（浙江专版）2017_2018学年高中生物第一章第三节基因工程的应用教学案浙科版选修3.docx

第三节 基因工程的应用1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗除草剂、抗植物病毒、抗害虫能力。2.用植物基因工程的方法还能改变植物的花色。3.动物基因工程技术可以提高动物的生长速度、改善畜产品的品质，用转基因动物生产药物。4.利用转基因的工程菌生产的药物包括胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。5.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。一、基因工程与遗传育种1转基因植物(1)传统育种方法的不足：培育新品种所需时间较长，而且远缘亲本难以杂交。(2)植物基因工程的优势：能打破远缘亲本杂交不亲和的障碍。(3)培育成功的转基因农作物：抗除草剂的转基因烟草，抗植物病毒的转基因番茄，抗害虫的转基因棉，耐贮存的转基因番茄等。2转基因动物(1)含义：转入了外源基因的动物。(2)培育优点：省时、省力。(3)转基因动物优良性状举例：生长速度加快的转基因鼠、鱼和猪。具有抗病能力的转基因鸡和牛等。二、基因工程与疾病治疗1基因工程药物(1)来源：利用基因工程培育“工程菌”来生产的药品。(2)几种药物比较：名称成分用途传统方法基因工程方法胰岛素蛋白质治疗胰岛素依赖型糖尿病从猪和羊的胰腺中提取通过大肠杆菌生产干扰素糖蛋白治疗病毒性肝炎和肿瘤从人血液中提取通过基因工程，使人白细胞干扰素基因获得克隆和表达乙型肝炎疫苗蛋白质预防和治疗乙型肝炎通过基因工程利用酵母菌和哺乳动物细胞生产2基因治疗(1)概念：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。(2)实例：1990年，美国首例重度免疫缺陷症基因治疗成功。1991年，我国首例B型血友病基因治疗也获得满意结果。三、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聚羟基烷酯，用于合成可降解的新型塑料。2改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。3利用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下列哪项不是植物基因工程技术的主要应用()A提高农作物的抗逆性B改变植物的花色C改良农作物的品质D培养供移植的组织和器官解析：选DD项为动物克隆技术的重要应用。2下列关于基因成果的叙述，错误的是()A在医药卫生方面，主要用于诊断、治疗疾病B在农业上主要是培养高产、稳产、品质优良和具有抗药性的农作物C在畜牧养殖业上主要用于培育体形巨大、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解析：选C在畜牧业上的应用主要是提高动物的生长速度和产品品质。3下列不属于利用基因工程技术制取的药物是()A在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在青霉菌内获取青霉素D在大肠杆菌内获取胰岛素解析：选C基因工程制药是利用外源基因在受体细胞中的表达生产基因药物的技术。而青霉菌产生青霉素是其细胞中原有基因的正常表达，故不属于基因工程制药。4基因治疗是指()A把健康外源基因导入病人细胞内，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基因治疗的方法是把正常基因导入病人细胞内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。5下列关于应用基因工程技术治疗人类遗传病的叙述，错误的是()A基因治疗可以有效地改善患者生理状况，其操作对象是基因B进行基因治疗时，基因的受体细胞是受精卵C基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因进行改造D基因治疗时可只向患者部分细胞内输入正常基因解析：选B基因工程操作的动物受体细胞一般为受精卵，但基因治疗时，不用对全部体细胞发挥作用，受体细胞不是受精卵，而是部分体细胞。基因治疗不是对缺陷基因的改造，一般是将正常基因导入受体细胞，从功能上“覆盖”缺陷基因的表达。基因工程技术与传统育种技术的区别传统杂交育种基因工程育种原理基因重组异源DNA(基因)重组处理方法杂交自交筛选。先通过两个具有不同优良性状的纯种杂交得到F1，然后再将F1自交，人工筛选获取所需品种提取重组导入筛选表达。即提取目的基因形成重组DNA分子重组DNA分子导入受体细胞筛选含有目的基因的受体细胞目的基因的表达优点操作简便可以按人的意志改造生物，克服远缘杂交不亲和的障碍，目的性强，科技含量高缺点育种时间长技术复杂、操作繁琐题组冲关1我国科学家已成功运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并表达，培育出了抗虫棉。下列有关叙述错误的是()A抗虫基因在棉花细胞的表达要依赖于碱基互补配对原则B重组DNA分子中一个碱基对改变，不一定导致毒蛋白的毒性丧失C抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染D转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的解析：选D抗虫基因在棉花植株内的表达是转录和翻译过程，转录和翻译都涉及碱基互补配对。重组DNA分子中一个碱基对改变，不一定导致毒蛋白的毒性丧失，因为基因突变不一定导致生物性状的改变。抗虫基因可通过花粉传递给近缘作物，造成基因污染。检测转基因棉花是否具有抗虫特性，一般用该棉花的叶片饲喂棉铃虫，看棉铃虫是否死亡。2为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。(1)获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制酶作用于图中的_处，DNA连接酶作用于_处。(填“a”或“b”)。(2)由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用_技术，该技术的核心是_和_过程。(3)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的_作探针进行分子杂交检测，又要用_的方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。解析：限制酶的切点选择很严格，只会切断某段特定DNA序列中的某个特定位点磷酸二酯键，而DNA连接酶可以将该键连接起来。导入外源基因的细胞需要利用植物组织培养技术将其培养为植株，过程为：取材、去分化(或脱分化)形成愈伤组织、再分化形成试管苗、移栽培育成完整植物体。转基因是否成功，可测定是否有转基因产物产生，也可通过改变条件观察植物性状的变化来加以确定。答案：(1)aa(2)植物组织培养脱分化(去分化)再分化(3)耐盐基因(目的基因)一定浓度盐水浇灌(移栽到盐碱地中)1基因治疗的原理将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶细胞内，可以纠正基因缺陷而达到治疗疾病的目的。这种生物医学技术称为基因治疗。2基因治疗的过程图解题组冲关3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，错误的是()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解析：选A基因治疗是将正常的基因导入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)基因缺陷症是先天性免疫缺陷病。4据所学知识回答下列问题：(1)1978年美国科学家利用转基因技术，将人类的胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出人类胰岛素药物。请回答：从分子结构看，细菌中的质粒是一种_；质粒能随细菌的细胞分裂而增加，质粒这种增殖方式在遗传学上称为_。基因工程中常采用质粒作为_。人的胰岛素基因能在大肠杆菌细胞中表达，合成人的胰岛素，说明不同生物_。(2)现在，许多发达的国家采用基因疗法来治疗糖尿病，其操作过程如图所示。请回答：图中外源基因由_提供，受体细胞由_提供。外源基因成功表达的过程为_。解析：(1)外源基因(DNA片段)和质粒能够拼接，说明质粒也是一种DNA，而且不同生物的DNA结构是相同的。因此，DNA之间通过DNA连接酶，按照碱基互补配对的方式连接起来。质粒是环状的DNA，DNA能够随细胞分裂而复制增加。基因工程中常采用质粒作为载体。人的胰岛素基因能在大肠杆菌细胞中表达，合成人的胰岛素，说明不同生物中遗传密码相同，共用一套密码子。(2)基因疗法，首先从健康的人体细胞中获得正常基因胰岛素基因，然后连接到无害病毒的DNA上，形成一个重组DNA；再用重组DNA病毒去感染病人离体的细胞；最后，将感染的离体细胞注入病人的胰腺组织中，病人体内就能够产生胰岛素，达到治疗糖尿病的目的。答案：(1)DNADNA复制载体共用一套密码子(2)健康人病人DNARNA蛋白质(胰岛素)随堂基础巩固1抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是()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抗害虫D抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异解析：选B由于外源抗病毒基因具有特异性，因而其表达产物具有特异性或局限性，只能抵抗某种或某类病毒，不可能抵抗所有病毒，更不能抗害虫。目的基因导入受体细胞后，可以随受体内的自身遗传物质稳定遗传，也会同自身遗传物质一样发生变异。2下列有关基因工程的成果及应用的叙述，正确的是()A基因工程培育的抗虫棉具有各种抗性B基因工程可培育生长快、品质优良的动物C基因工程培育的转基因植物都是安全的D基因治疗的原理是基因突变解析：选B基因工程培育的转基因抗虫棉能抗虫，但不能抗病毒和细菌；基因工程在畜牧业方面可培育具有优良性状的动物；基因工程是把双刃剑，具有有利和有害两个方面；基因治疗的原理是基因重组。3某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将a转到马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在，下列说法正确的是()A基因a只有导入到马铃薯受精卵中才能表达B目的基因来自细菌，可以不需要载体直接导入受体细胞C基因a导入成功后，将抑制细胞原有的新陈代谢，开辟新的代谢途径D目的基因进入受体细胞后，可通过复制传给子代细胞并表达解析：选D培育转基因植株可以以体细胞或受精卵作为受体细胞；目的基因必须借助载体才能导入受体细胞；目的基因导入成功后，不抑制细胞原有的代谢途径。4科学家们对一位因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，其方法是首先将患者的淋巴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淋巴细胞中，再将这些转基因淋巴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)将转基因淋巴细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常，是由于淋巴细胞中能合成_。(4)请用基因工程方法简要写出对该女孩实施基因治疗的步骤，并写出两种鉴定是否治疗成功的方法。解析：基因治疗是指把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，进行治疗疾病的方法。在该实例中，基因的运输工具是逆转录病毒，目的基因是腺苷酸脱氨酶基因，受体细胞是淋巴细胞。患者得到恢复，说明目的基因在受体细胞中得到了表达，即淋巴细胞能合成腺苷酸脱氨酶。鉴定该治疗过程是否成功，可通过鉴定其体内该酶的量或检测其免疫能力是否有所提高。答案：(1)外源基因基因缺陷(2)载体(或基因的运输工具)腺苷酸脱氨酶基因淋巴细胞(3)腺苷酸脱氨酶(4)获取腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因表达载体的构建将重组DNA分子导入淋巴细胞腺苷酸脱氨酶基因的检测和鉴定。治疗是否成功的鉴定方法：鉴定女孩体内产生的腺苷酸脱氨酶是否越来越多；鉴定女孩产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高。课时跟踪检测1人的糖蛋白必须经过内质网和高尔基体加工合成。通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是()A大肠杆菌B酵母菌CT4噬菌体 D质粒DNA解析：选B基因工程中的目的基因表达并形成具有生物活性的蛋白质，需要高尔基体、内质网等真核生物才具有的细胞器，酵母菌为真核生物，具有快速大量繁殖的特点，是理想的受体细胞。2下列关于基因治疗的说法正确的是()A基因治疗只能治疗一些传染病，如艾滋病B基因治疗的主要方法是让患者口服一些健康的外源基因C基因治疗的主要原理是引入健康基因并使之表达D基因治疗在发达国家已成为一种常用的临床治疗手段解析：选C基因治疗是指将健康基因导入有缺陷的细胞内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。基因治疗不能治疗传染病。3番茄营养丰富，是人们喜爱的一类蔬菜。普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因，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中，错误的是()A载体常用质粒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解析：选C抗软化番茄的培育常用质粒作载体，将目的基因(抗多聚半乳糖醛酸酶基因)与质粒结合形成重组DNA分子，利用含重组DNA分子的土壤农杆菌去感染普通番茄，目的基因导入普通番茄细胞中染色体的DNA上，从而使多聚半乳糖醛酸酶基因不能表达。4在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是()A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C将重组DNA分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞解析：选A限制性核酸内切酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA。5采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列有关叙述，正确的是()A如果人凝血因子基因的核苷酸序列已知，可用人工合成的方法获得该目的基因B人体细胞中凝血因子基因进入羊受精卵细胞后，其传递和表达不再遵循中心法则C在该转基因羊体内，人凝血因子基因存在于乳腺细胞中，而不存在于其他体细胞中D人凝血因子基因开始转录后，DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA解析：选A基因的表达包括转录和翻译，基因的传递和表达遵循中心法则；转基因羊体内人凝血因子基因存在于羊所有体细胞中；人凝血因子基因开始转录后，RNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA。6美国科学家运用基因工程的方法得到体型巨大的“超级小鼠”，运用的方法是()A把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入小白鼠体内B把含有牛的生长激素基因和人的生长激素基因的表达载体分别注入小白鼠的受精卵中C把植物细胞分裂素基因和生长素基因分别注入小鼠的受精卵中D把人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注入小白鼠的卵细胞中解析：选B外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。将含有人的生长激素基因和牛的生长激素基因的表达载体分别注入小鼠的受精卵中，可得到体型巨大的“超级小鼠”。7干扰素是治疗癌症的药物，成分是一种糖蛋白，它必须从血液中提取，每升人血液只能提取0.05g，所以价格昂贵。现在美国加利福尼亚的基因公司用下图的方式生产干扰素，试分析原理和优点。(1)从人的淋巴细胞中取出_，使它同质粒相结合，然后移植到酵母菌体内，让酵母菌_。(2)酵母菌能用_方式繁殖，速度很快，能大量生产_，不但提高了产量，也降低了成本。(3)有人尝试将干扰素基因与大肠杆菌的质粒重组，转入大肠杆菌体内后，形成“工程菌”，此种操作能制备到干扰素吗？_，请说明理由：_。解析：(1)通过基因工程构建“工程菌”的方法是：从淋巴细胞中取出干扰素基因，与质粒结合形成重组质粒，并通过相应的检测与鉴定得到转基因酵母菌，然后通过培养该酵母菌，使之合成大量干扰素。(2)酵母菌能进行出芽生殖，迅速繁殖菌体，同时也能大量生产干扰素。(3)由于大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体等细胞器，无法合成糖蛋白，因此通常不用来制备干