用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？
答案①获取目的基因；②构建基因表达载体；③显微注射导入哺乳动物受精卵中；④将受精卵送入母体内发育成转基因动物。

1．目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是( ) A．苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达
B．抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去
C．标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因
D．转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫
答案 C
解析苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后需用农杆菌转化法导入棉花的叶肉细胞，不能直接进入棉花的叶肉细胞表达，A项错误；叶肉细胞是体细胞，其基因不能通过有性生殖进行遗传，可以通过植物组织培养技术，使抗虫性状遗传下去，B项错误；构建好的基因表达载体中必须含有标记基因，以便于确定目的基因是否进入受体细胞内，C项正确；棉铃虫抗性的产生是基因突变的结果，但抗虫棉的自然选择会使棉铃虫的抗性基因频率升高，D项错误。

2．上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。

他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍，以下与此有关的叙述中，正确的是( )
A．“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物
B．“提高基因的表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因
C．只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D．转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白
答案 D
解析体细胞中出现新基因有可能是基因突变导致的，故A错误；“提高基因的表达水平”是指增强白蛋白基因表达，白蛋白基因数目没有增多，故B错误；“转基因动物”一般用到
的受体细胞是受精卵，发育个体的几乎所有细胞中都有相同的外源基因，故C错误；转基因牛的白蛋白基因也是选择性表达的，在肌肉细胞中不能表达，故D正确。

二、基因工程与人体健康
1．基因工程药物：利用转基因工程菌生产多种药物。

2．基因诊断(又称DNA诊断)
(1)方法：基因检测。

(2)目的：判断患者是否出现基因异常或携带病原体等。

3．基因治疗
(1)方法：利用正常基因置换或弥补缺陷基因。

(2)基本步骤：包括目的基因的转移；目的基因的表达；安全措施的实施。

1．以下是转基因微生物生产过程图解(以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例)，思考回答：
(1)通过基因工程直接得到的药物的化学本质是什么？
答案一般是蛋白质。

(2)为什么利用转基因细菌不能直接生产有活性的干扰素等化学本质为糖蛋白的药物？
答案利用转基因细菌不能直接生产糖蛋白类的产品，因为细菌中只有核糖体，没有内质网和高尔基体等其他细胞器。

2．结合ADA基因缺陷症基因治疗流程，分析相关图解，填空并回答问题。

(1)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因操作工具中的载体(或基因的运载工
具)。

此基因工程中的目的基因和受体细胞分别是什么？
答案目的基因是腺苷酸脱氨酶(ADA)基因，目的基因的受体细胞是T淋巴细胞。

(2)基因治疗是利用基因工程产品治疗人类疾病吗？
答案基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，并没有利用基因工程生产的药物。

(3)基因治疗是对有缺陷的细胞进行修复吗？
答案不是。

细胞中的缺陷基因并未修复，而是和正常基因同时存在。

(4)基因治疗把健康的外源基因导入患者的哪些细胞中？
答案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。

(5)完善如下基因治疗图：
3．利用细菌大量生产人类干扰素，下列叙述错误的是( )
A．用适当的酶对载体与人类干扰素基因进行切割与黏合
B．用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌
C．通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌
D．受体细菌能合成人类干扰素说明目的基因完成了表达
答案 C
解析用适当限制酶切割人类干扰素基因和载体，产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶将其连接，A项正确；用Ca2＋处理细菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的感受态状态，B项正确；通常用抗性标记和测序来确定重组DNA是否已导入受体细胞，C项错误；目的基因导入受体细胞后，可以合成相应的蛋白质产物，说明其已完成表达，D项正确。

4．《人类基因治疗》报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。

基因治疗是指( )
A．把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的
B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的
C．运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常
D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的
答案 A
解析基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未修复，和正常基因同时存在，基因治疗也不是切除病变基因或诱发其突变，因而B、C、D的说法都不符合基因治疗的概念。

三、转基因生物的安全性问题和生物武器的危害性
1．关注转基因生物的安全性
(1)转基因植物的安全性
①食用安全问题：长期食用某种转基因食品是否会导致某种“毒素”在人体内积累。

②生态系统的安全问题
a．转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。

b．导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。

c．若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根部分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等。

(2)转基因动物的安全性：如转基因动物对人体健康的影响、对生态系统的影响等。

2．转基因生物安全性的保障措施
建立相应的评估及预警机制，更加理性地利用转基因生物。

3．生物武器的危害性
(1)可用微生物种类
①细菌：霍乱弧菌、炭疽杆菌等。

②病毒：埃博拉病毒、天花病毒等。

(2)被用作生物武器的方法
①将致病基因插入不致病的微生物体内。

②将抗普通疫苗或药物的基因插入致病的细菌或病毒中。

③用于研制针对某一特定种群的生物武器。

1．对转基因生物安全性的争论
(1)关于转基因生物安全性的争论有哪些？
答案食物安全、生物安全、环境安全。

(2)假如外源基因是转移到农作物的叶绿体DNA上的，能通过花粉传播吗？为什么？
答案不能。

因为精子受精完成时，只是细胞核基因进入了受精卵。

2．理性看待转基因技术
(1)如何正确对待转基因技术取得的成果？
答案在生产和生活的某些方面，人类已离不开转基因技术成果，因此应充分利用其优点，同时关注、限制其缺点。

(2)对转基因生物的风险防范措施有哪些？
答案①立法监控；②多环节监控；③安全评价。

3．生物武器的作用途径有哪些？
答案吸入、误食、皮肤接触、蚊虫叮咬等。

4．对待生物武器的态度与转基因生物安全性的态度有何不同？
答案对待生物武器的态度是在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。

对待转基因生物安全性的态度是趋利避害，而不能因噎废食。

归纳总结(1)生物战剂侵入人体的4条途径
①吸入：生物战剂污染空气，通过呼吸道吸入，感染致病。

②误食：食用被生物战剂污染的水、食物而得病(如霍乱、痢疾等)。

③皮肤接触：生物战剂如炭疽杆菌、鼠疫杆菌，可以直接或间接经过皮肤、黏膜、伤口进入人体。

④昆虫叮咬：人被带有生物战剂的昆虫叮咬后，会因血液被污染而患病。

(2)关于常规武器和生物武器的判断
①常规武器是核武器、化学武器、生物武器等大规模杀伤、破坏武器以外的武器，它是进行战争的基本手段。

②生物武器是以生物战剂杀伤有生力量和破坏植物生长的武器统称。

具有局限性，容易受到温度、地形、风向等多种条件的影响。

5．二十世纪九十年代，乌干达木薯业遭到了病害的毁灭性打击。

科学家研究其原因发现，是一种新的病毒引发的疾病，而这种新病毒是由两种已知病毒重组产生的。

这一事实有力地支持了下列的观点是( )
A．转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存
B．导入转基因生物的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌或病原体杂交，从而重组出对人类或其他生物有害的病原体
C．转基因植物的抗除草剂基因，有可能通过花粉传播进入杂草中，使杂草成为除不掉的“超级杂草”
D．抗虫棉能抵抗棉铃虫，但随着棉铃虫抗性的增强，抗虫棉有可能被淘汰
答案 B
6．下列关于生物武器的叙述中，不确切的是( )
A．生物武器是造价昂贵，却具有大规模杀伤性的武器
B．生物武器是致病微生物、毒素和其他生物活性物质的总称
C．生物武器可以直接或者通过食物、生活必需品等散布
D．生物武器一旦使用，将对军队和平民造成大规模的杀伤后果
答案 A
解析生物武器包括致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌等，与常规武器、核武器和化学武器相比成本低廉，容易获得。

这些病原菌直接或者通过食物、生活必需品等散布到敌方，可以对军队和平民造成大规模的杀伤后果。

1．提高农作物抗盐碱和抗干旱能力的目的基因是( )
A．抗除草剂基因
B．调节细胞渗透压的基因
C．抗冻蛋白基因
D．Bt毒蛋白基因
答案 B
解析由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，所以可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高农作物抗盐碱和抗干旱的能力。

2．下列不属于利用基因工程技术制取的药物是( )
A．从大肠杆菌体内制取白细胞介素
B．在酵母菌体内获得干扰素
C．在青霉菌体内获取青霉素
D．在大肠杆菌体内获取胰岛素
答案 C
解析运用基因工程技术可以使外源基因在受体细胞中表达生产基因产品，A、B、D均为外源基因的表达，而青霉菌产生青霉素是一种正常基因的正常表达，故青霉素不属于基因工程药物。

3．生物武器的危害有传染性强的特点，针对这一特点，下列哪项不是防治生物武器的有效措施( )
A．提前接种和个人的防护
B．发现病人，立即报告，及时隔离
C．注意切断传播途径
D．只注意环境消毒，不注意动植物灭菌
答案 D
解析防护生物武器，既要注意环境消毒，又要注意动植物灭菌，因为动植物都可以成为传染源。

4．动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。

目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。

大致过程如图所示。

下列有关说法，错误的是( )
A．通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可
B．④通常采用显微注射法
C．在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物D．该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取
答案 A
解析要让药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药物的乳汁，重组质粒上还必须具有乳腺蛋白基因的启动子等调控组件，A项错误；转基因动物通常利用的受体细胞是受精卵，采用显微注射法，B项正确；只有母牛到达泌乳期，乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因，乳汁中含有药物，C正确；从乳汁里提取药物，优点突出，使动物本身成为“批量生产药物的工厂”，D项正确。

5．科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出做体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。

(1)基因治疗是把健康的______________导入有______________的细胞中，以达到治疗疾病的目的。

(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程操作工具中的________________。

此基因工程中的目的基因是_____________________________________________________，目的基因的受体细胞是______________________________________________________。

(3)将转基因细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于白细胞中能合成________________________________________________________________________。

(4)人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是__________________。

答案(1)外源基因基因缺陷(2)载体(或基因的运载工具) 腺苷酸脱氨酶基因白细胞(3)腺苷酸脱氨酶(4)脱氧核苷酸的种类、数目及排列顺序不同
解析基因治疗就是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。

逆转录病毒的作用是作为载体，将目的基因(腺苷酸脱氨酶基因)导入白细胞中，目的基因在受体细胞中经过转录和翻译，表达产生腺苷酸脱氨酶。

人的不同基因所含有的脱氧核苷酸的种类、数目及排列顺序是不同的。

课时作业
[学考达标]
1．能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是( )
A．单倍体育种B．杂交育种
C．基因工程育种D．多倍体育种
答案 C
解析要让动物蛋白在植物体内表达，必须将控制动物蛋白合成的相关基因导入植物细胞中并让其表达，因此需要通过基因工程技术才能实现。

2．转基因食品已大量进入我们的日常生活，如转基因西红柿、转基因草莓等，涉及的问题甚至关系到国家之间的贸易竞争，如图为“霸占中国市场的转基因大豆油”的部分图示。

下列关于转基因大豆的叙述，不正确的是( )
A．培育过程中可能用到抗病、抗虫等抗性基因
B．目的基因的受体细胞可以是大豆受精卵，也可以是体细胞
C．转基因大豆的种植过程中减少了农药等的使用量，生产成本更低
D．固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一
答案 D
解析豆科植物可与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。

3．运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt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，减少农药作用，保持生态环境。

根据以上信息，下列叙述正确的是( )
A．Bt基因的化学成分是蛋白质
B．Bt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Bt基因在其体内得以表达的结果
D．转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物
答案 C
解析Bt基因的化学成分是DNA，而不是蛋白质；Bt基因来自苏云金芽孢杆菌，不具有菜青虫的遗传物质；转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是有机物。

4．面对转基因技术的利弊，正确的做法是( )
A．坚决抵制转基因生物
B．不加区分，全盘接受
C．应停止有关的实验
D．趋利避害，不能因噎废食
答案 D
解析面对转基因技术，要认识到广阔的应用前景，又要切实认识到个别有害转基因生物的危害性，既不能不加区分，全盘接受，也不能一发生问题就停止有关实验，要趋利避害，不能因噎废食。

5．治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是( )
A．口服化学药物
B．注射化学药物
C．采取基因治疗法
D．利用辐射或药物诱发使致病基因突变
答案 C
解析遗传病是受基因控制的，要想彻底根治，只有通过基因工程技术，将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这就是基因治疗。

虽
然用辐射或药物诱发致病基因突变，可以改变原有的异常基因，但在一般情况下，突变大多是有害的，很可能引起另一种疾病，A、B项所提到的方法不能根治。

6．应用基因工程技术诊断疾病的过程中，必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。

这里的基因探针是指( )
A．用于检测疾病的医疗器械
B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
C．合成β－珠蛋白的DNA
D．合成苯丙氨酸羟化酶的DNA片段
答案 B
解析基因探针是用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子。

[高考提能]
7．基因工程产物可能存在着一些安全性问题，但不必担心的是( )
A．四倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼的杂交，导致自然种群被淘汰
B．载体的标记基因(如抗生素抗性基因)可能指导合成有利于抗性进化的产物
C．目的基因(如杀虫基因)本身编码的产物可能会对人体产生毒性
D．目的基因通过花粉的散布转移到其他植物体内，从而可能打破生态平衡
答案 A
解析四倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼杂交，后代个体的体细胞中含三个染色体组，在减数分裂过程中联会发生紊乱，因此不能产生后代，不会造成自然种群被淘汰；标记基因和目的基因可能含有抗性基因和毒性基因，均存在一定的安全性问题；基因散布到其他植物体内，也有可能改变其特性导致生态环境的平衡遭到破坏。

8．腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷病，对患者采用基因治疗的方法是：取出患者的淋巴细胞，进行体外培养时转入正常ADA基因，再将这些淋巴细胞注射入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。

下列有关叙述中，不正确的是( )
A．正常ADA基因替换了患者的缺陷基因
B．正常ADA基因通过控制ADA的合成来影响免疫功能
C．淋巴细胞需在体外扩增后再注射入患者体内
D．腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病
答案 A
解析基因治疗是将正常的基因导入到有基因缺陷的细胞中，正常的ADA基因可以控制合成正常的ADA来影响免疫功能；为获得大量含ADA正常基因的淋巴细胞，需在体外扩增后再注入患者体内；腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病。

9．下列关于基因工程成果的概述，不正确的是( )
A．在医药卫生方面，主要用于诊断治疗疾病
B．在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物
C．在畜牧养殖业上培育出了品质优良的动物
D．在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化
答案 A
解析基因工程在医药卫生方面的应用，主要是用于生产药物，基因治疗现在处于临床试验阶段。

10．以下说法正确的是( )
A．用基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒
B．基因工程在畜牧业上的应用主要是培育体型巨大、品质优良的动物
C．基因工程可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物
D．科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量
答案 C
解析基因工程可定向改变生物的性状，可以将各种不同生物的基因组合到一种生物体内，从而获得优良品种；基因工程培育的抗虫棉只能抗某种虫害，不能抗病毒；基因工程用于畜牧业是想获得优良的品种，但不一定是体型巨大的个体；导入氨基酸含量多的蛋白质并不能提高此种植物将来的氨基酸含量。

11．应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。

请据图回答下列问题：
(1)要获得抗虫基因，可采用_____________________________________________________ ________________________________________________________________________
等方法，基因工程的核心是_________________________________________________。

(2)如果要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是______________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

若用大肠杆菌储存目的基因，则需先将其处理为___________________________________
________细胞。

(3)在培育转人生长激素基因牛的过程中，①过程需要的工具酶是_____________________，
②过程常用的方法是__________________________________________________。