高中生物专题1 基因工程 1.3 基因工程的应用同课异构课件.pptx

1.3基因工程的应用,探究1植物基因工程【研读教材自主认知】1.植物基因工程技术的应用:(1)提高农作物的_(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)。(2)改良_。(3)利用植物_等。,抗逆能力,农作物的品质,生产药物,2.植物基因工程的成果:(1)抗虫转基因植物和抗病转基因植物:,杀虫活性的基因,抗病基因,蛋白酶,淀粉酶,外,壳蛋白,几丁质酶,化学农药,(2)抗逆转基因植物:,抗盐碱,抗干旱,抗冻蛋白,3.利用转基因改良植物的品质:(1)方法:将优良性状基因导入植物,获得优良品质的植物。(2)意义:改良植物的某些_。,品质,【小判断】(1)基因工程育种比传统育种所需的时间短,并且可以解决远缘亲本难以杂交的问题。()【分析】基因工程育种目的性强,直接将目的基因导入受体细胞培育转基因生物,与传统育种相比,所需时间短,同时也克服了远缘亲本难以杂交的问题。,(2)利用转基因改良植物品质,目的基因一定是控制该性状的基因。()【分析】不一定,还可能是与该性状有关的某种酶的基因。(3)科学家利用转基因技术培育了抗玉米螟玉米,种植该玉米的农田就不需要进行防虫管理了。()【分析】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。,【合作探究核心归纳】1.基因工程应用于提高农作物的抗逆能力:(1)培育抗虫、抗病的转基因植物,首先要获取其目的基因,写出常用的目的基因。抗虫棉的目的基因:_。抗病转基因植物的目的基因:_。,Bt毒蛋白基因,病毒外壳蛋白基因,(2)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗?为什么?提示:不能,因为抗虫基因具有专一性。(3)对于基因工程生产的抗虫棉是否取得最后的成功,最简单的检测方法是什么?这种检测属于哪一层次?提示:让害虫去吃转基因棉花的植株,观察害虫的生存状况来鉴定植株是否具有相应的抗虫性状。这属于个体水平上的检测。,(4)从基因与性状的关系角度思考,利用转基因改良植物品质的途径有哪些?提示:直接导入控制该性状的结构蛋白基因。导入与该性状有关的某种酶的基因。,2.培育抗逆作物的意义:(1)从环境保护角度出发,分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性。提示:减少了化学农药的使用量,降低了环境污染。(2)种植转基因抗虫棉若干年后,害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性?为什么?提示:会。害虫会因基因突变产生对转基因抗虫棉的抗性。,【归纳总结】植物基因工程成果分析(1)转基因植物所用目的基因的类型:可以是控制某性状的结构蛋白基因,也可以是控制与该性状有关的某种酶的基因。(2)转基因植物的抗性。转基因抗虫植物不会受到某种害虫的侵害,但仍会受到细菌、真菌或病毒等病原体的侵害。转基因抗病植物可以不受细菌、真菌或病毒的侵害,但仍会受到害虫的侵害,种植过程中需要使用一定量的农药。,(3)转基因植物的作用时效性:转基因抗虫植物与转基因抗病植物不是一劳永逸的,种植一段时间后,害虫或病原体可能对它们产生抗性。,【过关小练即时应用】1.(2015银川高二检测)目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉,以下说法正确的是()A.苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达B.抗虫基因导入棉花叶肉细胞后,可通过传粉、受精的方法,使抗虫性状遗传下去C.标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因D.转基因抗虫棉经过种植,棉铃虫不会产生抗性,这样可以有效消灭棉铃虫,【解题指南】解答本题要注意以下关键点:(1)将目的基因导入植物细胞常采用农杆菌转化法。(2)转基因生物在有性生殖时,子代不一定能够获得相应性状。(3)抗虫作物只能抵抗害虫对该作物的破坏,不能消灭害虫。,【解析】选C。苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后需用农杆菌转化法,导入棉花的叶肉细胞,不能直接进入棉花的叶肉细胞表达,A项错误;叶肉细胞是体细胞,其基因不能通过有性生殖进行遗传,可以通过组织培养技术,使抗虫性状遗传下去,B项错误;构建好的基因表达载体中必须含有标记基因,以便于确定目的基因是否进入受体细胞内,C项正确;棉铃虫抗性的产生是基因突变的结果,但抗虫棉的自然选择会使棉铃虫的抗性基因频率升高,D项错误。,2.北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,有关叙述正确的是(),A.过程获取的目的基因可用于基因工程和比目鱼基因组测序B.将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因,不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白C.过程构成的重组质粒缺乏标记基因,需要转入农杆菌才能进行筛选D.应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达,【解题指南】解答本题需明确图示各操作过程的含义。(1)通过可知通过反转录获取目的基因。(2)目的基因的检测与鉴定包括分子水平上的检测和个体水平的检测。,【解析】选B。因为一种氨基酸可能对应多种密码子等因素,导致反转录合成的目的基因与原基因有较大的差异,所以人工合成的目的基因不能用于比目鱼基因组测序,A选项错误;抗冻蛋白的11个氨基酸的重复序列重复次数越多,抗冻能力越强,并不是抗冻基因的编码区重复次数越多抗冻能力越强,抗冻基因编码区依次相连形成的新基因已不是原来的抗冻基因,因此不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白,B选项正确;农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的最常用方法,不是为了筛选含有标记基因的质粒,C选项错误;应用DNA探针技术,可以检测转基因植物中目的基因的存在,但不能完成对目的基因表达的检测,D选项错误。,【补偿训练】下列关于转基因植物的叙述,不正确的是()A.受体细胞用植物的受精卵或体细胞均可B.害虫也会对抗虫植物产生抗性C.约80%的转基因植物都是通过农杆菌转化法培育而来的D.植物基因工程的目的是培育抗虫和抗病植物【解析】选D。植物基因工程除培育抗虫植物和抗病植物外,还可培育抗逆植物,改良植物的品质等。,探究2动物基因工程【研读教材自主认知】1.应用前景:在动物品种改良、建立_、_等方面显示了广阔的应用前景。,生物反应器,器官移植,2.具体应用:,生长激素,肠乳糖酶,药用,乳腺,器官移植,抗原决定基因,克隆技术,免疫排斥反应,【合作探究核心归纳】1.动物基因工程改良动物品种:(1)为提高动物的生长速率,需将外源生长激素基因导入动物体内,应该选择哪种细胞作受体细胞?试分析其原因。提示:受精卵。受精卵体积较大,操作较容易,含营养物质丰富,也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因,全能性较高。(2)为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量?提示:肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶,可以分解乳汁中的乳糖。,2.转基因动物生产药物的过程:(1)乳腺生物反应器有哪些优点?提示:产量高、质量好、成本低、易提取。(2)生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求?为什么?提示:必须把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。因为只有连接了乳腺蛋白基因的启动子,才能保证相应的目的基因在雌性动物泌乳期在其乳腺细胞内得以表达。,3.器官移植供体:用转基因动物作器官移植的供体时,最大的问题是免疫排斥,探讨如何解决这一难题。提示:可以利用基因工程方法对相应器官进行改造,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。,【归纳总结】动物基因工程的应用,【过关小练即时应用】1.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人血清白蛋白基因的转基因牛。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了30多倍,标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。以下与此有关的叙述中,正确的是(),A.体细胞中出现新基因的动物是转基因动物B.所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人血清白蛋白基因C.人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人血清白蛋白,是因为人血清白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中是纯合的,在其他细胞中则是杂合的D.转基因牛的肌肉细胞中有人血清白蛋白基因,但不能表达,【解题指南】解答本题有两个关键点:(1)转基因生物不仅仅是基因组中出现了外源的新基因,还需要成功表达。(2)转基因生物中所有的体细胞中都含有目的基因,但是并非都进行表达。,【解析】选D。体细胞中出现新基因有可能是基因突变导致的,故A错误。所谓“提高基因表达水平”是指增强血清白蛋白基因表达,血清白蛋白基因数目没有增多,故B错误。“转基因动物”一般用到的受体细胞是受精卵,发育的个体几乎所有细胞中都有相同的外源基因,故C错误。转基因牛的血清白蛋白基因也是选择性表达的,在肌肉细胞中不能表达,故D正确。,2.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,该项目生产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,可生产干扰素、乙肝表面抗原及抗凝血酶等医药产品,造福人类。请根据这一科技成果的研究过程回答问题:(1)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组合形成了基因表达载体。在基因表达载体的构建过程中需要的工具酶有_。,(2)在基因工程操作过程中,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_。(3)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。;。,【解题指南】解答本题需明确:(1)利用PCR技术可以扩增目的基因。(2)构建基因表达载体所需的酶以及基因表达载体上标记基因的作用。(3)检测和鉴定目的基因是否成功导入的方法。,【解析】(1)目的基因的扩增用PCR技术。(2)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别受体细胞中是否导入了目的基因。(3)目的基因的检测与鉴定的方法有:DNA分子杂交(检测是否导入了目的基因)、DNA与mRNA杂交、抗原与抗体杂交等。,答案:(1)PCR限制性核酸内切酶、DNA连接酶(2)基因表达载体的构建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(3)DNA分子杂交DNA与mRNA杂交抗原抗体杂交从羊的乳汁中提取相应药用蛋白(以上任意写出两点即可),【互动探究】利用此方法生产药物时,转基因动物的所有体细胞中是否均含有目的基因?为什么?提示:是。因为利用动物乳腺生物反应器技术时受体细胞为受精卵,所以转基因动物的所有体细胞中均含有目的基因。,【补偿训练】科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中,下列说法正确的是()A.将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,可以用花粉管通道法B.进行基因转移时,通常要将外源基因转入受精卵中C.人的生长激素基因只存在于小鼠的膀胱上皮细胞中D.采用抗原抗体杂交技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组,【解析】选B。花粉管通道法是将目的基因导入植物细胞常用的方法,A项错误;动物基因工程中只有将目的基因导入受精卵中才能使其发育成动物个体,B项正确;由导入生长激素基因的受精卵发育而成的动物个体的全部体细胞中都含有生长激素基因,C项错误;检测目的基因是否插入受体细胞基因组中常用的方法是DNA分子杂交技术,D项错误。,探究3基因工程药物及基因治疗【研读教材自主认知】1.基因工程药物异军突起:(1)方式:利用基因工程培育“_”来生产药品。(2)成果:利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。,工程菌,2.基因治疗:(1)概念:把_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取自患者的_中,使淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶,再将这种淋巴细胞转入患者体内,治疗复合型免疫缺陷症。,正常基因,淋巴细胞,基因转移,组织细胞,(4)目前所处阶段:_阶段。(5)存在问题:还没有完全解释_的运转机制,没有充分了解基因调控机制和疾病的分子机理,还存在着_、_,以及_的诸多困难。,初期的临床试验,人类基因组,技术方面,伦理道德,方面,安全性方面,【小判断】(1)通过基因工程生产干扰素与传统的生产方法相比较,患者的治疗费用大大提高了。()【分析】从血液中提取干扰素,产量很低,费用极高。通过人白细胞干扰素基因在受体细胞中克隆和表达获取,大大降低了患者的治疗费用。,(2)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,能获得产生人干扰素的菌株。()【分析】利用基因工程的原理,将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,若成功表达可获得能产生人干扰素的菌株。(3)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,达到治疗疾病的目的。()【分析】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。,(4)某遗传病患者通过基因治疗获得的正常性状能够在后代个体中表现。()【分析】基因治疗只是将正常基因导入某些功能细胞中,这些细胞为体细胞,所以性状不能在下一代中表现。,【合作探究核心归纳】1.基因工程药物异军突起:(1)通过基因工程直接得到的药物有什么特点?提示:利用基因工程生产的药物一般都是蛋白质类产品。(2)利用转基因细菌能否直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物?为什么?提示:利用转基因细菌不能直接生产糖蛋白类的产品,因为细菌中只有核糖体,没有内质网和高尔基体等其他细胞器。,2.复合型免疫缺陷症的基因治疗及基因治疗的途径:(1)研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的什么细胞中?为什么不能转入其他的体细胞?提示: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)如何鉴定该患者是否治疗成功?提示: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)从操作程序上分析,体内基因治疗和体外基因治疗最大的区别是什么?提示:两者最大的区别就是将正常基因导入受体细胞的场所,体外基因治疗是在体外将正常基因导入受体细胞后,经筛选、培养,再转移到患者体内,而体内基因治疗是正常基因与载体结合后直接转移到人体组织细胞中。(4)经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷的基因?提示:存在。基因治疗只是导入正常基因,而没有去除缺陷基因。,【归纳总结】体外基因治疗和体内基因治疗的比较,【过关小练即时应用】1.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.利用青霉菌获取青霉素D.在大肠杆菌内获得胰岛素,【解题指南】解答本题有两个关键点:(1)基因工程通过转入外源基因使某种生物产生原本不是本生物体内的某种物质或性状。(2)基因工程生产的药物一般都是蛋白质类的产品。,【解析】选C。基因工程制药的