1、第二节第二节 关注基因工程关注基因工程 学习导航 1.举例说出基因工程在动、植物方面的应用。2.举例说明基因诊断和基因治疗的 原理和过程。3.关注转基因生物的安全性问题。4.举例说出生物武器的危害。 重难点击 1.基因工程在动、植物方面的应用。2.基因治疗的原理和过程。 方式一 基因工程自 20 世纪 70 年代兴起后，在短短的几十年间，得到了飞速的发展，目前 已经成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域农牧业、工业、环境、能源和 医疗卫生等方面，也展示出美好的前景。我们今天就一起来分享一下它的成果吧！ 方式二 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
2、中提取， 每 100 kg 胰腺只能提取 45 g 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%。可以看出利用转基因微生物生产药物与传统的制药相比的优 越性：无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品、降低生产成本，减少生产人员和 管理人员，而且可以解决传统制药中原料来源不足的问题。 基因工程取得了哪些丰硕成果，还有哪些进展，让我们一起来学习吧。 一、植物基因工程和动物基
3、因工程一、植物基因工程和动物基因工程 1植物基因工程 (1)应用领域 用于提高农作物的抗除草剂、抗虫、抗病和抗盐碱能力等方面。 改善农作物的品质和利用植物生产药物等方面。 (2)应用实例 应用领域 目的基因 应用实例 抗病转基因植物 抗病基因，如病毒的复制酶基因 抗病毒小麦、 甜椒或番茄等 抗虫转基因植物 抗虫基因， 如苏云金杆菌 Bt 毒蛋 白基因 抗虫棉等 抗逆转基因植物 抗冻蛋白基因 抗冻转基因番茄 调节细胞渗透压的基因 抗盐碱和干旱烟草 抗除草剂基因 抗除草剂大豆、玉米等 2.动物基因工程 (1)应用领域：改善畜产品品质、提高动物生长速度、生产药物、作器官移植供体等。 (2)应用实例(
4、连线)： 应用 外源基因 实例 改善畜产品品质 A.药用蛋白基因 a.产低乳糖牛奶的转基因牛 提高动物生长速度 B.乳糖酶基因 b.转基因鲑鱼 生产药物 C.生长激素基因 c.乳腺生物反应器 答案 Ba Cb Ac 3转基因生物 (1)含义： 利用基因工程技术导入外源基因培育出的、 能够将新性状稳定地遗传给后代的生物。 (2)优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。 1培育抗逆作物的意义 (1)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性：减少了 化学农药的使用量，降低了环境污染。 (2)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？ 答案
5、 会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。 2关于动物基因工程改良的动物品种 (1)为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择哪种细胞作为受 体细胞？试分析原因。 答案 受精卵。受精卵体积较大，操作较容易，含营养物质丰富，也能保障发育成的个体所 有细胞都含有外源基因，全能性较高。 (2)为什么将乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？ 答案 乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。 3分析用转基因动物生产药物的过程，思考以下问题： (1)就药物基因而言，最理想的表达场所是哪里？ 答案 转基因动物的乳腺。 (2)乳腺生物反应器有哪
6、些优点？ 答案 产量高、质量好、成本低、易提取。 (3)讨论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？ 答案 获取目的基因；构建基因表达载体；显微注射导入哺乳动物受精卵中；将受 精卵送入母体内发育成转基因动物。 1目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是( ) A苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达 B抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去 C标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因 D转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫 答案 C 解析 苏云金芽孢杆菌的毒蛋白
7、基因与质粒结合后需用农杆菌转化法导入棉花的叶肉细胞， 不能直接进入棉花的叶肉细胞表达，A 项错误；叶肉细胞是体细胞，其基因不能通过有性生 殖进行遗传，可以通过植物组织培养技术，使抗虫性状遗传下去，B 项错误；构建好的基因 表达载体中必须含有标记基因，以便于确定目的基因是否进入受体细胞内，C 项正确；棉铃 虫抗性的产生是基因突变的结果，但抗虫棉的自然选择会使棉铃虫的抗性基因频率升高，D 项错误。 2 上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。 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了 30 多倍， 以 下与此有关的叙述中，正确
8、的是( ) A“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物 B“提高基因的表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因 C只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合 的 D转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白 答案 D 解析 体细胞中出现新基因有可能是基因突变导致的，故 A 错误；“提高基因的表达水平” 是指增强白蛋白基因表达，白蛋白基因数目没有增多，故 B 错误；“转基因动物”一般用到 的受体细胞是受精卵，发育个体的几乎所有细胞中都有相同的外源基因，故 C 错误；转基因 牛的白蛋白基因也是选择性表达的，在肌
9、肉细胞中不能表达，故 D 正确。 二、基因工程与人体健康二、基因工程与人体健康 1基因工程药物：利用转基因工程菌生产的多种药物。 2基因诊断(又称 DNA 诊断) (1)方法：基因检测。 (2)目的：判断患者是否出现基因异常或携带病原体等。 3基因治疗 (1)方法：利用正常基因置换或弥补缺陷基因。 (2)基本步骤：包括目的基因的转移；目的基因的表达；安全措施的实施。 1以下是转基因微生物生产过程图解(以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例)，思考回答 下列问题： (1)通过基因工程直接得到的药物的化学本质是什么？ 答案 一般是蛋白质。 (2)为什么利用转基因细菌不能直接生产有活性的干扰素等化学本
10、质为糖蛋白的药物？ 答案 利用转基因细菌不能直接生产糖蛋白类的产品，是因为细菌中只有核糖体，没有内质 网和高尔基体等其他细胞器。 2结合 ADA 基因缺陷症基因治疗流程，分析相关图解，填空并回答问题： (1)在基因治疗过程中， 逆转录病毒的作用相当于基因操作工具中的载体(或基因的运载工具)。 此基因工程中的目的基因和受体细胞分别是什么？ 答案 目的基因是腺苷酸脱氨酶(ADA)基因，目的基因的受体细胞是 T 淋巴细胞。 (2)基因治疗是利用基因工程产品治疗人类疾病吗？ 答案 基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到 治疗疾病的目的，并没有利用基因工程生产的药物。
11、 (3)基因治疗是对有缺陷的细胞进行修复吗？ 答案 不是。细胞中的缺陷基因并未修复，而是和正常基因同时存在。 (4)基因治疗是把健康的外源基因导入患者的哪些细胞中？ 答案 基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中， 而只是导入某些功能细胞中， 且是体细胞。 (5)完善如下基因治疗图： 3近年来基因工程的发展非常迅速，科学家可以用 DNA 探针和外源基因导入的方法进行遗 传病的诊断和治疗，下列做法不正确的是( ) A用 DNA 探针检测镰刀型细胞贫血症 B用 DNA 探针检测病毒性肝炎 C用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症 D用基因替换的方法治疗 21 三体综合征 答案 D 解析 基因工
12、程是基因水平上的现代生物技术， 而 21 三体综合征属于染色体异常遗传病， 患 者的第 21 号染色体比正常人多一条，无法从基因水平上治疗。 4 人类基因治疗报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失 明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。基因治疗是指( ) A把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，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 答案 A 解析 基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使
13、该基因的表达产物发挥功能，从而达到 治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未修复，和正常基因同时存在，基因治疗也不是切 除病变基因或诱发其突变，因而 B、C、D 的说法都不符合基因治疗的概念。 三、转基因生物的安全性问题和生物武器的危害性三、转基因生物的安全性问题和生物武器的危害性 1关注转基因生物的安全性 (1)转基因植物的安全性 食用安全问题：长期食用某种转基因食品是否会导致某种“毒素”在人体内积累。 生态系统的安全问题 a转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。 b导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。 c若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根部分泌物等是否会对生态
14、与环境造成大规模 的负面效应等。 (2)转基因动物的安全性：如转基因动物对人体健康的影响、对生态系统的影响等。 2转基因生物安全性的保障措施 建立相应的评估及预警机制，更加理性地利用转基因生物。 3生物武器的危害性 (1)可用微生物种类 细菌：霍乱弧菌、炭疽杆菌等。 病毒：埃博拉病毒、天花病毒等。 (2)被用作生物武器的方法 将致病基因插入不致病的微生物体内。 将抗普通疫苗或药物的基因插入致病的细菌或病毒中。 用于研制针对某一特定种群的生物武器。 1对转基因生物安全性的争论 (1)关于转基因生物安全性的争论有哪些？ 答案 食物安全、生物安全、环境安全。 (2)假如外源基因是转移到农作物的叶绿体
15、 DNA 上的，能通过花粉传播吗？为什么？ 答案 不能。因为精子受精完成时，只是细胞核基因进入了受精卵。 2理性看待转基因技术 (1)如何正确对待转基因技术取得的成果？ 答案 在生产和生活的某些方面，人类已离不开转基因技术成果，因此应充分利用其优点， 同时关注、限制其缺点。 (2)对转基因生物的风险防范措施有哪些？ 答案 立法监控；多环节监控；安全评价。 3生物武器的作用途径有哪些？ 答案 吸入、误食、皮肤接触、蚊虫叮咬等。 4对待生物武器的态度与转基因生物安全性的态度有何不同？ 答案 对待生物武器的态度是在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物 武器及其技术和设备的扩散。对待转
16、基因生物安全性的态度是趋利避害，而不能因噎废食。 归纳总结 (1)生物战剂侵入人体的 4 条途径 吸入：生物战剂污染空气，通过呼吸道吸入，感染致病。 误食：食用被生物战剂污染的水、食物而得病(如霍乱、痢疾等)。 皮肤接触：生物战剂如炭疽杆菌、鼠疫杆菌，可以直接或间接经过皮肤、黏膜、伤口进入 人体。 昆虫叮咬：人被带有生物战剂的昆虫叮咬后，会因血液被污染而患病。 (2)关于常规武器和生物武器的判断 常规武器是核武器、化学武器、生物武器等大规模杀伤、破坏武器以外的武器，它是进行 战争的基本手段。 生物武器是以生物战剂杀伤有生力量和破坏植物生长的武器统称。具有局限性，容易受到 温度、地形、风向等多种
17、条件的影响。 5二十世纪九十年代，乌干达木薯业遭到了病害的毁灭性打击。科学家研究其原因发现，是 一种新的病毒引发的疾病，而这种新病毒是由两种已知病毒重组产生的。这一事实有力地支 持了下列的观点是( ) A转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存 B导入转基因生物的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌或病原体杂交，从而重 组出对人类或其他生物有害的病原体 C 转基因植物的抗除草剂基因， 有可能通过花粉传播进入杂草中， 使杂草成为除不掉的“超 级杂草” D抗虫棉能抵抗棉铃虫，但随着棉铃虫抗性的增强，抗虫棉有可能被淘汰 答案 B 6下列关于生物武器的叙述中，不确切的是
18、( ) A生物武器是造价昂贵，却具有大规模杀伤性的武器 B生物武器是致病微生物、毒素和其他生物活性物质的总称 C生物武器可以直接或者通过食物、生活必需品等散布 D生物武器一旦使用，将对军队和平民造成大规模的杀伤后果 答案 A 解析 生物武器包括致病菌、 病毒、 生化毒剂， 以及经过基因重组的致病菌等， 与常规武器、 核武器和化学武器相比成本低廉，容易获得。这些病原菌直接或者通过食物、生活必需品等 散布到敌方，可以对军队和平民造成大规模的杀伤后果。 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 DBt 毒蛋白基因 答案 B 解析 由于盐
19、碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，所以可以利用一些调节细 胞渗透压的基因来提高农作物抗盐碱和抗干旱的能力。 2下列哪项不是植物基因工程技术的主要应用( ) 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 答案 D 解析 D 项为动物基因工程技术的重要应用。 3生物武器的危害有传染性强的特点，针对这一特点，下列哪项不是防治生物武器的有效措 施( ) A提前接种和个人的防护 B发现病人，立即报告，及时隔离 C注意切断传播途径 D只注意环境消毒，不注意动植物灭菌 答案 D 解析 防护生物武器，既要注意环境消毒，又要注意动植物灭菌，因为动植物都可以成为传
20、染源。 4 动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵， 进行大规模生产 可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。目前科学家已在牛和羊等动物 的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。大致过程如图 所示。下列有关说法，错误的是( ) A通过形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可 B通常采用显微注射法 C在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药 物 D该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取 答案 A 解析 要让药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药物的乳汁，重组质粒上还
21、必须具有乳 腺蛋白基因的启动子等调控组件，A 项错误；转基因动物通常利用的受体细胞是受精卵，采 用显微注射法，B 项正确；只有母牛到达泌乳期，乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因， 乳汁中含有药物，C 项正确；从乳汁里提取药物，优点突出，使动物本身成为“批量生产药 物的工厂”，D 项正确。 5 科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷症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做体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶 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体内，经过多次治疗，患 者的免疫功能趋于正常。请回答下列问题： (1)基因治疗是把健康
22、的_导入有_的细胞中，以达到治疗疾病的 目的。 (2)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程操作工具中的_。 此基因工程中的目的基因是_， 目的基因的受体细胞是_。 (3)将转基因细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于白细胞中能合成 _。 (4)人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是_。 答案 (1)外源基因 基因缺陷 (2)载体(或基因的运载工具) 腺苷酸脱氨酶基因 白细胞 (3)腺苷酸脱氨酶 (4)脱氧核苷酸的种类、数目及排列顺序不同 解析 基因治疗就是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。逆 转录病毒的作用是作为载体，将目的基因(腺苷酸脱氨酶基因)导入白细胞中，目的基因在受 体细胞中经过转录和翻译，表达产生腺苷酸脱氨酶。人的不同基因所含有的脱氧核苷酸的种 类、数目及排列顺序是不同的。
