高中生物1 .3 基因工程的應用

1.3基因工程的應用

學習目標：1.舉例說出基因工程的應用及取得的豐碩成果。(重點)2.了解基因工程的

進展。3.了解基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應用。(難點)4.掌握基因治療和基因檢測。

(重、難點)

自主預習》播新制

NINHUYUXI丁AZXIZ/III

二基礎知識填充口

一、植物基因工程碩果累累

1.植物基因工程的應用領域

(1)提高農(nóng)作物的抗逆能力。

(2)改良農(nóng)作物的品質。

(3)利用植物生產(chǎn)藥物等。

2.抗蟲轉基因植物

(1)方法：從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因,將其導入作物中。

(2)目的基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因

等。

(3)成果：轉基因抗蟲棉、轉基因抗蟲水稻等。

(4)意義：減少化學農(nóng)藥的使用,降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，降低對人體健康的危害。

3.抗病轉基因植物

(1)方法：將抗病基因導入植物中。

(2)目的基因

①抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因。

②抗真菌基因：幾丁質酶基因和抗毒素合成基因。

(3)成果：抗煙草花葉病毒的轉基因煙草，抗病毒的轉基因小麥、甜椒、番茄等。

(4)意義：能獲得用常規(guī)育種的方法很難培育出抗病毒的新品種。

4.抗逆轉基因植物

(1)抗逆基因：調節(jié)細胞滲透壓的基因使農(nóng)作物抗鹽堿、抗干旱；魚的抗凍蛋白基因使作

物耐寒；抗除草劑基因使作物抗除草劑。

(2)成果：煙草、大豆、番茄、玉米等。

5.利用轉基因改良植物的品質

(1)優(yōu)良基因：必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因、控制番茄果實成熟的基因和與植物

花青素代謝有關的基因。

(2)成果:

成果一:

將必需氨基酸含量多的堂縣廈一某種氨基酸

編碼基因導入植物中;改變相關獲得，含量大大提

一"高的轉基因

氨基酸合成途徑中某種關鍵醯

的活性.作物

成果二：

將控制番茄果實成熟的基因］獲得,

轉基因延熟番茄

導人番茄-

成果：

將與植物花青素代謝有關的基因］獲得

，轉基因矮牽牛

導人矮牽牛?—一

二、動物基因工程前景廣闊

項目

基因來源或處理成果

應用

提高動物的生長速度外源生長激素基因轉基因綿羊、轉基因鯉魚

轉基因牛分泌的乳汁中乳糖含

改善畜產(chǎn)品的品質腸乳糖酶基因

量少

藥用蛋白基因+乳腺蛋白基

轉基因動物生產(chǎn)藥物乳腺生物反應器

因的啟動子

轉基因動物作器官移植的供結合克隆技術培育出沒有免疫

抑制或除去抗原決定基因

體排斥反應的轉基因克隆豬器官

三、基因工程藥物異軍突起

1.工程菌：用基因工程的方法,使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系一般稱為“工

程菌”。

2.來源：利用基因工程培育“工程菌”來生產(chǎn)的藥品。

3.種類：細胞因子、抗隹、疫苗、激素等。

4.干擾素：是動物或人體細胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。由于干擾素幾乎能抵

抗所有病毒引起的感染，因此它是-一種抗病毒的特效藥。

四、基因治療曙光初照

1.概念：把正賞基因導入病人體內，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，達到治療疾病的目

的。

2.方法

(1)體外基因治療：從病人體內獲得某種細胞，進行培養(yǎng)，在體外完成基因轉移，篩選出

成功轉移的細胞擴增培養(yǎng),最后重新輸入患者體內。

(2)體內基因治療：直接向人體組織細胞中轉移基因。

3.實質：正?；虻谋磉_掩蓋病變基因的表達，達到治療疾病的目的。

4.成果：將腺甘酸脫氨酶基因轉入患者的遁匝細胞中，治療復合型免疫缺陷癥。

.，預習效果驗收二

1.判斷對錯(正確的打“，錯誤的打“X”)

(1)“轉基因植物”是指植物體細胞中出現(xiàn)了新基因的植物。

()

(2)基因工程中，要培育轉基因植物和動物，選用的受體細胞都是受精卵。

()

(3)利用工程菌可生產(chǎn)人的胰島素等某些激素。()

(4)直接在患者組織細胞中進行改造致病基因的方法為體內基因治療。()

提示：(DX轉基因植物是指細胞中被轉入了外源基因的植物，并非出現(xiàn)新基因。

(2)X培育轉基因動物時，所選用的受體細胞一般是受精卵；培育轉基因植物時，所選

用的受體細胞可以是受精卵，也可以是體細胞。

(3)V

(4)X體內基因治療指的是直接向人體組織細胞中轉移基因的治病方法。

2.下列關于基因工程的應用，說法正確的是()

A.我國轉基因抗蟲棉是轉入了植物凝集素基因培育出來的

B.可用于轉基因植物的抗蟲基因只有植物凝集素基因和蛋白酶抑制劑基因

C.抗真菌轉基因植物中，可使用的基因有幾丁質酶基因和抗毒素合成基因

D.提高作物的抗鹽堿和抗干旱的能力，與調節(jié)滲透壓的基因無關

C［轉基因抗蟲棉轉入了Bt毒蛋白基因。可用于轉基因植物的抗蟲基因，除B項所列出

的兩種，另外還有淀粉酶抑制劑基因等。提高作物抗鹽堿和抗干旱的能力，與調節(jié)滲透壓的

基因有關。抗真菌轉基因植物中，可使用的基因有幾丁質酶基因和抗毒素合成基因。］

3.干擾素是治療癌癥的重要藥物，它必須從血液中提取，每升人血中只能提取0.5ug,

所以價格昂貴。美國加利福尼亞的某生物制品公司用如下方法生產(chǎn)干擾素。從如圖所示方式

中可以看出，該公司生產(chǎn)干擾素運用的方法是()

干擾素電因

且廣、◎盟小姐干擾素

淋巴細胞/帶干擾素基

細凝粒困的質粒喜

A.個體間的雜交

B.基因工程

C.細胞融合

D.器官移植

B［由圖可知生產(chǎn)干擾素運用了基因工程的方法。］

合作探究。及重耀

HEZUOTANJIUCOZGZHONGNAZ

探究點1三種轉基因生物的生產(chǎn)過程

［思考交流］

1.轉基因植物生產(chǎn)過程圖解

插入了______

的染色體DNA

轉入左轉人植

就衣物細胞

培養(yǎng)再

r二生成植株

含目的食集裂［懣植物細胞表現(xiàn)出新性

T-DNA攜帶夕卜鞫的粒的農(nóng)桿菌氟麒性

源基因

的DNA取組Ti

提示；目的基因

2.轉基因動物生產(chǎn)過程圖解(以轉基因牛生產(chǎn)過程為例)

目的基因、

望重組載體幽_____邂早期胚胎

載體I移植

轉基因牛上生母體

提示：受精卵

3.轉基因微生物生產(chǎn)過程圖解(以可生產(chǎn)干擾素的酵母菌的培育過程為例)

干擾素

基因

\構建重組導入酵母菌地筮篇

質粒

質粒

提示：干擾素

［歸納總結］

1.植物基因工程的應用

外源基因類型及舉例成果舉例

抗蟲轉基抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉

因植物淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等米

(1)抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復制

抗病轉基抗病毒煙草、抗病毒小麥、

酶基因；

因植物抗病毒番茄、抗病毒甜椒

(2)抗真菌基因：凡丁質酶基因、抗毒素合成基因

抗鹽堿和抗干旱的煙草、抗

抗逆轉基抗逆基因：調節(jié)細胞滲透壓的基因、抗凍蛋白基

寒番茄、抗除草劑的大豆和

因植物因、抗除草劑基因

玉米

改善品質優(yōu)良性狀基因：提高必需氨基酸含量的蛋白質編

高賴氨酸玉米、耐儲存番茄、

的轉基因碼基因、控制番茄成熟的基因、與植物花青素代

新花色矮牽牛

植物謝有關的基因

2.動物基因工程的應用

目的基因作用受體生物說明

提高動物生長速生長激素促進生長、提高生長鯉魚、綿

不能導入生長素基因

度基因速率羊

轉基因動物生產(chǎn)已生產(chǎn)出的藥品有抗凝血

藥用蛋白通過分泌的乳汁來

藥物（乳腺生物反牛、山羊酶、血清白蛋白、生長激

基因生產(chǎn)所需要的藥品

應器）素和a-抗胰蛋白酶等

選擇豬的器官作人器官替

（1）抑制抗原決定基

代品的原因：（1）其內臟構

因的表達，或設法除

轉基因動物作器抗原決定造、大小、血管分布與人

去抗原決定基因；豬

官移植的供體基因的極為相似；

（2）不能合成相應抗

（2）體內隱藏的致病病毒

原

要遠遠少于靈長類動物

特別提醒：Bt毒蛋白基因來自蘇云金芽泡桿菌，我國轉基因抗蟲棉就是轉入Bt毒蛋白基

因培育出來的；抗蟲作物能抗蟲，但不能抗病毒、細菌、真菌等。動物基因工程主要是為了

改善畜產(chǎn)品的品質，而不是為了生產(chǎn)體型巨大的個體。

3.乳腺生物反應器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較

項目乳腺生物反應器工程菌

指將外源基因在哺乳動物的乳腺中特指用基因工程的方法，使外源基

含義異表達，利用動物的乳腺組織生產(chǎn)藥物因得到高效表達的菌類細胞株

蛋白系

受體基因結構與

動物基因結構與人類的基因結構基本細菌和酵母菌的基因結構與人

人類基因結構的

相同類有較大差異

差異

細菌合成的藥物蛋白可能沒有

基因表達合成的藥物蛋白與天然蛋白質相同

活性

受體細胞動物受精卵微生物細胞

目的基因導入方

顯微注射法感受態(tài)細胞法

式

從微生物細胞或其培養(yǎng)液中提

藥物提取從動物乳汁中提取

取

Q對點練習

i.北極比目魚中有抗凍基因，其編碼的抗凍蛋白具有11個氨基酸的重復序列，該序列

重復次數(shù)越多，抗凍能力越強。下圖是獲取轉基因抗凍番茄植株的過程示意圖，有關敘述正

確的是（）

|比目魚DNAL用的基因卜|②

①I質粒卜」-

-I農(nóng)桿菌卜T重組質粒］

I抗凍番茄植株~愈傷組織卜~

L~|番茄組織塊|

A.過程①是獲取抗凍基因的過程，用到的酶只有限制酶

B.在重組質粒上，抗凍基因首端和末端一定具有啟動子和終止子，啟動和終止翻譯的進

程

C.過程②用到的質粒是農(nóng)桿菌的Ti質粒，要將重組質粒轉入農(nóng)桿菌才能進行篩選

D.根據(jù)抗凍基因制作的DNA探針，可以用來檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在

D［據(jù)題圖可知，該轉基因技術操作中，獲取目的基因的方法是利用抗凍基因（目的基因）

的mRNA進行人工化學合成，需要的酶是逆轉錄酶和限制酶，A項錯誤；目的基因首端和末端

的啟動子和終止子均是DNA片段，分別啟動和終止轉錄的進程，B項錯誤；重組質粒轉入農(nóng)桿

菌的目的是通過農(nóng)桿菌轉化法將目的基因導入番茄細胞中，C項錯誤；檢測目的基因是否導入

受體細胞，通常是用DNA探針進行檢測，即所謂DNA分子雜交技術，D項正確。］

2.閱讀材料，回答問題：

材料一科學家將蜘蛛絲蛋白基因轉入山羊體內，然后從羊奶中提取蛋白質，抽成絲后

堅如鋼鐵。

材料二繼哺乳動物乳腺生物反應器研發(fā)成功后，膀胱生物反應器的研究也取得了一定

進展?？茖W家培育出一種轉基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液

中。

（1）如何檢測受體細胞是否含有目的基因？

(2)為使目的基因在后代中長期保存，應將目的基因導入中。

(3)從分離蛋白質的角度分析，乳腺和膀胱哪一個作為轉基因動物的生物反應器更好？

________。原因是_______________________

［答案］(1)采用DNA分子雜交法檢測目的基因

(2)細胞核

(3)膀胱正常尿液中蛋白質含量很少，所以從尿液中更容易提取分離產(chǎn)物，而且不受性

別限制

錯混辨析：乳房生物反應器與膀胱生物反應器

乳房生物反應器是利用轉基因動物的乳汁生產(chǎn)藥用蛋白，而膀胱生物反應器是利用轉基

因動物的尿液生產(chǎn)藥用蛋白。二者的優(yōu)點是：收集藥用蛋白比較容易，且不必對動物造成傷

害。但乳房生物反應器需是處于生殖期的雌性動物才可生產(chǎn)藥用蛋白，而膀胱生物反應器則

是任何生長期的雌雄動物均可生產(chǎn)。

要究，點2，基因治療

背景材料

1.概念

基因治療是把正?；驅氩∪梭w內，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾

病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。

2.過程(如圖)

從患者體內

獲得某種細胞

體外完成

基因轉移

篩選、細胞擴增

輸入體內，產(chǎn)生正常的蛋白質篩選、培養(yǎng)、回輸

3.方法

項目體外治療途徑體內治療途徑

體內:病人體內獲得細胞

'細胞培養(yǎng)并完成基因轉移正常基因

操作體外1直接

細胞擴增培養(yǎng)

方法

.篩選基因轉移成功的細胞通過合適的載體

轉入患者的細胞中

體內:輸入患者體內，產(chǎn)生正常

的蛋白質

項目體外治療途徑體內治療途徑

舉例復合型免疫缺陷癥遺傳性囊性纖維病

差異操作復雜,效果較為可靠操作簡便

特別提醒：(1)基因治療可使正?；蛟谌毕菁毎斜磉_，以替代缺陷基因的功能，而非

替代缺陷基因本身。

(2)基因治療的最佳時期理論上是受精卵時期，這樣可以使個體的每個細胞都含有正?；?/p>

因，但在現(xiàn)實生活中，至少目前是不可能的，因為不可能人人在受精卵時期都進行基因檢查。

其次是對患者進行相關細胞的基因替換，如對于遺傳性糖尿病患者，只對胰腺的胰島B細胞

進行基因替換，該個體就能正常分泌胰島素，使糖尿病得以治療。但這種局部細胞的基因替

換，并沒有改變其他部位細胞的基因，如精原細胞，因此其后代很可能還會患遺傳性糖尿病。

(3)基因治療目前還處于初期的臨床試驗階段?？梢哉f，在沒有完全明確人類基因組的運

轉機制，充分了解基因調控機制和疾病的分子機理之前，進行基因治療是十分困難的。

探究點3基因治療和基因診斷的比較

背景材料

種類

基因診斷基因治療

項目

基因診斷也稱為DNA診斷或基因探針

基因治療是把正?；驅氩∪梭w

技術，即在DNA分子水平上分析檢測

概念內，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，

某一基因，從而對特定的疾病進行診

從而達到治療疾病的目的

斷

原理DNA分子雜交原理基因工程

獲取正常的目的基因一構建基因表

用放射性同位素（如呢P）、熒光分子等達載體一將基因表達載體導入有缺

標記的DNA分子作探針，利用DNA分陷的受體細胞，并篩選含重組載體

過程

子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺的受體細胞f將含重組載體（即含

傳信息正常目的基因）的受體細胞輸回患

者體內

①診斷遺傳病最準確的手段

治療遺傳病最有效的手段，包括體

應用②檢測目的基因是否導入受體細胞

外基因治療和體內基因治療

③檢測飲用水中的病毒等

對點練習

1.下列關于應用基因工程治療人類遺傳病的敘述，不正確的是（）

A.基因治療可以有效地改善患者的生理狀況，其操作對象是基因

B.進行基因治療時，基因的受體細胞是受精卵

C.基因治療并不是對患者體內細胞的缺陷基因進行改造

D.基因治療時可只對患者部分細胞輸入正?；?/p>

B［基因治療是利用基因工程將健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，其操作對象

是基因，一般用的受體細胞是淋巴細胞或者臍帶血細胞。］

2.人類B型血友病屬于伴X隱性遺傳病，因為血液中缺少凝血因子IX導致凝血異常。下

列關于對患者進行基因治療的設計，正確的是（）

A.逆轉錄病毒的核酸可直接用作載體

B.需將凝血因子IX和載體連接起來

C.必須把目的基因插入到X染色體

D.需選擇患者自身細胞作為受體細胞

D［逆轉錄病毒的核酸是RNA,不可直接用作載體，A錯誤；需將凝血因子IX相關的基因

和載體連接起來形成基因表達的載體，B錯誤；目的基因只要在受體細胞中使該基因的表達產(chǎn)

物發(fā)揮功能即可，并不是必須把目的基因插入到X染色體，C錯誤；為避免發(fā)生免疫排斥反應,

需選擇患者自身細胞作為受體細胞，D正確。］

［課堂小結］

知識網(wǎng)絡構建核心語句歸納

1.基因工程育種克服了遠緣雜交不親和的

障礙，并可以定向改良生物的遺傳特性。

2.動物基因工程的應用主要有：提高動物

的生長速度，改善畜產(chǎn)品的品質，轉基因

動物生產(chǎn)藥物，轉基因動物作器官移植的

供體。

3.乳腺生物反應器是指將所需目的基因導

入到動物的受精卵，使轉基因動物分泌的

乳汁中含有所需要的藥物蛋白。

4.用基因工程的方法，使外源基因得到高

效率表達的菌類細胞株系一般稱為“工程

菌”.

5.基因治療是治療遺傳病最有效的手段。

包括體外基因治療和體內基因治療。

當堂達標。固雙基

DANCTANGDAB1AOGUSHUAZGJI

1.抗逆轉基因作物的培育與推廣所帶來的巨大效益是（）

①在一定程度上，使作物擺脫土壤和氣候條件的限制②減少化學農(nóng)藥對環(huán)境的污染和

人畜的危害③減少化肥的制造和使用量，有利于環(huán)境保護④能使作物在不良環(huán)境下更好

地生長，提高產(chǎn)量

A.①②③B.①②④

C.①③④D.②③④

B［抗逆轉基因作物的培育與推廣不能減少化肥的制造和使用量。］

2.下列關于基因工程應用的敘述，正確的是（）

A.基因治療就是把缺陷基因誘變成正?；?/p>

B.基因診斷的基本原理是DNA分子雜交

C.一種基因探針能檢測個體中的各種病毒

D.原核基因不能用來進行真核生物的遺傳改良

B［基因治療是把正?；驅氩∪梭w內，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治

療疾病的目的，A錯誤；基因探針具有特定的核甘酸序列，一種基因探針只能檢測出特定的病

毒，C錯誤；轉基因抗蟲棉是利用原核基因改良真核生物遺傳特性的典型實例，D錯誤。］

3.上海醫(yī)學研究所成功培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉基因牛。他們還研究出一種

可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍。以下

與此有關的敘述中正確的是（）

A.“轉基因動物”是指體細胞中出現(xiàn)了新基因的動物

B.“提高基因表達水平”是指設法使牛的乳腺細胞中含有更多的