2024-2025學年高中生物第一章基因工程第三節(jié)基因工程的應用學案浙科版選修3

PAGEPAGE1第三節(jié)基因工程的應用1．舉例說出基因工程在遺傳育種、疾病治療與生態(tài)環(huán)境愛護方面的應用。(重點)2．說出基因治療的基本原理。(難點)活動：提誕生活中的疑難問題，設(shè)計用基因工程技術(shù)解決的方案。一、基因工程與遺傳育種1．轉(zhuǎn)基因植物(1)培育優(yōu)點eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①所需時間較短,②克服遠緣親本難以雜交的缺陷))(2)類型eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①抗除草劑,②抗害蟲,③抗植物病毒,④耐貯存,⑤變更花卉的花色))2．轉(zhuǎn)基因動物(1)含義：轉(zhuǎn)入了外源基因的動物。(2)培育優(yōu)點：省時、省力。(3)轉(zhuǎn)基因動物優(yōu)良性狀舉例①生長速度加快的轉(zhuǎn)基因鼠、魚和豬。②有抗病實力的轉(zhuǎn)基因雞和牛等。二、基因工程與疾病治療1．基因工程藥物名稱成分用途傳統(tǒng)方法基因工程方法胰島素蛋白質(zhì)治療胰島素依靠型糖尿病從豬和羊的胰腺中提取通過大腸桿菌生產(chǎn)干擾素糖蛋白治療病毒性肝炎和腫瘤從人血液中提取通過基因工程，使人白細胞干擾素基因獲得克隆和表達乙型肝炎疫苗蛋白質(zhì)預防和治療乙型肝炎通過基因工程利用酵母菌和哺乳動物細胞生產(chǎn)2.基因治療(1)含義：向目標細胞中引入正常功能的基因，以訂正或補償基因的缺陷，達到治療的目的。(2)實例①1990年，美國首例重度免疫缺陷癥基因治療勝利。②1991年，我國首例B型血友病基因治療也獲得滿足結(jié)果。在大腸桿菌細胞內(nèi)獲得的胰島素，有生物活性嗎？提示：沒有，大腸桿菌細胞內(nèi)無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體，不能對合成的胰島素多肽鏈進行加工包裝。三、基因工程與生態(tài)環(huán)境愛護1．利用細菌發(fā)酵和轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)聚羥基烷酯，用于合成可降解的新型塑料。2．改造分解石油的細菌，提高其分解石油的實力。3．利用轉(zhuǎn)基因微生物汲取環(huán)境中的重金屬，降解有毒化合物和處理工業(yè)廢水?；蚬こ逃N和傳統(tǒng)雜交育種的比較雜交育種基因工程育種原理基因重組異源DNA(基因)重組處理方法雜交→自交→篩選。先通過兩個具有不同優(yōu)良性狀的純種雜交得到F1，然后再將F1自交，人工篩選獲得所需品種提取→重組→導入→篩選→表達。即提取目的基因→形成重組DNA分子→重組DNA分子導入受體細胞→篩選含有目的基因的受體細胞→目的基因的表達優(yōu)點操作簡便可以按人的意志改造生物，克服遠緣雜交不親和的障礙，目的性強，科技含量高缺點育種時間長技術(shù)困難、操作繁瑣我國科學家已勝利運用基因工程技術(shù)，將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因?qū)朊藁毎⒈磉_，培育出了抗蟲棉。下列有關(guān)敘述中不正確的是()A．抗蟲基因在棉花細胞的表達要依靠于堿基互補配對原則B．重組DNA分子中一個堿基對變更，不肯定導致毒蛋白的毒性丟失C．抗蟲棉的抗蟲基因可通過花粉傳遞至近緣作物，從而造成基因污染D．轉(zhuǎn)基因棉花是否具有抗蟲特性是通過檢測棉花對抗生素抗性來確定的[解析]抗蟲基因在棉花植株內(nèi)的表達主要是轉(zhuǎn)錄和翻譯兩步，都涉及到堿基互補配對原則。重組DNA分子中一個堿基對變更，不肯定導致毒蛋白的毒性丟失，因為基因突變不肯定導致生物性狀的變更?？瓜x基因可通過花粉傳遞給近緣作物，造成基因污染。檢測轉(zhuǎn)基因棉花是否具有抗蟲特性，一般用該棉花的葉片飼喂棉鈴蟲，看棉鈴蟲是否死亡。[答案]D[思維升華](1)抗蟲棉能反抗全部害蟲嗎？提示：不能。具針對性。(2)抗蟲棉肯定能夠穩(wěn)定遺傳嗎？提示：不肯定?？赡軙l(fā)生性狀分別。eq\a\vs4\al()轉(zhuǎn)基因作物中的目的基因(1)目的基因都是來自其他生物的能表現(xiàn)出優(yōu)良性狀的外源基因，并不都是來自細菌、病毒等微生物，如抗凍蛋白基因來自魚類。(2)有的目的基因通過限制蛋白質(zhì)的合成，干脆限制生物的某種性狀，這反映了基因與性狀的干脆關(guān)系；有的目的基因通過限制酶的合成來限制代謝，進而限制生物的性狀，這體現(xiàn)的是基因和性狀的間接關(guān)系。(3)留意“抗蟲”和“抗病”的區(qū)分，二者可以分別通過害蟲接種和病毒接種來進行個體水平的檢測。(原創(chuàng))下列有關(guān)目的基因的操作能夠改善產(chǎn)品品質(zhì)的是()A．將草魚的生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)B．將腸乳糖酶的基因?qū)肽膛５幕蚪MC．將人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表達D．將Bt毒蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實現(xiàn)表達解析：選B。將草魚的生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)是提高鯉魚的生長速度。導入腸乳糖酶基因的奶牛的牛奶中乳糖含量少，改善了牛奶的品質(zhì)。將人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表達是乳腺“反應器”的應用。Bt毒蛋白基因是抗蟲基因，能夠提高植物的抗性?；蛑委?．含義：將正常基因或有治療作用的基因通過肯定方式導入靶細胞內(nèi)，可以訂正基因缺陷而達到治療疾病的目的。這種生物醫(yī)學技術(shù)稱為基因治療。2．過程：下面用鐮刀型細胞貧血癥的治療說明基因治療的過程步驟過程獲得正常的血紅蛋白基因用限制性核酸內(nèi)切酶從人的DNA分子中截取血紅蛋白基因形成重組載體用同一種限制性核酸內(nèi)切酶在載體DNA上切取，用DNA連接酶將正常血紅蛋白基因連接到載體DNA上，形成重組載體續(xù)表步驟過程重組載體的轉(zhuǎn)化與篩選將攜帶正常血紅蛋白基因的重組載體導入患者的造血干細胞中，并將重組載體插入到染色體。用選擇培育基篩選出含重組質(zhì)粒的造血干細胞將含正常血紅蛋白基因的造血干細胞回輸入患者骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細胞輸入患者骨髓中，此造血干細胞可產(chǎn)生正常血紅蛋白，以根治鐮刀型細胞貧血癥基因治療是指()A．把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎校_到治療疾病的目的B．對有缺陷的細胞進行修復，從而使其復原正常，達到治療疾病的目的C．運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞產(chǎn)生基因突變復原正常D．運用基因工程技術(shù)，把有缺陷的基因切除，達到治療疾病的目的[解析]基因治療只是將正常的基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，而細胞中的缺陷基因并未修復，和正常基因同時存在。[答案]A[思維升華](1)重度免疫缺陷癥患者治療時一般將ADA基因通過技術(shù)手段轉(zhuǎn)入患者的哪種細胞中？提示：應轉(zhuǎn)入T淋巴細胞中。(2)上述免疫缺陷患者治愈后，其后代能保證肯定正常嗎？提示：不能，因患者治愈后，生殖細胞還可能有致病基因。eq\a\vs4\al()圖解基因治療的過程腺苷酸脫氨酶(ADA)基因缺陷癥是一種免疫缺陷病，對患者采納基因治療的方法是取出患者的淋巴細胞，進行體外培育時轉(zhuǎn)入正常ADA基因，再將這些淋巴細胞注射到患者體內(nèi)，使其免疫功能增加，能正常生活。下列有關(guān)敘述正確的是()A．正常ADA基因替換了患者的缺陷基因B．正常ADA基因通過限制ADA的合成來影響患者免疫功能C．上述治療屬于體內(nèi)基因治療D．ADA基因缺陷癥屬于獲得性免疫缺陷病解析：選B。正常ADA基因沒有替換患者的缺陷基因，A錯誤?；颊唧w內(nèi)轉(zhuǎn)入正常ADA基因，可通過限制ADA的合成增加免疫功能，B正確。題中所述的治療屬于體外基因治療，C錯誤。ADA基因缺陷癥屬于先天性免疫缺陷癥，D錯誤。[隨堂檢測]1．下列有關(guān)轉(zhuǎn)基因植物的說法錯誤的是()A．用基因工程培育的抗蟲植物也能抗病毒B．可以克服遠緣雜交的障礙C．比傳統(tǒng)育種所需時間短D．可用來培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、耐貯存的作物解析：選A?；蚬こ膛嘤目瓜x植物只能抗某種蟲害，不肯定能抗病毒；利用基因工程可以培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、耐貯存的作物；植物基因工程的應用解決了傳統(tǒng)育種的缺陷，可以克服遠緣雜交的障礙；且能縮短育種年限。2．下列關(guān)于植物、動物以及微生物在基因工程的應用方面的敘述，錯誤的是()A．動物和微生物可以生產(chǎn)基因工程藥物，植物不能B．三類生物技術(shù)操作中目的基因?qū)胧荏w細胞的方式不同C．三類生物技術(shù)操作原理相同D．三類生物技術(shù)操作中用到的工具酶相同解析：選A。除基因工程的第三步“將目的基因?qū)胧荏w細胞”的方法不同外，三類生物在基因工程的應用中，從原理、運用工具到操作流程等基本一樣，B、C、D項正確；三類轉(zhuǎn)基因生物都可以用來生產(chǎn)基因工程藥物，A項錯誤。3．近年來基因工程的發(fā)展特別迅猛，基因治療不斷取得新進展。下列疾病可用基因治療醫(yī)治的是()A．21-三體綜合征 B．鐮刀型細胞貧血癥C．地方性甲狀腺腫 D．青少年型糖尿病解析：選B。21-三體綜合征是染色體異樣遺傳病，患者21號染色體有三條，病因不屬于基因異樣，不能進行基因治療；鐮刀型細胞貧血癥可用基因治療醫(yī)治；地方性甲狀腺腫實行的是放射性治療或手術(shù)治療；青少年型糖尿病屬于自身免疫病，必需注射胰島素治療。4．干擾素是治療癌癥的重要藥物，它必需從血液中提取，每300升人血中只能提取1mg，所以價格昂貴。美國加利福尼亞的某生物制品公司用如下方法生產(chǎn)干擾素。如圖所示：從上述方式中可以看出該公司生產(chǎn)干擾素運用的方法是()A．個體間的雜交 B．基因工程C．細胞融合 D．器官移植解析：選B。題圖反映的是把目的基因?qū)胧荏w細胞并且在受體細胞中表達產(chǎn)生干擾素，屬基因工程。5．北極比目魚中有抗凍基因，其編碼的抗凍蛋白具有11個氨基酸的重復序列，該序列重復次數(shù)越多，抗凍實力越強。下圖是獲得轉(zhuǎn)基因抗凍番茄植株的過程示意圖，有關(guān)敘述正確的是()A．過程①是獲得抗凍基因的過程，用到的酶只有限制性核酸內(nèi)切酶B．在重組質(zhì)粒上，抗凍基因首端和末端肯定具有啟動子和終止子，啟動和終止翻譯的進程C．過程②用到的質(zhì)粒是農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒，要將重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌才能進行篩選D．依據(jù)抗凍基因制作的DNA探針，可以用來檢測轉(zhuǎn)基因抗凍番茄植株中目的基因的存在解析：選D。據(jù)題圖可知，該轉(zhuǎn)基因技術(shù)操作中，獲得目的基因的方法是利用抗凍基因(目的基因)的mRNA進行人工化學合成，須要的酶是逆轉(zhuǎn)錄酶和限制性核酸內(nèi)切酶，A項錯誤；目的基因首端和末端的啟動子和終止子均是DNA片段，分別啟動和終止轉(zhuǎn)錄的進程，B項錯誤；重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌的目的是通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)敕鸭毎?，C項錯誤；檢測目的基因是否導入受體細胞，通常是用DNA探針進行檢測，即所謂DNA分子雜交技術(shù)，D項正確。6．科學家們對一位缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患嚴峻復合型免疫缺陷癥的美國女孩進行基因治療，其方法是首先將患者的白細胞取出進行體外培育，然后用逆轉(zhuǎn)錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入人工培育的白細胞中，再將這些轉(zhuǎn)基因白細胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi)，經(jīng)過多次治療，患者的免疫功能趨于正常。(1)基因治療是把健康的________導入有________的細胞中，以達到治療疾病的目的。(2)在基因治療過程中，逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用相當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________________________，目的基因的受體細胞是________。(3)將轉(zhuǎn)基因白細胞多次回輸?shù)交颊唧w內(nèi)后，免疫實力趨于正常，是由于白細胞中能合成________________________________________________________________________。(4)下圖甲所示的方法是從________的DNA中干脆分別出基因，圖乙所示的方法是用________方法人工合成基因。解析：圖甲表示用限制性核酸內(nèi)切酶將供體細胞的DNA切成很多片段，然后將片段通過載體轉(zhuǎn)入到不同的受體細胞中，從中找到目的基因。圖乙表示用目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈DNA，從而獲得目的基因。答案：(1)外源基因基因缺陷(2)載體(或基因的運輸工具)腺苷酸脫氨酶基因白細胞(3)腺苷酸脫氨酶(4)供體細胞逆轉(zhuǎn)錄[課時作業(yè)]一、選擇題1．上海醫(yī)學遺傳探討所勝利培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉(zhuǎn)基因牛。他們還探討出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉(zhuǎn)基因動物乳汁中的白蛋白提高了30多倍，這標記著我國轉(zhuǎn)基因探討向產(chǎn)業(yè)化的目標邁進了一步。那么“轉(zhuǎn)基因動物”是指()A．供應基因的動物B．基因組中轉(zhuǎn)入了外源基因的動物C．能產(chǎn)生白蛋白的動物D．能表達基因遺傳信息的動物解析：選B。轉(zhuǎn)基因動物是指體內(nèi)被導入了外源基因(即目的基因)的動物。2．下列是由基因工程方法生產(chǎn)的藥物是()①干擾素②胰島素③青霉素④乙型肝炎疫苗A．①②③ B．①②③④C．①②④ D．②③④解析：選C。青霉素是經(jīng)誘變育種方法培育出高產(chǎn)青霉素菌種，然后再通過發(fā)酵工程來生產(chǎn)的，其他藥物都是用基因工程方法生產(chǎn)的。3．為了培育節(jié)水高產(chǎn)品種，科學家將大麥中與抗旱節(jié)水有關(guān)的基因?qū)胄←溂毎校玫降霓D(zhuǎn)基因小麥，其水分利用率提高20%，這項技術(shù)的遺傳學原理是()A．基因突變 B．基因重組C．基因復制 D．基因分別答案：B4．若利用基因工程技術(shù)培育能固氮的水稻新品種，其在環(huán)保上的重要意義是()A．削減氮肥的運用量，降低生產(chǎn)成本B．削減氮肥的運用量，節(jié)約能源C．避開氮肥運用過多引起環(huán)境污染D．改良土壤結(jié)構(gòu)解析：選C。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中因大量施用氮肥、磷肥，往往造成水體富養(yǎng)分化，引起淡水“水華”、海洋“赤潮”現(xiàn)象的發(fā)生，造成水體惡化，污染環(huán)境。利用基因工程技術(shù)培育能固氮的水稻新品種，可削減氮肥的運用量，避開水體富養(yǎng)分化，在環(huán)保方面具有重要意義。5．下表有關(guān)基因表達的選項中，不行能的是()基因表達的細胞表達產(chǎn)物A細菌抗蟲蛋白基因抗蟲棉葉肉細胞細菌抗蟲蛋白B人酪氨酸酶基因正常人皮膚細胞人酪氨酸酶C動物胰島素基因大腸桿菌工程菌細胞動物胰島素D兔血紅蛋白基因兔成熟紅細胞兔血紅蛋白答案：D6．科學家在某種農(nóng)桿菌中找到了抗枯萎病的基因，并以質(zhì)粒為載體，采納轉(zhuǎn)基因方法培育出了抗枯萎病的金茶花新品種。下列有關(guān)敘述正確的是()A．質(zhì)粒是最常用的載體之一，質(zhì)粒的存在與否對宿主細胞的生存有確定性的作用B．為了保證金茶花植株抗枯萎病，只能以受精卵細胞作為基因工程的受體細胞C．抗枯萎病基因進入金茶花細胞后，其傳遞和表達不再遵循中心法則D．通過該方法獲得的抗枯萎病金茶花，將來產(chǎn)生的花粉中不肯定含有抗病基因解析：選D。作為載體的條件之一是能夠在宿主細胞中保存下來并能大量復制，且對受體細胞無害，不影響受體細胞正常的生命活動；轉(zhuǎn)基因植物通常以植物體細胞作為受體細胞；任何基因到另外一個細胞后仍舊遵循中心法則。7．下列不屬于基因工程實例的是()A．培育出抗煙草花葉病病毒的番茄植株B．在大腸桿菌體內(nèi)獲得人的干擾素C．培育出無子西瓜D．利用“工程菌”生產(chǎn)乙肝疫苗解析：選C?；蚬こ炭蓱糜谶z傳育種，轉(zhuǎn)基因動物、植物及微生物等，增加或改良農(nóng)作物、牲畜的性狀；也可利用工程菌來生產(chǎn)藥物或進行基因診斷治療；另外也可用于環(huán)境檢測和愛護，以及食品業(yè)等等。而培育出無子西瓜，應用了多倍體育種技術(shù)，不屬于基因工程的范疇。8．以下說法正確的是()A．用基因工程培育的抗蟲植物也能抗寒B．基因工程在畜牧業(yè)上的應用主要是培育體型巨大、品質(zhì)優(yōu)良的動物C．基因工程可用來培育抗逆性強的作物D．科學家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)導入植物中，或者變更這些氨基酸的合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量解析：選C?；蚬こ炭啥ㄏ蜃兏锏男誀?，可以將各種不同的生物的基因組合到不同生物體內(nèi)，從而獲得優(yōu)良品種?；蚬こ膛嘤目瓜x棉只能抗某種蟲害，不肯定能抗寒。基因工程用于畜牧業(yè)是想獲得優(yōu)良的品種，但不肯定是體型巨大的個體。導入氨基酸含量多的蛋白質(zhì)并不能提高此種植物將來的氨基酸含量。二、非選擇題9．金茶花是中國特有的欣賞品種，但易得枯萎病，降低欣賞價值。科學家在某種植物中找到了抗枯萎病的基因，用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出了抗枯萎病的新品種。據(jù)圖回答：(1)①和②結(jié)合能形成③，常用的酶有____________________________；其能結(jié)合形成③，最重要的緣由是①和②經(jīng)酶處理后具有______________________________________________。(2)經(jīng)培育長成的植株⑦具備了抗病性，這說明__________________________。抗枯萎病金茶花的培育勝利說明一種生物的基因表達系統(tǒng)能夠識別來自另一種生物的DNA的________________。(3)有人認為通過基因工程能培育出志向的抗蟲植物，不僅能減輕農(nóng)藥造成的環(huán)境污染，而且又能降低生產(chǎn)成本。還有人認為抗蟲植物一旦培育勝利，其抗蟲特性將會連續(xù)保持下去，可謂一勞永逸。對后一種觀點，你是否贊成？請說明理由。答案：(1)限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶相同的粘性末端(2)目的基因(抗蟲基因)已經(jīng)表達脫氧核苷酸序列(遺傳信息或堿基序列)(3)不贊成，因為害蟲經(jīng)突變和自然選擇而產(chǎn)生對抗蟲植物的適應性等；因抗蟲植物發(fā)生變異，使后代失去抗藥性等。贊成，因為抗蟲植物的抗蟲特性是由基因限制的，是能夠遺傳的(開放性題)。10．胰島素是治療糖尿病的重要藥物。如圖是利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)人胰島素的操作過程示意圖，請據(jù)圖作答。(1)能否利用人的皮膚細胞來完成①過程？________，為什么？________________________________________________________________________。(2)為使過程⑥更易進行，可用________處理D的細胞壁。D細胞一般選用大腸桿菌或枯草桿菌的緣由是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)根治糖尿病的最佳方法是________。(4)基因工程其他方面的應用，如被用于培育轉(zhuǎn)胰酶抑制劑基因的蔬菜，但若對該蔬菜處理不當，可能給人體帶來的負面影響是_____________________________________________________________________。解析：(1)胰島素基因的表達只在胰島細胞內(nèi)，人皮膚細胞內(nèi)雖有胰島素基因，但不表達。(2)過程⑥是將目的基因?qū)氪竽c桿菌中，可用氯化鈣處理受體細胞，使其通透性增加。大腸桿菌、枯草桿菌繁殖速度快，目的基因表達快速，故作受體細胞。(3)通過基因治療可根治糖尿病。(4)轉(zhuǎn)胰酶抑制劑基因的表達產(chǎn)物胰酶抑制劑可能會抑制人胰酶的活性，從而影響食物的消化。答案：(1)不能皮膚細胞中的胰島素基因不表達，不能形成胰島素mRNA(2)氯化鈣繁殖速度快，目的基因表達快速(3)基因治療(4)胰酶抑制劑會抑制人的胰酶的活性，從而影響食物的消化11．閱讀以下材料，回答問題：復合型免疫缺陷癥是一種遺傳疾病。某女童由于腺苷酸脫氨酶基因缺失，造成體內(nèi)缺乏腺苷酸脫氨酶；而腺苷酸脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的，因此，該女童不能反抗病原微生物的威逼。1990年9月，這名女童接受了基因治療，探討人員將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細胞中，使淋巴細胞能夠產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶，然后，再將這種淋巴細胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。半年后，在血液中檢測出了被改造的淋巴細胞，女童體內(nèi)產(chǎn)生的腺苷酸脫氨酶也越來越多，女童產(chǎn)生抗體的實力顯著改善。(1)請運用遺傳學原理，預料該女童腺苷酸脫氨酶基因缺失的可能緣由。________________________________________________________________________。(2)探討人員將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入淋巴細胞而不是其他細胞的緣由可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)請用基