生物學(xué)案：課堂探究基因工程的應(yīng)用

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課堂探究探究點(diǎn)一植物基因工程和動(dòng)物基因工程的應(yīng)用·問(wèn)題導(dǎo)引·植樹(shù)種草是干旱地區(qū)防治土地沙化的根本措施,但水源短缺所引發(fā)的樹(shù)種或草種成活率低是妨礙干旱地區(qū)成功綠化的突出難題。思考：（1）為了在干旱地區(qū)實(shí)施綠化，對(duì)選擇的樹(shù)種或草種有何要求？（2）如果在干旱地區(qū)引種不耐旱的樹(shù)種或草種，對(duì)它們應(yīng)如何操作才能獲得成功？提示：（1）應(yīng)選擇耐旱的樹(shù)種或草種進(jìn)行綠化。（2）尋找其他物種的耐旱基因并將這些耐旱基因通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)導(dǎo)入不耐旱的樹(shù)種或草種，從而把它們培養(yǎng)成耐旱的新品種，提高種植成活率.·名師精講·1．植物基因工程領(lǐng)域的成果植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲(chóng)、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。項(xiàng)目抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)目的基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因病毒外殼蛋白基因、病毒的復(fù)制酶基因、幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因①調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因②抗凍蛋白基因(從魚(yú)體內(nèi)獲?。劭钩輨┗颌俸匦璋被彷^多的蛋白質(zhì)編碼基因②控制番茄果實(shí)成熟的基因③與植物花青素代謝有關(guān)的基因作用抗蟲(chóng)：Bt毒蛋白水解成多肽，與昆蟲(chóng)腸上皮細(xì)胞的特異性受體結(jié)合,形成穿孔，細(xì)胞腫脹裂解致死；蛋白酶抑制劑和淀粉酶抑制劑分別抑制相應(yīng)酶活性，影響消化；植物凝集素基因控制合成一種糖蛋白，此糖蛋白能與昆蟲(chóng)腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合,影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用前兩種為抗病毒基因；后兩種為抗真菌基因①通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)滲透壓，提高抗鹽堿、抗干旱能力②提高耐寒能力③提高抗除草劑能力①控制合成的蛋白質(zhì)含必需氨基酸多②延遲番茄成熟③改變花瓣的顏色舉例轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉、轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻等煙草（抗病毒)、小麥（抗病毒）煙草(抗干旱、抗鹽堿）；番茄（抗寒）；大豆、玉米（抗除草劑）轉(zhuǎn)基因延熟番茄、富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米、轉(zhuǎn)基因矮牽牛等說(shuō)明①抗蟲(chóng)但不抗病毒、細(xì)菌、真菌等②培育抗蟲(chóng)作物的優(yōu)點(diǎn)：減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本③不同的抗蟲(chóng)基因作用機(jī)理不同④Bt毒蛋白基因來(lái)自蘇云金芽孢桿菌引起植物生病的微生物有病毒、細(xì)菌、真菌三大類抗逆指抵抗不良環(huán)境的能力賴氨酸、亮氨酸等都屬于必需氨基酸特別提醒（1）注意“抗蟲(chóng)”和“抗病”的區(qū)別：前者特指對(duì)害蟲(chóng)啃食的抵御，而后者特指對(duì)病原微生物感染的抵御。（2）改良植物品質(zhì)的含義是改變細(xì)胞內(nèi)生化物質(zhì)的種類和含量.2．動(dòng)物基因工程領(lǐng)域的成果動(dòng)物基因工程在動(dòng)物品種改良、建立生物反應(yīng)器、器官移植等方面顯示了廣闊的應(yīng)用前景。方向目的基因?qū)嵗岣呱L(zhǎng)速度的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物外源生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)等改善畜產(chǎn)品品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物腸乳糖酶基因乳汁中乳糖含量較少的轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)藥物的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件具有乳腺生物反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植供體的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物抑制抗原決定基因表達(dá)的調(diào)節(jié)因子無(wú)免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬3．乳腺生物反應(yīng)器（1）概念.科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起，通過(guò)顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長(zhǎng)發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，可以通過(guò)分泌的乳汁來(lái)生產(chǎn)所需要的藥品，因而稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器.特別提醒乳腺生物反應(yīng)器特指生產(chǎn)藥物的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,而非機(jī)械儀器。（2）培育過(guò)程。eq\x(獲取目的基因)（如血清白蛋白基因、生長(zhǎng)激素基因等）?eq\x(構(gòu)建基因表達(dá)載體)（目的基因與乳腺蛋白基因啟動(dòng)子重組）?eq\x(導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵）（顯微注射法）?eq\x（早期培養(yǎng)后送入母體）（發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物） ↓分泌乳汁生產(chǎn)藥品特別提醒乳腺（房）生物反應(yīng)器的主要用途：①生產(chǎn)胰島素、干擾素、促紅細(xì)胞生成素等；②生產(chǎn)基因疫苗；③生產(chǎn)抗體；④生產(chǎn)酶制劑；⑤生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)品。目前，科學(xué)家已在牛和山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中生產(chǎn)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和α抗胰蛋白酶等醫(yī)藥產(chǎn)品。4．動(dòng)、植物基因工程在應(yīng)用方面的相同點(diǎn)相同點(diǎn)實(shí)例植物基因工程動(dòng)物基因工程用于品種改良①培育抗逆性新品種②改良植物的品質(zhì)①培育快速生長(zhǎng)的新品種②改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)用于生產(chǎn)藥物培育能表達(dá)出外源藥物蛋白的植物生物反應(yīng)器培育乳腺生物反應(yīng)器特別提醒除相同點(diǎn)外，動(dòng)物基因工程不同于植物基因工程的一個(gè)特殊應(yīng)用是培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體?！纠}1】金茶花是中國(guó)特有的觀賞品種，但易被有害真菌感染得枯萎病,降低觀賞價(jià)值.科學(xué)家在某種植物中找到了抗枯萎病的基因，用轉(zhuǎn)基因方法培育出了抗枯萎病的新品種。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題。（1）將②連接到①上并形成③，常用到的酶有_________________________________。（2）抗枯萎病的金茶花培育成功，從變異的角度來(lái)說(shuō)屬于________。（3）經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)基因方法獲得的抗病金茶花，將來(lái)產(chǎn)生的配子中是否一定含有抗病基因？________。（4）通過(guò)檢測(cè)，被③侵染的金茶花葉片細(xì)胞具備了抗病性，這說(shuō)明②已經(jīng)________.判斷抗病基因是否表達(dá)可以從個(gè)體水平上做________實(shí)驗(yàn).解析：(1）①是用限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒，②是指目的基因的獲取，③是指目的基因與質(zhì)粒在DNA連接酶的作用下形成重組質(zhì)粒。（2）基因工程是在人為作用下將控制不同性狀的基因重新組合從而改造生物性狀，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)這種變異屬于基因重組。（3）經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)基因方法獲得的抗病金茶花可能相當(dāng)于雜合子，將來(lái)產(chǎn)生的配子中不一定含有抗病基因。（4）金茶花葉片細(xì)胞具備了抗病性,說(shuō)明目的基因已在受體細(xì)胞中得到了表達(dá)。答案:（1）限制酶、DNA連接酶（2）基因重組(3）不一定（4）表達(dá)抗病接種探究點(diǎn)二基因工程藥物和基因治療·問(wèn)題導(dǎo)引·通過(guò)基因工程技術(shù)可用于生產(chǎn)藥物，以乙型病毒性肝炎(以下簡(jiǎn)稱乙肝）疫苗為例,可大致了解基因工程生產(chǎn)藥物的過(guò)程。和其他蛋白質(zhì)一樣，乙肝表面抗原（HBSAg）的產(chǎn)生也受DNA調(diào)控，利用基因剪切技術(shù),用一種“基因剪刀"將調(diào)控HBSAg的那段DNA剪裁下來(lái)，裝到一個(gè)表達(dá)載體中，所謂表達(dá)載體，是因?yàn)樗梢园堰@段DNA的功能發(fā)揮出來(lái)；再把這種表達(dá)載體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞內(nèi)，如大腸桿菌或酵母菌等；最后再通過(guò)這些大腸桿菌或酵母菌的快速繁殖，生產(chǎn)出大量我們所需要的HBSAg（乙肝疫苗)。思考：（1）將調(diào)控HBSAg的那段DNA剪裁下來(lái)的“基因剪刀”叫什么名字？（2）什么叫基因工程藥物？嘗試給“基因工程藥物"下個(gè)定義。（3）和傳統(tǒng)藥物相比,基因工程藥物有哪些優(yōu)點(diǎn)？提示：（1）限制酶。（2)基因工程藥物是指：先確定對(duì)某種疾病有預(yù)防和治療作用的蛋白質(zhì)，然后將控制該蛋白質(zhì)合成過(guò)程的基因取出來(lái)，經(jīng)過(guò)一系列基因操作,最后將該基因放入可以大量生產(chǎn)的受體細(xì)胞中去，這些受體細(xì)胞包括細(xì)菌、酵母菌、動(dòng)物或動(dòng)物細(xì)胞、植物或植物細(xì)胞，在受體細(xì)胞不斷繁殖過(guò)程中,大規(guī)模生產(chǎn)具有預(yù)防和治療這些疾病的蛋白質(zhì)（即基因疫苗或藥物).（3)基因工程藥物的生產(chǎn)主要利用了大腸桿菌或酵母菌，它們有極強(qiáng)的繁殖能力，藥物的產(chǎn)量大，價(jià)格便宜;基因工程藥物的生產(chǎn)借助了高科技手段，藥物的質(zhì)量好、純度高、療效好等?！っ麕熅v·1．基因工程藥品的獲得（1）方式：利用基因工程培育“工程菌”來(lái)生產(chǎn)藥品。①“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系一般稱為“工程菌”，如含有人胰島素基因的大腸桿菌菌株,含有抗蟲(chóng)基因的土壤農(nóng)桿菌菌株都是“工程菌"。②用基因工程生產(chǎn)的藥品，從化學(xué)成分上分析都應(yīng)該是蛋白質(zhì)類.(2）成果：利用“工程菌”可生產(chǎn)細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。(3）利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：①利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無(wú)需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品.②可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來(lái)源不足的問(wèn)題。③降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。2．基因治療（1）原理：利用正?；蛑脫Q或彌補(bǔ)缺陷基因的治療方法，即把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。（2）過(guò)程。（3）用于基因治療的基因種類。①正?；颍簭慕】等梭w內(nèi)分離得到的功能正常的基因，用于取代病變基因的功能或依靠其表達(dá)產(chǎn)物來(lái)彌補(bǔ)病變基因帶來(lái)的生理缺陷,如對(duì)血友病和地中海貧血病的治療.②反義基因：即通過(guò)產(chǎn)生的mRNA分子與病變基因產(chǎn)生的mRNA進(jìn)行互補(bǔ)，來(lái)阻斷蛋白質(zhì)的合成。③自殺基因：編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因。特別提醒①基因治療的實(shí)質(zhì)是利用正?；蛟诩?xì)胞中表達(dá)，替代缺陷基因的功能,而非替代缺陷基因本身。②基因治療目前處于初期的臨床研究階段?？梢哉f(shuō)，在沒(méi)有完全解釋人類基因組的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制、充分了解基因調(diào)控機(jī)制和疾病的分子機(jī)理之前，進(jìn)行基因治療是十分困難的.③基因治療、基因工程藥物、植物基因工程和動(dòng)物基因工程均屬于基因工程的應(yīng)用領(lǐng)域，目的基因的受體細(xì)胞依次為人體細(xì)胞、微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞.【例題2】基因治療是指（）A．把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中,達(dá)到治療疾病的目的B．對(duì)有缺陷的基因進(jìn)行修復(fù)，從而使其恢復(fù)正常，達(dá)到治療疾病的目的C．運(yùn)用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細(xì)胞產(chǎn)生基