学年高中生物 专题一 基因工程 13 基因工程的应用课时作业 新人教版选修3doc.docx

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学年高中生物专题一基因工程13基因工程的应用课时作业新人教版选修3doc

2019-2020学年高中生物专题一基因工程1.3基因工程的应用课时作业新人教版选修3

目标导航

　1.举例说出植物基因工程取得的成果。

2.关注动物基因工程的应用前景。

3.了解基因工程药物和基因治疗。

一、植物基因工程成果（阅读P17－19）

1．抗虫转基因植物与抗病转基因植物

项目

抗虫转基因植物

抗病转基因植物

方法

从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中

将抗病基因导入植物中

基因种类

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

①抗病毒基因：

病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因②抗真菌基因：

几丁质酶基因和抗毒素合成基因

成果

转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等

抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等

意义

减少了化学农药的使用，降低了生产成本，减少了环境污染，降低了对人体健康的损害

2.其他抗逆转基因植物

（1）抗逆基因：

调节细胞渗透压的基因，提高农作物抗盐碱和抗干旱能力；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：

抗盐抗旱烟草、耐寒番茄、抗除草剂玉米等。

3．转基因改良植物品质

（1）优良基因：

必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和与植物花青素代谢有关的基因。

（2）成果：

富含赖氨酸的转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。

二、动物基因工程的前景（阅读P20－21）

　　　项目

应用

基因来源

成果

提高动物的生长速度

外源生长激素基因

转基因绵羊、转基因鲤鱼

改善畜产品的品质

肠乳糖酶基因

转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大减低

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

乳腺生物反应器

转基因动物作器官移植的供体

抑制或除去抗原决定基因

利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官

三、基因工程药物及基因治疗（阅读P21－24）

1．基因工程药物

（1）概念：

基因工程药物是指利用转基因的工程菌生产的药物。

（2）原理：

通过基因工程技术，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。

（3）成果：

人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

（4）作用：

预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。

2．基因治疗

（1）概念：

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。

（2）成果：

将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞。

（3）途径：

分为体内基因治疗和体外基因治疗。

（4）现状：

处于初期的临床实验阶段。

判断正误：

（1）植物基因工程主要用于提高农作物产量。

（　　）

（2）转基因作物减少了化学农药的使用，降低了生产成本，减少了环境污染，但增加了对人体健康的损害。

（　　）

（3）利用小型猪来解决人类移植器官短缺问题，首先要解决免疫排斥难题。

（　　）

（4）利用动物乳腺生物反应器技术时，受体细胞应为受精卵或体细胞。

（　　）

（5）乳腺生物反应器，需将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起。

（　　）

（6）用基因工程方法，转入外源基因的菌类细胞株系一般称为工程菌。

（　　）

（7）基因治疗包括体外基因治疗和体内基因治疗。

（　　）

（8）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。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）×　（7）√　（8）×

一、植物基因工程的应用

项目

抗虫转基因植物

抗病转基因植物

抗逆转基因植物

转基因改良植物的品质

目的基因

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

病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因

①调节细胞渗透压的基因；②抗冻蛋白基因（从鱼体内获取）；③抗除草剂基因

①含必需氨基酸较多的蛋白质编码基因；②控制番茄果实成熟的基因；③与植物花青素代谢有关的基因

作用

抗虫：

①Bt毒蛋白水解成多肽与昆虫的肠上皮细胞的特异性受体结合，形成穿孔，细胞肿胀裂解致死；②蛋白酶抑制剂和淀粉酶抑制剂分别抑制相应酶活性，影响消化；③植物凝集素基因控制合成一种糖蛋白，此糖蛋白能与昆虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响营养物质的吸收和利用

前两种为抗病毒基因；后两种为抗真菌基因

①通过改变细胞内渗透压，提高抗盐碱、抗干旱能力；②提高耐寒能力；③提高抗除草剂能力

①控制合成的蛋白质含必需氨基酸多；②延迟番茄成熟；③改变花瓣的颜色

受体生物

棉花、水稻等

烟草（抗病毒）、小麦（抗病毒）

烟草（抗干旱、抗盐碱）；番茄（抗寒）；大豆、玉米（抗除草剂）

玉米、番茄、矮牵牛等

1．转基因抗虫棉的目的基因是什么？

是从哪种生物获取的？

抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？

答案　Bt毒蛋白基因；目的基因是从苏云金芽孢杆菌体内提取出来的；不能，因为抗虫基因具有专一性。

2．利用转基因技术改良植物品质的途径有哪些？

答案　

（1）直接导入控制该性状的结构蛋白基因。

（2）导入与该性状有关的某种酶的基因或者改变关键酶的活性。

1．番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜。

普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶的控制基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。

科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了抗软化番茄。

下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是（　　）

A．运载工具是质粒

B．受体细胞是番茄细胞

C．目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因

D．目的基因的表达延缓了细胞的软化

问题导析

（1）培育转基因抗软化番茄以农杆菌的质粒作为载体，将目的基因（抗多聚半乳糖醛酸酶的基因）与质粒结合形成基因表达载体。

（2）利用含基因表达载体的农杆菌去感染普通番茄细胞——受体细胞。

（3）目的基因进入受体细胞中，使多聚半乳糖醛酸酶基因不能表达。

答案　C

一题多变

判断正误：

（1）转基因抗虫棉改善了作物的品质。

（　　）

（2）转入调节细胞渗透压的基因，有利于植物抗盐碱、抗干旱。

（　　）

（3）将毒素蛋白基因直接导入水稻的受精卵，可以得到抗虫水稻。

（　　）

（4）植物细胞中没有质粒，所以不能利用质粒作为植物基因工程的载体。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×

二、乳腺（房）生物反应器的原理、操作及应用

1．原理

应用重组DNA技术和转基因技术，将目的基因转移到尚未分化的动物胚胎细胞（或受精卵）中，经胚胎移植，得到能在乳腺中表达转基因产品的个体，其乳腺组织可分泌生产“目的产品”，如具有药用价值的蛋白，这些蛋白进入乳汁中，再通过回收含转基因蛋白的动物乳汁，就可以提取有重要药用价值的生物活性蛋白。

2．操作过程

3．主要用途

生产多肽类药物、基因工程疫苗、抗体、营养品等。

目前，科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α抗胰蛋白酶等重要医药产品。

1．分析用转基因动物生产药物的过程，思考以下问题：

（1）就药物基因而言，最理想的表达场所是哪里？

（2）乳腺生物反应器有哪些优点？

（3）讨论用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？

答案　

（1）转基因动物的乳腺。

（2）产量高、质量好、成本低、易提取。

（3）①获取目的基因；②构建基因表达载体；③显微注射导入哺乳动物受精卵中；④将受精卵送入母体内发育成转基因动物。

2．分析用转基因动物作器官移植的供体时，应采取什么措施？

答案　抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因。

2．上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，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物蛋白含量提高30多倍。

“转基因动物”是指（　　）

A．提供基因的动物

B．基因组中增加外源基因的动物

C．能产生白蛋白的动物

D．能表达基因信息的动物

问题导析

（1）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。

（2）转基因牛携带有外源的白蛋白基因。

答案　B

一题多变

判断正误：

（1）动物基因工程的主要前景是提高动物生长的速度。

（　　）

（2）培育转基因动物常用显微注射技术将外源基因导入受精卵。

（　　）

（3）抑制或除去抗原决定基因可以培育没有免疫排斥反应的猪器官。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）√

三、基因治疗

1．基因治疗的原理

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。

2．过程

3．途径

途径比较

体外基因治疗

体内基因治疗

不同点

方法

从患者体内获得某种细胞→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内

直接向患者体内组织细胞中转移基因

特点

操作复杂，但效果可靠

方法较简单，但效果难以控制

相同点

都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验阶段

分析教材P23复合型免疫缺陷症的基因治疗，回答下列问题：

（1）研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的什么细胞？

为什么不能转入其他的体细胞？

（2）如何鉴定该患者是否治疗成功？

答案　

（1）淋巴细胞。

腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞中具有这种酶才能产生抗体等免疫物质。

（2）鉴定患者产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高。

3．《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

答案　A

解析　基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，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修复，和正常基因同时存在，基因治疗也不是切除病变基因或诱发其突变，因而B、C、D的说法都不符合基因治疗的概念。

一题多变

判断正误：

（1）治疗遗传性疾病最有效的手段就是基因治疗。

（　　）

（2）把缺陷基因除去，就可以达到治疗疾病的目的。

（　　）

（3）某些动物病毒可作为基因治疗的载体。

（　　）

（4）基因治疗过程中，由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达，从而达到治疗疾病的目的。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）√

1．提高农作物抗盐碱和抗干旱能力的目的基因是（　　）

A．抗除草剂基因

B．调节细胞渗透压的基因

C．抗冻蛋白基因

D．Bt毒蛋白基因

答案　B

解析　由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，所以可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高农作物抗盐碱和抗干旱的能力。

2．转基因食品已大量进入我们的日常生活，如转基因西红柿、转基因草莓等，涉及的问题甚至关系到国家之间的贸易竞争，如图为“霸占中国市场的转基因大豆油”的部分图示。

下列关于转基因大豆的叙述，不正确的是（　　）

A．培育过程中可能用到抗病、抗虫等抗性基因

B．目的基因的受体细胞可以是大豆受精卵，也可以是体细胞

C．转基因大豆的种植过程中减少了农药等的使用量，生产成本更低

D．固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一

答案　D

解析　豆科植物可与含固氮基因的根瘤菌共生，故固氮基因并非必需的目的基因。

3．关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是（　　）

A．器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题

B．猪的内脏构造、大小和血管分布与人极为相似

C．灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪

D．无论以哪种动物作为供体，都需在其基因组中导入某种调节因子以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因

答案　C

解析　猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物，是目前人体最理想的器官供体。

4．科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出做体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。

（1）基因治疗是把健康的________导入有________的细胞中，以达到治疗疾病的目的。

（2）在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当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_________________________________________________，

目的基因的受体细胞是______________________________________________________。

（3）将转基因白细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于白细胞中能合成_________________________________________________。

（4）人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是_________________________________________________________。

答案　

（1）外源基因　基因缺陷

（2）载体（或基因的运载工具）　腺苷酸脱氨酶基因　白细胞

（3）腺苷酸脱氨酶　（4）脱氧核苷酸的排列顺序不同

解析　基因治疗就是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。

逆转录病毒的作用是作为载体，将目的基因（腺苷酸脱氨酶基因）导入白细胞中，目的基因在受体细胞中经过转录和翻译，表达产生腺苷酸脱氨酶。

人的不同基因所含有的脱氧核苷酸的排列顺序是不同的。

基础巩固

1．能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（　　）

A．单倍体育种B．杂交育种

C．基因工程育种D．多倍体育种

答案　C

解析　要让动物蛋白在植物体内表达，必须将控制动物蛋白合成的相关基因导入植物细胞中并让其表达，因此需要通过基因工程技术才能实现。

2．利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30%，体型大50%，在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用（　　）

A．乳腺细胞B．体细胞

C．受精卵D．精巢

答案　C

解析　转基因羊全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂，遗传物质都与受精卵完全相同，且受精卵体积较大，容易操作，也能保证发育成的个体的所有细胞都含有生长激素基因。

故正确答案为C。

3．治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是（　　）

A．口服化学药物

B．注射化学药物

C．采取基因治疗法

D．利用辐射或药物诱发使致病基因突变

答案　C

解析　遗传病是受基因控制的，要想彻底根治，只有通过基因工程技术，将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这就是基因治疗。

虽然用辐射或药物诱发致病基因突变，可以改变原有的异常基因，但在一般情况下，突变大多是有害的，很可能引起另一种疾病，A、B项所提到的方法不能根治。

4．应用基因工程技术诊断疾病的过程中，必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。

这里的基因探针是指（　　）

A．用于检测疾病的医疗器械

B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子

C．合成β－珠蛋白的DNA

D．合成苯丙氨酸羟化酶的DNA片段

答案　B

解析　基因探针是用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子。

5．下列不属于利用基因工程技术制取的药物是（　　）

A．从大肠杆菌体内制取白细胞介素

B．在酵母菌体内获得干扰素

C．在青霉菌体内获取青霉素

D．在大肠杆菌体内获取胰岛素

答案　C

解析　运用基因工程技术可以使外源基因在受体细胞中表达生产基因产品，A、B、D均为外源基因的表达，而青霉菌产生青霉素是一种正常基因的正常表达，故青霉素不属于基因工程药物。

6．下列关于基因工程成果的概述，不正确的是（　　）

A．在医药卫生方面，主要用于诊断治疗疾病

B．在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物

C．在畜牧养殖业上培育出了品质优良的动物

D．在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化

答案　A

解析　基因工程在医药卫生方面的应用，主要是用于生产药物，基因治疗现在处于临床试验阶段。

巩固提升

7．转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，其中一项基因工程就是改造CO2固定酶。

其目的是（　　）

A．提高光合作用效率B．延长果实的储藏期

C．培育新作物品种D．提高植物的抗性

答案　A

解析　光合作用是植物利用光能将CO2和H2O合成可以贮存能量的有机物。

改造CO2固定酶，其目的是为了提高光合作用效率。

8．以下说法正确的是（　　）

A．用基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒

B．基因工程在畜牧业上的应用主要是培育体型巨大、品质优良的动物

C．基因工程可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物

D．科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量

答案　C

解析　基因工程可定向改变生物的性状，可以将各种不同的生物的基因组合到一种生物体内，从而获得优良品种。

基因工程培育的抗虫棉只能抗某种虫害，不能抗病毒。

基因工程用于畜牧业是想获得优良的品种，但不一定是体型巨大的个体。

导入氨基酸含量多的蛋白质并不能提高此种植物将来的氨基酸含量。

9．下列有关动物基因工程的说法，错误的是（　　）

A．将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速度

B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低

C．利用基因工程技术，得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产问题

D．用转基因动物作为器官移植的供体时，由于导入的是调节因子，而不是目的基因，因此无法抑制抗原的合成

答案　D

解析　用转基因动物作为器官移植的供体时，可将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。

10．腺苷酸脱氨酶（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：

取出患者的淋巴细胞，进行体外培养时转入正常ADA基因，再将这些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，不正确的是（　　）

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．淋巴细胞需在体外扩增后再注射入患者体内

D．腺苷酸脱氨酶（ADA）基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病

答案　A

解析　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；为获得大量含ADA正常基因的淋巴细胞，需在体外扩增后再注入患者体内；腺苷酸脱氨酶（ADA）基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病。

11．应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。

请据图回答下列问题：

（1）要获得抗虫基因，可采用_______________________________________________

等方法，基因工程的核心是_____________________________________________。

（2）如果要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是______________，原因是

________________________________________________________________________。

若用大肠杆菌储存目的基因，则需先将其处理为______________________________

________细胞。

（3）在培育转人生长激素基因牛的过程中，①过程需要的工具酶是________________________________________________________________________，

②过程常用的方法是______________________________________________________。

（4）转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，人生长激素基因的首端必须含有________________。

答案　

（1）从基因文库中获得目的基因、PCR技术扩增目的基因、人工合成　基因表达载体的构建

（2）受精卵　动物受精卵具有全能性（动物不能像植物那样，利用一个除受精卵以外的独立的体细胞直接培养成完整的个体）　感受态　（3）限制酶、DNA连接酶　显微注射技术

（4）启动子

解析　

（1）获得目的基因的方法有从基因文库中获取目的基因、PCR技术扩增目的基因、人工合成目的基因等，基因工程的核心是基因表达载体的构建。

（2）动物受精卵具有全能性，能发育成完整个体，要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是受精卵。

（3）①是目的基因与载体结合的过程，需要限制酶、DNA连接酶；②是重组质粒导入受体细胞的过程，常用的方法是显微注射技术。

（4）基因表达载体的首端必须有启动子。

12．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。

科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。

基本操作过程如下：

（1）该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于____________________。

（2）从大麦细胞中可直接分离获得LTP1基因，还可采用________________方法获得目的基因。

本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的载体是______________________

_______________________________________________________。

（3）此操作中可以分别用含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选，则有C进入的酵母菌在选择培养基上的生长情况是____________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）除了看啤酒泡沫丰富与否外，还可以怎样检测LTP1基因在啤酒酵母菌中的表达？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）基因重组　

（2）人工合成　质粒　（3）在含有青霉素的培养基上能存活，但不能在含有四环素的培养基上存活　（4）检验转基因啤酒酵母菌能否产生LTP1蛋白

解析　

（1）基因重组一般是指在生物体进行有性