12基因工程的应用 教案苏教版选修3.docx

1、12基因工程的应用 教案苏教版选修3第二节基因工程的应用课标要求1关注转基因生物的安全性问题。2举例说出生物武器对人类的威胁。课标解读1举例说出基因工程的应用。2关注转基因生物的安全性问题，理性看待转基因技术。3举例说出生物武器的危害。教学地位基因工程的应用是基因工程基本操作程序的一个必然结果。本课时的题提供的应用材料在高考中，常作为背景综合考查基因工程的操作工具及流程等，如抗癌药物干扰素的生产过程等。教法指导1加强收集信息和处理信息环节的指导。无论是学习转基因植物方面的应用，还是学习转基因动物方面的应用，乃至转基因工程菌生产药物方面的应用，首先必须寻找目的基因。可列出包括转基因生物、目的基因

2、及目的基因的来源生物三个项目的表格进行材料和信息的收集活动。2对于课文中的一些难点，采用小组讨论，师生共同归纳的方法学习。如关于基因治疗，可结合课文中的具体实例，归纳出大致治疗过程，可采取讨论或引导的方法操作。新课导入建议1几张动物的合成图。同学们除了对这几张图片感到好奇的同时可能会有疑问，这是不是真的？的确，这是电脑的合成图，只是人们想象的产物而已。但是，在几十年前貌似只是想想而已的梦而今却实现了。比如说鱼的基因会跑到番茄里，牛奶中可以生产药物所以，至于某天是不是真能出现图片中的生物我们拭目以待。2直接导入法，即基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的30年间，得到飞速的发展，目前已经成为

3、生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展现出美好的前景。我们今天就一起来分享一下它的成果吧！教学流程设计课前自主探究：阅读教材P2128有关知识，填充【课前自主导学】空白，完成思考交流1、2。步骤1：课程导入：建议用【新课导入建议】第一种导入方式设问引发思考，或者以第二种方式直接导入课题。步骤2：尝试作答【课前自主导学】部分的【正误判断】，检查自学效果。步骤3：让学生以比赛的方式列举基因工程应用的实例。教师总结基因工程在动物和植物方面应用的意义。步骤6：诵读【结论语句】，尝试构建最优知识网络图解，互评后参看【本课知识小结】的网络构建。课下完成【当

4、堂双基达标】，同学之间进行互评。步骤5：引导学生讨论基因工程的安全性问题和生物武器对人类的威胁。教师总结对基因工程安全性问题的态度和我们对基因武器的态度。通过【课堂互动探究】探究2归纳总结，通过例2强化提高。步骤4：通过多媒体介绍基因工程在基因诊断和基因治疗上的应用。通过【课堂互动探究】探究1归纳总结，通过例1强化提高。课标解读重点难点1.举例说出基因工程的应用。2.关注转基因生物的安全性问题，理性看待转基因技术。3.举例说出生物武器的危害。1.基因工程的应用。(重点)2.理性看待转基因技术。(难点)基因工程的应用1.动物基因工程应用举例应用外源基因成果提高抗病能力外源抗性基因抗猪瘟病毒的转基

5、因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔等提高产品产量外源生长激素基因含外源生长激素基因的转基因鲑鱼改善产品品质乳糖酶基因含乳糖酶基因的转基因牛，生产的牛奶中无乳糖生产药用蛋白外源蛋白基因乳腺生物反应器，大量生产药用蛋白2.植物基因工程应用举例应用途径提高植物的光合作用效率改造植物体内的CO2固定酶，提高植物对CO2的固定效率增强植物对光能的吸收与转化效率来提高光合作用效率延长果实的储藏期通过基因工程获得能抑制乙烯形成酶基因表达的转基因植物提高植物次生代谢产物的产率通过基因工程提高植物次生代谢产物的产率提高植物的抗性将外源抗性基因转入植物，使植物具有相应抗性，如抗虫、抗除草剂、抗旱、抗涝、抗盐等3.转基因

6、生物(1)概念：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)优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限，使生物之间的遗传物质相互重组和转移成为可能。1抗虫的基因能抗病毒吗？为什么？【提示】不能。因为每一种基因都有其特定的结构和功能。4基因工程和人类健康(1)基因诊断(又称DNA诊断)方法：基因检测。目的：判断患者是否出现基因异常或携带病原体等。(2)基因治疗方法：利用正常基因置换或弥补缺陷基因。步骤：包括目的基因的转移、目的基因的表达和安全措施的实施。成果：用腺苷脱氨酶基因治愈了患重度复合免疫缺陷症的女孩。转基因生物的安全性问题1.关注转基因生物

7、的安全性(1)食用安全问题长期食用某种转基因食品是否会导致某种毒素在人体内积累。(2)生态系统安全问题转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。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。若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根际分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等。2转基因生物安全性的保障措施(1)保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。(2)国家应建立相应的评估及预警机制。2我国科学家培育的具有自主知识产权的转基因鲤鱼“吉鲤”。其肉质细嫩、味道鲜美、营养丰富，远远超过鲫鱼和鲤鱼，而且生长迅速。但是，科学家们却千方百计地将其由正常二倍体变为三倍体。请说明这

8、样做的主要理由是什么？【提示】转基因鲤鱼虽然具有很多优点，但其遗传物质和一些性状发生了一定变化，不知其是否会对生态环境和生物多样性等造成一些负面影响，故应限制其繁殖能力，而将其由二倍体变为繁育能力很低的三倍体，就是有效方法之一。生物武器的危害性1.所用微生物种类(1)细菌：霍乱弧菌、炭疽杆菌等。(2)病毒：埃博拉病毒、天花病毒等。2被用作生物武器的方法(1)将致病基因插入不致病的微生物体内。(2)将抗普通疫苗或药物的基因插入致病细菌或病毒中。(3)用于研制针对某一特定种群的生物武器。1利用乳腺“反应器”只能生产蛋白质类药物。()2基因诊断是利用了碱基互补、配对的原理。()3转基因生物不会存在安

9、全性问题。()【提示】转基因生物可能存在安全性问题。基因诊断和基因治疗【问题导思】基因诊断和基因治疗的原理分别是什么？基因治疗的手段有哪些？1基因诊断基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平上分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。2基因治疗(1)原理：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，即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。这是治疗遗传病最有效的手段，包括体外基因治疗和体内基因治疗。(

10、2)过程 1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。2基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，且是体细胞。1 基因诊断和基因治疗的比较项目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开展科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重复合型免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其

11、方法是首先将患者的白细胞取出进行体外培养，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，其免疫能力趋于正常，是由于白细胞中能合成_。(4)下图甲所示的方法是从_的DNA中直接分离出基因，图乙所示的方法是用_方法人工合成基因。甲乙【审题导析】(1)基因治疗的方法。(2)导入健

12、康基因的方法。(3)比较甲、乙两图的过程。【精讲精析】基因治疗的方法是把健康基因导入有基因缺陷的细胞中。逆转录病毒作为导入基因的载体将腺苷酸脱氨酶基因导入白细胞中，白细胞中产生腺苷酸脱氨酶，免疫能力恢复正常。图甲表示用限制性核酸内切酶将供体细胞的DNA切成许多片段，然后将片段通过载体转入到不同的受体细胞中，从中找到目的基因。图乙表示用目的基因转录成的mRNA为模板，逆转录成互补的单链DNA，再合成双链DNA，从而获得目的基因。【答案】(1)外源基因基因缺陷(2)载体(或基因的运输工具)腺苷酸脱氨酶基因白细胞(3)腺苷酸脱氨酶(4)供体细胞逆转录生物武器和转基因生物安全性问题【问题导思】生物武器

13、的种类和特点是什么？转基因生物安全性问题体现在哪些方面？应怎样对待转基因生物及其产品？1生物武器的种类、特点及危害(1)生物武器的种类病菌：鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌等。病毒：天花病毒、动物痘病毒等。生化毒剂：如肉毒杆菌毒素。经过基因重组的致病菌：如通过转基因技术改造的像炭疽杆菌的致病菌。(2)生物武器的特点传染性强；污染面广；传染途径多，难以防治；具有一定的潜伏期；受自然条件影响大。(3)生物武器的危害通过转基因技术改造的细菌或病毒可让大批无相应免疫力的受感染者突然发病而又无药可医。运用转基因技术针对某一种族人群基因组特征制造的生物武器，可以杀伤预想中的特定种族。实例：日

14、本战败投降时，侵华日军又一次把培养的细菌释放出来，在中国造成传染病大流行。2转基因生物的安全性问题(1)转基因植物的食用安全：转基因植物合成的某些新蛋白质可能成为新的过敏原。(2)转基因植物对生态系统的影响转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种而导致自然界的混乱。若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根际分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应。(3)转基因动物的安全性转基因动物对人体健康的影响。转基因动物对生态系统的影响。3对待转基因生物的态度(1)科学家应该科学地认识、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

15、建立相应的评估及预警机制，更加理性地利用转基因生物。转基因生物存在安全性的原因1目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。2目的基因往往是异种生物的基因。3外源基因插入宿主基因的部位往往是随机的。(2013新乡高二检测)害虫损伤番茄的叶片后，组成叶片细胞的细胞壁能释放出一种类激素物质，这种物质可以扩散到番茄的其他部位，诱导细胞内蛋白酶抑制剂基因表达，合成蛋白酶抑制剂，导致害虫不能消化食物而死亡。科学家利用转基因技术把番茄的蛋白酶抑制剂基因转移到玉米中，使玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，有效抵御了玉米螟对玉米的危害。(1)转入了番茄蛋白酶抑制剂基因的玉米合成番茄蛋白酶抑制剂的具体部位

16、是_，合成的化合物还需要在_中加工才具有生物活性。(2)这种抗玉米螟玉米品种的培育技术属于_技术，这种变异在生物学上称为_。(3)在种植了这种转基因玉米的农田中的杂草是否也会出现抗玉米螟性状？原因是什么？(4)抗玉米螟玉米具有显著的生态效应。你认为种植该玉米的农田是否还需要进行防虫管理？理由是什么？(5)有人对食用该玉米的安全性表示担忧，你认为这种担忧有无道理？请简要说明理由。【审题导析】以转基因玉米为例主要考查转基因技术的安全性问题。解题思路：转基因玉米从三方面分别讨论利与弊，结合问题，规范作答【精讲精析】(1)番茄蛋白酶抑制剂的本质为蛋白质，其合成部位为核糖体，但还需要在内质网、高尔基体中

17、加工才具有生物活性。(2)由材料可知，抗玉米螟玉米品种的培育运用的是转基因技术，这种技术的原理是基因重组。(3)、(5)属于开放性试题，答案不唯一，只要有道理即可。(4)抗玉米螟玉米能抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害虫，故种植抗玉米螟玉米的农田，仍需要进行防虫管理。【答案】(1)核糖体内质网和高尔基体(2)转基因基因重组(3)(答案不唯一)不会。不同物种之间存在生殖隔离，玉米的花粉不能传递给杂草。(或会。蛋白酶抑制剂基因通过玉米的花粉传递给杂草，使杂草获得抗虫基因，从而表现出抗虫性状。) (4)需要。转基因玉米能够抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他玉米害虫。(5)(答案不唯一)有道理。这种玉米的子粒

18、可能含有蛋白酶抑制剂，人食用后可能抑制人体蛋白酶的活性，影响人体健康。(或没有道理。人蛋白酶与玉米螟蛋白酶结构不同，玉米中的蛋白酶抑制剂对人体蛋白酶无影响。)本 课 知 识 小 结网 络 构 建结 论 语 句1基因工程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。1(2012徐州高二检测)转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，其中一项基因工程是改造CO2固定酶。其目的是()A提高光合作

19、用效率B延长果实的储藏期C提高植物的抗性 D培育新作物品种【解析】CO2固定是光合作用暗反应阶段的重要一步，CO2浓度的高低以及植物对不同浓度CO2的固定能力是影响暗反应的重要因素，也是影响光合作用效率的重要因素之一，因此通过基因工程改造CO2固定酶，其目的就是为了提高光合作用效率。【答案】A2以下关于抗病毒转基因植物成功表达后的说法，正确的是()A抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒B抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C抗病毒转基因植物可以抵抗害虫D抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异【解析】抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，并不是所有病毒，也不可以抗虫。抗病毒基因的存在可能会增

20、大变异的可能性。【答案】B3基因治疗是指()A将健康基因导入有基因缺陷的细胞中B用DNA探针检测疾病C用DNA探针修复缺陷基因D将DNA探针导入有基因缺陷的细胞中【解析】基因治疗是把健康的外源基因导入有缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。DNA探针是用来进行基因诊断的工具，而且DNA探针只能用来检测，不能用来修复基因。【答案】A4(2013榆林高二检测)用重组基因技术制造的全新致病菌比一般的生物武器危害性大，其原因是()人类从来没有接触过这种致病菌无药可医只有某种易感基因的民族容易感染，而施放国的人却不易感染A BC D【解析】由于重组基因技术制造的致病菌是自然界从来没有的菌株，人类从来没有接触

21、过的，体内没有形成这种致病菌相应的抗体，也就没有免疫能力，一旦施用可以让大批受感染者突然得病，医学上也因为从来没有接触这样的病例而缺乏针对性的治疗，造成无药可医。一般情况下重组的致病菌使受感染者致病，易感染和抗感染是相对而言的，人是同一个物种，不会有绝对不感染的民族。【答案】D5凝乳酶能凝固牛奶成奶酪，传统上凝乳酶只能从小牛的胃中提取，价格昂贵。1990年，美国辉瑞公司生产出了食品产业所需的第一个基因工程产品CHYMAX牌凝乳酶，其化学组成与从小牛体内提取的完全相同，但其更加物美价廉。生产过程如下图，据图回答问题：(1)过程中从小牛体内提取的凝乳酶基因通常需要通过_技术进行扩增，该技术的原理是

22、_。(2)基因工程的操作程序主要包括四个步骤，其核心是图中过程_(填序号)，在该过程中重要使用的工具酶是_。(3)过程中理想的受体细胞是大肠杆菌，该类生物具有的特点是_，要想把重组质粒导入大肠杆菌，首先必须用_处理大肠杆菌，使其转化为_细胞，然后将重组质粒和大肠杆菌在缓冲液中混合培养完成转化过程。(4)过程将小牛凝乳酶基因转入大肠杆菌后，能够准确表达的主要原因是_。【答案】(1)PCR(聚合酶链式反应)DNA双链复制(2)限制性核酸内切酶(或限制酶)和DNA连接酶(3)繁殖快、代谢旺盛、单细胞、遗传物质相对较少(至少答二点)Ca2感受态(4)所有生物共用一套密码子一、选择题1下列高科技成果中，

23、根据基因重组原理进行的是()我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻我国科学家将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒A BC D【解析】本题考查几种高新技术所依据的遗传学原理。袁隆平培育新型水稻利用的是杂交技术，他本人也被称为“杂交水稻之父”，而杂交技术的原理就是基因的自由组合定律(即基因重组)。基因工程是人为地将目的基因导入受体细胞，使之表达，所以抗虫棉的培育原理也应是基因重组。太空育种的原理是基因突变。【答案】B2(2012江苏高考)下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的是()A种植转基因作物应与传统农业种植区隔离B转基因作物被动物

24、食用后，目的基因会转入动物体细胞中C种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性D转基因植物的目的基因可能转入根际微生物【解析】种植转基因作物(如抗虫棉)应与传统农业(普通棉花)种植区隔离，否则转基因作物中的基因可能扩散到普通作物中，使传统农业种植区的产量受到很大的影响，A项正确；目的基因为DNA分子，动物食用后会被消化成小分子脱氧核苷酸，所以目的基因不会转入动物体细胞中，B项错误；种植转基因作物，可能通过花粉扩散而使野生植物获得新基因，从而影响野生植物的遗传多样性，C项正确；导入转基因植物的外源基因有可能与感染转基因植物的某些根际微生物杂交，从而重组出对人类或其他生物有害的病原体

25、，D项正确。【答案】B3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【解析】转基因动物是指基因组中增加了外源基因的动物。题中的转基因牛中携带有外源的白蛋白基因。【答案】B4(2013苏州高二质检)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

26、。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CT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】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，只是将增殖得到的细胞(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。【答案】B5(2012江苏扬州中学期中)在判断抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中，不属于分子检测的是()A通过观察害

27、虫吃棉叶是否死亡B检测目的基因片段与DNA探针能否形成杂交带C检测目的基因转录形成的mRNA与DNA探针能否形成杂交带D检测目的基因表达产物蛋白质能否与特定抗体形成杂交带【解析】通过观察害虫吃棉叶是否死亡，属于个体水平的检测。【答案】A6人们对种植转基因农作物利弊有激烈的争论，假设正方认为种植转基因农作物对人类是有利的，反方认为种植转基因农作物是有潜在风险的。下列观点中支持正方的是()A转基因农作物会产生毒性蛋白或过敏蛋白B转基因农作物的扩散会威胁生物的多样性C推广种植抗虫棉可减少农药使用对环境的污染D抗虫基因通过基因漂移而造成“基因污染”【解析】依题意，需要选择的是转基因农作物对人类有利的方

28、面，故C选项正确，其他选项均为不利的因素。【答案】C7科学家已经运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，下列相关叙述中正确的是()该技术将导致定向变异DNA连接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供材料受精卵是理想的受体A BC D【解析】DNA连接酶是将两个DNA片段末端之间的缝隙缝合起来，在相邻的脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，而不是形成氢键。【答案】B8利用细菌大量生产人类胰岛素，下列叙述错误的是()A用适当的酶对载体与人类胰岛素基因进行切割与连接B用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌C细菌获得的新性状不能遗传D重组DN

29、A必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人类胰岛素【解析】本题考查基因工程在生产药物方面的应用，解题关键是掌握基因工程的原理。基因工程使工程菌实现了基因重组，产生了可遗传的变异。【答案】C9有人认为转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。他的依据是()A转入的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌杂交，形成新的病原体B转基因植物的抗除草剂基因，有可能通过花粉传播而进入杂草中，使杂草成为“超级杂草”C科学家赋予了转基因生物某些特殊性状，增强了它们在该地区生存条件下的竞争能力D转基因技术打破物种原有的界限，改变了生态系统中能量流动和物质循环【解析】转基因生物由于被赋予了某些特殊性状，增强了它们在该地区生