高中生物专题1基因工程1.3基因工程的应用课堂探究素材新人教版.docx

1.3 基因工程的应用课堂探究探究点一 植物基因工程和动物基因工程的应用问题导引植树种草是干旱地区防治土地沙化的根本措施，但水源短缺所引发的树种或草种成活率低是妨碍干旱地区成功绿化的突出难题。思考：（1）为了在干旱地区实施绿化，对选择的树种或草种有何要求？（2）如果在干旱地区引种不耐旱的树种或草种，对它们应如何操作才能获得成功？提示：（1）应选择耐旱的树种或草种进行绿化。（2）寻找其他物种的耐旱基因并将这些耐旱基因通过转基因技术导入不耐旱的树种或草种，从而把它们培养成耐旱的新品种，提高种植成活率。名师精讲1植物基因工程领域的成果植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。项目抗虫转基因植物抗病转基因植物其他抗逆转基因植物利用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、抗毒素合成基因调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因（从鱼体内获取）抗除草剂基因含必需氨基酸较多的蛋白质编码基因控制番茄果实成熟的基因与植物花青素代谢有关的基因作用抗虫：Bt毒蛋白水解成多肽，与昆虫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；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；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通过改变细胞内渗透压，提高抗盐碱、抗干旱能力提高耐寒能力提高抗除草剂能力控制合成的蛋白质含必需氨基酸多延迟番茄成熟改变花瓣的颜色举例转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等烟草（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）转基因延熟番茄、富含赖氨酸的转基因玉米、转基因矮牵牛等说明抗虫但不抗病毒、细菌、真菌等培育抗虫作物的优点：减少环境污染、降低生产成本不同的抗虫基因作用机理不同Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌引起植物生病的微生物有病毒、细菌、真菌三大类抗逆指抵抗不良环境的能力赖氨酸、亮氨酸等都属于必需氨基酸特别提醒 （1）注意“抗虫”和“抗病”的区别：前者特指对害虫啃食的抵御，而后者特指对病原微生物感染的抵御。（2）改良植物品质的含义是改变细胞内生化物质的种类和含量。2动物基因工程领域的成果动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等方面显示了广阔的应用前景。方向目的基因实例提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼等改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中乳糖含量较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件具有乳腺生物反应器的转基因动物作器官移植供体的转基因动物抑制抗原决定基因表达的调节因子无免疫排斥反应的转基因克隆猪3乳腺生物反应器（1）概念。科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，然后，将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。特别提醒 乳腺生物反应器特指生产药物的转基因动物，而非机械仪器。（2）培育过程。（如血清白蛋白基因、生长激素基因等）（目的基因与乳腺蛋白基因启动子重组）（显微注射法）（发育成转基因动物） 分泌乳汁生产药品特别提醒 乳腺（房）生物反应器的主要用途：生产胰岛素、干扰素、促红细胞生成素等；生产基因疫苗；生产抗体；生产酶制剂；生产营养品。目前，科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中生产出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和抗胰蛋白酶等医药产品。4动、植物基因工程在应用方面的相同点相同点实例植物基因工程动物基因工程用于品种改良培育抗逆性新品种改良植物的品质培育快速生长的新品种改善畜产品的品质用于生产药物培育能表达出外源药物蛋白的植物生物反应器培育乳腺生物反应器特别提醒 除相同点外，动物基因工程不同于植物基因工程的一个特殊应用是培育转基因动物作器官移植的供体。【例题1】 金茶花是中国特有的观赏品种，但易被有害真菌感染得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答下列问题。（1）将连接到上并形成，常用到的酶有_。（2）抗枯萎病的金茶花培育成功，从变异的角度来说属于_。（3）经过转基因方法获得的抗病金茶花，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？_。（4）通过检测，被侵染的金茶花叶片细胞具备了抗病性，这说明已经_。判断抗病基因是否表达可以从个体水平上做_实验。解析：（1）是用限制性核酸内切酶切割质粒，是指目的基因的获取，是指目的基因与质粒在DNA连接酶的作用下形成重组质粒。（2）基因工程是在人为作用下将控制不同性状的基因重新组合从而改造生物性状，从本质上来说这种变异属于基因重组。（3）经过转基因方法获得的抗病金茶花可能相当于杂合子，将来产生的配子中不一定含有抗病基因。（4）金茶花叶片细胞具备了抗病性，说明目的基因已在受体细胞中得到了表达。答案：（1）限制酶、DNA连接酶（2）基因重组（3）不一定（4）表达抗病接种探究点二 基因工程药物和基因治疗问题导引通过基因工程技术可用于生产药物，以乙型病毒性肝炎（以下简称乙肝）疫苗为例，可大致了解基因工程生产药物的过程。和其他蛋白质一样，乙肝表面抗原（HBSAg）的产生也受DNA调控，利用基因剪切技术，用一种“基因剪刀”将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来，装到一个表达载体中，所谓表达载体，是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来；再把这种表达载体转移到受体细胞内，如大肠杆菌或酵母菌等；最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖，生产出大量我们所需要的HBSAg（乙肝疫苗）。思考：（1）将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来的“基因剪刀”叫什么名字？（2）什么叫基因工程药物？尝试给“基因工程药物”下个定义。（3）和传统药物相比，基因工程药物有哪些优点？提示：（1）限制酶。（2）基因工程药物是指：先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质（即基因疫苗或药物）。（3）基因工程药物的生产主要利用了大肠杆菌或酵母菌，它们有极强的繁殖能力，药物的产量大，价格便宜；基因工程药物的生产借助了高科技手段，药物的质量好、纯度高、疗效好等。名师精讲1基因工程药品的获得（1）方式：利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株，含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株都是“工程菌”。用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。（2）成果：利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。（3）利用微生物生产药物的优越性。与传统的制药相比有以下优越性：利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。可以解决传统制药中原料来源不足的问题。降低生产成本，减少生产人员和管理人员。2基因治疗（1）原理：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。（2）过程。（3）用于基因治疗的基因种类。正常基因：从健康人体内分离得到的功能正常的基因，用于取代病变基因的功能或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的生理缺陷，如对血友病和地中海贫血病的治疗。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，来阻断蛋白质的合成。自杀基因：编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。特别提醒 基因治疗的实质是利用正常基因在细胞中表达，替代缺陷基因的功能，而非替代缺陷基因本身。基因治疗目前处于初期的临床研究阶段。可以说，在没有完全解释人类基因组的运转机制、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。基因治疗、基因工程药物、植物基因工程和动物基因工程均属于基因工程的应用领域，目的基因的受体细胞依次为人体细胞、微生物细胞、植物细胞和动物细胞。【例题2】 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对有缺陷的基因进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的C运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞产生基因突变恢复正常D运用基