中圖版選修三基因工程的應(yīng)用學(xué)案(2

1、基因工程的應(yīng)用【本節(jié)重難點】重點：1.基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應(yīng)用難點：1.基因治療【知識精講】教材梳理知識點一植物基因工程的應(yīng)用植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗 鹽堿等）以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。1. 提高抗逆性（1） 常用抗蟲基因：用于抗蟲（殺蟲）的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、 淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。（2） 常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因；b.抗真菌基 因有：幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因（3）其他抗逆基因：環(huán)境條件對農(nóng)作物的生產(chǎn)會造成很大影響，并且這些影

2、響是多方面的， 因此，抗逆性基因也有多種多樣，如：抗鹽堿和干旱的調(diào)節(jié)細胞滲透壓基因、抗凍基因、抗 除草劑基因等等。2. 改良植物品質(zhì)由于人們的食品含有的營養(yǎng)不平衡，不能滿足人們對食品的要求，這樣，可以通過轉(zhuǎn)基因技 術(shù)，使植物能夠合成某些本來不能合成的物質(zhì)。如科學(xué)家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼 基因?qū)胫参镏?，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。3. 生產(chǎn)藥物基因工程不但促進了傳統(tǒng)技術(shù)的變革，也為人類提供了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)難以得到的許多昂貴藥品， 并已形成基因工程制藥業(yè)的雛形。目前諸如人胰島素、人生長激素、人腦激素、 a -干擾素、乙肝疫苗、蛋白 C組織血纖維蛋白溶酶原激

3、活劑等數(shù)十種基因工程藥物已實現(xiàn) 商品化。此外，還有促紅細胞生成素、白細胞介素-2、腎素、心鈉素等一大批珍貴藥品正處于試用或臨床試驗階段。知識點二動物基因工程的應(yīng)用1. 用于提高動物生長速度：由于外援生長激素基因的表達可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得更快，將 這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。如：轉(zhuǎn)基因綿羊和轉(zhuǎn)基因鯉魚。2. 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：基因工程可用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。如：有些人對牛奶中的乳糖 不能完全消化或食用后會出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適癥狀，科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽?牛基因組，這樣所獲得的牛奶其成分不受影響，但乳糖的含量大大減低。3. 用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體：目前，人體移

4、植器官短缺是一個世界性的難題，用其它 動物的器官替代，又會出現(xiàn)免疫排斥現(xiàn)象，現(xiàn)在，科學(xué)家正試圖利用基因工程方法對一些動 物的器官進行改造，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。知識點三基因治療1. 概念：基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治 療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。2. 方法：體外基因治療和體內(nèi)基因治療體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種相關(guān)細胞，進行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再-6 -篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)，這種方法叫做體外基因治療。 體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法叫做體內(nèi)基因治療。說

5、明：對于遺傳病的治療最根本的方法是進行基因替換或修復(fù)?；蛑委煹淖罴褧r期理論上 是受精卵時期，這樣可以使個體的每個細胞都含有正常基因，但在現(xiàn)實生活中是不可能的， 因為不可能人人在受精卵時期進行基因檢查。其次是對患者進行相關(guān)細胞的基因替換，如： 對于遺傳性糖尿病患者，只對胰腺的B細胞進行基因替換，該個體就能正常分泌胰島素，糖尿病得以治療；但這種局部細胞的基因替換，并沒有改變其它部位細胞的基因，如精原細胞， 其后代很大可能還會患遺傳性糖尿病。教材拓展拓展點一 該節(jié)內(nèi)容是對第 2節(jié)知識的綜合運用，是近幾年及今后幾年高考的主考點。在學(xué) 習(xí)這部分知識時，要注意以下幾點：1. 熟練、靈活掌握第2節(jié)的基礎(chǔ)知

6、識，形成系統(tǒng)的、完善的知識體系2. 目的基因來自其他生物，目的基因和受體細胞的基因構(gòu)成基因重組，這是基因工程的原理。3. ?？贾R為基因操作的基本步驟4. 相關(guān)知識為 DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制、基因控制蛋白質(zhì)的合成及對性狀的控制、基因突變、酶的 性質(zhì)和作用、其他生物工程等5. 解決的方法是學(xué)好相關(guān)知識，達到靈活運用程度，進行知識遷移。拓展點二基因治療的過程（以鐮刀形細胞貧血癥的治療為例）步驟過程獲取正常的血紅蛋白 基因用限制性核酸內(nèi)切酶從人的DNA分子中切取血紅蛋白基因形成重組載體用冋一種限制性核酸內(nèi)切酶在載體DNA上切開一個切口，用 DNA連接酶將正常血紅蛋白基因連接在載體DNA上，形成重組載體重

7、組載體的轉(zhuǎn)化與篩 選將攜帶正常血紅蛋白基因的重組載體導(dǎo)入患者的造血干細胞中， 并將重組載體插入到染色體。用選擇培養(yǎng)基篩選出含重組質(zhì)粒的 造血干細胞。將含正常血紅蛋白基 因的造血干細胞回輸 給患者骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細胞輸入患者骨髓中，此造血 干細胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白的紅細胞，以根治鐮刀形細胞貧血癥拓展點三利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成 表達載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以 下優(yōu)越性：1. 利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大 量

8、藥品。2. 可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭?；?0頭豬的胰臟中才能提取到。1978年科學(xué)家用2 000 L大腸桿菌發(fā)酵液得到 100 g胰島素，相當(dāng)于從1 000 kg豬胰臟中提取的量。又如， 生長素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長素。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。3. 降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員?！镜漕}分類精析】考點一、植物基因工程的應(yīng)用例1 .下列說法正確的是A. 用基因工程方法培育抗蟲植物也能抗病毒羊蛋白貫基因染色體上的具它

9、基因羊染色體片段 II II去除羊蛋 I1J白質(zhì)基因|r人體蛋白質(zhì)基因插入人體蛋白質(zhì)基因|分泌含人體蛋白質(zhì)的羊乳B. 基因工程在畜牧業(yè)上應(yīng)用的目的是培育體型巨大、品質(zhì)優(yōu)良的動物C. 任何一種假單孢桿菌都能分解四種石油成分，因此，假單孢桿菌是“超級細菌”D. 基因工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用主要是培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良和具有抗性的農(nóng)作物分析：本題考查基因工程的應(yīng)用。用基因工程方法培育的抗蟲植物(如抗蟲棉)不能抗病毒；科學(xué)家培養(yǎng)超級動物的更重要的目的是利用某些特定的外源基因在哺乳動物體內(nèi)表達，獲得 人類所需要的各類物質(zhì)(如激素、酶、抗體等)；每一種假單孢桿菌只能分解石油中的某一種 成分，科學(xué)家利用生物

10、工程的方法，把能分解三個烴類的基因轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類的假 單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時分解四種烴類的超級細菌。答案：D點評：抗蟲和抗病毒不是一回事，抗蟲棉轉(zhuǎn)入的基因能夠合成毒蛋白，害蟲吃了這種毒蛋白 后，能抑制害蟲正常的新陳代謝，而對病毒不起作用，所以，抗蟲棉抗蟲而不抗病毒。(參見知識點1) 例2.金茶花是中國特有的觀賞品種，但易得枯萎病，降低觀賞價值。科學(xué)家在某種植物中找 到了抗枯萎病的基因，用轉(zhuǎn)基因方法培育出了抗枯萎病的新品種。請據(jù)圖回答：(1) 獲得一般用 的方法，和結(jié)合能形成，最重要的是和經(jīng)處理后具有。(2) 在t過程中，獲得抗病基因的金茶花細胞將經(jīng)歷 和過程后才能形成。(3 )抗枯

11、萎病金茶花的培育成功說明一種生物的基因表達系統(tǒng)能夠識別來自另一種生物的DNA的。(4) 欲快速培育大量該抗病新品種，應(yīng)該采用的技術(shù)是 。通過轉(zhuǎn)基因方法獲得的抗病金茶花，將來產(chǎn)生的配子中是否一定含有抗病基因？。分析：要獲得具有抗病基因的重組載體，首先用限制性內(nèi)切酶切出抗病基因(目的基因)，并用同一種限制性內(nèi)切酶在質(zhì)粒這一環(huán)狀DNA上切口，再用 DNA連接酶將目的基因與質(zhì)粒連接在一起，形成重組載體。將重組載體導(dǎo)入茶花細胞中，由這一細胞發(fā)育成的植株就產(chǎn)生了抗 病性，說明抗病基因已得到了表達。如果重組載體存在于茶花細胞的細胞質(zhì)中，則抗病基因 在茶花的有性生殖中符合細胞質(zhì)遺傳，即產(chǎn)生的雌配子中含有抗病基

12、因，而雄配子中一般不 含有抗病基因。如果重組載體整合到了茶花細胞和中的DNA分子上，則抗病基因在茶花的有性生殖中基因發(fā)生重組，產(chǎn)生的配子中也不一定含有抗病基因。因此，保持后代都具有抗病 性狀的最好方法是無性繁殖，如植物組織培養(yǎng)(克隆)。答案：(1)人工合成基因相同的黏性末端(2)脫分化 再分化(3) 脫氧核苷酸序列(遺傳信息或堿基序列)(4)植物組織培養(yǎng)不一定點評：絕大多數(shù)目的基因?qū)胧荏w細胞中后，跟染色體DNA吉合，屬于核遺傳?？键c二、動物基因工程的應(yīng)用例3 原有基因通過DNA重組技術(shù)得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物?，F(xiàn)在這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，人類控制蛋白質(zhì)合成的基因可以替代羊染色體

13、上的相似基因，右圖表示了 這一技術(shù)的基本過程。請回答：（1） 人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”到羊染色體內(nèi)，原因是 。（2） 從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是 。將人體蛋白質(zhì)基因“插入”羊體細胞染色體中的酶是 。（3）將人體蛋白質(zhì)基因?qū)胙蝮w內(nèi)并成功地表達，使羊產(chǎn)生新的性狀。這種變異屬于（4）舉出兩例說明轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用: 。（5）假設(shè)人體蛋白質(zhì)基因含有12000個堿基對，則該基因控制合成的蛋白質(zhì)共有 個氨基酸。分析：本題考查識圖能力、理解能力、分析問題能力和表達水平。主要考查知識點是：蛋白 質(zhì)的結(jié)構(gòu)、基因?qū)π誀畹目刂?、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、蛋白質(zhì)的簡單計算、應(yīng)用等知識點。（1）人體蛋白質(zhì)基因要能夠

14、“插入”到羊染色體內(nèi)，必須要求人的DNA分子和羊染色體的 DNA分子具有相同的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。（2）基因的“剪刀”是限制性內(nèi)切酶，基因的“針線”是DNA連接酶。（3）通過將人的基因重新組合到羊的DNA分子中，從而使羊產(chǎn)生新的性狀，所以這種變異屬于基因重組。（4 ）實際的例子還有：培育抗蟲棉、培育“向日葵豆”植株、基因治 療、在動物的乳腺細胞中培育人類需要的激素、抗體、酶等。（5）按照基因中每 3對堿基決定1個氨基酸即可計算得出。答案：（1）人和羊 DNA分子的空間結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成相同；有互補的堿基序列（答出其中 一點即可）（2 ）限制性內(nèi)切酶；DNA連接酶（3）基因重組（4）培育轉(zhuǎn)基因超級動

15、物；提供器官移植的來源（其他合理答案亦給分）（5） 4000點評：目的基因?qū)胧荏w細胞后，絕大多數(shù)跟染色體DNA吉合。一一知識點2 考點三、基因治療例4 .如果通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，成功改造了某血友病女性的造血干細胞，使其凝血功能全部恢復(fù) 正常。當(dāng)她與正常男性結(jié)婚，婚后所生子女的表現(xiàn)型為A. 兒子、女兒全部正常B. 兒子、女兒中各一半正常C. 兒子全部有病，女兒全部正常D. 兒子全部正常，女兒全部有病分析：通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)改造人的造血干細胞，就是將健康人的正?；?qū)牖颊唧w內(nèi)，合成凝血因子，恢復(fù)正常的凝血功能。答案：C點評：血友病為 X染色體上的隱性遺傳病，本題中完成轉(zhuǎn)基因的細胞只有造血干細胞，而正

16、常的體細胞和精原細胞沒有進行轉(zhuǎn)基因，女性患者所產(chǎn)生的卵細胞仍然含有血友病基因，所 以，所生男孩都患病。這是做錯本題的主要原因。例5. 18.1990 年對一位缺乏腺苷脫氨酶基因，而患先天性體液兔疫缺陷病的美國女孩進行基 因治療，其方法是首先將患者的白細胞取出作體外培養(yǎng)，然后用逆轉(zhuǎn)錄病毒將正常腺苷脫氨 酶基因轉(zhuǎn)入人工培養(yǎng)的白細胞中，再將這些轉(zhuǎn)基因白細胞回輸?shù)交颊叩捏w內(nèi)，經(jīng)過多次治療， 患者的免疫功能趨于正常。1）為使體外培養(yǎng)細胞的工作成功，必須考慮的培養(yǎng)條件是，培養(yǎng)液須含有。（2）在基因治療過程中，逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用相當(dāng)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 ，目的基因的受體細胞是

17、 。（3）將轉(zhuǎn)基因白細胞多次回輸?shù)交颊唧w內(nèi)后，兔疫能力趨于正常是由于產(chǎn)生了，產(chǎn)生這種物質(zhì)的兩個基本步驟是 、。分析：基因治療把健康的外源基因?qū)擞谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的。導(dǎo)入的健康的基因能在受體細胞（白細胞）中通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成相應(yīng)的基因產(chǎn)物（抗體），使病人體內(nèi)的抗體水平恢復(fù)正常，達到治療的目的。答案：（1）pH滲透壓、溫度以及無菌等；有機物、無機鹽、維生素、Q、水等（2）運載體 腺苷脫氨酶基因白細胞（3）抗體（或腺苷脫氨酶） 轉(zhuǎn)錄片翻譯點評：抗體的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成的?？键c四、生物防治與化學(xué)防治例6 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)農(nóng)藥的產(chǎn)量和品種逐年增加。但

18、害蟲的抗藥性也不斷增強， 對農(nóng)作物的危害仍然很嚴重，如近年來棉鈴蟲在我國大面積爆發(fā)成災(zāi)，造成經(jīng)濟損失每年達 100億元以上，針對這一情況，科學(xué)家開展了 “轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”的科技攻關(guān)研究，成功地將抗 蟲基因?qū)嗣藁毎?，得到的棉花新品種對棉鈴蟲的毒殺效果高達80鳩上。請回答下列問題：（1）害蟲抗藥性的增強是 的結(jié)果；（2）“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”抗害蟲的遺傳信息傳遞過程可以表示為 。（3）該項科技成果在環(huán)境保護上的重要作用是 （4）科學(xué)家們預(yù)言，此種“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”獨立種植若干代以后，也將出現(xiàn)不抗蟲的植株， 此現(xiàn)象來源于。分析：本題考查基因工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。（1）農(nóng)藥對害蟲抗藥性的變異講行定向的選擇，使抗藥性強的個體生存下來，經(jīng)過逐代積累，使害