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1、第2节 基因工程及其应用（第2课时）知识链接及考试地位本节知识与“杂交育种和诱变育种”、“基因工程的应用”等内容相关，是与生活实际相联系的热点内容之一，常与杂交育种和诱变育种相综合，以个别填空的形式出题，有时也以选择题的形式呈现。知识回顾1、杂交育种、诱变育种的原理是什么？2、基因工程的目的是什么？学习目标1、举例说明基因工程的应用，通过比较，要特别明确基因工程育种比传统育种方法的优越性。2、关注转基因生物和转基因食品的安全性。注意培养自身的批判性思维能力，提高生物科学素养。重难点1教学重点 基因工程的安全性问题2教学难点转基因生物与转基因食品的安全性新知探究一、基因工程的应用1、基因工程与作
2、物育种近几年来，人们利用基因工程的方法，获得了 、 和具有 的农作物，培育出具有各种 的作物新品种。抗虫棉： 是我国基因工程研究中的一个重要成果。抗虫基因来自 。该基因能够 ，使棉铃虫等害虫致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有 虫害的功能。抗虫基因作物的优点有哪些？育种方法的比较杂交育种诱变育种多倍体育种单倍体育种基因工程育种原理常用方法杂交自交选种自交辐射诱变，激光诱变，作物空间技术育种用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗花药离体培养，染色体加倍提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的表达与检测筛选获得优良个体优点缺点应用实例小麦高茎（易倒伏）抗锈病的
3、纯种与矮茎（抗倒伏）易染锈病的纯种进行培育矮茎抗锈病小麦青霉素经射线、紫外线照射以及综合处理，培育出青霉素产量很高的菌株三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦抗病植株的育成转基因抗虫棉2、基因工程与药物研制用基因工程的方法能够高效率地生产出各种 、 的药品。如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。3、基因工程技术还可以用于 ，如利用 降解有毒有害的化合物，吸收环境中的 ，分解泄漏的 ，处理 等。二、转基因生物和转基因食品的安全性转基因生物和转基因食品的优点有哪些？转基因生物和转基因食品的缺点有哪些？拓展延伸基因工程的应用、发展及安全性一、基因工程的应用和发展应用重组DNA技术培育具有改良性状的粮食作物的工作已初见
4、成效。这方面的工作按其发展水平可以分为二个不同的阶段：第一阶段，主要集中于有重要农业经济意义的目的基因的分离与改造：第二阶段的主要目标是培育出具有改良的重要经济性状的工程植株；第三阶段的发展方向是培育出具有生物反应器功能的工程植株。现在已经培育成功了一批分别具有抗病、抗虫和抗除草剂性状的转基因农作物。例如，应用反义RNA技术培育成功的具有耐贮藏的转基因西红柿已开始在美国投放市场。利用植物合成微生物甚至哺乳动物的一些特殊蛋白质，例如干扰素、人血清蛋白等也已有些成功的报道。从理论上讲，在将来还有可能通过转基因植物生产更多的药用蛋白质。我们有理由相信，重组DNA技术在农业生产中的应用，是具有光辉的前
5、景的。重组DNA技术的一个显著特点是，它注往可以使一个生物获得与之固有性状完全无关的新功能，从而引起生物技术学发生革命性的变革，使人们可以在大虽扩增的细胞中生产哺乳动物的蛋白质，其意义无疑是相当重大的。将控制这些药物合成的目的基因克隆出来，转移到大肠杆菌或其它生物体内进行有效的表达，于是就可以方便地提取到大量的有用药物。目前在这个领域中已经取得了许多成功的事例，其中最突出的要数重组胰岛素的生产。重组DNA技术还有力地促进了医学科学研究的发展。它的影响所及有疾病的临床诊断、遗传病的基因治疗、新型疫苗的研制以及癌症和艾滋病的研究等诸多科学，并且均已取得了相当的成就。早在基因工程刚刚诞生的时候，它就
6、被迅速地应用于肿瘤发生和细胞癌变理论的研究，为肿瘤诊断、药物治疗、肿瘤转移及其预防等提供了有效的新手段。这方面的重要突破是发现了致癌基因，弄清了肿瘤的起因。现在一些靠传统的接种疫苗无法预防的疾病，正在通过基因克隆技术发展有效的新型疫苗。还有一些遗传疾病如今已能在胎儿身上得到诊断，而且有希望使囊性纤维化、乳腺癌以及其它一些严重危害人类的疾病，在不久的将来得到有效的治疗。1、在医药业的应用（1）转基因细菌生产激素类药物（2）转基因细菌生产抗生素：（3）转基因微生物生产疫苗： 2. 在工业原料生产上的应用（1）转基因微生物生产高分子多聚物（2）转基因微生物与环境净化和废料再生 二、基因工程的安全性基
7、因工程的安全隐患1. 对环境的影响重新组合一种在自然见尚未发现的的生物性状有可能给现有的生态环境带来不良影响。2. 新型病毒的出现制造带有抗生素抗性基因或有产生病毒能力的基因的新型微生物有可能在人类或其它生物体内传播。3. 癌症扩散将肿瘤病毒或其它动物病毒的DNA引入细菌有可能扩大癌症的发生范围。4. 人造生物扩散新组成的重组DNA生物体的意外扩散可能会出现不同程度的潜在危险。重组DNA研究的安全准则1. 公众的担忧1973年美国的公众第一次公开表示担心应用重组DNA技术可能会培养出具有潜在危险性的新型微生物，从而给人类带来难以预料的后果。2. 专家的态度1974年美国国立卫生研究院（NIH）
8、考虑到重组DNA的潜在危险，提请Paul Berg博士组成一个重组DNA咨询委员会。3.制定安全规则1976年6月23日，NIH正式公布了“重组DNA研究的安全准则”。4. 基因工程的安全措施由于同一地区只种一种作物 ,造成抗性基因专一化 ,使得抗性基因所不能对付的病虫害暴发 ,从而造成农作物的减产。转基因作物的大规模商业种植可能会导致被转移基因在自然生态系统中的广泛流动 ,还可能波及到非目标生物 ,从而对生态环境产生不可逆转的严重破坏。此外 ,基因工程技术生物的推广将使数以千计的品种被淘汰 ,导致自然界一些食物链切断 ,生态平衡破坏。专家认为 ,经一二十年后 ,杂草、虫害和病菌适应了环境 ,
9、使基因工程作物的抗性丧失 ,则这些特性有可能转给杂草昆虫病菌或某些动物 ,产生超级杂草、超级害虫、超级细菌和超级病毒 ,从而给人类及生态环境带来严重危害。（1）杂草化问题（2）基因扩散（3）重组的潜在危险控制措施：对转基因生物的控制措施有物理的方法和生物的方法。物理的方法就是通过各种严格的管理措施和物理屏障尽量使转基因生物不能从实验室逃逸进入到自然环境里去。这种措施只能用于控制在实验室里的转基因生物，而且用于控制转基因微生物和通过花 粉进行扩散的植物的效力实际上是非常有限的。当转基因动、植物必须用于开放的环境里生产时，物理控制的方法便不再有实际的意义。根本性的措施还是生物学的控制方法。即造成转
10、基因生物与非转基因生物之间的生殖隔离。如利用三倍体不育的特性，将用于生产的转基因动物或植物成为三倍体，这样，转基因生物在进人到自然环境里后就不可能自行繁殖，因此也就不可能对生态系统造成长期的影响。也可以利用生理学原理，如激素诱导等方法使转基因生物不育等。P1-P4是关于基因工程实验室物理安全防护上的装备规定。P1级实验室为一般的装备良好的普通微生物实验室；P2级实验室，在P1级实际室的基础上，还需装备负压的安全操作柜；P3级实验室即全负压的实验室，同时还要装备安全操作柜；P4实验室，是具有前高安全队护措施的实验室。要求建设专用的实验大楼，周围与其它建筑物之间应留有一定距离的隔离带，细菌操作需带
11、手套进行，以及使用其它必要的隔离装置，使研究者不会直接同细菌接触等等。生物防护方面:EK13级是专门针对大肠杆菌菌株而规定的安全防护标准。它是依据大肠杆菌在自然环境中的存活率为前提制定的。EK1级的大肠杆菌菌株，在自然环境中一般都是要死亡的，而符合EK2一3级标准的大肠杆菌菌株，在自然环境中则是无法存活的。第一个“安全”的大肠杆菌 K12菌株，是在 1976年由美的 Alabama大学的 Roy CurrissIII发展出来的。由于这个菌株是在庆祝美国独立200周年（1776一1976）期间交付使用的，所以被命名X1776菌株。能够防它在实验室外传播的安全”特性之一是，该菌株是一种营养缺陷突变
12、体，它必须在有二氨基庚二酸和胸腺嘧啶核苷酸的培养基上才能生长。二氨基庚二酸是赖氨酸生物合成的一种中间产物，在人类的肠道中并不存在这种物质。因此，即便X1776菌株偶然被吞食至人类肠道，也不可能存活下去。X1776菌株安全特性之二是，它的细胞壁十分脆弱在抵浓度的盐离子环境中，甚至只有微量的去污剂的存在，都会造成细胞的破裂而致死。根据NIH安全准则，在DNA重组实验中，除了使用“安全”的寄主细菌之外，还必须使用“安全”的质粒载体。这样的安全质粒的一个基本特征是，它应该失去了自我迁移的能力。2、消费安全用转基因生物生产的转基因食品和药品要进入市场，必须进行消费安全性评价。消费安全评价一般要考虑以下一
13、些主要的方面：导入的外源目标基因本身编码的产物是否安全，例如用某些细菌的杀虫基因所培育的转基因杀虫作物中，杀虫基因所编码的产物是 否会对人类产生毒性作用等；外源目标基因是否稳定，在新的生理条件下和基因环境里，导人的外源目标基因会不会产生对人体健康有害的突变；使用的载体是否安全，载体本身是否会编码对人体有害的产物，例如用于人类的基因工程产品一般是应避免使用病毒作为基因载体的；在使用了选择和报道基因的情况下，这些基因是否会产生有害的物质，例如用抗生素作为选择标记基因的转基因食品，是否会在食用后使人产生对抗生素的抗性；外源基因导入后是否会诱导受体生物产生新的有害遗传性状或不利于健康的成分。当堂检测1
14、、下列（ ）技术能有效地打破物种的界限，定向地改造生物的遗传性状，培育新的农作物优良品种？A基因工程技术 B诱变育种技术C杂交育种技术 D组织培养技术2、不属于基因工程方法生产的药物是A干扰素B白细胞介素C青霉素D乙肝疫苗3、下列关于基因工程成果的概述，错误的是( ) A在医药卫生方面，主要用于生产药品和诊断治疗疾病 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在畜牧业上主要的目的是培育体型巨大、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被污染环境的净化4、随着转基因技术的发展，“基因污染”应运而生。关于“基因污染”的说法不正确的是 ( ) A、转基因作物可通过花粉扩散到它的近亲作物上，从而污染生物基因库 B杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性 C基因污染是一种不增殖和不被扩散的污染 D基因污染因其根植于遗传特性的控制中心，所以难以消除5、用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质，下列叙述中不正确的是 ( ) A常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒 BDNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必
