1.3 基因工程的应用

一、基因操作的工具1、基因的剪刀——限制性内切酶2、基因的针线——DNA连接酶3、基因的运输工具——运载体二、基因操作的基本步骤1、提取目的基因2、目的基因与运载体结合3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测和表达聚焦高考基因工程在生产、生活中有着越来越广泛的应用。近几年的高考命题，关注科学技术的实际应用，注重理论联系实际的趋势在这一部分内容中有着较多的体现。涉及的方面主要有：植物基因工程的应用和成果、动物基因工程的应用和成果、基因工程药物、基因治疗的成果和前景等。命题多以非选择题的形式出现，部分题目也以选择题的形式出现。如2011年上海卷、江苏卷、全国I卷、广东卷等都有考题出现1.3基因工程的应用学习目标列举基因工程在植物、动物方面的具体应用及取得的丰硕成果，基因工程药物、基因治疗的成果和前景。自学指导请同学们认真阅读教材P17-21，同时思考下列几个问题，1、植物基因工程技术主要用于哪些方面?2、动物基因工程技术主要用于哪些方面？3、动物基因工程技术和植物基因工程技术具体实例及所涉及的基因1、哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?转基因大豆、玉米、棉花和油菜一、植物基因工程硕果累累2、植物基因工程技术主要用于哪些方面?提高农作物的（如、抗虫、抗病、等）,以及、、和利用等方面.抗逆能力抗除草剂抗干旱和抗盐碱改良农作物的品质植物生产药物(一)抗虫转基因植物1.虫害给农作物带来了哪些影响?传统农业如何防治害虫?有哪些不足?2.抗虫基因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3.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?Bt毒蛋白基因、苏云金芽孢杆菌（二）抗病转基因植物1.什么是病原微生物？有哪些种类？引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等2.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白（coatprotein，CP）基因；病毒的复制酶基因3.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？几丁质酶基因和抗毒素合成基因（三）其他抗逆转基因植物1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？调节细胞渗透压的基因4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因5.抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物（四）利用转基因改良植物的品质1、你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物或者改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性3、转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因4、转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因大米、玉米、小麦2、如何用转基因的方法加以改良？科学家将菜豆储存蛋白的基因转移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植物。这一过程不涉及（）A.DNA按照碱基互补配对原则自我复制B.DNA以其一条链为模板合成RNAC.RNA以自身为模板自我复制D.按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质C基础巩固二、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度——动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等导入外源生长激素基因（二）用于改善畜产品的品质举例说明将导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。（三）用转基因的动物生产药物设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？转基因动物的乳腺。肠乳糖酶基因将基因与等调控组件重组在一起，通过等方法，导入哺乳动物的中，将其送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。药物蛋白乳腺蛋白基因的启动子显微注射受精卵（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入，以抑制的表达或设法除去，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官某种调节因子抗原决定基因抗原决定基因（2009江苏）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含量提高30多倍，转基因动物（）•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B2.科学家培养出一种转基因小鼠，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：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是___________。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入_______中，原因是_____________。（3）通常采用_技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组（4）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。5膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有何优点？显微注射法受精卵具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达DNA杂交膀胱上皮1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。2.传统生产方法的缺点:由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。三、基因工程药品异军突起3.可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素—2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等特别强调胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%－50%。基因工程药品——胰岛素治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。基因工程药品——生长激素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。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980－1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。基因工程药品——干扰素1、基因治疗概念：四、基因治疗曙光初照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，是治疗遗传病的最有效的手段。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）2、实例：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗3、基因治疗的类型体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段5、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因基因治疗是指转基因技术在植物品种改良方面应用广（）A、将健康基因导入有基因缺陷的细胞中B、用DNA探针检测疾病C、用DNA探针修复缺陷基因D、将健康基因导入受体细胞A基础巩固1、提高农作物抗盐碱和抗干旱能力的目的基因是（）A、抗除草剂基因B、调节细胞渗透压的基因C、抗冻蛋白基因D、Bt毒蛋白基因B能力提升相信你能行！3.美国科学家运用基因工程的方法得到体型巨大的“超级小鼠”，运用的方法是（）A．把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入到小白鼠体内B．把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入到小白鼠的受精卵中C．把植物细胞分裂素基因和生长素基因分别注入到小白鼠的受精卵中D．把人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注入到小白鼠的卵细胞中B4、治疗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．利用基因治疗C．注射化学药物D．利用辐射或药物诱发基因突变B4.切取某动物合成生长激素的基因，用某种方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中，从而鲇鱼比同类个体大3～4倍，此项研究遵循的原理是（）A．基因突变，DNA→RNA→蛋白质B．基因工程，DNA→tRNA→蛋白质C．细胞工程，DNA→RNA→蛋白质D．基因重组，DNA→RNA→蛋白质D本节小结：基因工程的应用植物基因工程抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物改良植物品质动物基因工程提高动物生长速度改善畜产品质量生产药物用转基因动物做器官移植供体基因治疗基因工程药物异军突起作业课时作业35.在1990年，医生对一位因缺乏腺苷脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行治疗。采用的方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养，然后用某种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。⑴该病治疗运用了基因工程技术，在这个实例中运载体是，目的基因是，目的基因的受体细胞是。⑵将转基因白细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于产生了，产生这种物质的两个基本步骤是和。⑶人的腺苷脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是；⑷该病的治疗方法属于基因工程运用中的。某种病毒腺苷脱氨酶基因白细胞腺苷脱氨酶转录翻译碱基排列顺序不同基因治疗2011新课标全国