高中生物选修3优质学案：1.3 基因工程的应用

1.3 基因工程的应用

目标导航 1.举例说出植物基因工程取得的成果。2.关注动物基因工程的应用前景。3.了解基因工程药物和基因治疗。

重难点击基因工程在农业和医疗等方面的应用。

一、植物基因工程成果

1.抗虫转基因植物与抗病转基因植物

2.抗逆转基因植物

3.利用转基因改良植物的品质

(1)方法：将优良性状基因导入植物，获得优良品质的植物。

(2)意义：改良植物的某些________。

合作探究

1.提高农作物的抗逆能力

(1)转基因抗虫棉的目的基因是什么？是从哪种生物获取的？抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？

(2)对于基因工程生产的抗虫棉是否取得最后的成功，最简单的检测方法是什么？这种检测属于哪一层次？

(3)从基因与性状的关系角度思考，利用转基因改良植物品质的途径有哪些？

2.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。

(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？

1.判断正误

(1)种植转基因抗虫棉的农田不需要进行防虫管理()

(2)转基因抗病植物不受细菌、真菌或病毒的危害，种植过程中不需要使用农药()

(3)植物基因工程主要用于提高农作物产量()

(4)转基因作物减少了化学农药的使用，降低了生产成本，减少了环境污染，但增加了对人体健康的损害()

2.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

二、动物基因工程的前景

项目

合作探究

1.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率，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？试分析其原因。

(2)为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？

2.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？

(2)乳腺生物反应器有哪些优点？

(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？

3.用转基因动物作器官移植的供体时，应采取什么措施？

3.判断正误

(1)动物基因工程的主要前景是提高动物生长的速度()

(2)培育转基因动物常用显微注射技术将外源基因导入受精卵()

(3)抑制或除去抗原决定基因可以培育没有免疫排斥反应的猪器官()

(4)利用小型猪来解决人类移植器官短缺问题，首先要解决免疫排斥难题()

(5)利用动物乳腺生物反应器技术时，受体细胞应为受精卵或体细胞()

(6)乳腺生物反应器，需将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起()

4.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，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30多倍。“转基因动物”是指()

A.提供基因的动物

B.基因组中增加外源基因的动物

C.能产生白蛋白的动物

D.能表达基因信息的动物

问题导析(1)转基因生物是指利用____________技术导入________培育出的能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。

(2)转基因牛携带有外源的__________基因。

三、基因工程药物及基因治疗

1.基因工程药物

(1)概念：基因工程药物是指利用________________生产的药物。

(2)原理：通过基因工程技术，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。

(3)成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

(4)作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、________________、各种传染病、__________、类风湿等疾病。

2.基因治疗

(1)概念：把____________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

(2)成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞中。

(3)途径：分为________________和________________。

(4)现状：处于初期的临床试验阶段。

合作探究

1.关于基因工程药物

(1)通过基因工程直接得到的药物有什么特点？

(2)利用转基因细菌能否直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物？为什么？

2.分析教材P23复合型免疫缺陷症的基因治疗，回答下列问题：

(1)研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的什么细胞？为什么不能转入其他的体细胞？

(2)如何鉴定该患者是否治疗成功？

(3)经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷基因？

5.判断正误

(1)用基因工程方法，转入外源基因的菌类细胞株系一般称为工程菌()

(2)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()

(3)治疗遗传性疾病最有效的手段就是基因治疗()

(4)把缺陷基因除去，就可以达到治疗疾病的目的()

(5)某些动物病毒可作为基因治疗的载体()

(6)基因治疗过程中，由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达，从而达到治疗疾病的目

6.《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

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

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

3.关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是()

A.器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题

B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人极为相似

C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪

D.无论以哪种动物作为供体，都需在其基因组中导入某种调节因子以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因

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通常采用显微注射技术

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

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______________________________________________，

目的基因的受体细胞是_________________________________________________。

(3)将转基因白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_______________________。

提醒：完成作业专题1 1.3

[答案]精析

一、知识梳理

1.杀虫活性抗病基因蛋白酶淀粉酶外壳蛋白

几丁质酶化学农药

2.抗盐碱抗干旱抗冻蛋白

3.(2)品质

合作探究

1.(1)Bt毒蛋白基因；目的基因是从苏云金芽孢杆菌体内提取出来的；不能，因为抗虫基因具有专一性。

(2)让害虫去吃转基因棉花的植株，观察害虫的生存状况来鉴定植株是否具有相应的抗虫性状。这属于个体水平上的检测。

(3)①直接导入控制该性状的结构蛋白基因。②导入与该性状有关的某种酶的基因。

2.(1)减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。

(2)会。害虫会因基因突变产生对转基因抗虫棉的抗性。

活学活用

1.(1)×(2)×(3)×(4)×

2.C[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。]

二、知识梳理

生长激素肠乳糖酶乳糖蛋白乳腺蛋白器官移植抗原决定

合作探究

1.(1)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)肠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。

2.(1)转基因动物的乳腺。

(2)产量高、质量好、成本低、易提取。

(3)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。

3.抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因。

活学活用

3.(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×(6)√

4.B

问题导析(1)基因工程外源基因(2)白蛋白

三、知识梳理

1.(1)转基因的工程菌(4)遗传病糖尿病

2.(1)正常基因(3)体内基因治疗体外基因治疗

合作探究

1.(1)利用基因工程生产的药物一般都是蛋白质类产品。

(2)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.(1)淋巴细胞。腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞中具有这种酶才能产生抗体等免疫物质。

(2)鉴定患者产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高。

(3)存在。基因治疗只是导入正常基因，并没有去除缺陷基因。

活学活用

5.(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√

6.A[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。]

课堂小结

抗逆生长速度品质药物器官移植

对点训练

1.B[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.D[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.C[猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物，是目前人体最理想的器官供体。]

4.A[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，采用显微注射技术，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.(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排列顺序是不同的。