【小初高学习]2017-2018学年高中生物 第4章 基因工程 第3节 基因工程的应用及产业化前景同

第3节基因工程的应用及产业化前景[目标导读] 1.阅读教材P83～86内容，了解动植物基因工程成果。

2.分析教材P86～91图文，简述基因治疗和基因芯片。

[重难点击] 1.动植物基因工程成果。

2.基因治疗和基因芯片。

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、牛等家畜的胰腺中提取，每100 kg胰腺只能提取4～5 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、动植物基因工程成果1．植物基因工程成果(1)突破了传统杂交育种的局限性①传统杂交育种的不足：育种周期长，易丢失优良基因。

②转基因植物的实例a．抗病植物：如抗病毒的烟草和马铃薯是导入了抗病毒基因。

b．抗虫植物：抗虫玉米和抗虫棉花是把苏云金杆菌体内的一种编码毒素蛋白的基因导入玉米和棉花，减少了喷洒农药造成的污染。

c．优质植物：把编码赖氨酸的基因转入小麦基因组，培育出了富含赖氨酸的小麦。

③转基因技术的优点：克服了远源种及种间杂交不育或不能杂交的障碍，使得生物界存在的抗病虫害基因、优良的品质基因等都可以重组到植物染色体上，从而培育出优良的品种，同时还缩短了育种周期。

(2)开辟了生产疫苗的新途径：科学家培育出一种可以生产乙肝疫苗的转基因胡萝卜，通过生吃或榨汁食用就可以达到接种疫苗的效果。

2．动物基因工程成果(1)改良畜禽经济性状的新思路①快速生长动物：通过转基因技术，使受体动物合成某些必需的氨基酸，或改变动物的生长调节系统，进而促进动物生长、提高饲料的利用率。

如把人的生长激素基因导入猪的受精卵得到的转基因猪生长速度和饲料利用效率显著提高。

②抗病动物：将抗病基因导入动物体内，提高动物的抗病能力。

(2)动物生物反应器为医药事业开辟了新途径①乳腺生物反应器的优势a．乳腺是外分泌器官，乳汁不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。

b．从乳汁中获取的基因产物，不但产量高，易提纯，而且表达的蛋白质经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。

②动物生物反应器生产的药物α1－抗胰蛋白酶、凝血因子、生长激素等。

知识提炼基因工程育种和传统杂交育种的比较应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。

请据图回答下列问题：1．在培育转人生长激素基因牛的过程中，①过程需要的工具酶有哪些？②过程常用的方法是什么？答案限制性内切酶、DNA连接酶；显微注射技术。

2．该转基因牛的所有细胞中都有人的生长激素基因吗？为什么？答案都有。

因为该转基因牛的所有细胞都来自受精卵的有丝分裂。

3．要使转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，应如何设计？答案在人生长激素基因的上游连接上专一在乳腺细胞中表达的蛋白质基因的启动子。

4．抗虫棉的培育过程中，受体细胞一定也是受精卵吗？答案不一定。

也可以是体细胞。

5．抗虫棉培育成功后，其效果会不会持久不变？答案不会，棉铃虫也会对其产生抗性。

1．继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。

最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。

请回答下列问题：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是____________________。

(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。

答案(1)显微注射法(2)受精卵(或早期胚胎) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达(3)分子杂交检测(4)膀胱上皮解析在基因工程中，若受体细胞是动物细胞，常采用显微注射的方法导入目的基因。

若要使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，当作受体细胞的通常是受精卵，其原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。

检测目的基因是否插入到受体细胞的基因组，通常采用的是DNA分子杂交技术。

二、基因治疗和基因芯片1．基因治疗(1)基本原理：将健康和正常的基因通过某种载体导入人体细胞中有缺损或有变异基因的部位，并使目的基因在机体内有效表达，达到防治疾病的目的。

(2)操作程序：目的基因的选择和制备→运载体的选择→靶细胞的选择→目的基因进入靶细胞的方式→外源基因表达的检测。

(3)治疗对象：血友病、严重贫血、关节炎、心血管病、癌症、甚至艾滋病等疑难顽症。

(4)存在的问题①目的基因的安全性问题a ．应确认目的基因进入人体后不会产生有害的遗传变异。

b ．目的基因的表达应有一定的可控性。

②运载体问题③致病多基因问题：对多基因遗传病难以收到较好的疗效。

2．基因芯片 (1)制作过程将多个DNA 片段粘在玻璃上，将每一个DNA 片段的序列信息和所粘贴的位置贮存到计算机里。

(2)工作原理：分子杂交技术。

待测DNA 样品→荧光标记→与基因芯片进行分子杂交→信号输入计算机统计分析→检测出待测样品的DNA 序列。

(3)优点：一次可以检测大量的基因。

(4)基因芯片的用途①监测基因表达的变化、分析基因序列、寻找新的基因和新的药物分子。

②研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。

复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病，患者由于腺苷脱氨酶基因出现缺陷，造成体内缺乏腺苷脱氨酶；而腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，患者不能抵抗病原微生物的威胁。

下图是用基因治疗的方法治疗该病的过程图，请分析下列问题：1．治疗该病可不可以将正常人的免疫细胞直接输入患者体内？答案不行。

会发生排斥反应，输入的细胞无法存活。

2．研究人员将腺苷脱氨酶基因转入患者的什么细胞？为什么不能转入其他的体细胞？答案淋巴细胞。

腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞中具有这种酶才能产生免疫物质。

3．经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷基因？答案存在。

基因治疗只是导入正常基因，并没有去除缺陷基因。

4．怎样鉴定该患者是否治疗成功？答案鉴定患者产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高。

知识拓展体外基因治疗和体内基因治疗的比较2．基因治疗是指( )A．用DNA探针修复缺陷基因B．用DNA探针检测疾病C．将正常基因导入有基因缺陷的细胞中D．将外源基因导入受体细胞答案 C解析基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入病人的靶细胞，以纠正基因的缺陷，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。

3．下列关于基因芯片的应用的叙述，错误的是( )A．对药物进行基因芯片检测B．只能对细胞分化的基因表达情况进行分析C．通过对正常和疾病状态下基因表达情况的研究可以寻找和发现新基因D．研究生物体在进化、发育和遗传过程中的规律答案 B解析基因芯片可以用于监测基因表达的变化、分析基因序列、寻找新的基因和新的药物分子，还可以用来研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。

1．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．多倍体育种答案 C解析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才能实现。

2．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，不会变异答案 B解析抗病毒转基因植物只能抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗虫，抗病毒基因和植物体其他基因一样存在基因突变的可能。

3．科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，下列相关叙述中，正确的是( )①该技术将导致定向变异②DNA连接酶把目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接起来③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料④受精卵是理想的受体A．①②③④ B．①③④C．②③④ D．①②④答案 B4．治疗复合型免疫缺陷症、白化病、囊性纤维化病等人类遗传病的根本途径是( ) A．口服化学药物B．注射化学药物C．利用辐射或药物诱发致病基因突变D．采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响答案 D解析治疗遗传病的根本途径是基因治疗。

5．如图所示为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红细胞形态及镰刀型细胞贫血症的基因治疗过程，请回答以下问题：(1)_________图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞，这种病是由于________________造成的。

(2)写出以下结构或物质的名称：A．________________________；D.________________。

(3)写出以下过程的操作内容：①________________________________________________________________________；②用携带正常基因的运载体(病毒)侵染造血干细胞；③________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________。

(4)该方法属于__________(填“体内”或“体外”)基因治疗，其特点是_________________ ________________________________________________________________________。

答案(1)乙基因突变(2)合成血红蛋白的正常基因(目的基因) 造血干细胞(3)将正常基因导入到运载体中将基因表达载体(携带正常基因)导入到造血干细胞染色体上将经过改造的造血干细胞输入到患者骨髓中产生正常的血细胞(4)体外操作复杂但效果较为可靠解析(1)由于基因突变使红细胞在形态上呈镰刀状而易破碎，如图乙。