《基因工程及其延伸技术应用广泛》第1课时示范课教学设计

第二节基因工程及其延伸技术应用广泛（第1课时）◆教学目标1．说明基因工程在医疗制药、法医鉴定、农牧业育种、环境保护行业的发展，给社会带来巨大的进步。

2．认同基因工程的应用价值。

3．关注基因工程的进展。

◆教学重难点【教学重点】基因工程在医疗制药、法医鉴定、农牧业育种、环境保护行业的发展，给社会带来巨大的进步。

【教学难点】乳腺生物反应器。

◆教学过程【新课引入】引导学生复习血糖调节的知识引出胰岛素的生产历史。

（1）糖尿病的治疗需要哪种激素？（胰岛素）（2）这种激素需口服还是注射？为什么？（注射，口服会被水解为氨基酸，失去药效）（3）胰岛素是如何生产的？传统方法：从猪、牛等动物的胰腺中获取。

一位糖尿病病人使用一年的胰岛素需要上千头牛，生产的成本非常高。

基因工程方法：1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。

我国拥有自主知识产权的基因工程药物——重组人胰岛素已经研制成功并得到了广泛应用。

【过渡】除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢？【新知讲解】一、应用基因工程技术诊断、治疗、研究疾病【学生活动】阅读教材122~125页，应用基因工程技术诊断、治疗、研究疾病领域发展迅速，主要在四个方面取得了引人瞩目的成果。

将基因相关技术与其对应的实际应用连线。

【教师活动】应用基因工程技术诊断、治疗、研究疾病领域发展迅速，主要在四个方面取得了引人瞩目的成果。

1．运用核酸分子杂交、PCR等技术进行基因诊断一方面，核酸分子杂交和PCR技术常用来检测患者自身携带的缺陷基因。

例如，镰刀形贫血症基因检测。

另一方面，灵敏度极高的PCR技术常用于诊断患者是否感染某种病原体。

例如，运用PCR技术检测血液中是否存在HIV病毒基因组。

镰刀形贫血症基因检测运用PCR技术检测血液中是否存在HIV病毒基因组【过渡】目前，人们运用PCR并结合其他技术，不仅可以在患者未发病，甚至出生前就能确诊其是否患有镰刀形贫血症、血友病等疾病，还可以根据某些核苷酸序列的特异性差异来推测某人患阿尔茨海默病以及癌症等疾病的风险。

随着基因测序技术进一步发展，有望研制出专门针对个人基因特点的药物。

2．向患者体内导入正常基因进行基因治疗基因治疗：是指向有基因缺陷的细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。

基因治疗主要针对一些严重威胁人类健康的遗传病，如血友病、恶性肿瘤等。

基因导入细胞的过程常以修饰过的病毒为载体，如腺病毒和逆转录病毒。

成功案例：1990年：美国完成了世界首例重症免疫缺陷病的基因治疗。

1994年：美国科学家以修饰过的腺病毒为载体，首次对一位囊性纤维病患者进行了基因治疗。

1991年：我国进行了世界上首例B型血友病的基因治疗临床实验。

2003年：我国食品药品监督管理总局为世界首个癌症基因治疗药物颁发了新药证书——治疗恶性肿瘤的重组人p53腺病毒注射液。

【过渡】虽然已经有一些运用基因治疗成功的临床实验，但是基因治疗仍面临着很多挑战。

科学家要继续探索如何控制转入的基因在正确的时间和空间表达出适量的蛋白质产物，同时确保基因的插入不会影响其他基因的正常功能。

3．利用转基因生物生产基因工程药物可将相关药物基因转入动物、植物和微生物体内。

（1）类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。

（2）应用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。

（3）实例：我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。

【过渡】科学家发现，在用微生物或植物细胞产物生产一些基因工程药物时，获得的表达产物活性不佳，且提纯困难。

如何解决这个问题呢？提示：用转基因哺乳动物生产药物。

【学生活动】阅读教材中与乳腺生物反应器有关的内容，思考并讨论下列问题：（1）什么是乳腺反应器？提示：将药用蛋白基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子等调控原件重组，获得转基因动物。

转基因动物进入泌乳期后，通过分泌乳汁生产所需要药品。

称为“乳腺生物反应器”。

（2）获得乳腺生物反应器的步骤和培育转基因动物的步骤有什么区别？提示：在构建基因表达载体时，需要在编码目的蛋白的基因序列前加上在乳腺中特异性表达的基因的启动子。

（3）与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺作为反应器生产药用蛋白的优越之处有哪些？a．乳汁以连续合成，频繁采集不会对动物产生危害；b．乳汁成分相对简单、明确，便于药物的提取。

（4）绘制用基因工程技术获得乳腺反应器的流程图。

【易错辨析】基因表达载体导入的是受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体细胞中均含有目的基因，但由于目的基因与乳腺中特异表达重组基因的启动子等调控原件重组在一起，所有目的基因只在乳腺细胞中表达。

（5）实例：已在牛和山羊等乳腺生物反应器中获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。

4．转基因动物可为研究疾病机理提供模型借助转基因技术，人们不仅可以获得基因、改造基因，还可以“敲除”某些基因。

例如，通过在基因中插入DNA片段使该基因永久失活，再通过观察转基因生物性状变化，可以推测该基因的功能。

实例：科学家发现敲除肠碱性磷酸酶基因的小鼠更容易发胖，从而推测该基因有“保持身材”的作用，也许不久的将来肥胖会被“根治”。

【结论】转基因动物也成为研究致病机理和测试治疗方法的理想模型。

二、应用基因工程技术进行法医鉴定1．法医鉴定概念：包括个体识别和亲子鉴定等内容。

原理：①早期：抗原-抗体杂交技术。

②现在：核酸分子杂交或PCR技术。

2．DNA指纹除了同卵双胞胎外，我们每个人都拥有自己独特的DNA。

经过限制酶剪切、电泳、与标记的探针进行核酸分子杂交，得到的图谱也是特异的，就像人的指纹一样，所以科学家称之为DNA指纹。

三、基因工程在农牧业方面的应用【教师活动】通过基因工程，很多农作物在抗虫、抗病、抗逆、产品的品质等方面不断被改良。

1．转基因抗虫植物（1）目的基因：Bt抗虫蛋白基因。

（2）方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性。

（3）优点：防治作物虫害的发展趋势。

（4）实例：转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。

2．转基因抗病植物（1）目的基因：抗病基因。

（2）方法：将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，培育出转基因抗病植物。

（3）优点：防治作物病害的发生，减少环境污染。

（4）实例：如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。

3．转基因抗除草剂植物（1）现状：大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。

（2）目的基因：抗某种除草剂的基因。

（3）方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。

（4）优点：田间杂草会被杀死，而作物不会受到伤害。

（5）实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。

4．改善植物的品质（1）将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。

（2）我国科学家将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高观赏价值。

【过渡】获得生长快、体型大、性状优良的转基因动物一直是研究的热点。

5．提高动物的生长速度（1）目的基因：生长激素基因。

（2）方法：将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。

（3）实例：我国科学家培育的转生长激素基因鲤鱼，同等养殖条件下，生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%~115%。

6．改善畜产品品质（1）现状：我国约1/3的成年人乳糖不耐受。

（2）目的基因：肠乳糖酶基因。

（3）方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低，其他营养成分不受影响。

四、基因工程技术可用于保护生态环境自然条件下，有些微生物具有采矿或分解有毒污染物的宝贵能力，科学家将这些微生物的基因进行改造，获得了拥有珍贵性状并易于培养的转基因工程菌。

（1）采矿：摄取环境中的铜、铅等重金属，在体内转化为硫酸铜、硫酸铅等易于提取的化合物。

（2）分解有毒污染物：降解氯化烃和其他有毒化合物，处理石油泄漏污染问题。

【课堂小结】根据课件中的提示，复习本节课的重点知识。

【课堂检测】1．下列有关基因工程的应用的叙述，错误的是（C ）A．利用基因工程可改良作物的品质，提高其营养价值B．通过乳腺生物反应器可生产抗凝血酶等重要的医药产品C．将正常基因导入受体细胞，以对21三体综合征进行治疗D．制备工程菌以实现对胰岛素、血清白蛋白的大规模生产2．采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出转基因羊。

但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。

以下有关叙述正确的是（B ）A．人凝血因子基因只存在于山羊的乳腺细胞中B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵C．在该转基因羊中，人凝血因子基因在各种体细胞中都能表达D．人凝血因子基因开始转录时，DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA3. 下图为利用生物技术获得生物新品种的过程，有关说法错误的是（C ）A．A→B过程中用到的原料有4种，加入的引物有2种B．A→B过程利用了DNA半保留复制原理，需要使用耐高温的DNA聚合酶C．B→C为转基因绵羊的培育过程，常选用的受体细胞是卵母细胞D．B→D为转基因植物的培育过程，其中④过程常用的方法是农杆菌转化法。