北师大版生物选修三 第4章 第3节基因工程的应用及产业化前景 学案.docx

第3节基因工程的应用及产业化前景目标导读1.阅读教材p8386内容，了解动植物基因工程成果。2.分析教材p8691图文，简述基因治疗和基因芯片。重难点击1.动植物基因工程成果。2.基因治疗和基因芯片。方式一基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的几十年间，得到了飞速的发展，目前已经成为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、能源和医疗卫生等方面，也展示出美好的前景。我们今天就一起来分享一下它的成果吧！方式二胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100 kg胰腺只能提取45 g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌dna分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。可以看出利用转基因微生物生产药物与传统的制药相比的优越性：无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品、降低生产成本，减少生产人员和管理人员，而且可以解决传统制药中原料来源不足的问题。基因工程取得了哪些丰硕成果，还有哪些进展，让我们一起来学习吧。一、动植物基因工程成果1植物基因工程成果(1)突破了传统杂交育种的局限性传统杂交育种的不足：育种周期长，易丢失优良基因。转基因植物的实例a抗病植物：如抗病毒的烟草和马铃薯是导入了抗病毒基因。b抗虫植物：抗虫玉米和抗虫棉花是把苏云金杆菌体内的一种编码毒素蛋白的基因导入玉米和棉花，减少了喷洒农药造成的污染。c优质植物：把编码赖氨酸的基因转入小麦基因组，培育出了富含赖氨酸的小麦。转基因技术的优点：克服了远源种及种间杂交不育或不能杂交的障碍，使得生物界存在的抗病虫害基因、优良的品质基因等都可以重组到植物染色体上，从而培育出优良的品种，同时还缩短了育种周期。(2)开辟了生产疫苗的新途径：科学家培育出一种可以生产乙肝疫苗的转基因胡萝卜，通过生吃或榨汁食用就可以达到接种疫苗的效果。2动物基因工程成果(1)改良畜禽经济性状的新思路快速生长动物：通过转基因技术，使受体动物合成某些必需的氨基酸，或改变动物的生长调节系统，进而促进动物生长、提高饲料的利用率。如把人的生长激素基因导入猪的受精卵得到的转基因猪生长速度和饲料利用效率显著提高。抗病动物：将抗病基因导入动物体内，提高动物的抗病能力。(2)动物生物反应器为医药事业开辟了新途径乳腺生物反应器的优势a乳腺是外分泌器官，乳汁不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。b从乳汁中获取的基因产物，不但产量高，易提纯，而且表达的蛋白质经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。动物生物反应器生产的药物1抗胰蛋白酶、凝血因子、生长激素等。知识提炼基因工程育种和传统杂交育种的比较项目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。即目的基因的获得基因表达载体的构建目的基因的导入目的基因的检测与表达产物的测定优点操作简便可以按照人的意愿改造生物，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在培育转人生长激素基因牛的过程中，过程需要的工具酶有哪些？过程常用的方法是什么？答案限制性内切酶、dna连接酶；显微注射技术。2该转基因牛的所有细胞中都有人的生长激素基因吗？为什么？答案都有。因为该转基因牛的所有细胞都来自受精卵的有丝分裂。3要使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，应如何设计？答案在人生长激素基因的上游连接上专一在乳腺细胞中表达的蛋白质基因的启动子。4抗虫棉的培育过程中，受体细胞一定也是受精卵吗？答案不一定。也可以是体细胞。5抗虫棉培育成功后，其效果会不会持久不变？答案不会，棉铃虫也会对其产生抗性。1继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，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。请回答下列问题：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是_。(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_。(3)通常采用_技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_细胞中特异表达。答案(1)显微注射法(2)受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达(3)分子杂交检测(4)膀胱上皮解析在基因工程中，若受体细胞是动物细胞，常采用显微注射的方法导入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，当作受体细胞的通常是受精卵，其原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。检测目的基因是否插入到受体细胞的基因组，通常采用的是dna分子杂交技术。二、基因治疗和基因芯片1基因治疗(1)基本原理：将健康和正常的基因通过某种载体导入人体细胞中有缺损或有变异基因的部位，并使目的基因在机体内有效表达，达到防治疾病的目的。(2)操作程序：目的基因的选择和制备运载体的选择靶细胞的选择目的基因进入靶细胞的方式外源基因表达的检测。(3)治疗对象：血友病、严重贫血、关节炎、心血管病、癌症、甚至艾滋病等疑难顽症。(4)存在的问题目的基因的安全性问题a应确认目的基因进入人体后不会产生有害的遗传变异。b目的基因的表达应有一定的可控性。运载体问题运载体优点不足脂质体导入效率低，无靶向性病毒逆转录病毒安全；针对增殖的细胞导入效率非常低腺病毒导入效率高；可以对生殖细胞进行导入，便于治疗遗传病与代谢病引起严重的免疫反应致病多基因问题：对多基因遗传病难以收到较好的疗效。2基因芯片(1)制作过程将多个dna片段粘在玻璃上，将每一个dna片段的序列信息和所粘贴的位置贮存到计算机里。(2)工作原理：分子杂交技术。待测dna样品荧光标记与基因芯片进行分子杂交信号输入计算机统计分析检测出待测样品的dna序列。(3)优点：一次可以检测大量的基因。(4)基因芯片的用途监测基因表达的变化、分析基因序列、寻找新的基因和新的药物分子。研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病，患者由于腺苷脱氨酶基因出现缺陷，造成体内缺乏腺苷脱氨酶；而腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，患者不能抵抗病原微生物的威胁。下图是用基因治疗的方法治疗该病的过程图，请分析下列问题：1治疗该病可不可以将正常人的免疫细胞直接输入患者体内？答案不行。会发生排斥反应，输入的细胞无法存活。2研究人员将腺苷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？答案淋巴细胞。腺苷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免疫物质。3经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷基因？答案存在。基因治疗只是导入正常基因，并没有去除缺陷基因。4怎样鉴定该患者是否治疗成功？答案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。知识拓展体外基因治疗和体内基因治疗的比较 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细胞培养体外完成基因转移筛选、细胞扩增输入体内外源基因载体携带体内相应组织细胞特点操作复杂，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2基因治疗是指()a用dna探针修复缺陷基因b用dna探针检测疾病c将正常基因导入有基因缺陷的细胞中d将外源基因导入受体细胞答案c解析基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入病人的靶细胞，以纠正基因的缺陷，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。3下列关于基因芯片