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1、第二节 基因工程的应用第二节 基因工程的应用 1举例说出基因工程的应用。 2调查基因工程产品在社会中的应用情况，讨论转基因生物的利与弊。 一、基因工程在农业上的应用 1抗虫棉 （1）目的基因：苏云金杆菌毒蛋白基因。 （2）培育过程：通过基因工程的四步操作将毒蛋白基因导入棉花细胞并且在棉花细胞 内成功表达出毒蛋白。 （3） 意义 ： 抗虫作物的培育和种植， 不但降低了作物的生产成本， 使作物能稳产、 高产， 还降低了农药的使用，减轻了对环境的污染。 2金米 （1）目的基因：有关胡萝卜素合成的酶的基因。 （2）培育过程：通过基因工程的四步操作将有关胡萝卜素合成的酶的基因导入水稻细 胞中，并诱导它们
2、在水稻细胞内得以表达，使水稻中的双香叶素二磷酸转化成 胡萝 卜素。 （3）作用：人们食用“金米”后，其中的 胡萝卜素在人体内转化成维生素 A，为 深受维生素 A 缺乏症之苦的人们带来了 “金色希望” 。 思考 培育“金米”的目的是什么？ 提示：“金米”中含有 胡萝卜素，人们食用这种“金米”后，其中的 胡萝卜 素能转化为维生素 A，有助于解决维生素 A 缺乏导致的健康问题。 二、基因工程在医学上的应用 1基因工程药物 产品名称受体细胞临床应用 重组人胰岛素大肠杆菌治疗糖尿病 重组人红细胞生成素哺乳动物细胞治疗贫血病 重组人生长激素大肠杆菌治疗生长缺陷症 重组人表皮生长因子大肠杆菌治疗烫伤、溃疡等
3、 重组人肿瘤坏死因子大肠杆菌治疗肿瘤 重组人干扰素（多种）酵母菌等治疗病毒感染、肿瘤等 重组人白细胞 介素（多种） 大肠杆菌治疗肿瘤 重组尿激酶原大肠杆菌治疗心脏病等 重组人集落刺激因子哺乳动物细胞辅助治疗血友病、艾滋病等 重组人抗血友病因子哺乳动物细胞治疗血友病 重组人组织纤溶 酶原激活物 哺乳动物细胞溶解血栓 2基因工程疫苗 利用基因工程把病毒或细菌中起关键作用的、 序列保守的蛋白质的编码基因导入受体细 胞，由受体细胞来生产这些蛋白质。这些蛋白质经纯化后可以作为疫苗使用，其中不会含有 病毒或有害细菌以及它们的遗传物质。 3基因治疗 （1）概念：将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶
4、细胞内，可以纠正基 因缺陷而达到治疗疾病的目的，这种技术称为基因治疗。 （2）基因治疗的策略：基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。 （3）镰刀型细胞贫血症的治疗方案：获取编码血红蛋白的正常基因正常血红蛋白基 因与载体结合将重组载体导入患者造血干细胞的染色体DNA中将重组造血干细胞回输到 病人的骨髓中产生正常血红蛋白。 思考 基因治疗是万无一失的吗？ 提示：不是。在基因治疗的临床试验中，有的已获得初步成功，也有的失败。 1如何培育转基因植物？ （1）过程。 （2）技术：转基因技术、植物组织培养技术。 （3）原理：基因重组、植物细胞的全能性。 2如何生产基因工程药物？ （1）一般过程。 （2
5、）技术：转基因技术、微生物培养技术。 3如何生产基因工程疫苗？（比如乙肝疫苗的生产过程） 4基因治疗的实例 以镰刀型细胞贫血症的治疗过程为例。 步骤过程 获取正常的血 红蛋白基因 用限制性内切酶从人的 DNA 分子中获取 编码血红蛋白的正常基因 形成重组载体 用同一种限制性内切酶在载体 DNA 上切 开一个切口，用 DNA 连接酶将正常血红 蛋白基因连接在载体 DNA 上，形成重组 载体 重组载体的转 化与筛选 将携带正常血红蛋白基因的重组载体导 入患者的造血干细胞中，随后，重组载 体插入到患者染色体 DNA 上。用选择培 养基筛选出含重组载体的造血干细胞 将含正常血红 蛋白基因的造 血干细胞
6、回输 给患者 将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞 回输到患者骨髓中，此造血干细胞能产 生正常的血细胞，以根治镰刀型细胞贫 血症 题型一 基因工程在农业上的应用 【例 1】为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。 我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。 （1）获得耐盐基因后，构建重组 DNA 分子所用的限制性内切酶作用于图中的_ 处，DNA 连接酶作用于_处。 （填“a”或“b” ） （2）将重组 DNA 分子导入水稻受体细胞的常用方法有花粉管通道法和_法。 （3）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的_作 探针进行分子杂交检测，又要用
7、_的方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。 解析 ：解析 ： 限制性内切酶的切点选择很严格，只会切断某段特定 DNA 序列中的某个特定位点 的磷酸二酯键， 而 DNA 连接酶可以将该键连接起来。 重组 DNA 分子导入水稻受体细胞的常用 方法还有基因枪法和花粉管通道法。转基因是否成功，可测定是否有转基因产物产生，也可 通过改变条件观察植物性状的变化来加以确定。 答案：答案：（1）a a （2）基因枪 （3）耐盐基因（目的基因） 一定浓度盐水浇灌 （移栽到盐碱地中） 反思领悟 ：反思领悟 ： “基因手术刀”限制性内切酶能够专一识别特定的核苷酸序列，具有专一酶 切位点。“基因缝纫针”DNA 连接酶连
8、接的是磷酸二酯键，而不是碱基对之间的氢键。 题型二 基因工程在医学上的应用 【例 2】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）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。 解析：解析：（1）将外源基因导入动物细胞的常用方法是显微注射法；（2）动物体细胞的全 能性会随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到限制， 分化潜能
9、逐渐变弱，作为受体细胞 以受精卵或早期胚胎细胞最好， 因为全能性易表达， 而外源基因随个体发育也在相应的组织 细胞中表达；（3）乳房生物反应器，应使外源基因在乳腺细胞中表达；而膀胱生物反应器， 应使外源基因在膀胱上皮细胞中特异表达。 答案 ：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）膀胱上皮 反思领悟 ：反思领悟 ： 基因工程的关键环节是构建重组载体，重组载体导入植物受体细胞的方法有 基因枪法、花粉管通道法。重组基因载体导入动物受体细胞的方法是显微注射法。 1 转基因抗虫棉可以有效地用于棉铃虫的防治。在
10、大田中种植转基因抗虫棉的同时， 间隔种植少量非转基因的棉花或其他作物，供棉铃虫取食。这种做法的主要目的是（ ） A维持棉田物种的多样性 B减缓棉铃虫抗性基因突变增加的速率 C使食虫鸟有虫可食 D维持棉田生态系统的能量流动 解析 ：解析 ： 在大田中种植转基因抗虫棉时间久了，有抗性的害虫数量会越来越多，且抗性程 度越来越高。在大田中间隔种植少量非转基因的棉花，可以减缓害虫抗性基因突变的速率。 答案：答案：B 2 （多选）下列实例中，涉及基因重组的是（ ） A我国著名育种专家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻品种 B英国科学家利用细胞核移植技术克隆出绵羊多莉 C荷兰科学家将人乳高铁蛋白基因移植到牛体
11、内并成功表达 D乘宇宙飞船上过太空的辣椒种子发育成的植株结出的果实较平常的大一倍以上 解析：解析：袁隆平培育出的超级水稻品种是利用杂交技术根据基因重组原理培育成功的。C 项属于基因工程， 基因工程也是利用基因重组原理， 把一种生物的基因转移到另一种生物体 内， 定向地改造生物的遗传性状， 即把不同种生物的基因组合在一起， 并得以表达的过程。 B 项克隆羊多利的产生是无性生殖的过程， 无基因重组现象。 太空育种是利用的是基因突变原 理。 答案：答案：AC 3 基因治疗是指（ ） A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 B对有基因缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治
12、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 答案：答案：A 4 用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所生产的胰岛素可以口服 D所生产的胰岛素疗效大大提高 解析 ：解析 ： 胰岛素是治疗糖尿病的有效药物，过去从猪、牛等的胰脏中提取，产量低、价格 高。用基因工程的方法可大量生产胰岛素，成本随之下降，价格也较低。 答案：答案：B 5 （2011四川高考理综） 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
13、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 解析 ：解析 ： 过程为逆转录过程获得目的基因，缺少相应内含子，所以用这种方法获得的基 因不能用于比目鱼基因组测序。 将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因， 得到的 蛋白质其抗冻性并不增强。重组质粒上有标记基因，并不是转入农杆菌才能筛选，而是用农 杆菌转化法，有利于重组质粒导入受体细胞。应用 DNA 探针技术，可以检测目的基因是否在 受体细胞中存在，并不能检测其是否表达。 答案：答案：B