学年高中生物 第一章 基因工程 第二节 关注基因工.docx

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学年高中生物第一章基因工程第二节关注基因工

第二节　关注基因工程

学习导航

明目标、知重点难点

举例说出基因工程的应用。

（重、难点）

关注转基因生物的安全性问题。

（重点）

举例说出生物武器的危害。

（重点）

一、阅读教材P21～27完成基因工程的应用

1．植物基因工程：

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）抗虫和抗病转基因植物

抗病转基因植物

抗虫转基因植物

转入基因

病毒的复制酶基因、几丁质酶基因和抗毒素合成基因

Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等

成果举例

抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等作物

抗虫水稻、棉花、玉米、马铃薯、番茄等作物

（2）抗逆转基因植物

①抗逆基因：

调节细胞渗透压的基因使作物抗盐碱、抗干旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因使作物抗除草剂。

②成果：

烟草、大豆、番茄、玉米等。

2．动物基因工程的前景

应用项目

基因来源

成果

提高动物的生长速率

外源生长激素基因

转基因绵羊、转基因鲑鱼

续　表

应用项目

基因来源

成果

改善畜产品的品质

乳糖酶基因

转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少

转基因动物生产药物

药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子

乳腺（房）生物反应器

3.基因工程和人类健康

（1）基因工程药物

①药物来源：

转基因工程菌。

②成果：

重组人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

（2）基因诊断：

又称为DNA诊断，采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体等。

（3）基因治疗：

是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。

二、阅读教材P28～29分析转基因生物的安全性问题

1．转基因生物的安全性除了要考虑它们的食用安全问题外，还需考虑其对生态系统的影响。

2．对于转基因生物及其产品，我们应当科学地认识、评估和利用，应保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。

国家应当建立相应的评估及预警机制。

三、阅读教材P29～30分析生物武器的危害性

1．利用转基因技术，在一些不致病的微生物体内插入致病基因，或在一些致病的细菌或病毒中插入能对抗普通疫苗或药物的基因，就会培育出新的致病微生物或新的抗药性增强的致病微生物，这些微生物可能被制造成容易储存、便于携带、毒性更强的生物武器。

2．人类基因组计划的完成也为生物武器的研制创造了条件。

例如，对不同种群的基因组成特性的阐明，就有可能被用于研制针对某一特定种群的生物武器。

3．科学技术是一把“双刃剑”，生物科学技术也不例外，它既能在许多方面造福人类，也可能危害人类，我们相信生物科学将会朝着真正造福于人类的方向健康的发展。

判一判

（1）转基因抗虫棉的Bt毒蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌。

（×）

（2）基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。

（×）

（3）利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。

（√）

（4）直接在患者组织细胞中，进行改造致病基因的方法为体内基因治疗。

（×）

（5）基因治疗又叫基因诊断。

（×）

连一连

　动、植物基因工程的应用[学生用书P13]

基因工程近30年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。

基因工程在动、植物的应用方面，展示出美好的前景。

结合教材P21第三段～P25第三段内容完成以下探究。

探究1　转基因生物与目的基因的关系

转基因生物

目的基因

目的基因来源

抗虫棉

Bt毒蛋白基因

苏云金芽孢杆菌

抗真菌立枯丝

核菌的烟草

几丁质酶基因和

抗毒素合成基因

抗盐碱和

干旱作物

调节细胞渗

透压的基因

耐寒的番茄

抗冻蛋白基因

鱼

抗除草剂大豆

抗除草剂基因

增强甜味的水果

甜味基因

降低乳糖的奶牛

乳糖酶基因

生产胰岛

素的工程菌

人胰岛素基因

人

探究2　乳腺反应器生产基因药物的机理

乳腺生物反应器中提取蛋白质，受体细胞必须是哪种性别个体？

若不受此限制，试想受体细胞可以是哪种器官？

提示：

雌性个体。

若受体细胞是膀胱，从尿液中提取目的基因的产物则不受此限制。

基因工程应用成果误区分析

（1）目的基因都是来自其他生物的能表现出优良性状的外源基因，并不都来自细菌、病毒等微生物，如抗冻蛋白基因来自鱼类。

（2）植物基因工程打破了常规育种中难以突破的种间界限，实现了原核生物、动物与植物之间的基因交流，从而大幅度地改良植物的遗传特性，体现出基因工程巨大的优越性。

（3）Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后才产生毒性。

（4）抗虫植物不等于抗病植物：

植物病害由病菌或病毒引起，抗虫植物能减少害虫的取食，但不能抵抗病菌或病毒的感染。

（5）抗虫植物仍需使用一定量农药：

抗虫植物一般只针对某种害虫，仍需使用一定量农药，以防止其他害虫的影响。

（6）抗虫植物不是一劳永逸的：

害虫会产生针对抗虫植物的抗性。

（7）乳房生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，二者的优点是：

收集药用蛋白比较容易，且不必对动物造成伤害。

但乳房生物反应器需是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。

突破1　植物基因工程的应用

1．下列有关转基因植物的说法中，正确的是（　　）

A．科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高作物的抗低温和抗涝害的能力

B．由于抗虫棉可以抵抗所有危害棉花植株的害虫，所以得到推广

C．科学家往往将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，以提高农作物的营养价值

D．引起植物生病的病原微生物主要是病毒

解析：

选C。

科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力，抗虫棉不能抵抗所有危害棉花植株的害虫，引起植物生病的是植物重要病原体（病毒、细菌、真菌）。

突破2　动物基因工程的应用

2．上海医学研究所成功培育出第一头携带人蛋白基因的转基因牛。

他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药用蛋白含量多达30多倍，以下与此有关的叙述中正确的是（　　）

A．转基因动物是指体细胞中出现了新基因的动物

B．提高基因表达水平是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人蛋白基因

C．只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的

D．转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不合成人白蛋白

解析：

选D。

转基因动物是指利用基因工程手段导入目的基因并使其高效表达的动物，A错误；提高基因表达水平是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人蛋白，B错误；只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中选择性表达，C错误；因为基因的选择性表达，转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不合成人白蛋白，D正确。

　基因工程与人体健康[学生用书P14]

　基因工程和人类健康的关系十分密切，突出表现在基因工程药物、基因诊断和基因治疗等方面。

观察下图，理解基因治疗的概念和机理。

（1）完善下图关于ADA基因缺陷症基因治疗途径并归纳基因治疗的概念。

可见基因治疗是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。

（2）观察下图，回答下面问题：

在基因治疗过程中，适当的基因载体相当于基因操作工具中的载体。

此基因工程中的目的基因是图中的正常基因，目的基因的受体细胞是离体细胞。

基因诊断和基因治疗的比较

目的基因作用

备注

基因

诊断

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，可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法

仅处于初期的临床试验阶段，仍有许多问题和困难制约该技术的发展

突破1　基因治疗

1．《人类基因治疗》报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。

基因治疗是指（　　）

A．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

B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的

C．运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常

D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的

解析：

选A。

基因治疗只是将正常的外源基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未得到修复，基因治疗不是切除病变基因或诱发其突变。

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。

突破2　基因诊断和基因治疗

2．下列有关基因诊断和基因治疗的叙述，正确的是（　　）

A．基因工程可以直接在细胞内修复有问题的基因

B．用基因替换的方法可以治疗21三体综合征

C．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因

D．应用基因探针可以检测出苯丙酮尿症

解析：

选D。

苯丙酮尿症由常染色体上隐性基因控制，故可用基因探针检测；基因工程操作环境应在生物体外；21三体综合征为染色体数目变异；基因治疗是将健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中以达到治疗疾病的目的。

　转基因生物的安全性问题及生物武器的危害性[学生用书P15]

　随着转基因生物种类的不断增加，人们开始关注转基因生物的安全性问题及生物武器的危害性。

结合教材P28～30内容完成以下探究。

探究1　观察下图，分析转基因生物安全性问题

（1）对待转基因生物的态度

①我们应该科学地认识、评估和利用转基因生物；

②社会公众在购买相关产品时应享有知情权；

③国家应建立相应的评估及预警机制，更加理性地利用转基因生物。

（2）转基因植物对生态系统的影响

①转基因植物的扩散对生物多样性有无影响；

②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；

③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。

（3）转基因动物的安全性

①转基因动物对人体健康的影响；

②转基因动物对生态系统的影响等。

探究2　完成下面问题，分析生物武器的危害性

（1）致病微生物的危害与控制

微生物名称

危害

控制方法

炭疽杆菌

能引发炭疽病，可能致命

疫苗和抗生素可防治

肉毒杆菌

产生的毒素毒性强，能导致中毒而死亡

抗毒素有时能阻止病情发展

鼠疫耶尔

森氏杆菌

能引起黑死病，死亡率达90%

疫苗和抗生素可防治

埃博拉

病毒

极易传染、

致死率很高

至今尚无

治疗方法

（2）基因工程与生物武器研制的关系

①利用转基因技术，在一些不致病的微生物体内插入致病基因，或在一些致病的细菌或病毒中插入能对抗普通疫苗或药物的基因，就会培育出新的致病微生物或新的抗药性增强的致病微生物。

这些微生物可能被制造成容易储存、便于携带、毒性更强的生物武器。

②人类基因组计划的完成也为生物武器的研制创造了条件。

例如，对不同种群基因组成特性的阐明，就有可能被用于研制针对某一特定种群的生物武器。

现已发现不同种族人群对HIV的易感性有一定的差别，而生物武器理论上的特异性识别能力远比HIV感染能力强。

因此，针对某一种族人群基因组成特征制造的生物武器，便可以杀伤预想中的特定对象。

突破1　转基因生物的安全性

1．下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是（　　）

A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度

B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害

C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提

D．生物安全是指担心转基因生物会影响到生物多样性

解析：

选B。

为了加强对转基因生物的标识管理，保护消费者的知情权，我国对农业转基因生物实行了标识制度，A正确；国际上并非大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，B错误；为了保障现代生物技术的安全性，需要开展风险评估、预警跟踪等措施，C正确；生物安全是指转基因生物体释放到环境中，可能会对生物多样性构成潜在的风险和威胁，D正确。

突破2　生物武器的危害性

2．下列不属于生物武器特点的是（　　）

A．致病力强，传染性大

B．污染面积大，危害时间长

C．有潜伏期，传染途径多

D．造价高，技术难度大

解析：

选D。

生物武器致病力强，传染性大，污染面积大，危害时间长，有潜伏期，传染途径多，故A、B、C正确。

有的造价不高，技术难度也不大，故D错误。

生物武器的特点

①单位面积效应大；②有特定的伤害对象；③致病力强，具有传染性；④危害时间久；⑤不易被发现和鉴定；⑥使用者本身易受伤害；⑦生物武器造价低，技术难度不大，隐秘性强，可以在任何地方研制和生产。

核心知识小结

[网络构建]

[关键语句]

1.转基因生物打破了常规育种难以突破的物种之间的界限，实现基因交流，可以不同程度地定向改良生物的遗传特性。

2.基因诊断又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体等。

3.基因治疗是向受体细胞中导入正常功能的基因以置换或弥补缺陷基因的治疗方法。

4.转基因生物的安全性问题主要包括食物安全、生物安全和环境安全。

5.利用转基因技术，在一些不致病的微生物体内插入致病基因，或在一些致病的细菌或病毒中插入能对抗普通疫苗或药物的基因，就会培育出新的致病微生物或新的抗药性增强的致病微生物。

这些微生物可能被制造成容易储存、便于携带、毒性更强的生物武器。

[随堂检测]

知识点一　基因工程的应用

1．下列关于转基因植物的叙述，正确的是（　　）

A．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题

B．转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加

C．动物的生长激素基因转入植物后不能表达

D．转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中

解析：

选D。

如转基因植物的外源基因来源于自然界，仍然存在潜在的安全性问题，所以A错误。

转抗虫基因的植物的存在和数量的增加，将导致昆虫群体中不具有抗性基因的个体死亡而有抗性基因的个体数量增加，进而使昆虫的种群中的抗性基因的频率增加，所以B错误；动物的生长激素基因通过合适的运载体转入植物细胞中，若条件允许是可以表达的，所以C错误；转入到油菜的抗除草剂基因，其若存在于花粉母细胞中，则可能通过减数分裂得到的花粉传入环境中的其他生物体内，所以D正确。

2．下列关于植物、动物以及微生物在基因工程的应用方面的叙述，错误的是（　　）

A．动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能

B．三类生物技术操作中目的基因导入受体细胞的方式不同

C．三类生物技术操作原理相同

D．三类生物技术操作中用到的工具酶相同

解析：

选A。

除基因工程的第三步“将目的基因导入受体细胞”的方法不同外，三类生物在基因工程的应用中，从原理、使用工具到操作流程等基本一致，B、C、D项正确；三类转基因生物都可以用来生产基因工程药物，A项错误。

3．腺苷脱氨酶（ADA）基因缺陷症是一种免疫缺陷病，对患者采用基因治疗的方法是取出患者的T淋巴细胞，转入正常ADA基因进行体外培养，再将这些T淋巴细胞注射入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。

下列有关叙述中正确的是（　　）

A．正常ADA基因替换了患者的缺陷基因

B．正常ADA基因通过控制ADA的合成来影响免疫功能

C．T淋巴细胞需在体外培养成细胞系后再注射入患者体内

D．腺苷脱氨酶（ADA）基因缺陷症属于获得性免疫缺陷病

解析：

选B。

基因治疗是将正常的基因导入到有基因缺陷的细胞中，正常的ADA基因可以控制合成正常的ADA来影响免疫功能；细胞系阶段的细胞一般都发生了基因突变，故不能培养到细胞系，只能将增殖得到的细胞（株）注射到患者体内；腺苷脱氨酶（ADA）基因缺陷症是先天性免疫缺陷病。

知识点二　转基因生物的安全性问题

4．现在转基因技术已经相当成熟了，前不久美国批准转基因三文鱼进入市场，旨在利用生物技术提升水产产业，不过这种转基因三文鱼目前只能在加拿大和巴拿马饲养。

关于转基因技术下列说法正确的是（　　）

A．转基因技术的原理是DNA分子杂交

B．转基因技术的应用解决了人类史上很多难题，是有利无害的

C．现在很多转基因食品包装都有警示标志，就是提示潜在的安全性

D．转基因食品比传统食品营养更丰富，因此在不久之后转基因食品会替代传统食品

解析：

选C。

转基因技术的原理是基因重组，A错误；转基因技术的应用解决了人类史上很多难题，但不一定全有利，B错误；现在很多转基因食品包装都有警示标志，就是提示潜在的安全性，C正确；目前，转基因食品是否安全，在科学上还没有定论，D错误。

知识点三　生物武器的危害性

5．下列生物通常不用作生物武器的是（　　）

A．炭疽杆菌　　　　　　　　B．酵母菌

C．天花病毒D．肉毒杆菌

解析：

选B。

生物武器的种类包括致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等；这些微生物一般有一个共同特点：

营寄生，有致病性，在上述四种生物中酵母菌不是寄生生物，常用在发酵工业上，它也不会使人畜患病。

6．几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。

通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。

回答下列问题：

（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________________________。

提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是________________________________________。

（2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是___________________________

________________________________________________________________________。

（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是__________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________（答出两点即可）。

（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是________________________________________________________________________。

（5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是__________________________________________。

解析：

（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是相对于老叶而言嫩叶组织细胞更容易被破碎。

提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。

（2）以mRNA为材料获得cDNA的原理是在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。

（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点且目的基因无表达所需启动子。

（4）DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。

（5）若获得的转基因植株不具备所期望的性状表现，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。

答案：

（1）嫩叶组织细胞易破碎　防止RNA降解

（2）在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA　（3）目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子　（4）磷酸二酯键

（5）目的基因的转录或翻译异常

[课时作业]

一、选择题

1．运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种。

这一品种在生长过程中能产生特异性的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，但对人体无毒害作用，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，还可以减少农药使用量，保护农业生态环境。

根据以上信息，下列叙述正确的是（　　）

A．Bt基因的化学成分是蛋白质

B．Bt基因中有菜青虫的遗传物质

C．转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于Bt基因在其体内得以表达的结果

D．转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物

解析：

选C。

Bt基因的化学成分为DNA，其控制合成的Bt蛋白被害虫消化后变成有毒性的多肽导致害虫死亡。

2．美国科学家帕米特成功培育出一只“巨型小鼠”，这一实验被认为是基因工程发展史上的里程碑，“转基因动物”开始走入人们的视野。

那么“转基因动物”是指（　　）

A．提供基因的动物

B．基因组中转入了外源基因的动物

C．能产生大鼠生长激素的动物

D．能表达基因遗传信息的动物

解析：

选B。

转基因生物是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。

转基因动物是指基因组中增加了外源基因的动物。

如题中的转基因鼠基因组中携带有外源的大鼠生长激素基因。

3．下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是（　　）

A．将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内

B．将乳糖酶的基因导入奶牛的基因组

C．将人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表达

D．将Bt基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达

解析：

选B。

将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内是提高鲤鱼的生长速度。

导入乳糖酶基因的奶牛，其牛奶中乳糖含量大大降低，改善了牛奶的品质。

将人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表达是乳腺“反应器”的应用。

Bt基因是抗虫基因，能够提高植物的抗性。

4．北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。

如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是（　　）

A．过程①是获取抗冻基因的过程，用到的酶只有限制酶

B．在重组质粒上，抗冻基因首端和末端一定具有启动子和终止子，启动和终止翻译的进程

C．过程②用到的质粒是农杆菌的Ti质粒，要将重组质粒转入农杆菌才能进行筛选

D．根据抗冻基因制作的DNA探针，可以用来检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在

解析：

选D。

据题图可知，该转基因技术操作中，获取目的基因的方法是利用抗冻基因（目的基因）的mRNA进行人工化学合成，需要的酶是逆转录酶和限制酶，A项错误；目的基因首端和末端的启动子和终止子均是DNA片段，分别启动和终止转录的进程，B项错误；重组质粒转入农杆菌的目的是通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄细胞中，C项错误；检测目的基因是否导入受体细胞，通常是用DNA探针进行检测，即DNA分子杂交技术，D项正确。

5．科学家在河南华溪蟹中找到了金属