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1、第3课时 基因工程的应用学习目标1.举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果。2.关注基因工程的进展。3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。一、动、植物基因工程的成果1植物基因工程已经获得了迅猛发展基因工程在培育农牧业新品种方面有着广泛的成果和发展前景，阅读教材相关内容回答下列问题：(1)植物基因工程技术在农业中的应用主要有哪些？答案主要用于提高农作物的抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等方面，还用于改善农作物的品质和利用植物生产药物等方面。(2)能引起植物生病的微生物有哪些？答案主要有病毒、细菌和真菌。(3)农业害虫的主要防治措施是什么？有何缺点？答案对农业害虫的防治，大多是依靠化学农药。
2、大量使用化学农药不仅造成严重的环境污染，损害了人类健康，而且大大增加了生产成本。(4)分析比较抗虫、抗病转基因植物和其他转基因植物，填写表格。比较项目外源基因类型及举例成果举例抗虫转基因植物Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫水稻、棉、玉米、大豆等，其中，抗虫棉的发展特别迅速抗病转基因植物抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因；抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆转基因植物调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆、玉米2.动物基因工程显示出诱人的应
3、用前景动物基因工程在提高动物生长速度、改善畜产品品质、利用转基因动物生产药物、利用转基因动物作器官移植供体等很多方面显示了广阔的应用前景，阅读教材相关内容，填写表格。比较项目外源基因类型及举例成果举例提高动物的生长速度外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品的品质乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因牛用转基因动物生产药物药用蛋白基因乳腺蛋白基因的启动子转基因动物具有乳腺生物反应器用转基因动物作器官移植供体抑制抗原决定基因表达的某种调节因子或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥反应的转基因猪3.运用基因工程改良动植物品种，与传统育种相比，有何优点？答案最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种
4、界限。二、基因工程和人类健康关系密切1基因工程药物(1)真、原核细胞在细胞器方面的主要区别是什么？答案原核细胞只有核糖体一种细胞器，而真核细胞含有内质网、高尔基体、线粒体等多种细胞器。(2)真核细胞的基因导入原核细胞后，合成的蛋白质有什么不同？答案由于缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质不存在生物活性。(3)比较生物反应器与工程菌的实际应用，填写下表。比较项目动物乳腺反应器大肠杆菌生产系基因结构与人类基因结构相同，使克隆基因相对简单与人类基因结构有差异基因产物与天然蛋白质完全相同合成的蛋白质可能不存在生物活性产物提取存在于乳汁中，易于提取从细胞中提取分离，相对复杂生产设备农业生产；提纯设
5、备；成本低工业生产；精良的生产设备；成本高成果抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等2.基因诊断(1)什么是基因诊断？答案又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体等。(2)如何利用基因诊断技术检测疾病？答案用放射性同位素(如32P)或荧光分子标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交法，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。(3)利用基因诊断检测疾病有何特点？答案准确性高，不受细胞类型和发病年龄的限制，可用于一切遗传病的诊断。3基因治疗(1)什么是基因治疗？答案利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。(2)简述基
6、因治疗的基本步骤。答案目的基因的转移目的基因的表达安全措施的实施。(3)目前，利用基因治疗的方法治疗肿瘤是科学研究中的最大特点。一、转基因植物的培育科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄，使番茄细胞的耐寒能力大大提高，可以在相对寒冷的环境中生长。质粒上有Pst、Sma、Hind、Alu等四种限制酶切割位点，下图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，其中是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步骤，、表示相关结构或细胞。请据图回答下列问题：(1)在构建基因表达载体时，可用一种或者多种限制酶进行切割。为了避免目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接，在此实例中，应该选用_限制酶，分别
7、对_进行切割，切割后产生的DNA片段分别为_种。(2)培养基中的氨苄青霉素会抑制番茄愈伤组织细胞的生长，要利用该培养基筛选已导入鱼抗冻蛋白基因的番茄细胞，应使基因表达载体中含有_，作为标记基因。(3)研究人员通常采用农杆菌转化法将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞内。通常采用_技术，在分子水平检测目的基因是否翻译形成了相应的蛋白质。答案(1)Pst、Sma鱼抗冻蛋白基因的DNA、质粒4、2(2)抗氨苄青霉素基因(或ampr)(3)抗原抗体杂交解析(1)根据题中示意图可知目的基因和质粒都含有Pst和Sma酶切位点，可以用Pst和Sma两种限制酶分别切割目的基因和质粒，目的基因上有3个切点，将形成4个DN
8、A片段，质粒上有2个切点，由于质粒为环状DNA，经限制酶切割后形成2个DNA片段。(2)对基因表达载体进行筛选时需要借助质粒上的标记基因即抗氨苄青霉素基因。(3)将目的基因导入植物受体细胞时可利用农杆菌转化法或基因枪法，在翻译水平检测是否形成相应蛋白质时，需利用抗原抗体杂交技术。二、生物反应器的研发继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是_。(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_。(3)通常
9、采用_技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_细胞中特异性表达。(5)相比乳腺生物反应器，膀胱生物反应器有何优点？_。答案(1)显微注射法(2)受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达(3)DNA分子杂交(核酸探针)(4)膀胱上皮(5)从乳腺生物反应器中提取蛋白质，受体细胞所在个体必须是雌性，从尿液中提取目的基因的产物则不受此限制解析在基因工程中，若受体细胞是动物细胞，常采用显微注射法导入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，当作受体细胞的通常是受精卵，其原因是受精
10、卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。检测目的基因是否插入到受体细胞的基因组，通常采用的是DNA分子杂交法。三、基因诊断和基因治疗结合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，逆转录病毒相当于基因操作工具中的载体(或基因的运输工具)。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
11、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基因治疗可归纳为下图：6对基因诊断与基因治疗的方法进行比较，并填写下表：项目方法备注基因诊断制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确检测人类某种疾病临床应用阶段基因治疗把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法仅处于初期的临床试验阶段，仍有许多问题和困难制约该技术的发展1下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是()A抗虫棉Bt毒蛋白基因
12、B抗病毒转基因烟草几丁质酶基因C抗盐碱和抗旱植物调节细胞渗透压的基因D耐寒的番茄抗冻基因答案B解析抗病毒转基因植物所采用的基因，常使用病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因，几丁质酶基因及抗毒素合成基因一般用作抗真菌转基因植物的目的基因，故B错。2人的糖蛋白必须经过内质网和高尔基体加工合成。通过转基因技术，可以使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CT4噬菌体D质粒DNA答案B3科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，下列相关叙述中，正确的是()该技术将导致定向变异DNA连接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料受精
13、卵是理想的受体ABCD答案B解析基因工程可将控制特定性状的外源基因导入受体细胞，从而定向改造生物的性状，而且操作过程不受亲缘关系远近的制约，即克服远缘杂交不亲和的障碍。在基因工程操作程序中，所用的DNA连接酶连接的不是目的基因与载体黏性末端的碱基对，而是目的基因与载体的DNA两条链的骨架，即核苷酸与磷酸的连接，也就是说，DNA连接酶只能催化断开的DNA双链重新形成磷酸二酯键。由蛋白质中的氨基酸序列可推知相应的mRNA中的核苷酸序列，进而可推测相应基因中核苷酸排列顺序，从而可以用化学合成方法人工合成目的基因。转基因羊的乳腺细胞及全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂，遗传物质都与受精卵完全相同，而受精卵体积较大，操作较容易，也能保障发育成的个体的所有细胞都含有外源基因。4近年来，基因工程的发展非常迅速，科学家可以用DNA探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗，下列做法不正确的是()A用DNA探针检测镰刀型细胞贫血症B用DNA探针检测病毒性肝炎C用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症D用基因替换的方法治疗21三体综合征答案D解析基因工程是基因水平上的现代生物技术，21三体综合征是染色体异常遗传病，是患者第21号
