2019_2020学年高中生物专题1基因工程1.3基因工程的应用教学案含解析新人教版选修.pdf
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1、基因工程的应用基因工程的应用 一、植物基因工程的应用 1抗虫转基因植物 (1)杀虫基因种类:Bt 毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素 基因等。 (2)成果:转基因抗虫棉、水稻等。 (3)实例:结合抗虫棉的培育过程图填空 从图中可以看出,目的基因是 Bt 毒蛋白基因,使用的载体是 Ti 质粒,将目的基因表 达载体导入受体细胞的方法是农杆菌转化法。 请写出两种检测目的基因是否表达的方法:抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。 2抗病转基因植物 (1)抗病基因种类: 抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因等。 抗真菌基因:几丁质酶基因、抗毒素合成基因等。 (2)成果:抗烟
2、草花叶病毒的转基因烟草、抗病毒的转基因小麦等。 1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力, 以及改良农作物的品 质和利用植物生产药物等方面。 植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力, 以及改良农作物的品 质和利用植物生产药物等方面。 2用于转基因植物的杀虫基因主要是用于转基因植物的杀虫基因主要是 Bt 毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。 毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。 3动物基因工程技术可以提高动物的生长速度、改善畜产品的品质,用转 基因动物生产药物,还可以用转基因动物作器官移植的供体。 动物基因工程技术可以
3、提高动物的生长速度、改善畜产品的品质,用转 基因动物生产药物,还可以用转基因动物作器官移植的供体。 4利用转基因的工程菌生产的药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。利用转基因的工程菌生产的药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 5基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能, 从而达到治疗疾病的目的,是治疗遗传病最有效的手段。 基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能, 从而达到治疗疾病的目的,是治疗遗传病最有效的手段。 3抗逆转基因植物连线 4利用转基因改良植物的品质连线 二、动物基因工程的应用填表 项目 应用 基因来源或处理成果 提高动物的生长速度外源生
4、长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼 改善畜产品的品质肠乳糖酶基因转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少 转基因动物生产药物 药用蛋白基因乳腺蛋白 基因的启动子等 乳腺生物反应器 转基因动物作 器官移植的供体 抑制或除去抗原决定基因 结合克隆技术培育出没有免疫排斥反 应的转基因克隆猪器官 三、基因工程药物 1来源:利用基因工程培育“工程菌”来生产的药品。 2种类:细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 3干扰素:是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。由于干扰素几乎能抵 抗所有病毒引起的感染,因此它是一种抗病毒的特效药。 四、基因治疗 1概念:把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治
5、疗疾病 的目的。 2类型: (1)体外基因治疗: (2)体内基因治疗:是直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。 3成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞中,可治疗复合型免疫缺陷症。 1我国科学家利用基因工程技术将海藻合成酶基因转移到甘蔗体内,获得了抗旱、高产、 高糖的甘蔗新品种。以下关于植物基因工程的说法,正确的是( ) A我国转基因抗虫棉是转入了植物凝集素基因培育出来的 B可用于转基因植物的抗虫基因只有植物凝集素基因和蛋白酶抑制剂基因 C抗真菌转基因植物中,可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因 D提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力,与调节渗透压的基因无关 解析:选 C 我国的抗虫棉是
6、转入了 Bt 毒蛋白基因培育出来的;抗虫基因还有 Bt 毒蛋白 基因、淀粉酶抑制剂基因等;利用可以调节细胞渗透压的基因,可提高作物抗盐碱和抗旱的 能力。 2下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是( ) A抗虫棉Bt 毒蛋白基因 B抗病毒转基因烟草几丁质酶基因 C抗盐碱和抗旱植物调节细胞渗透压的基因 D耐寒的番茄抗冻基因 解析:选 B 抗病毒转基因植物常使用病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因作为目的基 因;几丁质酶基因及抗毒素合成基因一般用于抗真菌转基因植物的目的基因。 3工程菌是指( ) A用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系 B用遗传工程的方法把相同种类不同株
7、系的菌类通过杂交得到新细胞株系 C用基因工程的方法使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 D从自然界中选取的能迅速增殖的菌类 解析:选 C 工程菌是指用基因工程的方法使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。 4下列不属于利用基因工程技术制取的药物是( ) A在大肠杆菌体内制取白细胞介素 B在酵母菌体内获得干扰素 C在青霉菌内获取青霉素 D在大肠杆菌内获取胰岛素 解析:选 C 基因工程制药是利用外源基因在受体细胞中的表达生产基因药物的技术,A、 B、D 项所述均为外源基因在相应受体细胞中的表达,而青霉菌产生青霉素是其细胞中原有正 常基因的正常表达,故不属于基因工程制药。 5基因治疗是指( ) A把健
8、康外源基因导入病人体内,达到治疗疾病的目的 B对有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 C运用人工诱变方法,使有基因缺陷的细胞发生基因突变,从而恢复正常 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 解析 : 选 A 基因治疗的方法是把正常基因导入病人体内, 使该基因的表达产物发挥功能, 从而达到治疗疾病的目的。 Error!核心要点一植物基因工程的应用 抗虫转基因植物与抗病转基因植物的比较 类型 项目 抗虫转基因植物抗病转基因植物 方法 从某些生物中分离出具有杀虫活 性的基因,将其导入植物中 将抗病基因导入植物中 基因 种类 Bt 毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基
9、 因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝 集素基因等 抗病毒基因:病毒外壳蛋白基 因和病毒的复制酶基因 抗真菌基因:几丁质酶基因和 抗毒素合成基因 成果 转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻 等 抗烟草花叶病毒的转基因烟草和 抗病毒的转基因小麦、甜椒、番 茄等 意义 减少化学农药的使用,降低生产成本,减轻环境污染,降低了对人体 健康的损害 题组冲关 1运用现代生物技术的育种方法,将抗菜青虫的 Bt 毒蛋白基因转移到优质油菜中,培 育出转基因抗虫的油菜品种,这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白,对菜青虫有显 著抗性,能大大减轻菜青虫对油菜的危害。根据以上信息,下列叙述错误的是( ) A转基因抗虫油菜能产生杀虫
10、蛋白是由于具有 Bt 毒蛋白基因 B目的基因的受体细胞可以是油菜受精卵,也可以是体细胞 C转基因抗虫油菜的种植过程中减少了农药等的使用量,降低了生产成本 D转基因抗虫油菜种植时,菜青虫不会产生抗性,这样可以彻底消灭菜青虫 解析:选 D 将 Bt 毒蛋白基因转入油菜中,并使其在油菜中表达从而可产生对菜青虫有 毒性作用的蛋白质;获得转基因植物时,可将目的基因导入植物的受精卵中,也 可将其导入植物的体细胞中,然后,经过植物组织培养技术获得植株;抗虫油菜能大大 减轻菜青虫对油菜的危害,这样在增加产量的同时,又减少了对农药等的使用,降低了生产 成本 ; 转基因抗虫植物在种植时, 害虫在食用后会大量死亡,
11、 但同时会使害虫的抗性不断加强, 因此不能彻底地消灭害虫。 2菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花,培育出抗虫菊花。下 图是获得转基因菊花的技术流程,请据图回答: 注:卡那霉素抗性基因(kanR)作为标记基因,菊花叶片对卡那霉素高度敏感。 (1)为了促进土壤农杆菌吸收重组质粒, 可用_处理土壤农杆菌, 使其处于感受态。 (2)将 重 组 质 粒 导 入 土 壤 农 杆 菌 的 目 的 是 利 用 农 杆 菌 能 够 _ 的特点,使目的基因进入受体细胞中,并插入到菊花细胞的_上,最终 形成转基因植株。 (3)将愈伤组织转移到添加一定浓度植物激素和_的培养基中,在适宜条件下进行培
12、 养,筛选转基因菊花。 (4)用 PCR 方法检测转基因菊花是否含有目的基因时,需根据_的核苷酸 序列设计特异引物,以_为模板进行第一轮扩增。 解析:(1)用 Ca2处理土壤农杆菌,使其处于感受态,易于吸收外源重组 DNA 分子。(2) 农杆菌能够感染植物细胞, 并将 TDNA 转移至受体细胞中, 并插入到受体细胞的染色体 DNA 上, 利用这个特点实现导入目的基因。(3)利用添加卡那霉素的培养基可以筛选含卡那霉素抗性基 因的转基因植株。(4)用 PCR 方法检测转基因菊花是否含有目的基因时,需根据目的基因的核 苷酸序列设计特异引物,以含目的基因的菊花 DNA 为模板进行第一轮扩增。 答案:(
13、1)Ca2(或 CaCl2溶液) (2)感染菊花(或植物)细胞,并将 TDNA 转移至受体细胞 染色体 DNA (3)卡那霉素 (4)抗虫基因(目的基因) 转基因菊花的 DNA(或含目的基因的菊花 DNA) Error!核心要点二动物基因工程的应用与基因工程制药 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别 比较内容乳腺生物反应器工程菌 含义 指将外源基因在哺乳动物的乳腺中 特异表达,利用动物的乳腺组织生 产药物蛋白 指用基因工程的方法,使外源基因 得到高效表达的菌类细胞株系 基因结构 动物基因结构与人类的基因结构基 本相同 细菌和酵母菌的基因结构与人类有 较大差异 基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质
14、相同细菌合成的药物蛋白可能没有活性 受体细胞动物受精卵微生物细胞 目的基因 导入方式 显微注射法感受态细胞法 生产条件 不需严格灭菌;温度等外界条件对 其影响不大 需严格灭菌,严格控制工程菌所需 的温度、pH、营养物质浓度等外界 条件 药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞或其培养液中提取 生产设备畜牧业生产、提取设备工业生产,设备精良 题组冲关 3下列有关动物基因工程的说法,错误的是( ) A将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速度 B将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降 低 C利用基因工程技术,得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产问题
15、 D用转基因动物作为器官移植的供体时,由于导入的是调节因子,而不是目的基因,因 此无法抑制抗原的合成 解析:选 D 用转基因动物作为器官移植的供体时,可将某种调节因子导入器官供体基因 组,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因,再结合克隆技术,培育出没有 免疫排斥反应的转基因克隆器官。 4人乳铁蛋白是一种重要的药用保健蛋白。下图表示利用乳腺生物反应器生产人乳铁蛋 白的过程,图中Tetr表示四环素抗性基因,Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,五种限制酶的识 别序列及切割位点如表所示,请回答以下问题: 限制酶BamHHae BclSau3ANot 识别序列及 切割位点 (1)过程常采用的方法
16、是_。 (2)构建基因表达载体时,需要将人乳铁蛋白基因嵌入到启动子和_ 之间。 (3)要将人乳铁蛋白基因插入质粒,若只允许使用一种限制酶,应选择的限制酶是 _。 (4)据图分析,筛选含有重组质粒的受体细胞首先需要在含_(填 “四环素”“氨苄青霉素”或“四环素或氨苄青霉素”)的培养基上进行,原因是 _。 (5)若BamH 酶切的 DNA 末端与Bcl 酶切的 DNA 末端连接起来,连接部位的 6 个碱基 对序列为_,对于该部位,这两种酶_(填“都 不能”或“只有一种能”)切开。 解析:(1)将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法。(2)构建基因表达载体 时,需要将人乳铁蛋白基因嵌入到启动
17、子和终止子之间,这样人乳铁蛋白基因才能在乳腺细 胞中表达。(3)根据表中五种酶的识别序列及切割位点可知,限制酶Sau3A 还可以切割限制 酶Bcl 和限制酶BamH 的识别序列,因此要将人乳铁蛋白基因插入载体,在只允许使用一 种限制酶的情况下,应选择限制酶Sau3A 。(4)据图分析可知,用限制酶Sau3A 切割后会 破坏四环素抗性基因,但不会破坏氨苄青霉素抗性基因,因此导入重组质粒的受体细胞能在 含有氨苄青霉素的培养基上生存下来。(5)根据表格中各种限制酶的识别序列和切割位点可 知,若BamH 酶切的 DNA 末端与Bcl 酶切的 DNA 末端连接起来,连接部位的 6 个碱基对序 列为Err
18、or!(或Error!),对于该部位,这两种酶都不能切开。 答案:(1)显微注射法 (2)终止子 (3)Sau3A (4)氨苄青霉素 用限制酶切割后破坏了Tetr基因,但不会破坏Ampr基因,导入重组质 粒的受体细胞(对氨苄青霉素具有抗性),能在含氨苄青霉素的培养基上生存下来 (5)Error!(或Error!) 都不能 Error!核心要点三基因治疗 1基因治疗 (1)原理:利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法,即把正常基因导入病人体内, 使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。 (2)过程: (3)途径: 途径 比较 体外基因治疗体内基因治疗 方法 从患者体内获得某种细胞体
19、外完成基因 转移筛选、细胞扩增输入体内 直接向患者体内组织细胞中转 移基因 不同 点 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基因诊断与基因治疗的比较 项目方法备注 基因 诊断 制作相应探针,利用 DNA 分子杂交原理, 快速、准确检测人类某种疾病 临床应用阶段 基因 治疗 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细 胞中, 可分为体外基因治疗和体内基因治 疗两种方法 仅处于初期的临床试验阶段, 仍有许多问 题和困难制约该技术的发展 名师点拨 关于基因工程应用的五个易误点 (1)Bt 毒蛋白基因控制合成的
20、 Bt 毒蛋白并无毒性,进入昆虫消化道被分解成多肽后才具 有毒性。 (2)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质,不是为了产生体型巨大的个体。 (3)青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的,不是通过基因工程改造的工程菌产生的。 (4)基因治疗目前还处于初期的临床试验阶段。 (5)DNA 分子制作探针进行检测时应检测单链,即需要将待测双链 DNA 分子打开。 题组冲关 5腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷病,对患者采用基因治疗的方法是: 取出患者的淋巴细胞, 进行体外培养时转入正常 ADA 基因, 再将这些淋巴细胞注射入患者体内, 使其免疫功能增强,能正常生活。下列有关叙述,错误的是( )
21、 A正常 ADA 基因替换了患者的缺陷基因 B正常 ADA 基因通过控制 ADA 的合成来影响免疫功能 C淋巴细胞需在体外扩增后再注射入患者体内 D腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病 解析:选 A 基因治疗是将正常的基因导入有基因缺陷的细胞中,正常的 ADA 基因可以控 制合成正常的 ADA 来影响免疫功能;为获得大量含 ADA 正常基因的淋巴细胞,需在体外扩增 后再注入患者体内;腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症是先天性免疫缺陷病。 6人外周血单核细胞能合成白细胞介素 2(IL2)。该蛋白可增强机体免疫功能,但在体 内易被降解。研究人员将 IL2 基因与人血清白蛋白(HSA)
22、基因拼接成一个融合基因,并在酵 母菌中表达,获得具有 IL2 生理功能、且不易降解的 IL2HSA 融合蛋白,其技术流程如图 所示。请回答下列问题: (1)培养人外周血单核细胞的适宜温度为_;图中表示_过程。 (2)表达载体 1 中的位点_应为限制酶Bgl的识别位点, 才能成功构建表达载体 2。 (3)表达载体 2 导入酵母菌后,融合基因转录出的 mRNA 中,与 IL2 蛋白对应的碱基序列 不能含有_(填“起始”或“终止”)密码子才能成功表达出 IL2HSA 融合蛋白。 (4)应用_杂交技术可检测酵母菌是否表达出 IL2HSA 融合蛋白。 解析 : (1)人体的体温是37 左右, 因此培养人
23、体细胞的最适宜温度为37 左右。 由 mRNA 到 cDNA 的过程是逆转录过程。(2)根据图解可知目的基因的两端分别是由限制酶EcoR 、Bgl 切割的, 一般用同一限制酶切割才能形成相同的黏性末端, 表达载体 1 中具有EcoR 的识别位点, 位点 a 应为限制酶Bgl 的识别位点, 才能成功构建表达载体 2。 (3)mRNA 中如 果含有终止密码子,则会导致翻译终止,不能合成出目的蛋白。(4)抗原、抗体的结合具有特 异性,抗原抗体杂交技术可以迅速检测出酵母菌是否表达出 IL2HSA 融合蛋白。 答案:(1)37(或 36.50.5) 反(或逆)转录 (2)a (3)终止 (4)抗原抗体
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