第二节关注基因工程第一章基因工程学习导航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。课堂导入方方式式一一基因工程自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！方方式式二二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因工程二、基因工程与人体健康内容索引当堂检测三、转基因生物的安全性问题和生物武器的危害性一、植物基因工程和动物基因工程基础梳理1.植物基因工程植物基因工程(1)应用领域用于提高农作物的 、抗虫、 和抗盐碱能力等方面。改善农作物的 和利用植物 等方面。抗病抗除草剂品质生产药物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 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 的基因抗盐碱和干旱烟草抗 基因抗除草剂大豆、玉米等抗虫细胞渗透压除草剂(2)应用实例2.动物基因工程动物基因工程(1)应用领域：改善 、提高动物 、生产 、作器官移植供体等。(2)应用实例(连线)：畜产品品质生长速度药物3.转基因生物转基因生物(1)含义：利用基因工程技术导入 培育出的、能够将新性状_ 给后代的生物。(2)优点：能打破常规育种难以突破的 之间的界限。外源基因稳定地遗传物种问题探究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： 。(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？答案答案答案会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。减少了化学农药的使用量，降低了环境污染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。(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？ 答案答答案案受精卵。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。答答案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？(2)乳腺生物反应器有哪些优点？ (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？ 答案答案答案转基因动物的乳腺。答案答案产量高、质量好、成本低、易提取。答答案案获取目的基因；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。拓展应用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 棉铃虫答案解析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解析二、基因工程与人体健康基础梳理1.基因工程药物：基因工程药物：利用转基因工程菌生产多种药物。2.基因诊断基因诊断(又称又称DNA诊断诊断)(1)方法： 。(2)目的：判断患者是否出现 或 等。3.基因治疗基因治疗(1)方法：利用正常基因 缺陷基因。(2)基本步骤：包括 ；目的基因的表达； 。基因异常基因检测携带病原体置换或弥补目的基因的转移安全措施的实施答答案案利用转基因细菌不能直接生产糖蛋白类的产品，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。问题探究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：(1)通过基因工程直接得到的药物的化学本质是什么？ (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质为糖蛋白的药物？ 答案答案答案一般是蛋白质。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。逆转录病毒ADA基因T淋巴细胞T淋巴细胞正常ADA基因细胞染色体(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 。此基因工程中的目的基因和受体细胞分别是什么？(2)基因治疗是利用基因工程产品治疗人类疾病吗？ 答答案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。答案答答案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。载体(或基因的运载工具)(3)基因治疗是对有缺陷的细胞进行修复吗？(4)基因治疗把健康的外源基因导入患者的哪些细胞中？ 答案答案不是。细胞中的缺陷基因并未修复，而是和正常基因同时存在。答案答答案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：基因载体重组DNA分子拓展应用3.利用细菌大量生产人类干扰素，下列叙述错误的是A.用适当的酶对载体与人类干扰素基因进行切割与黏合B.用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌C.通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌D.受体细菌能合成人类干扰素说明目的基因完成了表达答案解析解解析析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，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。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解析三、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 有无影响。b.导入的目的基因是否会 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_ 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 的影响、对_的影响等。基础梳理生物多样性与环境扩散漂移生态人体健康生态系统2.转基因生物安全性的保障措施转基因生物安全性的保障措施建立相应的 机制，更加理性地利用转基因生物。3.生物武器的危害性生物武器的危害性(1)可用微生物种类细菌：霍乱弧菌、 等。病毒：埃博拉病毒、 等。(2)被用作生物武器的方法将 插入不致病的微生物体内。将 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。评估及预警炭疽杆菌天花病毒致病基因抗普通疫苗答答案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。问题探究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？(2)假如外源基因是转移到农作物的叶绿体DNA上的，能通过花粉传播吗？为什么？ 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？ 答案答案食物安全、生物安全、环境安全。答案答案不能。因为精子受精完成时，只是细胞核基因进入了受精卵。答案答答案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。对待转基因生物安全性的态度是趋利避害，而不能因噎废食。(2)对转基因生物的风险防范措施有哪些？3.生物武器的作用途径有哪些？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？ 答案答案立法监控；多环节监控；安全评价。答案答案吸入、误食、皮肤接触、蚊虫叮咬等。答案(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。归纳归纳总结总结(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、风向等多种条件的影响。拓展应用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6.下列关于生物武器的叙述中，不确切的是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解析解解析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。课堂小结供体抗病药物当堂检测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23451解解析析由于盐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。答案解析2.下列不属于利用基因工程技术制取的药物是A.从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.在青霉菌体内获取青霉素D.在大肠杆菌体内获取胰岛素答案23415解解析析运用基因工程技术可以使外源基因在受体细胞中表达生产基因产品，A、B、D均为外源基因的表达，而青霉菌产生青霉素是一种正常基因的正常表达，故青霉素不属于基因工程药物。解析234153.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解析解解析析防护生物武器，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。23415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 2341答案5解析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。(1)基因治疗是把健康的_导入有_的细胞中，以达到治疗疾病的目的。23415外源基因基因缺陷答案解析(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_。载体(或基因的运载工具)腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶白细胞答案23415的种类、数目及排列顺序不同脱氧核苷酸