高中生物 第1章 基因工程 第2节 基因工程的应用学案 苏教版选修

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1、从不放松对“三个代表”等党和国家政治方针的学习,每天收看听闻,关心国家大事,积极参加党组织的各种活动,在工作一年后,荣誉地为由一名中国共产党预备党员成为正式党员,实现了我多年的愿望第二节关注基因工程1举例说出基因工程在动、植物方面的应用。(重点)2举例说明基因诊断和基因治疗的原理和过程。(重、难点)3概述转基因生物的安全性问题,理性看待转基因技术。(难点)4举例说出生物武器的危害。基 因 工 程 的 应 用1植物基因工程已经获得了迅猛发展植物基因工程不仅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,还用于改善农作物的品质和利用植物生产药物等方面。(1)抗病转基因植物许多病原微生物会引

2、起植物患病,这些微生物包括病毒、细菌和真菌。目的基因:病毒的复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因。(2)抗虫转基因植物转基因抗虫植物的研究已经获得相对丰硕的成果。目的基因:苏云金杆菌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。(3)抗逆转基因植物几乎所有的植物在它们的生活过程中都要遇到这样或那样的逆境,包括冻害、盐碱、干旱、水涝等不利的环境条件。这些不利的环境条件都会对农业生产产生不利影响。目的基因:抗冻蛋白基因、可以调节细胞渗透压的基因、抗除草剂基因。2动物基因工程展示出诱人的应用前景动物基因工程在改善畜产品品质、提高动物生长速度、利用转基因动物生产药物、利用转基

3、因动物作器官移植供体等方面,显示出诱人的应用前景。(1)改善畜产品品质科学家将编码乳糖酶的基因导入奶牛基因组后,获得的转基因牛生产出来的牛奶中乳糖的含量大大降低。(2)提高动物生长速度导入外源生长激素基因获得的转基因绵羊,其生长速度明显提高;导入外源生长激素基因获得的转基因鲑鱼,在同样的生长周期中,体重明显大于野生鲑鱼。(3)生产药物目前世界范围内基因工程研究的热点之一是利用转基因动物生产药物。因为这些转基因动物就像一座座生产药物的反应器,所以也把这些转基因动物称为新型生物反应器。培育这类转基因动物一般先要将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组起来,导入哺乳动物的受精卵中,再让这些受精卵在

4、母体内生长发育成转基因动物。当这些转基因动物进入泌乳期后,它们分泌的乳汁就成为生产所需药物的原料。(4)科学家也在开展用转基因动物作器官移植供体的研究。3转基因生物(1)概念:指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基因工程生物。(2)优点:能打破常规育种难以突破的物种之间的界限,使生物之间的遗传物质相互重组和转移成为可能。4基因工程和人类健康(1)基因诊断(又称DNA诊断)方法:基因检测。目的:判断患者是否出现基因异常或携带病原体等。(2)基因治疗方法:利用正常基因置换或弥补缺陷基因。步骤:包括目的基因的转移、目的基因的表达和安全措施的实施。成果:用腺苷脱氨酶基

5、因治愈了患重度复合免疫缺陷症的女孩。植物基因工程在农业中的应用发展迅速,主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等),以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。探讨:从环境保护角度出发,分析转基因抗虫植物与普通植物相比在害虫防治方面的优越性。 提示:减少了化学农药的使用量,降低了环境污染。探讨:种植转基因抗虫植物若干年后,害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性?为什么?提示:会。害虫会因抗虫植物的选择作用产生对转基因抗虫棉的抗性。探讨: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?提示:直接导入控制该性状的结构蛋白基因。导入与该性状有关的某种酶的基因

6、。1植物基因工程应用举例应用途径提高植物的光合作用效率 改造植物体内的CO2固定酶,提高植物对CO2的固定效率增强植物对光能的吸收与转化效率来提高光合作用效率延长果实的储藏期通过基因工程获得能抑制乙烯形成酶基因表达的转基因植物提高植物次生代谢产物的产率通过基因工程提高植物次生代谢产物的产率提高植物的抗性将外源抗性基因转入植物,使植物具有相应抗性,如抗虫、抗除草剂、抗旱、抗涝、抗盐等2.动物基因工程应用举例应用外源基因成果提高抗病能力外源抗性基因抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔等提高产品产量外源生长激素基因含外源生长激素基因的转基因鲑鱼改善产品品质乳糖酶基因含乳糖酶基因的转基因牛,生

7、产的牛奶中无乳糖生产药用蛋白外源蛋白基因乳腺生物反应器,大量生产药用蛋白3.转基因植物与转基因动物的区别和联系比较项目转基因植物转基因动物区别受体细胞受精卵或体细胞一般为受精卵目的基因常用的导入方法土壤农杆菌转化法显微注射法获得个体常用方式植物组织培养胚胎移植目的为了获得具有抗逆性、抗病虫害的植物,改善农作物品质和利用植物生产药物为了获得生长速度快、有抗病能力的动物,改善畜产品品质、利用转基因动物生产药物等联系(1)流程和技术环节基本一致;所用的工具和操作原理基本相同(2)目的都是不仅仅产生体型巨大的个体,更重要的是改善产品的品质(3)最突出的优点都是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限,定

8、向培育生物新品种4.乳腺生物反应器与基因治疗(1)乳腺生物反应器操作过程:主要用途:生产多肽类药物、工程疫苗、抗体等。(2)基因治疗的类型包括体外基因治疗和体内基因治疗。体外基因治疗体内基因治疗不同点方法从患者体内获得某种细胞体外完成基因转移筛选、细胞扩增输入体内直接向患者体内组织细胞中转移基因特点操作复杂,效果可靠方法较简单,效果难以控制相同点都是将外源基因导入靶细胞,以纠正缺陷基因特别提醒不是所有的遗传病都能使用基因治疗的方法诊治。目前,基因治疗的方式主要为导入正常基因并使之表达,以此弥补基因缺陷。不能直接修复缺陷基因,也不能对基因直接替换。(3)基因诊断与基因治疗的比较项目方法备注基因诊

9、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,达到治疗疾病的目的在临床治疗中得到了一定的应用特别提醒(1)有关Bt毒蛋白的两点提醒本身不具有毒性:Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白本身没有毒性,只有被害虫摄食进入消化道被消化分解为多肽后才具有毒性。发挥抗虫作用的机理:Bt毒蛋白水解成的多肽与害虫的肠上皮细胞的特异性受体结合,导致其细胞膜穿孔,细胞肿胀裂解而使害虫死亡。(2)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,一般为体细胞。1(2016天津六校联考)利用细菌大量生产人类干扰素,下列

10、叙述错误的是() A用适当的酶对运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受体细菌内能合成人类干扰素说明目的基因完成了表达【解析】需要用限制酶对运载体与含有人类胰岛素基因的DNA分子进行切割,并用DNA连接酶将两者连接形成重组DNA分子,A正确;将目的基因导入受体细菌时,需要感受态细胞,即用CaCl2处理细菌细胞使之处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态,B正确;通常通过检测目的基因产物来检验重组DNA是否表达,而用DNA分子杂交技术检测重组DNA是否已导入受体细菌,C错误;受

11、体细菌内能合成人类干扰素,说明目的基因完成了表达,D正确。【答案】C2科学家们对一位因缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重复合型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淋巴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

12、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实施基因治疗的步骤,并写出两种鉴定是否治疗成功的方法。_。【解析】基因治疗是指把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,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。患者得到恢复,说明目的基因在受体细胞中得到了表达,即淋巴细胞能合成出腺苷酸脱氨酶。鉴定该治疗过程是否成功,可通过鉴定其体内该酶的量或检测其免疫能力是否有所提高。【答案】(1)外源基因基因缺陷(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)获取腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因表达载体的构

13、建将重组DNA分子导入淋巴细胞腺苷酸脱氨酶基因的检测和鉴定。目的基因的鉴定方法:鉴定女孩体内产生的腺苷酸脱氨酶是否越来越多;鉴定女孩产生抗体的能力是否明显改善,免疫能力是否明显提高生物武器和转基因生物安全性问题一、转基因生物的安全性问题1关注转基因生物的安全性(1)食品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)生态系统安全问题转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。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。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转基因生物安全性的保障措施(1)保障公众对所购食品是

14、否来源于转基因生物拥有知情权。(2)国家应建立相应的评估及预警机制。二、生物武器的危害性1所用微生物种类(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细菌或病毒中。(3)用于研制针对某一特定种群的生物武器。转基因成果的不断涌现和产业化使人们对转基因产品的消费防不胜防。对待转基因生物和产品,有人欣然接受,有人持无所谓的态度,也有人因担心它们的安全性而干脆说“不”!请你根据以上材料探究以下问题:探讨:针对媒体对转基因食品所报道的某些负面效应,你认为吃转基因食品会担心什么问题?提

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