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1.3基因工程的应用学习目标1.列举植物基因工程和动物基因工程的成果。2.说出基因工程在医药卫生方面的成果。3.了解基因治疗的过程。一、植物基因工程的成果1.植物基因工程的应用领域：(1)提高农作物的_________。(2)改良_____________。(3)利用植物_________等。抗逆能力农作物的品质生产药物2.抗虫转基因植物：(1)方法：从某些生物中分离出具有_______________，将其导入作物中。(2)目的基因：Bt毒蛋白基因、_______抑制剂基因、_______抑制剂基因、植物凝集素基因等。(3)成果：转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等。(4)意义：减少_________的使用，降低生产成本，减少环境污染，降低对人体健康的危害。杀虫活性的基因蛋白酶淀粉酶化学农药3.抗病转基因植物：(1)方法：将_________导入植物中。(2)目的基因。①抗病毒基因：病毒_________基因和病毒的复制酶基因。②抗真菌基因：_________基因和抗毒素合成基因。(3)成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草，抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。(4)意义：能获得用常规育种方法很难培育出的______________。抗病基因外壳蛋白几丁质酶抗病毒新品种4.抗逆转基因植物：抗逆转基因植物的类型及其所需目的基因(连线)5.利用转基因改良植物的品质：实例一：将必需氨基酸含量多的________________导入植物中；改变相关氨基酸_________中某种_______的活性获得某种氨基酸含量大大提高的转基因作物蛋白质编码基因合成途径关键酶实例二：将控制番茄_______________导入番茄实例三：将与植物______________________导入矮牵牛获得获得转基因延熟番茄转基因矮牵牛获得果实成熟的基因花青素代谢有关的基因二、动物基因工程的应用项目应用基因来源或处理成果提高动物的生长速度外源_________基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品的品质_________基因转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量降低用转基因动物生产药物药用_____基因+_____蛋白基因的启动子乳腺生物反应器或乳房生物反应器转基因动物作_________的供体抑制抗原决定基因的表达或除去_____________结合_________，培育出没有_____________的转基因克隆猪器官生长激素肠乳糖酶蛋白乳腺器官移植抗原决定基因克隆技术免疫排斥反应三、基因工程药物1.来源：_____________。2.成果：细胞因子、_____、_____、激素等。3.作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、_______、各种传染病、_______、类风湿等疾病。转基因工程菌抗体疫苗遗传病糖尿病四、基因治疗1.概念：把_________导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。2.方法：(1)体外基因治疗：从病人体内获得_________，进行培养，在体外完成_________，筛选出成功转移的细胞_________，最后重新_____________。(2)体内基因治疗：直接向人体组织细胞中_________。正常基因某种细胞基因转移扩增培养输入患者体内转移基因3.实质：正常基因的表达掩盖病变基因的表达，达到治疗疾病的目的。4.成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的_________中，治疗复合型免疫缺陷症。淋巴细胞【微点拨】1.抗虫基因为什么不能抗病毒、细菌和真菌？提示：因为每种基因都有特定的结构和功能，具有专一性。抗虫基因只能抗虫。2.转基因育种与传统育种方法相比较有哪些优点？提示：(1)目的性强，定向改造生物性状。(2)克服远缘杂交不亲和的障碍。(3)育种周期短。3.培育转基因动物，为什么不选用体细胞而选用受精卵作为受体细胞？提示：动物已分化的体细胞全能性受到限制，而受精卵分化程度低，全能性容易表达。4.基因工程药物与传统意义上的药物有什么区别？提示：基因工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。5.治疗遗传病最有效的手段是什么？提示：基因治疗。1.目前，植物基因工程技术不能应用于以下哪个方面()A.提高农作物的抗逆性B.生产某些天然药物C.改良农作物的品质D.作器官移植的供体【解析】选D。植物基因工程的主要成果表现在三个方面，即提高农作物的抗逆能力、改良农作物的品质和利用植物生产药物；动物基因工程则主要应用于提高动物生长速度、改善畜产品的品质、利用转基因动物生产药物、转基因动物作器官移植的供体等方面。两者都可用来生产药物。D项为动物基因工程技术的重要应用。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。抗病毒转基因植物所采用的基因，常使用病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。几丁质酶基因及抗毒素合成基因一般用作抗真菌转基因植物的目的基因，故选项B错。3.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【解析】选C。要让动物蛋白在植物体内表达，必须将控制动物蛋白合成的相关基因导入植物细胞中并让其表达，因此需要通过基因工程技术实现。4.转基因技术可以改良动物品种，生产人类需要的药用蛋白。下列符合生产药用蛋白的是()A.养殖转生长激素基因鲤鱼B.养殖抗口蹄疫病毒转基因兔C.养殖转乳糖酶基因牛D.从牛乳汁中获得人血清白蛋白【解析】选D。转基因工程可以利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内的表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各类物质，如激素、血清白蛋白等。5.下列属于用基因工程方法生产的药物是()①干扰素②白细胞介素③青霉素④乙肝疫苗A.①②③B.①②③④C.①②④D.②③④【解析】选C。用基因工程生产的药物都是蛋白质类的，通过基因工程生产的药物有胰岛素、干扰素、白细胞介素、生长激素、血清白蛋白、肿瘤坏死因子、乙肝疫苗等。青霉素是经诱变育种方法培育出高产青霉素菌种，然后再通过发酵工程生产的。6.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.避免氮肥使用过多引起环境污染D.改良土壤结构【解析】选C。利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，可以减少氮肥的使用量，避免造成水体富营养化等。7.科学家已能运用基因工程技术，让羊的乳腺细胞合成并分泌抗体。下列相关叙述中不正确的是()A.该技术将导致定向变异B.DNA连接酶把目的基因与载体的黏性末端的碱基对连接起来C.蛋白质中的氨基酸可为合成目的基因提供资料D.受精卵是理想的受体【解析】选B。在基因工程操作程序中，所用的DNA连接酶连接的不是目的基因与载体的黏性末端的碱基对，而是目的基因与载体DNA两条链的骨架，即脱氧核糖与磷酸的连接，也就是说，DNA连接酶只能催化断开的DNA双链重新形成磷酸二酯键。由蛋白质中的氨基酸序列可推知相应的mRNA中的核苷酸序列，进而可推测相应基因中的脱氧核苷酸序列，从而可以用化学合成方法人工合成目的基因。转基因羊的乳腺细胞及全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂，遗传物质都与受精卵完全相同，而受精卵体积较大，操作较容易，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因。一、植物基因工程的应用项目抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质目的基因①Bt毒蛋白基因②蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因③植物凝集素基因等①病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因②几丁质酶基因、抗毒素合成基因①调节细胞渗透压的基因②抗冻蛋白基因(从鱼体内获取)③抗除草剂基因①含必需氨基酸较多的蛋白质编码基因②控制番茄果实成熟的基因③与植物花青素代谢有关的基因项目抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质作用①使害虫细胞裂解致死②抑制相应酶活性，影响消化③影响害虫对营养物质的吸收和利用①抵抗病毒②抵抗真菌①通过改变细胞内渗透压，提高植物抗盐碱、抗干旱能力②提高耐寒能力③提高抗除草剂能力①控制合成的蛋白质含必需氨基酸多②延迟番茄成熟③改变花瓣的颜色项目抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质受体生物棉花、水稻等烟草(抗病毒)、小麦(抗病毒)烟草(抗干旱、抗盐碱、抗寒)；番茄(抗寒)；大豆、玉米(抗除草剂)玉米、番茄、矮牵牛等项目抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质特别提醒①抗虫但不抗病毒、细菌、真菌等②培育抗虫作物的优点：减少环境污染、降低生产成本③不同的抗虫基因作用机理不同④Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌引起植物生病的微生物有病毒、细菌、真菌三大类抗逆指抵抗不良环境的能力赖氨酸、亮氨酸等都属于必需氨基酸【易错提醒】有关Bt毒蛋白的两点提醒(1)本身不具有毒性：Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白本身没有毒性，只有被害虫摄食进入消化道被消化分解为多肽后才具有毒性。(2)发挥抗虫作用的机理：Bt毒蛋白水解成的多肽与害虫的肠上皮细胞的特异性受体结合，导致其细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解而使害虫死亡。1.(2014·青岛高二检测)运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt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，提高油菜产量，减少农药作用，保护生态环境。根据以上信息，下列叙述正确的是()A.Bt基因的化学成分是蛋白质B.Bt基因中有菜青虫的遗传物质C.转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于Bt基因在其体内得以表达的结果D.转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物【解题关键】解答本题的关键点：(1)明确Bt基因的本质是DNA，Bt基因的表达产物杀虫蛋白属于有机物。(2)知道Bt基因表达能产生抗虫效果。【解析】选C。Bt基因也被称为Bt毒蛋白基因，在该基因指导下表达出的蛋白质对害虫有毒害作用，能够杀死害虫，但对哺乳动物无害。该基因来自苏云金芽孢杆菌。把该基因通过基因工程手段导入植物体内可培育成抗虫植物，减少农药的使用量，既增加了农作物产量，也保护了环境。2.(2013·宁波高二检测)抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是()A.抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒B.抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C.抗病毒转基因植物可以抗害虫D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异【解题关键】解答本题需要明确以下两点：(1)抗病毒转基因植物的培育原理和过程：将外源抗病毒基因导入植物受体细胞，并使其成为受体(细胞)遗传物质的一部分，因而与转基因植物原有遗传物质一样，具有遗传性和变异性。(2)基因表达产物及其特点：某抗病毒基因合成的毒蛋白只能抗特定的某种病毒，而不能抗所有病毒，更不能抗害虫。【解析】选B。抗病毒转基因植物是将外源抗病毒基因导入植物受体细胞，并使抗病毒基因在受体细胞中表达，然后通过组织培养，获得抗病毒转基因植物。由于外源抗病毒基因具有特异性，因而其表达产物具有特异性或局限性，只能抵抗某种或某类病毒，不可能抵抗所有病毒，更不能抗害虫，故选项B正确，而选项A、C错误。目的基因导入受体细胞后，可以随受体内的自身遗传物质稳定遗传，也会同自身遗传物质一样发生变异。二、乳腺生物反应器与基因治疗1.乳腺生物反应器：(1)操作过程：(2)主要用途：生产多肽类药物、工程疫苗、抗体、营养品等。(3)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受体基因结构与人类基因结构差异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比较内容乳腺生物反应器工程菌基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质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