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1、13基因工程的基因工程的应用用学习导航学习导航1.举例例说出基因工程的出基因工程的应用及取得的丰用及取得的丰硕成果。成果。 重点重点2.了解基因工程的了解基因工程的进展。展。3.了解基因工程在了解基因工程在农业和医和医疗等方面的等方面的应用。用。难点点新知初探思维启动新知初探思维启动一、植物基因工程的成果一、植物基因工程的成果植物基因工程技植物基因工程技术主要用于提高主要用于提高农作物的作物的_能力，以及改良能力，以及改良农作物的作物的_和利用和利用植物生植物生产_等方面。等方面。抗逆抗逆品品质药物物1.抗虫和抗病抗虫和抗病转基因植物基因植物抗虫抗虫转基因植物基因植物抗病抗病转基因植物基因植物
2、基基因因种种类_基因、基因、蛋白蛋白酶酶抑制抑制剂基基因、因、_基因、植物凝集基因、植物凝集素基因等素基因等抗病毒基因：病毒外壳抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的蛋白基因和病毒的_基因基因抗真菌基因：几丁抗真菌基因：几丁质酶酶基因和基因和_基因基因成成果果棉、玉米、棉、玉米、马铃薯、番茄等薯、番茄等抗烟草花叶病毒的抗烟草花叶病毒的转基因基因烟草和抗病毒的烟草和抗病毒的转基因小基因小麦、甜椒、番茄等麦、甜椒、番茄等意意义减少化学减少化学农药的使用，降低生的使用，降低生产成本，减少成本，减少环境境污染等染等Bt毒蛋白毒蛋白淀粉淀粉酶酶抑制抑制剂复制复制酶酶抗毒素合成抗毒素合成2.抗逆抗逆转基因植
3、物基因植物(1)抗抗逆逆基基因因：调节_的的基基因因使使作作物物抗抗碱碱、抗抗旱旱；鱼的的_基基因因使使作作物物耐寒；抗除草耐寒；抗除草剂基因使作物抗除草基因使作物抗除草剂。(2)成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。细胞渗透胞渗透压抗抗冻蛋白蛋白3.利用利用转基因改良植物的品基因改良植物的品质(1)优良良基基因因：必必需需氨氨基基酸酸含含量量多多的的蛋蛋白白质编码基基因因、控控制制番番茄茄果果实成成熟熟的的基基因因和和与与植植物物花青素代花青素代谢有关的基因。有关的基因。(2)成果：富含成果：富含赖氨酸的氨酸的转基因玉米、基因玉米、转基因基因延熟番茄和延熟番茄和转基
4、因矮基因矮牵牛。牛。想一想想一想1基因工程育种的主要基因工程育种的主要优点有哪些？点有哪些？【提示提示】基因工程育种最大的基因工程育种最大的优点是目的点是目的性性强强，克服了，克服了远缘杂交不交不亲和的障碍。和的障碍。二、二、动物基因工程的前景物基因工程的前景应用用项目目基因来源基因来源成果成果提高提高动物的物的生生长速率速率外源外源_基因基因转基因基因绵羊、羊、转基基因因鲤鱼改善畜改善畜产品品的品的品质肠乳糖乳糖酶酶基因基因转基因牛分泌的乳基因牛分泌的乳汁中汁中_含量少含量少转基因基因动物物生生产药物物药用用_基因乳腺基因乳腺蛋白基因的蛋白基因的_乳腺生物反乳腺生物反应器器转基因基因动物物作
5、器官移植作器官移植的供体的供体抑制或除去抑制或除去_基因基因利用克隆技利用克隆技术培育培育没有免疫排斥反没有免疫排斥反应的猪器官的猪器官生生长激素激素乳糖乳糖蛋白蛋白启启动子子抗原决定抗原决定三、基因工程三、基因工程药物物1.药物来源：物来源：转基因的基因的“_”。2.成成果果：重重组人人胰胰岛素素、细胞胞因因子子、抗抗体体、疫苗、激素等。疫苗、激素等。四、基因治四、基因治疗1.概念：把概念：把_导入病人体内，使入病人体内，使该基因的表达基因的表达产物物发挥功能，从而达到治功能，从而达到治疗疾疾病的目的。病的目的。工程菌工程菌正常基因正常基因2.类型：型：_基因治基因治疗和和_基因治基因治疗。
6、3.成果：将腺苷酸脱氨成果：将腺苷酸脱氨酶酶基因基因导入患者的淋巴入患者的淋巴细胞，治胞，治疗_。想一想想一想2基基因因治治疗的的实质是是利利用用外外源源基基因因替替换了了原原基因本身，基因本身，还是替是替换了原基因的功能？了原基因的功能？【提示提示】替替换了原基因的功能。了原基因的功能。体内体内体外体外复合型免疫缺陷症复合型免疫缺陷症要点突破讲练互动要点突破讲练互动要点一植物基因工程的成果要点一植物基因工程的成果1.抗虫抗虫转基因植物基因植物在抗虫害方面，迄今研究的最多并取得成效在抗虫害方面，迄今研究的最多并取得成效的有两的有两类基因，即基因，即苏云金芽云金芽孢杆菌的杆菌的杀虫蛋虫蛋白基因白
7、基因(Bt毒蛋白基因毒蛋白基因)以及从豇豆等作物中以及从豇豆等作物中分离的蛋白分离的蛋白酶酶抑制抑制剂基因。抗虫棉、抗虫番基因。抗虫棉、抗虫番茄、抗虫烟草都已茄、抗虫烟草都已获得了成功。既减少了得了成功。既减少了杀虫虫剂的使用，又保的使用，又保护了了环境。境。2.抗病抗病转基因植物基因植物引起植物生病的微生物主要有病毒、真菌和引起植物生病的微生物主要有病毒、真菌和细菌等。抗病菌等。抗病转基因植物所采用的基因，使基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶酶基因；抗真菌基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因基因植物中可使用的基因有几丁有几丁
8、质酶酶基因和抗毒素合成基因。多种抗基因和抗毒素合成基因。多种抗病毒植株已培育成功并开始病毒植株已培育成功并开始进行田行田间试验、栽培。栽培。3.抗逆抗逆转基因植物基因植物(1)针对盐碱碱、干干旱旱、低低温温、涝害害等等不不利利环境境条条件件而而培培育育的的抗抗盐碱碱、耐耐旱旱、耐耐寒寒、抗抗涝的的农作作物物新新品品种种。主主要要方方法法是是在在有有关关植植物物中中转入入调节细胞渗透胞渗透压的基因。的基因。(2)针对与与农作物作物竞争的争的杂草而培育的抗除草草而培育的抗除草剂的植物。将抗除草的植物。将抗除草剂基因基因导入大豆、玉米入大豆、玉米等作物，等作物，喷洒除草洒除草剂时，杀死田死田间杂草而
9、不草而不损伤作物。作物。4.利用利用转基因改良植物的品基因改良植物的品质利用利用转基因改良植物品基因改良植物品质,可以有以下途径：可以有以下途径：(1)直接直接导入控制入控制该性状的性状的结构蛋白基因；构蛋白基因；(2)导入与入与该性状有关的某种性状有关的某种酶酶的基因。的基因。 金茶花是中国特有的金茶花是中国特有的观赏品种，但易品种，但易得枯萎病，降低得枯萎病，降低观赏价价值。科学家在某种植。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因的方基因的方法培育出了抗枯萎病的新品种。法培育出了抗枯萎病的新品种。请据据图回答回答问题。例例1(1)将将连接接到到上上并并形
10、形成成，常常用用到到的的酶酶有有_。(2)图 中中 除除 了了 含含 有有 以以 外外 ， 还 应 有有_。(3)经检测，被，被侵染的金茶花叶片侵染的金茶花叶片细胞具胞具备了抗病性，了抗病性，这说明明已已经_。欲快速。欲快速培育大量培育大量该抗病新品种，抗病新品种，应该采用的技采用的技术是是植物植物组织培养，依据的理培养，依据的理论基基础是是_。(4)通通过转基因方法基因方法获得的抗病金茶花，将来得的抗病金茶花，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？生的配子中是否一定含有抗病基因？_。【解析解析】(1)实现目的基因与运目的基因与运载体的体的结合合需用同一种限制需用同一种限制酶酶切割，切割，产生
11、相同的黏性末生相同的黏性末端，通端，通过DNA连接接酶酶连接在一起，形成基因接在一起，形成基因表达表达载体。体。(2)基因表达基因表达载体的体的组成成应包括：包括：启启动子、子、终止子、止子、标记基因、目的基因等。基因、目的基因等。(3)金茶花叶片金茶花叶片细胞具胞具备了抗病性，了抗病性，这说明目明目的基因已的基因已经表达，欲快速培育大量表达，欲快速培育大量该抗病新抗病新品种，品种，应该采用的技采用的技术是植物是植物组织培养技培养技术,其理其理论基基础是植物是植物细胞的全能性。胞的全能性。(4)由于由于产生配子生配子时，基因会，基因会发生分离，所以生分离，所以获得的得的转基因性状不一定能随着配
12、子基因性状不一定能随着配子传递下下去。去。【答答案案】(1)限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶和和DNA连接接酶酶(2)启启动子、子、标记基因、基因、终止子止子(3)表达植物表达植物细胞的全能性胞的全能性(4)不一定不一定变变式式训练训练(2012石石家家庄庄二二中中高高二二检测)人人类利利用用基基因因工工程程的的方方法法成成功功培培育育出出转基基因因抗抗虫虫棉棉，以以下下说法正确的是法正确的是()A苏云云金金芽芽孢杆杆菌菌的的毒毒蛋蛋白白基基因因与与质粒粒结合合后直接后直接进入棉花的叶肉入棉花的叶肉细胞表达胞表达B抗抗虫虫基基因因导入入棉棉花花叶叶肉肉细胞胞后后，可可通通过传粉、受精的方法使抗
13、虫性状粉、受精的方法使抗虫性状遗传下去下去C标记基基因因的的作作用用是是鉴别受受体体细胞胞中中是是否否含含有目的基因有目的基因D转基因抗虫棉种植基因抗虫棉种植时棉棉铃虫不会虫不会产生抗性生抗性,可以有效消可以有效消灭棉棉铃虫虫解析：解析：选C。A项中中苏云金芽云金芽孢杆菌的毒蛋白杆菌的毒蛋白基因与基因与质粒粒结合，合，导入棉花叶肉入棉花叶肉细胞后，需胞后，需要要经过检测、鉴定后，才能定后，才能实现成功表达；成功表达；B项中抗虫棉在形成配子中抗虫棉在形成配子时，基因会，基因会发生分离生分离,不一定能将抗虫性状完全地不一定能将抗虫性状完全地遗传下去；下去；D项中中转基因抗虫棉种植基因抗虫棉种植时，
14、棉，棉铃虫食用后可大量虫食用后可大量死亡，但同死亡，但同时使棉使棉铃虫的抗性得到不断的加虫的抗性得到不断的加强强，不可能，不可能彻底地消底地消灭棉棉铃虫。虫。要点二要点二动物基因工程的物基因工程的应用及基因工程用及基因工程药物物1.乳腺乳腺(房房)生物反生物反应器器(1)原理：原理：应用重用重组DNA技技术和和转基因技基因技术，将，将目的基因目的基因转移到尚未分化的移到尚未分化的动物胚胎物胚胎细胞胞(或受或受精卵精卵)中，中，经胚胎移植，得到能在乳腺中表达胚胎移植，得到能在乳腺中表达转基因基因产品的个体品的个体,其乳腺其乳腺组织可分泌生可分泌生产“目的目的产品品”如具有如具有药用价用价值的蛋白
15、，的蛋白，这些蛋白些蛋白进入入乳汁中乳汁中,再通再通过回收含回收含转基因蛋白的基因蛋白的动物乳汁，物乳汁，就可以提取有重要就可以提取有重要药用价用价值的生物活性蛋白。的生物活性蛋白。(2)操作操作过程程2.生物反生物反应器与工程菌在器与工程菌在实际应用中的比用中的比较比比较项目目动物乳腺反物乳腺反应器器大大肠杆菌生杆菌生产系系基因基因结构构与人与人类基因基因结构构相同，使克隆基相同，使克隆基因相因相对简单与人与人类基因基因结构有差异构有差异基因基因产物物与天然蛋白与天然蛋白质完完全相同全相同由于缺少内由于缺少内质网、高网、高尔尔基基体等体等细胞器，合成的蛋白胞器，合成的蛋白质可能不存在生物活性
16、可能不存在生物活性产物物提取提取存在乳汁中，易存在乳汁中，易于提取于提取从从细胞中提取分离，相胞中提取分离，相对复复杂生生产设备农业生生产提提纯设备成本低成本低工工业生生产精良的生精良的生产设备成本高成本高特特别提醒提醒从乳腺生物反从乳腺生物反应器中提取蛋白器中提取蛋白质,受体受体细胞所在个体必胞所在个体必须是雌性的，若从尿液是雌性的，若从尿液中提取目的基因的中提取目的基因的产物物则不受此限制。不受此限制。 继哺哺乳乳动物物乳乳腺腺反反应器器研研发成成功功后后，膀膀胱胱生生物物反反应器器的的研研究究也也取取得得了了一一定定进展展。最最近近，科科学学家家培培养养出出一一种种转基基因因小小鼠鼠，其
17、其膀膀胱胱上上皮皮细胞胞可可以以合合成成人人的的生生长激激素素并并分分泌泌到到尿液中。尿液中。请回答：回答：(1)将人的生将人的生长激素基因激素基因导入小鼠受体入小鼠受体细胞，胞，常用方法是常用方法是_。例例2(2)将将目目的的基基因因导入入动物物细胞胞时，通通常常要要将将外外源基因源基因导入入_中，原因是中，原因是_。(3)通通常常采采用用_技技术检测外外源基因是否插入了小鼠的基因源基因是否插入了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反在研制膀胱生物反应器器时，应使外源基因使外源基因在小鼠的在小鼠的_细胞中胞中进行特异性表达。行特异性表达。【解解析析】(1)将将目目的的基基因因(人人生生长激激素
18、素基基因因)导入入动物物细胞胞(小小鼠鼠受受体体细胞胞)的的常常用用方方法法是是显微注射技微注射技术。(2)在哺乳在哺乳动物物细胞中，受精卵或早期胚胎具胞中，受精卵或早期胚胎具有全能性，外源基因在相有全能性，外源基因在相应的的组织细胞中更胞中更容易表达，因此，在容易表达，因此，在动物物细胞工程中，常将胞工程中，常将受精卵或早期胚胎受精卵或早期胚胎细胞作胞作为受体受体细胞。胞。(3)检测目目的的基基因因(人人生生长激激素素基基因因)是是否否插插入入了了转基基因因动物物染染色色体体的的DNA(小小鼠鼠基基因因组)上上的的方方法是法是DNA分子分子杂交技交技术。(4)由由题中中信信息息可可知知，人人
19、生生长激激素素基基因因在在小小鼠鼠的膀胱上皮的膀胱上皮细胞内胞内进行了特异性表达。行了特异性表达。【答案答案】(1)显微注射技微注射技术(2)受精卵受精卵(早期早期胚胎胚胎细胞胞)受精卵受精卵(或早期胚胎或早期胚胎)具有全能性具有全能性,可使外源基因在相可使外源基因在相应的的组织细胞中表达胞中表达(3)DNA分子分子杂交交(4)膀胱上皮膀胱上皮互互动动探究探究(1)上述上述过程的原理是什么？程的原理是什么？(2)为何将目的基因何将目的基因导入膀胱上皮入膀胱上皮细胞更方便胞更方便?【提示提示】(1)基因重基因重组。(2)不受雌雄个体的限制。不受雌雄个体的限制。【拓拓展展提提升升】乳乳房房生生物物
20、反反应器器与与膀膀胱胱生生物物反反应器器乳房生物反乳房生物反应器是利用器是利用转基因基因动物的乳汁生物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反用蛋白，而膀胱生物反应器是利用器是利用转基基因因动物的尿液生物的尿液生产药用蛋白用蛋白,二者的二者的优点是：点是：收集收集药用蛋白比用蛋白比较容易，且不必容易，且不必对动物造成物造成伤害。但乳房生物反害。但乳房生物反应器需是器需是处于生殖期的于生殖期的雌性雌性动物才可生物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反用蛋白，而膀胱生物反应器器则是任何生是任何生长期的雌雄期的雌雄动物均可生物均可生产。要点三基因治要点三基因治疗1.原理：利用正常基因置原理：利用正常基因置换或弥或弥
21、补缺陷基因缺陷基因的治的治疗方法，即把正常基因方法，即把正常基因导入病人体内，入病人体内，使使该基因的表达基因的表达产物物发挥功能，从而达到治功能，从而达到治疗疾病的目的。疾病的目的。2.过程程3.途径途径途径途径比比较体外基因治体外基因治疗体内基因治体内基因治疗不不同同点点方方法法从患者体内从患者体内获得某种得某种细胞胞体外完成基因体外完成基因转移移筛选、细胞胞扩增增输入体内入体内直接向患者体内直接向患者体内组织细胞中胞中转移移基因基因特特点点操作复操作复杂，但效果可，但效果可靠靠方法方法较简单，但，但效果效果难以控制以控制相同点相同点都是将外源基因都是将外源基因导入靶入靶细胞，以胞，以纠正
22、缺正缺陷基因，目前两种方法都陷基因，目前两种方法都处于于临床床试验阶段段特特别提醒提醒基因治基因治疗并非把健康的外源基因并非把健康的外源基因导入患者的所有入患者的所有细胞中，而只是胞中，而只是导入某些功入某些功能能细胞中。胞中。4.基因基因检测与基因治与基因治疗的比的比较基因基因检测基因治基因治疗目的目的基因基因的作的作用用制作相制作相应探探针，利用利用DNA分子分子杂交原理，快速、交原理，快速、准确地准确地检测疾病疾病导入有基因缺陷入有基因缺陷的的细胞中，替胞中，替换相相应基因的功能基因的功能,治治疗遗传病病现状状临床床应用用阶段段临床床试验阶段段 (2012湛湛江江一一中中高高二二质检)基
23、基因因治治疗是是人人类疾疾病病治治疗的的一一种种崭新新手手段段，下下列列有有关关叙叙述中不正确的是述中不正确的是()A基基因因治治疗是是治治疗人人类遗传病病的的最最有有效效的的手手段段B基基因因治治疗是是一一种种利利用用基基因因工工程程产品品治治疗人人类疾病的方法疾病的方法例例3C以以正正常常基基因因替替换致致病病基基因因属属于于基基因因治治疗的一种方法的一种方法D基因治基因治疗的靶的靶细胞可以是体胞可以是体细胞和生殖胞和生殖细胞胞【解解析析】基基因因治治疗是是指指将将人人的的正正常常基基因因或或有有治治疗作作用用的的基基因因通通过一一定定方方式式导入入人人体体靶靶细胞胞以以纠正正基基因因的的
24、缺缺陷陷或或者者发挥治治疗作作用用，从而达到治从而达到治疗疾病目的的生物医学新技疾病目的的生物医学新技术。【答案答案】B变式式训练下列与基因下列与基因诊断有关的一断有关的一组物物质是是()A蛋白蛋白质、核酸、核酸B放射性同位素、蛋白放射性同位素、蛋白质C荧光分子、核酸光分子、核酸D放射性同位素、糖放射性同位素、糖类解析：解析：选C。基因。基因诊断是用放射性同位素断是用放射性同位素(如如32P)、荧光分子等光分子等标记的的DNA分子作探分子作探针，利用利用DNA分子分子杂交原理，交原理，鉴定被定被检测标本上本上的的遗传信息，达到信息，达到检测疾病的目的，因此与疾病的目的，因此与基因基因诊断有关的物断有关的物质是同位素、是同位素、荧光分子光分子标记的核酸。的核酸。
