高中生物 探究導學課型 專題1 基因工程 1.3 基因工程的應用同課異構課件 新人教版選修3.ppt

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1.3 基因工程的應用,探究1 植物基因工程 【研讀教材自主認知】 1.植物基因工程技術的應用: (1)提高農作物的_________(如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗 鹽堿等)。 (2)改良_____________。 (3)利用植物_________等。,抗逆能力,農作物的品質,生產藥物,2.植物基因工程的成果: (1)抗蟲轉基因植物和抗病轉基因植物:,殺蟲活性的基因,抗病基因,蛋白酶,淀粉酶,外,殼蛋白,幾丁質酶,化學農藥,(2)抗逆轉基因植物:,抗鹽堿,抗干旱,抗凍蛋白,3.利用轉基因改良植物的品質: (1)方法:將優(yōu)良性狀基因導入植物,獲得優(yōu)良品質的植物。 (2)意義:改良植物的某些_____。,品質,【小判斷】 (1)基因工程育種比傳統(tǒng)育種所需的時間短,并且可以解決遠緣親本難 以雜交的問題。 ( ) 【分析】基因工程育種目的性強,直接將目的基因導入受體細胞培育 轉基因生物,與傳統(tǒng)育種相比,所需時間短,同時也克服了遠緣親本難 以雜交的問題。,√,(2)利用轉基因改良植物品質,目的基因一定是控制該性狀的基因。 ( ) 【分析】不一定,還可能是與該性狀有關的某種酶的基因。 (3)科學家利用轉基因技術培育了抗玉米螟玉米,種植該玉米的農田就 不需要進行防蟲管理了。 ( ) 【分析】抗玉米螟玉米能抗玉米螟,但不一定能抵抗其他害蟲,故種植 抗玉米螟玉米的農田,仍需要進行防蟲管理。,,,【合作探究核心歸納】 1.基因工程應用于提高農作物的抗逆能力: (1)培育抗蟲、抗病的轉基因植物,首先要獲取其目的基因,寫出常用 的目的基因。 ①抗蟲棉的目的基因:_____________。 ②抗病轉基因植物的目的基因:_________________。,Bt毒蛋白基因,病毒外殼蛋白基因,(2)抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌嗎?為什么? 提示:不能,因為抗蟲基因具有專一性。 (3)對于基因工程生產的抗蟲棉是否取得最后的成功,最簡單的檢測方法是什么?這種檢測屬于哪一層次? 提示:讓害蟲去吃轉基因棉花的植株,觀察害蟲的生存狀況來鑒定植株是否具有相應的抗蟲性狀。這屬于個體水平上的檢測。,(4)從基因與性狀的關系角度思考,利用轉基因改良植物品質的途徑有哪些? 提示:①直接導入控制該性狀的結構蛋白基因。 ②導入與該性狀有關的某種酶的基因。,2.培育抗逆作物的意義: (1)從環(huán)境保護角度出發(fā),分析轉基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性。 提示:減少了化學農藥的使用量,降低了環(huán)境污染。 (2)種植轉基因抗蟲棉若干年后,害蟲會不會對轉基因抗蟲棉產生抗性?為什么? 提示:會。害蟲會因基因突變產生對轉基因抗蟲棉的抗性。,【歸納總結】植物基因工程成果分析 (1)轉基因植物所用目的基因的類型:可以是控制某性狀的結構蛋白基因,也可以是控制與該性狀有關的某種酶的基因。 (2)轉基因植物的抗性。 ①轉基因抗蟲植物不會受到某種害蟲的侵害,但仍會受到細菌、真菌或病毒等病原體的侵害。 ②轉基因抗病植物可以不受細菌、真菌或病毒的侵害,但仍會受到害蟲的侵害,種植過程中需要使用一定量的農藥。,(3)轉基因植物的作用時效性:轉基因抗蟲植物與轉基因抗病植物不是一勞永逸的,種植一段時間后,害蟲或病原體可能對它們產生抗性。,【過關小練即時應用】 1.(2015銀川高二檢測)目前人類利用基因工程的方法成功培育出轉基因抗蟲棉,以下說法正確的是 ( ) A.蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質粒結合后直接進入棉花的葉肉細胞表達 B.抗蟲基因導入棉花葉肉細胞后,可通過傳粉、受精的方法,使抗蟲性狀遺傳下去 C.標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因 D.轉基因抗蟲棉經過種植,棉鈴蟲不會產生抗性,這樣可以有效消滅棉鈴蟲,【解題指南】解答本題要注意以下關鍵點: (1)將目的基因導入植物細胞常采用農桿菌轉化法。 (2)轉基因生物在有性生殖時,子代不一定能夠獲得相應性狀。 (3)抗蟲作物只能抵抗害蟲對該作物的破壞,不能消滅害蟲。,【解析】選C。蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質粒結合后需用農桿菌轉化法,導入棉花的葉肉細胞,不能直接進入棉花的葉肉細胞表達,A項錯誤;葉肉細胞是體細胞,其基因不能通過有性生殖進行遺傳,可以通過組織培養(yǎng)技術,使抗蟲性狀遺傳下去,B項錯誤;構建好的基因表達載體中必須含有標記基因,以便于確定目的基因是否進入受體細胞內,C項正確;棉鈴蟲抗性的產生是基因突變的結果,但抗蟲棉的自然選擇會使棉鈴蟲的抗性基因頻率升高,D項錯誤。,2.北極比目魚中有抗凍基因,其編碼的抗凍蛋白具有11個氨基酸的重復序列,該序列重復次數越多,抗凍能力越強。下圖是獲取轉基因抗凍番茄植株的過程示意圖,有關敘述正確的是 ( ),A.過程①獲取的目的基因可用于基因工程和比目魚基因組測序 B.將多個抗凍基因編碼區(qū)依次相連成能表達的新基因,不能得到抗凍性增強的抗凍蛋白 C.過程②構成的重組質粒缺乏標記基因,需要轉入農桿菌才能進行篩選 D.應用DNA探針技術,可以檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其完全表達,【解題指南】解答本題需明確圖示各操作過程的含義。 (1)通過①可知通過反轉錄獲取目的基因。 (2)目的基因的檢測與鑒定包括分子水平上的檢測和個體水平的檢測。,【解析】選B。因為一種氨基酸可能對應多種密碼子等因素,導致反轉錄合成的目的基因與原基因有較大的差異,所以人工合成的目的基因不能用于比目魚基因組測序,A選項錯誤;抗凍蛋白的11個氨基酸的重復序列重復次數越多,抗凍能力越強,并不是抗凍基因的編碼區(qū)重復次數越多抗凍能力越強,抗凍基因編碼區(qū)依次相連形成的新基因已不是原來的抗凍基因,因此不能得到抗凍性增強的抗凍蛋白,B選項正確;農桿菌轉化法是將目的基因導入植物細胞的最常用方法,不是為了篩選含有標記基因的質粒,C選項錯誤;應用DNA探針技術,可以檢測轉基因植物中目的基因的存在,但不能完成對目的基因表達的檢測,D選項錯誤。,【補償訓練】下列關于轉基因植物的敘述,不正確的是 ( ) A.受體細胞用植物的受精卵或體細胞均可 B.害蟲也會對抗蟲植物產生抗性 C.約80%的轉基因植物都是通過農桿菌轉化法培育而來的 D.植物基因工程的目的是培育抗蟲和抗病植物 【解析】選D。植物基因工程除培育抗蟲植物和抗病植物外,還可培育抗逆植物,改良植物的品質等。,探究2 動物基因工程 【研讀教材自主認知】 1.應用前景:在動物品種改良、建立___________、_________等方面 顯示了廣闊的應用前景。,生物反應器,器官移植,2.具體應用:,生長激素,腸乳糖酶,藥用,乳腺,器官移植,抗原決定基因,克隆技術,免疫排斥反應,【合作探究核心歸納】 1.動物基因工程改良動物品種: (1)為提高動物的生長速率,需將外源生長激素基因導入動物體內,應 該選擇哪種細胞作受體細胞?試分析其原因。 提示:受精卵。受精卵體積較大,操作較容易,含營養(yǎng)物質豐富,也能保 障發(fā)育成的個體所有細胞都含有外源基因,全能性較高。 (2)為什么將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M能降低牛奶中的乳糖含量? 提示:腸乳糖酶基因在奶牛乳腺細胞中表達出乳糖酶,可以分解乳汁中 的乳糖。,2.轉基因動物生產藥物的過程: (1)乳腺生物反應器有哪些優(yōu)點? 提示:產量高、質量好、成本低、易提取。 (2)生產乳腺生物反應器構建基因表達載體時有什么特別要求?為什么? 提示:必須把藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組 在一起。因為只有連接了乳腺蛋白基因的啟動子,才能保證相應的目 的基因在雌性動物泌乳期在其乳腺細胞內得以表達。,3.器官移植供體: 用轉基因動物作器官移植的供體時,最大的問題是免疫排斥,探討如何解決這一難題。 提示:可以利用基因工程方法對相應器官進行改造,將器官供體基因組導入某種調節(jié)因子,以抑制抗原決定基因的表達,或設法除去抗原決定基因。,【歸納總結】動物基因工程的應用,【過關小練即時應用】 1.上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶人血清白蛋白基因的轉基因牛。他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法,使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高了30多倍,標志著我國轉基因研究向產業(yè)化的目標又邁進了一大步。以下與此有關的敘述中,正確的是 ( ),A.體細胞中出現(xiàn)新基因的動物是轉基因動物 B.所謂“提高基因表達水平”是指設法使牛的乳腺細胞中含有更多的人血清白蛋白基因 C.人們只在轉基因牛的乳汁中才能獲取人血清白蛋白,是因為人血清白蛋白基因只在轉基因牛的乳腺細胞中是純合的,在其他細胞中則是雜合的 D.轉基因牛的肌肉細胞中有人血清白蛋白基因,但不能表達,【解題指南】解答本題有兩個關鍵點: (1)轉基因生物不僅僅是基因組中出現(xiàn)了外源的新基因,還需要成功表達。 (2)轉基因生物中所有的體細胞中都含有目的基因,但是并非都進行表達。,【解析】選D。體細胞中出現(xiàn)新基因有可能是基因突變導致的,故A錯誤。所謂“提高基因表達水平”是指增強血清白蛋白基因表達,血清白蛋白基因數目沒有增多,故B錯誤?！稗D基因動物”一般用到的受體細胞是受精卵,發(fā)育的個體幾乎所有細胞中都有相同的外源基因,故C錯誤。轉基因牛的血清白蛋白基因也是選擇性表達的,在肌肉細胞中不能表達,故D正確。,2.利用動物乳腺生產產品的技術稱為動物乳腺反應器技術。青島“嶗 山奶山羊乳腺反應器研制”項目通過鑒定,該項目生產的藥用蛋白具 有表達效率高、成本低、安全性高、易于分離純化的優(yōu)點,可生產干 擾素、乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等醫(yī)藥產品,造福人類。 請根據這一科技成果的研究過程回答問題: (1)科學家從相關基因組中獲取了目的基因,并采用 技術對目 的基因進行擴增,然后將目的基因與質粒等載體組合形成了基因表達 載體。在基因表達載體的構建過程中需要的工具酶有_____________ 。,(2)在基因工程操作過程中,核心是 , 一個基因表達載體的組成必須有標記基因,其作用是______________ 。 (3)如何檢測和鑒定目的基因已被成功導入羊體內?請寫出兩種方法。 ① ; ② 。,【解題指南】解答本題需明確: (1)利用PCR技術可以擴增目的基因。 (2)構建基因表達載體所需的酶以及基因表達載體上標記基因的作用。 (3)檢測和鑒定目的基因是否成功導入的方法。,【解析】(1)目的基因的擴增用PCR技術。 (2)在將目的基因與載體結合時需要用到限制性核酸內切酶和DNA連接酶;標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否導入了目的基因。 (3)目的基因的檢測與鑒定的方法有:DNA分子雜交(檢測是否導入了目的基因)、DNA與mRNA雜交、抗原與抗體雜交等。,答案:(1)PCR 限制性核酸內切酶、DNA連接酶 (2)基因表達載體的構建 鑒別受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來 (3)①DNA分子雜交 ②DNA與mRNA雜交 ③抗原—抗體雜交 ④從羊的乳汁中提取相應藥用蛋白(以上任意寫出兩點即可),【互動探究】 利用此方法生產藥物時,轉基因動物的所有體細胞中是否均含有目的基因?為什么? 提示:是。因為利用動物乳腺生物反應器技術時受體細胞為受精卵,所以轉基因動物的所有體細胞中均含有目的基因。,【補償訓練】科學家培育出一種轉基因小鼠,其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中,下列說法正確的是 ( ) A.將人的生長激素基因導入小鼠受體細胞,可以用花粉管通道法 B.進行基因轉移時,通常要將外源基因轉入受精卵中 C.人的生長激素基因只存在于小鼠的膀胱上皮細胞中 D.采用抗原—抗體雜交技術檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組,【解析】選B。花粉管通道法是將目的基因導入植物細胞常用的方法,A項錯誤;動物基因工程中只有將目的基因導入受精卵中才能使其發(fā)育成動物個體,B項正確;由導入生長激素基因的受精卵發(fā)育而成的動物個體的全部體細胞中都含有生長激素基因,C項錯誤;檢測目的基因是否插入受體細胞基因組中常用的方法是DNA分子雜交技術,D項錯誤。,探究3 基因工程藥物及基因治療 【研讀教材自主認知】 1.基因工程藥物異軍突起: (1)方式:利用基因工程培育“_______”來生產藥品。 (2)成果:利用“工程菌”可生產細胞因子、抗體、疫苗、激素等。,工程菌,2.基因治療: (1)概念:把_________導入病人體內,使該基因的表達產物發(fā)揮功能, 從而達到治療疾病的目的。 (2)成果:將腺苷酸脫氨酶基因轉入取自患者的_________中,使淋巴 細胞能夠產生腺苷酸脫氨酶,再將這種淋巴細胞轉入患者體內,治療復 合型免疫缺陷癥。,正?；?淋巴細胞,基因轉移,組織細胞,(4)目前所處階段:_______________階段。 (5)存在問題:還沒有完全解釋___________的運轉機制,沒有充分了 解基因調控機制和疾病的分子機理,還存在著_________、_________ _____,以及___________的諸多困難。,初期的臨床試驗,人類基因組,技術方面,倫理道德,方面,安全性方面,【小判斷】 (1)通過基因工程生產干擾素與傳統(tǒng)的生產方法相比較,患者的治療費 用大大提高了。 ( ) 【分析】從血液中提取干擾素,產量很低,費用極高。通過人白細胞干 擾素基因在受體細胞中克隆和表達獲取,大大降低了患者的治療費用。,,(2)將人的干擾素基因重組到質粒后導入大腸桿菌,能獲得產生人干擾 素的菌株。 ( ) 【分析】利用基因工程的原理,將人的干擾素基因重組到質粒后導入 大腸桿菌,若成功表達可獲得能產生人干擾素的菌株。 (3)基因治療是指把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中,達到治 療疾病的目的。 ( ) 【分析】基因治療是把正?；驅氩∪梭w內,使該基因的表達產物 發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的。,√,√,(4)某遺傳病患者通過基因治療獲得的正常性狀能夠在后代個體中表 現(xiàn)。 ( ) 【分析】基因治療只是將正?；驅肽承┕δ芗毎?這些細胞為 體細胞,所以性狀不能在下一代中表現(xiàn)。,,【合作探究核心歸納】 1.基因工程藥物異軍突起: (1)通過基因工程直接得到的藥物有什么特點? 提示:利用基因工程生產的藥物一般都是蛋白質類產品。 (2)利用轉基因細菌能否直接生產干擾素等化學本質為糖蛋白的藥物?為什么? 提示:利用轉基因細菌不能直接生產糖蛋白類的產品,因為細菌中只有核糖體,沒有內質網和高爾基體等其他細胞器。,2.復合型免疫缺陷癥的基因治療及基因治療的途徑: (1)研究人員將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者的什么細胞中?為什么不能轉入其他的體細胞? 提示:淋巴細胞。腺苷酸脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的,淋巴細胞中具有這種酶才能產生抗體等免疫物質。 (2)如何鑒定該患者是否治療成功? 提示:鑒定患者產生抗體的能力是否明顯改善,免疫能力是否明顯提高。,(3)從操作程序上分析,體內基因治療和體外基因治療最大的區(qū)別是什么? 提示:兩者最大的區(qū)別就是將正?；驅胧荏w細胞的場所,體外基因治療是在體外將正?；驅胧荏w細胞后,經篩選、培養(yǎng),再轉移到患者體內,而體內基因治療是正?；蚺c載體結合后直接轉移到人體組織細胞中。 (4)經基因治療的患者體內是否還存在缺陷的基因? 提示:存在?；蛑委熤皇菍胝；?而沒有去除缺陷基因。,【歸納總結】體外基因治療和體內基因治療的比較,【過關小練即時應用】 1.下列不屬于利用基因工程技術制取的藥物是 ( ) A.從大腸桿菌體內制取白細胞介素 B.在酵母菌體內獲得干擾素 C.利用青霉菌獲取青霉素 D.在大腸桿菌內獲得胰島素,【解題指南】解答本題有兩個關鍵點: (1)基因工程通過轉入外源基因使某種生物產生原本不是本生物體內的某種物質或性狀。 (2)基因工程生產的藥物一般都是蛋白質類的產品。,【解析】選C。基因工程制藥的實質是先用基因工程的方法將藥物基因導入微生物細胞(如大腸桿菌、酵母菌等)中,并使該基因得到高效率表達產生藥物,然后通過培養(yǎng)在培養(yǎng)液中提取藥物的一種技術。利用基因工程生產的人類蛋白質類藥物有白細胞介素、干擾素、胰島素等;青霉菌自身含有控制青霉素合成的基因,不需導入,高產青霉菌是利用誘變育種獲得的,而不是基因工程育種。,2.(2015濟南高二檢測)基因治療是指 ( ) A.運用人工誘變的方法,使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變,從而恢復正常 B.對有基因缺陷的細胞進行修復,從而使其恢復正常,達到治療疾病的目的 C.把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中,達到治療疾病的目的 D.運用基因工程技術,把有缺陷的基因切除,達到治療疾病的目的,【解題指南】解答本題需要明確以下兩點: (1)人工誘變具有不定向性。 (2)基因治療的實質。 【解析】選C。人工誘變和自然突變一樣,具有不定向性,幾乎不可能使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變恢復正常?；蛑委煹膶嵸|是把外源正?；驅氩∪梭w內并使其表達。,【補償訓練】半乳糖血癥病人由于細胞內不能合成1-磷酸半乳糖尿苷酰轉移酶,從而導致體內過多的半乳糖積聚,引起肝、腦等受到損傷。美國的一位科學家用帶有半乳糖苷酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細胞,結果發(fā)現(xiàn)這些組織細胞能夠利用半乳糖了。這種治療疾病的方法稱為 ( ) A.免疫治療 B.化學治療 C.基因治療 D.藥物治療,【解析】選C。將帶有半乳糖苷酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細胞后,使病變的基因得到了糾正,能夠合成1-磷酸半乳糖尿苷酰轉移酶,從而使組織細胞能夠利用半乳糖,這種治療方法稱為基因治療。,