浙科版生物选修3第1章第3节.docx

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浙科版生物选修3第1章第3节

第三节

基因工程的应用

课　标　解　读

重　点　难　点

1.举例说出基因工程在遗传育种、疾病治疗与生态环境保护方面的应用。

2.说出基因治疗的基本原理。

3.关注基因工程新进展。

4.尝试应用基因工程技术设计一个解决生活中疑难问题的方案。

基因工程与遗传育种、基因工程与癌症治疗以及设计一个用基因工程技术解决生活中的疑难问题的方案。

（重难点）

转基因植物

1.基因工程方法培育转基因植物的优点

与传统的杂交育种相比，转基因育种可以克服传统育种方法育种时间长，而且远缘亲本难以杂交的缺点。

2．基因工程在植物育种方面的成果

（1）科学家利用基因工程技术培育出了多种转基因农作物，如抗除草剂的转基因烟草、番茄和马铃薯，抗害虫、抗病毒的农作物及耐贮存的番茄。

（2）用基因工程的方法可改变花卉的颜色。

目前科学家将外源基因转入矮牵牛，培育出开橙色花的矮牵牛新品种。

1．基因能够在植物、动物和微生物之间转移且能完成其功能的理论基础主要是什么？

【提示】　植物、动物和微生物的DNA结构相似、组成相同，都遵循碱基互补配对原则，且密码子通用。

转基因动物

1.含义：

指转入了外源基因的动物。

2．优点：

解决了传统杂交育种方法费时、费力的问题。

3．成果：

现在已经培育出了多种优良遗传性状的转基因牛、猪、鸡、鱼等。

4．前景：

目前正在研究培育能生产彩色羊毛的转基因羊。

基因工程与疾病治疗

1.基因工程药物

（1）1977年，科学家在大肠杆菌中生产了生长素释放抑制激素。

（2）1978年，科学家在大肠杆菌中成功表达了人胰岛素。

（3）1980年，人的白细胞干扰素基因获得克隆和表达。

①干扰素定义：

干扰素是病毒侵入细胞后产生的糖蛋白。

②干扰素种类：

α、β、γ三种。

③干扰素作用：

抗病毒、抗细胞分裂和免疫调节等多种生物学功能，是治疗病毒性肝炎和肿瘤的药物。

（4）乙型肝炎疫苗

1982年，乙肝抗原在酵母菌中表达成功。

1986年，酵母乙肝疫苗投放市场。

2．基因治疗

（1）概念：

是向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。

（2）实例：

重度免疫缺陷症是一种遗传病。

病因：

由于腺苷酸脱氨酶基因发生突变，造成体内缺少腺苷酸脱氨酶，此酶是人体免疫系统发挥正常作用所必需的，因此机体不能抵抗病原微生物的威胁。

（3）治疗：

将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的T淋巴细胞中，使T淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种T淋巴细胞转入患者体内。

2．

（1）用箭头表示基因工程药物的生产过程。

【提示】　基因工程药物的产生：

基因工程→工程菌→发酵工程→基因药物

（2）上述免疫缺陷患者治愈后，其后代能保证一定正常吗？

【提示】　不能，因患者治愈后，生殖细胞还可能有致病基因。

基因工程与生态环境保护

1.利用细菌发酵和转基因植物生产具有生物可降解的新型塑料。

2．改造分解石油的细菌，提高分解石油能力。

3．生产转基因微生物，吸收环境中的重金属，降解有毒化合物和处理工业废水。

1．转基因植物的产生过程中不需组织培养技术。

（×）

【提示】　重建植物体时需进行组织培养。

2．转基因动物一般将外源基因直接转入动物的受精卵中。

（×）

【提示】　先构建表达载体再转入。

3．重度免疫缺陷症患者治疗时一般将ADA基因通过技术手段转入患者的B淋巴细胞中。

（×）

【提示】　应转入T淋巴细胞中。

4．利用转基因微生物可吸收环境中重金属、降解有毒化合物等。

（√）

基因工程与遗传育种

【问题导思】

①转基因作物有哪些优良性状？

②转基因植物是经过哪些过程产生的？

③基因工程的应用成果有哪些？

1．转基因植物的培养（如图示）

（1）过程：

（2）技术：

转基因技术、植物组织培养技术。

（3）原理：

基因重组、植物细胞的全能性。

2．转基因动物的培养（如图示）

（1）过程：

（2）技术：

转基因技术、胚胎体外培养技术、胚胎移植技术。

（3）转基因动物与传统育种动物的区别：

改善了传统的杂交育种费时、费力的缺点，所需时间较短，而且可实现不同物种之间的基因重组。

1．抗虫的转基因作物并不能抗寒、抗旱和抵抗各种病虫害，因为基因控制合成的抗虫蛋白具有专一性。

2．一些重要粮食作物的转基因效率不高，并且只在少数品种上获得成功。

转基因技术如何达到高效、快速、简便、适应性更广的目的，仍是基因工程的一个重要课题。

　如图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列有关问题：

（1）若限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—↓GATC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，那么在①过程中，应用限制性核酸内切酶______切割质粒，用限制性核酸内切酶________切割抗虫基因。

①过程在________（填“体内”或“体外”）进行。

（2）将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有________的培养基上，能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入。

（3）重组质粒导入大肠杆菌的目的是_________________________________。

（4）经筛选分析，该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。

理论上，该转基因植株自交产生的F1中，仍具有抗虫特性的植株占总数的________________。

【审题导析】　

（1）质粒是最常用的运载体，不要把质粒和运载体等同。

除质粒外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。

运载体的化学本质是DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。

（2）限制性核酸内切酶在基因工程操作的第一步和第二步中都会用到，一般情况下使用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，有时也使用两种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，但目的都是产生相同的粘性末端。

【精讲精析】　本题以抗虫棉的培育过程考查基因工程的操作步骤。

（1）从重组质粒中可以看出，目的基因插入的是氨苄青霉素抗性基因，再根据质粒中两个标记基因的碱基序列可以判断，需要用限制性核酸内切酶Ⅱ切割质粒，切割后会产生粘性末端

，为了使目的基因和质粒重组，所以要用酶Ⅰ切割目的基因以获得相同的粘性末端。

（2）检测目的基因是否进入受体细胞，需要用含四环素的培养基培养受体细胞，因为重组质粒中保留了四环素抗性基因，凡是能在培养基中生存的受体细胞，则都含有目的基因。

（3）目的基因进入受体细胞后可以随载体的复制而大量复制。

（4）可以将抗病基因看作是显性基因，一个杂合子自交后代中含显性基因的个体所占比例为3/4。

【答案】　

（1）Ⅱ　Ⅰ　体外　

（2）四环素　（3）大量复制目的基因（抗虫基因）　（4）3/4

　利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。

青岛“崂山奶山羊乳腺反应器研制”项目通过鉴定，该项目产生的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点，可产生干扰素、乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品，造福人类。

图1　　　图2

请根据这一科技成果的研究过程回答问题：

（1）研究人员用DNA测序仪显示了基因组的某DNA片段一条链的碱基排列顺序图片。

其中图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：

GGTTATGCGT，请解读图2显示的碱基排列顺序：

_________________________________。

（2）科学家从相关基因组中获取了目的基因，并采用____________技术对目的基因进行扩增，然后将目的基因与质粒等载体结合形成了重组载体。

在重组载体的构建过程中需要的工具酶有___________________________________。

（3）在基因工程操作过程中，基因工程的核心是________________，一个基因表达载体的组成必须有标记基因，其作用是___________________________。

（4）如何检测和鉴定目的基因已被成功导入羊体内？

请写出两种方法。

_______________________________________________________________

______________________________________________________________。

【审题导析】　解答此题应注意以下两点：

（1）由给定的碱基序列及图示可推得图示第一、二、三、四列对应碱基分别为A、C、G、T。

（2）目的基因表达的检测与鉴定可采用分子杂交或个体水平检测。

【精讲精析】　根据图1与相对应的碱基序列可知，由左到右第一列是碱基A，第二列是碱基C，第三列是碱基G，第四列是碱基T，由此推知图2的碱基序列为

GATGCGTTCG；目的基因的扩增用PCR技术；在将目的基因与载体结合时需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶；标记基因的作用是鉴定受体细胞中是否导入了目的基因。

目的基因的检测与鉴定方法有：

DNA分子杂交（检测是否导入了目的基因）、DNA与mRNA分子杂交、抗原与抗体杂交等。

【答案】　

（1）GATGCGTTCG

（2）PCR（聚合酶链式反应）　限制性核酸内切酶、DNA连接酶　（3）基因表达载体的构建　为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来　（4）DNA分子杂交；DNA与mRNA分子杂交；抗原—抗体杂交；从羊的乳汁中提取干扰素（写出以上任意两点即可）

基因治疗

【问题导思】

①什么是基因治疗？

②用于基因治疗的基因种类有哪些？

③基因治疗的方法有哪些？

基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。

1．基因治疗的种类和方法

（1）体外基因治疗：

①概念：

先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选转移成功的细胞进行扩增培养，最后重新输入患者体内，如腺苷酸脱氨酶基因的转移。

②图例

（2）体内基因治疗：

用基因工程的方法，把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，或使异常表达的基因停止表达或降低表达。

2．基因治疗现状

基因治疗目前处于初期的临床试验阶段。

可以说，在没有完全解释人类基因组的运转机制，也没有充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前，进行基因治疗是十分困难的。

另外，还存在着技术方面、伦理道德方面以及安全性方面的诸多问题。

3．用于基因治疗的基因种类

第一类是从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以纠正或依靠其表达产物来补偿病变基因带来的生理缺陷，如对血友病和地中海贫血症的治疗。

第二类是反义基因，即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA进行互补，来阻断非正常蛋白质的合成。

第三类是编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因，又叫做自杀基因。

　美国一科研小组发现一种新型RNA病毒X，并对其进行研究，发现有可能感染人类的抗原为S蛋白。

于是着手研制疫苗，其简要操作流程如下。

（1）实验步骤①所代表的反应过程是_______________________________。

（2）步骤②构建重组质粒A和重组质粒B必须使用限制性核酸内切酶和________酶，后者的作用是将用限制性核酸内切酶切割的________和________连接起来。

（3）如果省略步骤②而将大量扩增的S基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S基因在大肠杆菌中不能________，也不能________________。

（4）为了检验步骤④与⑥中产生的S蛋白是否有相同的免疫反应特性，可用________与S蛋白抗体进行抗原—抗体特异性反应实验。

（5）步骤④和⑥的结果相