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1、专题1 1.3 基因工程的应用一、 教学目标 1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。 2.关注基因工程的进展。 3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。 二、教学重点和难点 1.教学重点 基因工程在农业和医疗等方面的应用。 2.教学难点 基因治疗。 三、教学策略 1.加强收集信息和处理信息环节的指导。 基因工程的应用是基因工程基本操作程序的一个必然结果。如果本节只作为成果的学习，那么就显得思维力度不足了。为此，建议加强指导学生收集和处理信息这一环节。具体做法如下： 无论是学习转基因植物方面的应用，还是学习转基因动物方面的应用，乃至转基因工程菌生产药物方面的应用，首先必须寻找目的基因。教师可
2、利用表1-1，指导学生整理课本中提供的信息，填写此表。这样做既可以调动学生学习的积极性，也增强了他们分析和处理信息的能力。表1-1 转基因生物与目的基因的关系 转基因生物目的基因目的基因从何来抗虫棉Bt毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌抗真菌立枯丝核菌的烟草几丁质酶基因和抗毒素合成基因 抗盐碱和干旱作物调节细胞渗透压的基因 耐寒的番茄抗冻蛋白基因鱼抗除草剂大豆抗除草剂基因 增强甜味的水果降低乳糖的奶牛 甜味基因肠乳糖酶基因 生产胰岛素的工程菌人胰岛素基因人 指导学生提高处理信息的能力，还可以体现在对教材内容的重组上。例如，我们可以解决当前世界上存在的重大问题作为主题，如以解决“粮食”、“环境污染”、“能
3、源危机”、“攻克不治之症”等问题作为主题，让学生将课文中的知识或学生知道的课外的基因工程应用方面的知识进行重组。这样的活动不仅培养了学生处理信息的能力，还会使学生感悟到肩负的社会责任，从而激发用科学技术报效祖国的志向。 2.课文中的一些难点，建议采用小组讨论，师生共同归纳的方法学习。 课文中有几处是学生学习感兴趣的知识，但文字说明不多，学生学习有一定难度。例如 “什么叫乳腺生物反应器”、 “什么叫工程菌”、 “什么是基因治疗” 等。教师可创设问题情境，让学生讨论，加深用已有知识认识新事物的能力。学生想不到的地方，可由师生共同归纳。例如，学习乳腺生物反应器时，学生提出“给我们讲讲乳腺生物反应器究
4、竟是怎么回事”。这时教师可提出以下问题，让学生讨论。 （1）用动物乳腺作为反应器，生产高价值的蛋白质（如教材中列举的血清白蛋白、抗凝血酶等）比工厂化生产的优越之处有哪些？ （2）用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？ 第一个问题，既可以解决乳腺生物反应器的优越性问题，而且显示了社会需求是乳腺生物反应器这一创新成果产生的动力。学生在充分讨论和发表观点的基础上，师生共同归纳出乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；成本低；易提取。 第二个问题，用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。而不同之处可由教师提出：为了将目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中
5、特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。 操作过程大致归纳为：获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。 关于工程菌的学习，也可结合基因工程操作程序，予以说明，并结合微生物生长和代谢的特点，说明工程菌生产药物的优越性。 关于基因治疗，可结合课文中的具体实例，归纳出大致治疗过程。至于是否采用讨论方式，可根据课堂时间而定。如果时间紧，也可采用教师引导学习的方法。 四、 答案和提示
6、思考与探究 根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。 提示：基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。 五、 知识拓展 1.利用微生物生产药物的优越性何在? 所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有以下优越性： （1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房
7、就可以生产出大量药品。 （2）可以解决传统制药中原料来源的不足。例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年科学家用2 000 L大肠杆菌发酵液得到100 g胰岛素，相当于从1 000 kg猪胰脏中提取的量。又如，生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。 （3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。 2.在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？ 关于病毒外壳蛋白（coat protein，C
8、P）基因导入植物后的抗病毒机理，目前有几种假说。一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。 利用CP介导的抗病毒性还存在
9、一些问题：转基因植物对病毒的抗性有局限性，仅限于特定的病毒（被使用CP基因的病毒）或密切相关的病毒；转基因植物大多数只是发病延缓，一般为两周，并非根治；潜在着植物表达的外壳蛋白包被与另一种病毒形成新的杂合病毒的危险。 经典例题剖析1不属于基因工程方法生产的药物是A干扰素B白细胞介素C青霉素D乙肝疫苗【解析】 基因工程生产的药物有胰岛素、干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、人造血液代用品、乙肝疫苗等。而青霉素是发酵工程的产品之一。【答案】 C基础试题训练1若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环保上的重要意义是（ ）A减少氮肥的使用量，降低生产成本 B减少氮肥的使用量，节约能源C避免
10、氮肥过多引起环境污染 D改良土壤结构2基因治疗是指（ ） A.对有基因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 B.把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的 C.运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常 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3疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是（ ）A口服化学药物 B注射化学药物C. 采用基因疗法替换致病基因 D.利用辐射或药物诱发致病基因突变4上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，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
11、含量提高30多倍，转基因动物是指（ ）A.提供基因的动物 B.基因组中增加外源基因的动物C.能产生白蛋白的动物 D.能表达基因信息的动物5在基因诊断技术中，所用的探针DNA分子中必须存在一定量的放射性同位素，后者的作用是 （ ）A为形成杂交的DNA分子提供能量B引起探针DNA产生不定向的基因突变C. 作为探针DNA的示踪元素D增加探针DNA的分子量6诊断苯丙酮尿症所用的探针是 （ ）A32P半乳糖甘转移酶基因 B荧光标记的苯丙氨酸羧化酶C. 荧光标记的珠蛋白基因 D3H苯丙氨酸羧化酶基因7基因工程生产胰岛素的主要原因是 （ ） A.工艺简单，容易操作 B.生产量大，价格较低C.所生产的胰岛素可
12、以用于口服 D.所生产的胰岛素疗效大大提高75年，科学家用基因工程的方法创造出了一种能分解石油的“超级细菌”，下列关于此种细菌的说法正确的是 （ ）A.与一般细菌相比它体积特别巨大 B.它是现在唯一能分解石油的细菌C.它同时能分解石油中的四种烃类 D.与一般细菌相比，它繁殖速度极快下说法正确的是 （ ）A所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B质粒是基因工程中惟一的运载体C运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复1用于鉴定转化于细胞是否含重组DNA的最常用方法是A、抗药性选择 B、分于杂交选择C、RNA反转录 D、免疫学方法11
13、、（05江苏）能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是A单倍体育种 B杂交育种 C基因工程育种 D多倍体育种12下列育种需要使用生物工程技术的是（多选）( ) 高产青霉素菌株 B.能分泌含抗体的乳汁的母牛 C.生长较快的鲤鲫鱼 D.利于贮藏的白菜甘蓝13下列关于基因工程成果的概述，正确的是（多选）( )在医药卫生方面，主要用于诊断治疗疾病 在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物在畜牧养殖业上培育出了体型巨大、品质优良的动物 在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化14、用现代生物技术培育生物新品种，其优越性在于（多选） （ ）A克隆技术可以快速繁殖优良形状的家畜B现代转基
14、因生物技术可以迅速改变生物的基因组成C现代生物技术可以迅速使新品种形成群落D现代生物技术可以克服远源杂交不亲和的障碍创新应用训练1、1990年对一位缺乏腺苷脱氨酶基因，而患先天性体液兔疫缺陷病的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。（1）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中的 ，此基因工程中的目的基因是 ，目的基因的受体细胞是 。（2）将转基因白细胞多次回输到患者体内后，兔疫能力趋于正常是由于产生了 ，产生
15、这种物质的两个基本步骤是 、 。2（14分）将人的抗病毒干扰基因“嫁接”到烟草的DNA分子中，可使烟草获得抗病毒的能力，形成转基因产品。试分析回答：（1）烟草转基因产品的获得属于 （ ）A.基因工程 B.细胞工程 C.微生物工程 D.酶工程（2）人的基因工程之所以能接到植物体中去，原因是：。烟草具有抗病毒能力，说明烟草体内产生：。不同生物间基因移植成功，说明生物共有一套-，从进化的角度看，这些生物具有。烟草DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因，实际并不影响遗传信息的表达功能。这说明。该工程应用与、于实践，将给农业、医药等诸多领域带来革命，目前已取得了许多成就，请你列举你所知道的或你所设想
16、应用该工程的三个具体实例：。有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，有如船能载舟也能覆舟，甚至可能带来灾难性的后果，你是否支持这一观点？如果支持，请你举出一个可能出现的灾难性后果的实例：。干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取005 mg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的 ，并使之与一种叫质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而让酵母素来 。（2）酵母菌能用方式繁殖，速度很快，所以能在较短的时间内大量生产。利用这种方法不仅产量高，并且成本较低。（3）科学家陈
17、炬在这方向也作出了突出贡献，他成功地把人的干扰素基因嫁接到了烟草的DNA分子上，其物质基础和结构基础是 。（4）烟草具有了抗病毒能力，这表明烟草体内产生了 ，由此可见，烟草和人体合成蛋白质的方式是，从进化的角度来考虑，证明了人和植物的起源。4、（05江苏）在植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体，把目的基因重组入Ti质粒上的T-DNA片段中，再将重组的T-DNA插入植物细胞的染色体DNA中。（1）科学家在进行上述基因操作时，要用同一种分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过而黏合。（2）将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、
18、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的，原因 。（3）种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是:。 基础试题训练1、B、6、D 、 、 0、11、C 2、BCD 13、BCD 14、 ABD创新应用训练、（）载体正常腺苷脱氧酶基因白细胞（）腺苷脱氧酶（抗体）转录翻译2（1）A. （2）人与植物结构组成相同。 （3）抗病毒干扰素。（4）遗传密码，共同的原始祖先。 （5）基因是遗传物质结构和功能的基本单位。（6）将抗病毒基因嫁接到水稻中，形成抗病毒水稻新品种；将人的血型基因移入猪体内，培育人血的猪；将干扰素基因移入细菌体内，培育出能产生干扰素的细菌。（7）用于改良作物的抗不良环境的基因引入杂草，就将难以控制杂草。、（）干扰素合成干扰素（）出芽生殖干扰素（）都是脱氧核苷酸组成的都具有双螺旋结构（）干扰素相同的相同的4.（1）限制性内切酶，碱基互补配对 （2）3/4，雌雄配子各有1/2含抗除草剂基因；受精时，雌雄配子随机结合 （3）叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递而在下一代中显现出来