高中生物第一章第三节基因工程的应用教学案浙科版选修3

第三节基因工程的应用
1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗除草剂、抗植物病毒、
抗害虫能力。

2.用植物基因工程的方法还能够改变植物的花色。

3.动物基因工程技术能够提高动物的生长速度、改进畜产品的质量，
用转基因动物生产药物。

4.利用转基因的工程菌生产的药物包括胰岛素、搅乱素、乙肝疫苗等。

5.向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的弊端。

一、基因工程与遗传育种
1．转基因植物
(1)传统育种方法的不足：培育新品种所需时间较长，而且远缘亲本难以杂交。

(2)植物基因工程的优势：能打破远缘亲本杂交不亲和的阻挡。

(3)培育成功的转基因农作物：抗除草剂的转基因烟草，抗植物病毒的转基因番茄，抗害虫的转基因棉，耐储藏的转基因番茄等。

2．转基因动物
(1)含义：转入了外源基因的动物。

(2)培育优点：省时、省力。

(3)转基因动物优异性状举例：①生长
速度加快的转基因鼠、鱼和猪。

②拥有
抗病能力的转基因鸡和牛等。

二、基因工程与疾病治疗
1．基因工程药物
(1)本源：利用基因工程培育“工程菌”来生产的药品。

(2)几种药物比较：
名称成分用途传统方法基因工程方法
胰岛素蛋白质治疗胰岛素依从猪和羊的胰
经过大肠杆菌生产
赖型糖尿病腺中提取
治疗病毒性肝从人血液中提经过基因工程，令人白细胞干
搅乱素糖蛋白
炎和肿瘤取扰素基因获得克隆和表达
乙型肝炎疫苗蛋白质预防和治疗乙
—
经过基因工程利用酵母菌和型肝炎哺乳动物细胞生产
2．基因治疗
(1)看法：向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的弊端。

(2)实例：
①1990 年，美国首例重度免疫弊端症基因治疗成功。

②1991 年，我国首例 B 型血友病基因治疗也获得满意结果。

三、基因工程与生态环境保护
1．利用细菌发酵和转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的新式塑料。

2．改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。

3．利用转基因微生物吸取环境中的重金属，降解有毒化合物和办理工业废水。

1．以下哪项不是植物基因工程技术的主要应用()
A．提高农作物的抗逆性
B．改变植物的花色
C．改进农作物的质量
D．培育供移植的组织和器官
解析：选D D 项为动物克隆技术的重要应用。

2．以下关于基因成就的表达，错误的选项是()
A．在医药卫生方面，主要用于诊断、治疗疾病
B．在农业上主若是培育高产、稳产、质量优异和拥有抗药性的农作物
C．在畜牧养殖业上主要用于培育体形巨大、质量优异的动物
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
解析：选C在畜牧业上的应用主若是提高动物的生长速度和产质量量。

3．以下不属于利用基因工程技术制取的药物是()
A．在大肠杆菌体内制取白细胞介素
B．在酵母菌体内获得搅乱素
C．在青霉菌内获得青霉素
D．在大肠杆菌内获得胰岛素
解析：选C基因工程制药是利用外源基因在受体细胞中的表达生产基因药物的技术。

而青
霉菌产生青霉素是其细胞中原有基因的正常表达，故不属于基因工程制药。

4．基因治疗是指()
A．把健康外源基因导入病人细胞内，达到治疗疾病的目的
B．对出弊端的细胞进行修复，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，使有基因弊端的细胞发生基因突变，从而恢复正常
D．运用基因工程技术，把出弊端的基因切除，达到治疗疾病的目的
解析：选 A基因治疗的方法是把正常基因导入病人细胞内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。

5．以下关于应用基因工程技术治疗人类遗传病的表达，错误的选项是()
A．基因治疗能够有效地改进患者生理状况，其操作对象是基因
B．进行基因治疗时，基因的受体细胞是受精卵
C．基因治疗其实不是对患者体内细胞的弊端基因进行改造
D．基因治疗时可只向患者部分细胞内输入正常基因
解析：选B基因工程操作的动物受体细胞一般为受精卵，但基因治疗时，不用对全部体细
胞发挥作用，受体细胞不是受精卵，而是部分体细胞。

基因治疗不是对弊端基因的改造，一般是
将正常基因导入受体细胞，从功能上“覆盖”弊端基因的表达。

中心要点一|基因工程与遗传育种
基因工程技术与传统育种技术的差异
传统杂交育种基因工程育种原理基因重组异源 DNA(基因 ) 重组
杂交→自交→精选。

先经过两个提取→重组→导入→精选→表达。

即提取目的基办理拥有不相同优异性状的纯种杂交得因→形成重组 DNA分子→重组 DNA分子导入受体方法到 F1，尔后再将 F1自交，人工筛细胞→精选含有目的基因的受体细胞→目的基选获得所需品种因的表达
能够按人的意志改造生物，战胜远缘杂交不亲和优点操作简略
的阻挡，目的性强，科技含量高弊端育种时间长技术复杂、操作繁琐
[ 题组冲关 ]
1．我国科学家已成功运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并表
达，培育出了抗虫棉。

以下有关表达错误的选项是()
A．抗虫基因在棉花细胞的表达要依赖于碱基互补配对原则
B．重组 DNA分子中一个碱基对改变，不用然以致毒蛋白的毒性丧失
C．抗虫棉的抗虫基因可经过花粉传达至近缘作物，从而造成基因污染
D．转基因棉花可否拥有抗虫特点是经过检测棉花抗衡生素抗性来确定的
解析：选D抗虫基因在棉花植株内的表达是转录和翻译过程，转录和翻译都涉及碱基互补
配对。

重组DNA分子中一个碱基对改变，不用然以致毒蛋白的毒性丧失，由于基因突变不用然导
致生物性状的改变。

抗虫基因可经过花粉传达给近缘作物，造成基因污染。

检测转基因棉花可否
拥有抗虫特点，一般用该棉花的叶片饲喂棉铃虫，看棉铃虫可否死亡。

2．为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受瞩目。

我国科
学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。

(1)获得耐盐基因后，成立重组 DNA分子所用的限制酶作用于图中的 __________处，DNA连接酶作用于 ______处。

( 填“ a”或“ b”) 。

(2) 由导入目的基因的水稻细胞培育成植株需要利用____________ 技术，该技术的中心是
______________和 ______________ 过程。

(3) 为了确定耐盐转基因水稻可否培育成功，既要用放射性同位素标记的____________ 作探针进行分子杂交检测，又要用__________________ 的方法从个体水平判断水稻植株的耐盐性。

解析：限制酶的切点选择很严格，只会切断某段特定DNA序列中的某个特定位点——磷酸二
酯键，而 DNA连接酶能够将该键连接起来。

导入外源基因的细胞需要利用植物组织培育技术将其
培育为植株，过程为：取材、去分化( 或脱分化 ) 形成愈伤组织、再分化形成试管苗、移栽种育成
完满植物体。

转基因可否成功，可测定可否有转基因产物产生，也可经过改变条件观察植物性状
的变化来加以确定。

答案： (1)a a (2) 植物组织培育脱分化(去分化)再分化(3) 耐盐基因 ( 目的基因 )必然浓度盐水浇灌( 移栽到盐碱地中)
中心要点二 |基因治疗
1．基因治疗的原理
将正常基因或有治疗作用的基因经过必然方式导入靶细胞内，能够纠正基因弊端而达到治疗
疾病的目的。

这种生物医学技术称为基因治疗。

2．基因治疗的过程图解
[ 题组冲关 ]
3．腺苷酸脱氨酶(ADA) 基因弊端症是一种免疫弊端病，对患者采用基因治疗的方法是：取出
患者的淋巴细胞，进行体外培育时转入正常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。

以下有关表达，错误的选项是()
A．正常 ADA基因代替了患者的弊端基因
B．正常 ADA基因经过控制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)基因弊端症属于先天性免疫弊端病
解析：选A基因治疗是将正常的基因导入有基因弊端的细胞中，正常的ADA基因能够控制合成正常的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)基因弊端症是先天性免疫弊端病。

4．据所学知识回答以下问题：
(1)1978年美国科学家利用转基因技术，将人类的胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA中，尔后经过大肠杆菌的生殖，生产出人类胰岛素药物。

请回答：
①从分子结构看，细菌中的质粒是一种__________；质粒能随细菌的细胞分裂而增加，质粒
这种增殖方式在遗传学上称为________________ 。

②基因工程中常采用质粒作为____________。

③人的胰岛素基因能在大肠杆菌细胞中表达，合成人的胰岛素，说明不相同生物
________________________________________________________________________ 。

(2)现在，好多发达的国家采用基因疗法来治疗糖尿病，其操作过程以下列图。

请回答：
①图中外源基出处______________供应，受体细胞由____________ 供应。

②外源基因成功表达的过程为________________________________ 。

解析：(1) 外源基因 (DNA 片段 ) 和质粒能够拼接，说明质粒也是一种DNA，而且不相同生物的 DNA 结构是相同的。

所以，DNA之间经过DNA连接酶，依照碱基互补配对的方式连接起来。

质粒是环
状的DNA， DNA 能够随细胞分裂而复制增加。

基因工程中常采用质粒作为载体。

人的胰岛素基因
能在大肠杆菌细胞中表达，合成人的胰岛素，说明不相同生物中遗传密码相同，共用一套密码子。

(2)基因疗法，第一从健康的人体细胞中获得正常基因——胰岛素基因，尔后连接到无害病毒的
DNA上，形成一个重组DNA；再用重组DNA病毒去感生病人离体的细胞；最后，将感染的离体细
胞注入病人的胰腺组织中，病人体内就能够产生胰岛素，达到治疗糖尿病的目的。

答案： (1) ① DNA DNA 复制②载体③共用一套密码子(2) ①健康人病人②DNA→RNA→蛋白质 ( 胰岛素 )
[ 随堂基础牢固 ]
1．抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的选项是()
A．抗病毒转基因植物能够抵抗全部病毒
B．抗病毒转基因植物对病毒的抗性拥有限制性或特异性
C．抗病毒转基因植物能够抗害虫
D．抗病毒转基因植物能够牢固遗传，不会变异
解析：选B由于外源抗病毒基因拥有特异性，所以其表达产物拥有特异性或限制性，只能
抵抗某种或某类病毒，不能能抵抗全部病毒，更不能够抗害虫。

目的基因导入受体细胞后，能够随
受体内的自己遗传物质牢固遗传，也会同自己遗传物质相同发生变异。

2．以下有关基因工程的成就及应用的表达，正确的选项是()
A．基因工程培育的抗虫棉拥有各种抗性
B．基因工程可培育生长快、质量优异的动物
C．基因工程培育的转基因植物都是安全的
D．基因治疗的原理是基因突变
解析：选B基因工程培育的转基因抗虫棉能抗虫，但不能够抗病毒和细菌；基因工程在畜牧
业方面可培育拥有优异性状的动物；基因工程是把双刃剑，拥有有利和有害两个方面；基因治疗
的原理是基因重组。

3．某科学家从细菌中分别出耐高温淀粉酶(Amy) 基因 a，经过基因工程的方法，将 a 转到马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在，以下说法正确的选项是() A．基因 a 只有导入到马铃薯受精卵中才能表达
B．目的基因来自细菌，能够不需要载体直接导入受体细胞
C．基因 a 导入成功后，将控制细胞原有的新陈代谢，开辟新的代谢路子
D．目的基因进入受体细胞后，可经过复制传给子代细胞并表达
解析：选D培育转基因植株能够以体细胞或受精卵作为受体细胞；目的基因必定借助载体
才能导入受体细胞；目的基因导入成功后，不控制细胞原有的代谢路子。

4．科学家们对一位因缺乏腺苷酸脱氨酶基所以患严重复合型免疫弊端症的美国女孩进行基
因治疗，其方法是第一将患者的淋巴细胞取出做体外培育，尔后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨
酶基因转入人工培育的淋巴细胞中，再将这些转基因淋巴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中基因操作工具的________ 。

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

(3)将转基因淋巴细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常，是由于淋巴细胞中能合
成 ___________________________________________________ 。

(4)请用基因工程方法简要写出对该女孩推行基因治疗的步骤，并写出两种判断可否治疗成
功的方法。

解析：基因治疗是指把健康的外源基因导入有基因弊端的细胞中，进行治疗疾病的方法。

在
该实例中，基因的运输工具是逆转录病毒，目的基因是腺苷酸脱氨酶基因，受体细胞是淋巴细胞。

患者获得恢复，说明目的基因在受体细胞中获得了表达，即淋巴细胞能合成腺苷酸脱氨酶。

判断
该治疗过程可否成功，可经过判断其体内该酶的量或检测其免疫能力可否有所提高。

答案： (1) 外源基因基因弊端(2) 载体 ( 或基因的运输工具)腺苷酸脱氨酶基因淋巴细胞 (3) 腺苷酸脱氨酶 (4) 获得腺苷酸脱氨酶基因→腺苷酸脱氨酶基因表达载体的成立→将重组
DNA分子导入淋巴细胞→腺苷酸脱氨酶基因的检测和判断。

治疗可否成功的判断方法：①判断女
孩体内产生的腺苷酸脱氨酶可否越来越多；②判断女孩产生抗体的能力可否明显改进，免疫能力
可否明显提高。

[ 课时追踪检测 ]
1．人的糖蛋白必定经过内质网和高尔基体加工合成。

经过转基因技术，能够令人的糖蛋白
基因得以表达的受体细胞是()
A．大肠杆菌B．酵母菌
C．T4噬菌体D．质粒 DNA
解析：选B基因工程中的目的基因表达并形成拥有生物活性的蛋白质，需要高尔基体、内
质网等真核生物才拥有的细胞器，酵母菌为真核生物，拥有迅速大量生殖的特点，是理想的受体
细胞。

2．以下关于基因治疗的说法正确的选项是()
A．基因治疗只能治疗一些传生病，如艾滋病
B．基因治疗的主要方法是让患者口服一些健康的外源基因
C．基因治疗的主要原理是引入健康基因并使之表达
D．基因治疗在发达国家已成为一种常用的临床治疗手段
解析：选 C 基因治疗是指将健康基因导入出弊端的细胞内，使该基因的表达产物发挥功能，从而
达到治疗疾病的目的。

基因治疗不能够治疗传生病。

3．番茄营养丰富，是人们喜爱的一类蔬菜。

一般番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因，
控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄消融，不耐储蓄。

科学家经过基因
工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶基因导入番茄细胞，获得了抗消融番茄。

以下关于培育抗消融番
茄的表达中，错误的选项是()
A．载体常用质粒
B．受体细胞是番茄细胞
C．目的基由于多聚半乳糖醛酸酶基因
D．目的基因的表达延缓了细胞的消融
解析：选C抗消融番茄的培育常用质粒作载体，将目的基因( 抗多聚半乳糖醛酸酶基因) 与质粒结合形成重组DNA分子，利用含重组DNA分子的土壤农杆菌去感染一般番茄，目的基因导入
一般番茄细胞中染色体的DNA上，从而使多聚半乳糖醛酸酶基因不能够表达。

4．在用基因工程技术成立抗除草剂的转基因烟草过程中，以下操作错误的选项是()
A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸
B．用 DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体
C．将重组DNA分子导入烟草原生质体
D．用含除草剂的培育基精选转基因烟草细胞
解析：选A限制性核酸内切酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA。

5．采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。

但是，人凝
血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。

以下有关表达，正确的选项是()
A．若是人凝血因子基因的核苷酸序列已知，可用人工合成的方法获得该目的基因
B．人体细胞中凝血因子基因进入羊受精卵细胞后，其传达和表达不再依照中心法规
C．在该转基因羊体内，人凝血因子基因存在于乳腺细胞中，而不存在于其他体细胞中
D．人凝血因子基因开始转录后， DNA聚合酶以 DNA分子的一条链为模板合成 mRNA 解析：
选 A 基因的表达包括转录和翻译，基因的传达和表达依照中心法规；转基因羊体内
人凝血因子基因存在于羊全部体细胞中；人凝血因子基因开始转录后，RNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA。

6．美国科学家运用基因工程的方法获得体型巨大的“超级小鼠”，运用的方法是()
A．把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入小白鼠体内
B．把含有牛的生长激素基因和人的生长激素基因的表达载体分别注入小白鼠的受精卵中
C．把植物细胞分裂素基因和生长素基因分别注入小鼠的受精卵中
D．把人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注入小白鼠的卵细胞中
解析：选 B 外源生长激素基因的表达能够使转基因动物生长得更快。

将含有人的生长激素基
因和牛的生长激素基因的表达载体分别注入小鼠的受精卵中，可获得体型巨大的“超级小鼠”。

7．搅乱素是治疗癌症的药物，成分是一种糖蛋白，它必定从血液中提取，每升人血液只能
提取 0.05 μg，所以价格昂贵。

现在美国加利福尼亚的基因公司用以下列图的方式生产搅乱素，
试解析原理和优点。

(1)从人的淋巴细胞中取出 ________，使它同质粒相结合，尔后移植到酵母菌体内，让酵母菌
______________。

(2)酵母菌能用 ______________方式生殖，速度很快，能大量生产 ________，不仅提高了产量，也降低了成本。

(3)有人试一试将搅乱素基因与大肠杆菌的质粒重组，转入大肠杆菌体内后，形成“工程菌”，
此种操作能制备到搅乱素吗？ ________，请说明原由： ________________________ ________________________________________________________________________ 。

解析： (1) 经过基因工程成立“工程菌”的方法是：从淋巴细胞中取出搅乱素基因，与质粒
结合形成重组质粒，并经过相应的检测与判断获得转基因酵母菌，尔后经过培育该酵母菌，使之
合成大量搅乱素。

(2) 酵母菌能进行出芽生殖，迅速生殖菌体，同时也能大量生产搅乱素。

(3) 由于大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体等细胞器，无法合成糖蛋白，所以平时不用来制备
搅乱素。

答案： (1) 搅乱素基因合成搅乱素(2) 出芽生殖搅乱素(3) 不能够大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体等细胞器，无法合成糖蛋白
8．以下列图为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红细胞形态及镰刀型细胞贫血症的
基因治疗过程，请回答以下问题：
(1)________ 图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞。

这种病是由于____________造成的。

(2)图中 A 为__________________ ， D 为____________ 。

(3)写出以下过程的操作内容：
①______________________________________________________________________ ；
②用携带正常基因的载体( 病毒 ) 侵染造血干细胞；
③______________________________________________________________________ ；
④______________________________________________________________________ 。

(4)该方法属于 ________( 填“体内”或“体外” ) 基因治疗，其特点是 ____________
________________________________________________________________________ 。

(5)患者身体康复后，所生子女可否会携带镰刀型细胞贫血症基因？请说明原由。

______________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 。

解析： (1) 由于基因突变使红细胞形态上成为镰刀状而易破碎，故图甲是正常红细胞，图乙
是镰刀型细胞。

(2) 在基因治疗过程中， A 为目的基因，能够与载体结合后导入受体细胞中；D作为受体细胞应是拥有连续分裂能力的造血干细胞。

(3) 、(4) 基因治疗过程有四个步骤；其中③为
将基因表达载体导入受体细胞 D 的染色体上，④为将拥有正常功能的造血干细胞转移至体内，由
此可知，此过程为体外基因治疗。

(5) 基因突变若发生在体细胞内一般不遗传给后代，若发生在
生殖细胞中可能遗传给后代。

答案： (1) 乙基因突变(2) 合成血红蛋白的正常基因( 或目的基因 )造血干细胞(3) ①将正常基因插入载体中③将载体 ( 携带正常基因) 导入造血干细胞染色体上④将经过改造的
造血干细胞输入患者骨髓中并产生正常的血细胞(4) 体外操作复杂但收效较为可靠(5) 如
果该患者的镰刀型细胞贫血症是由于个体发育的受精卵时期基因突变引起的，子女会携带该致病
基因；若是患者的镰刀型细胞贫血症是由于个体发育过程中后天基因突变引起的，其生殖细胞中
不含致病基因，所以，无论可否经过基因治疗，子女都不含该致病基因。