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13基因工程的应用基因工程的应用新知初探思维启动新知初探思维启动一、植物基因工程的成果一、植物基因工程的成果植物基因工程技术主要用于提高农作物的植物基因工程技术主要用于提高农作物的_能力，以及改良农作物的能力，以及改良农作物的_和利和利用植物生产用植物生产_等方面。等方面。抗逆抗逆品质品质药物药物1.抗虫和抗病转基因植物抗虫和抗病转基因植物抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗病转基因植物抗病转基因植物基基因因种种类类_基因、基因、蛋白酶抑制剂基蛋白酶抑制剂基因、因、_基因、植物凝基因、植物凝集素基因等集素基因等抗病毒基因：病毒外壳抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的蛋白基因和病毒的_基因基因抗真菌基因：几丁质酶抗真菌基因：几丁质酶基因和基因和_基基因因成成果果棉、玉米、马铃棉、玉米、马铃薯、番茄等薯、番茄等抗烟草花叶病毒的转基因抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等麦、甜椒、番茄等意意义义减少化学农药的使用，降低生产成本，减少减少化学农药的使用，降低生产成本，减少环境污染等环境污染等Bt毒蛋白毒蛋白淀粉酶抑制剂淀粉酶抑制剂复制酶复制酶抗毒素合成抗毒素合成2.抗逆转基因植物抗逆转基因植物(1)抗逆基因：调节抗逆基因：调节_的基因使的基因使作物抗碱、抗旱；鱼的作物抗碱、抗旱；鱼的_基因使基因使作物耐寒；抗除草剂基因使作物抗除草剂。作物耐寒；抗除草剂基因使作物抗除草剂。(2)成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。细胞渗透压细胞渗透压抗冻蛋白抗冻蛋白3.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质(1)优良基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编优良基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和与植物码基因、控制番茄果实成熟的基因和与植物花青素代谢有关的基因。花青素代谢有关的基因。(2)成果：富含赖氨酸的转基因玉米、转基因成果：富含赖氨酸的转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。延熟番茄和转基因矮牵牛。想一想想一想1基因工程育种的主要优点有哪些？基因工程育种的主要优点有哪些？【提示】【提示】基因工程育种最大的优点是目的基因工程育种最大的优点是目的性强，克服了远缘杂交不亲和的障碍。性强，克服了远缘杂交不亲和的障碍。二、动物基因工程的前景二、动物基因工程的前景应用应用项目项目基因来源基因来源成果成果提高动物的提高动物的生长速率生长速率外源外源_基基因因转基因绵羊、转基转基因绵羊、转基因鲤鱼因鲤鱼改善畜产品改善畜产品的品质的品质肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因转基因牛分泌的乳转基因牛分泌的乳汁中汁中_含量少含量少转基因动物转基因动物生产药物生产药物药用药用_基因乳腺基因乳腺蛋白基因的蛋白基因的_乳腺生物反应器乳腺生物反应器转基因动物转基因动物作器官移植作器官移植的供体的供体抑制或除去抑制或除去_基因基因利用克隆技术培育利用克隆技术培育没有免疫排斥反应没有免疫排斥反应的猪器官的猪器官生长激素生长激素乳糖乳糖蛋白蛋白启动子启动子抗原决定抗原决定三、基因工程药物三、基因工程药物1.药物来源：转基因的药物来源：转基因的“_”。2.成果：重组人胰岛素、细胞因子、抗体、成果：重组人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。疫苗、激素等。四、基因治疗四、基因治疗1.概念：把概念：把_导入病人体内，使导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。疾病的目的。工程菌工程菌正常基因正常基因2.类型：类型：_基因治疗和基因治疗和_基因治疗。基因治疗。3.成果：将腺苷酸脱氨酶基因导入患者的淋成果：将腺苷酸脱氨酶基因导入患者的淋巴细胞，治疗巴细胞，治疗_。想一想想一想2基因治疗的实质是利用外源基因替换了原基因治疗的实质是利用外源基因替换了原基因本身，还是替换了原基因的功能？基因本身，还是替换了原基因的功能？【提示】【提示】替换了原基因的功能。替换了原基因的功能。体内体内体外体外复合型免疫缺陷症复合型免疫缺陷症要点突破讲练互动要点突破讲练互动要点一植物基因工程的成果要点一植物基因工程的成果1.抗虫转基因植物抗虫转基因植物在抗虫害方面，迄今研究的最多并取得成效在抗虫害方面，迄今研究的最多并取得成效的有两类基因，即苏云金芽孢杆菌的杀虫蛋的有两类基因，即苏云金芽孢杆菌的杀虫蛋白基因白基因(Bt毒蛋白基因毒蛋白基因)以及从豇豆等作物中以及从豇豆等作物中分离的蛋白酶抑制剂基因。抗虫棉、抗虫番分离的蛋白酶抑制剂基因。抗虫棉、抗虫番茄、抗虫烟草都已获得了成功。既减少了杀茄、抗虫烟草都已获得了成功。既减少了杀虫剂的使用，又保护了环境。虫剂的使用，又保护了环境。2.抗病转基因植物抗病转基因植物引起植物生病的微生物主要有病毒、真菌和引起植物生病的微生物主要有病毒、真菌和细菌等。抗病转基因植物所采用的基因，使细菌等。抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。多种抗有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。多种抗病毒植株已培育成功并开始进行田间试验、病毒植株已培育成功并开始进行田间试验、栽培。栽培。3.抗逆转基因植物抗逆转基因植物(1)针对盐碱、干旱、低温、涝害等不利环境针对盐碱、干旱、低温、涝害等不利环境条件而培育的抗盐碱、耐旱、耐寒、抗涝的条件而培育的抗盐碱、耐旱、耐寒、抗涝的农作物新品种。主要方法是在有关植物中转农作物新品种。主要方法是在有关植物中转入调节细胞渗透压的基因。入调节细胞渗透压的基因。(2)针对与农作物竞争的杂草而培育的抗除草针对与农作物竞争的杂草而培育的抗除草剂的植物。将抗除草剂基因导入大豆、玉米剂的植物。将抗除草剂基因导入大豆、玉米等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。损伤作物。4.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物品质利用转基因改良植物品质,可以有以下途径：可以有以下途径：(1)直接导入控制该性状的结构蛋白基因；直接导入控制该性状的结构蛋白基因；(2)导入与该性状有关的某种酶的基因。导入与该性状有关的某种酶的基因。 金茶花是中国特有的观赏品种，但金茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种易得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因的植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因的方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答问题。答问题。例例1(1)将将连接到连接到上并形成上并形成，常用到的酶，常用到的酶有有_。( 2 ) 图 中图 中 除 了 含 有除 了 含 有 以 外 ， 还 应 有以 外 ， 还 应 有_。(3)经检测，被经检测，被侵染的金茶花叶片细胞具备侵染的金茶花叶片细胞具备了抗病性，这说明了抗病性，这说明已经已经_。欲快速。欲快速培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是植物组织培养，依据的理论基础是植物组织培养，依据的理论基础是_。(4)通过转基因方法获得的抗病金茶花，将来通过转基因方法获得的抗病金茶花，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？产生的配子中是否一定含有抗病基因？_。【解析】【解析】(1)实现目的基因与运载体的结合实现目的基因与运载体的结合需用同一种限制酶切割，产生相同的黏性末需用同一种限制酶切割，产生相同的黏性末端，通过端，通过DNA连接酶连接在一起，形成基因连接酶连接在一起，形成基因表达载体。表达载体。(2)基因表达载体的组成应包括：基因表达载体的组成应包括：启动子、终止子、标记基因、目的基因等。启动子、终止子、标记基因、目的基因等。(3)金茶花叶片细胞具备了抗病性，这说明目金茶花叶片细胞具备了抗病性，这说明目的基因已经表达，欲快速培育大量该抗病新的基因已经表达，欲快速培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是植物组织培养技术品种，应该采用的技术是植物组织培养技术,其理论基础是植物细胞的全能性。其理论基础是植物细胞的全能性。(4)由于产生配子时，基因会发生分离，所以由于产生配子时，基因会发生分离，所以获得的转基因性状不一定能随着配子传递下获得的转基因性状不一定能随着配子传递下去。去。【答案】【答案】(1)限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶和DNA连接连接酶酶(2)启动子、标记基因、终止子启动子、标记基因、终止子(3)表达植物细胞的全能性表达植物细胞的全能性(4)不一定不一定变式训练变式训练(2012石家庄二中高二检测石家庄二中高二检测)人类利用基因工人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是法正确的是()A苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结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标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因有目的基因D转基因抗虫棉种植时棉铃虫不会产生抗性转基因抗虫棉种植时棉铃虫不会产生抗性,可以有效消灭棉铃虫可以有效消灭棉铃虫解析：选解析：选C。A项中苏云金芽孢杆菌的毒蛋白项中苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合，导入棉花叶肉细胞后，需基因与质粒结合，导入棉花叶肉细胞后，需要经过检测、鉴定后，才能实现成功表达；要经过检测、鉴定后，才能实现成功表达；B项中抗虫棉在形成配子时，基因会发生分项中抗虫棉在形成配子时，基因会发生分离离,不一定能将抗虫性状完全地遗传下去；不一定能将抗虫性状完全地遗传下去；D项中转基因抗虫棉种植时，棉铃虫食用后可项中转基因抗虫棉种植时，棉铃虫食用后可大量死亡，但同时使棉铃虫的抗性得到不断大量死亡，但同时使棉铃虫的抗性得到不断的加强，不可能彻底地消灭棉铃虫。的加强，不可能彻底地消灭棉铃虫。要点二动物基因工程的应用及基因工程药物要点二动物基因工程的应用及基因工程药物1.乳腺乳腺(房房)生物反应器生物反应器(1)原理：应用重组原理：应用重组DNA技术和转基因技术，将技术和转基因技术，将目的基因转移到尚未分化的动物胚胎细胞目的基因转移到尚未分化的动物胚胎细胞(或受或受精卵精卵)中，经胚胎移植，得到能在乳腺中表达转中，经胚胎移植，得到能在乳腺中表达转基因产品的个体基因产品的个体,其乳腺组织可分泌生产其乳腺组织可分泌生产“目的目的产品产品”如具有药用价值的蛋白，这些蛋白进入如具有药用价值的蛋白，这些蛋白进入乳汁中乳汁中,再通过回收含转基因蛋白的动物乳汁，再通过回收含转基因蛋白的动物乳汁，就可以提取有重要药用价值的生物活性蛋白。就可以提取有重要药用价值的生物活性蛋白。(2)操作过程操作过程2.生物反应器与工程菌在实际应用中的比较生物反应器与工程菌在实际应用中的比较比较比较项目项目动物乳腺反应器动物乳腺反应器大肠杆菌生产系大肠杆菌生产系基因基因结构结构与人类基因结构与人类基因结构相同，使克隆基相同，使克隆基因相对简单因相对简单与人类基因结构有差异与人类基因结构有差异基因基因产物产物与天然蛋白质完与天然蛋白质完全相同全相同由于缺少内质网、高尔基由于缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白体等细胞器，合成的蛋白质可能不存在生物活性质可能不存在生物活性产物产物提取提取存在乳汁中，易存在乳汁中，易于提取于提取从细胞中提取分离，相对从细胞中提取分离，相对复杂复杂生产生产设备设备农业生产农业生产提纯设备提纯设备成本低成本低工业生产工业生产精良的生产设备精良的生产设备成本高成本高特别提醒特别提醒从乳腺生物反应器中提取蛋白质从乳腺生物反应器中提取蛋白质,受体细胞所在个体必须是雌性的，若从尿液受体细胞所在个体必须是雌性的，若从尿液中提取目的基因的产物则不受此限制。中提取目的基因的产物则不受此限制。 继哺乳动物乳腺反应器研发成功后，继哺乳动物乳腺反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀最近，科学家培养出一种转基因小鼠，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：尿液中。请回答：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是常用方法是_。例例2(2)将目的基因导入动物细胞时，通常要将外将目的基因导入动物细胞时，通常要将外源 基 因 导 入源 基 因 导 入 _ _ _ _ _ _ _ _ 中 ， 原 因 是中 ， 原 因 是_。(3)通常采用通常采用_技术检测技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。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，应使外源基因在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的在小鼠的_细胞中进行特异性表达。细胞中进行特异性表达。【解析】【解析】(1)将目的基因将目的基因(人生长激素基因人生长激素基因)导入动物细胞导入动物细胞(小鼠受体细胞小鼠受体细胞)的常用方法是的常用方法是显微注射技术。显微注射技术。(2)在哺乳动物细胞中，受精卵或早期胚胎具在哺乳动物细胞中，受精卵或早期胚胎具有全能性，外源基因在相应的组织细胞中更有全能性，外源基因在相应的组织细胞中更容易表达，因此，在动物细胞工程中，常将容易表达，因此，在动物细胞工程中，常将受精卵或早期胚胎细胞作为受体细胞。受精卵或早期胚胎细胞作为受体细胞。(3)检测目的基因检测目的基因(人生长激素基因人生长激素基因)是否插入了是否插入了转基因动物染色体的转基因动物染色体的DNA(小鼠基因组小鼠基因组)上的方上的方法是法是DNA分子杂交技术。分子杂交技术。(4)由题中信息可知，人生长激素基因在小鼠由题中信息可知，人生长激素基因在小鼠的膀胱上皮细胞内进行了特异性表达。的膀胱上皮细胞内进行了特异性表达。【答案】【答案】(1)显微注射技术显微注射技术(2)受精卵受精卵(早期早期胚胎细胞胚胎细胞)受精卵受精卵(或早期胚胎或早期胚胎)具有全能性具有全能性,可使外源基因在相应的组织细胞中表达可使外源基因在相应的组织细胞中表达(3)DNA分子杂交分子杂交(4)膀胱上皮膀胱上皮互动探究互动探究(1)上述过程的原理是什么？上述过程的原理是什么？(2)为何将目的基因导入膀胱上皮细胞更方便为何将目的基因导入膀胱上皮细胞更方便?【提示】【提示】(1)基因重组。基因重组。(2)不受雌雄个体的限制。不受雌雄个体的限制。【拓展提升】【拓展提升】乳房生物反应器与膀胱生物乳房生物反应器与膀胱生物反应器反应器乳房生物反应器是利用转基因动物的乳汁生乳房生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白因动物的尿液生产药用蛋白,二者的优点是：二者的优点是：收集药用蛋白比较容易，且不必对动物造成收集药用蛋白比较容易，且不必对动物造成伤害。但乳房生物反应器需是处于生殖期的伤害。但乳房生物反应器需是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。要点三基因治疗要点三基因治疗1.原理：利用正常基因置换或弥补缺陷基因原理：利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，即把正常基因导入病人体内，的治疗方法，即把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。疗疾病的目的。2.过程过程3.途径途径途径途径比较比较体外基因治疗体外基因治疗体内基因治疗体内基因治疗不不同同点点方方法法从患者体内获得某种从患者体内获得某种细胞细胞体外完成基因体外完成基因转移转移筛选、细胞扩筛选、细胞扩增增输入体内输入体内直接向患者体内直接向患者体内组织细胞中转移组织细胞中转移基因基因特特点点操作复杂，但效果可操作复杂，但效果可靠靠方法较简单，但方法较简单，但效果难以控制效果难以控制相同点相同点都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验陷基因，目前两种方法都处于临床试验阶段阶段特别提醒特别提醒基因治疗并非把健康的外源基因基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中。能细胞中。4.基因检测与基因治疗的比较基因检测与基因治疗的比较基因检测基因检测基因治疗基因治疗目的目的基因基因的作的作用用制作相应探针，制作相应探针，利用利用DNA分子杂分子杂交原理，快速、交原理，快速、准确地检测疾病准确地检测疾病导入有基因缺陷导入有基因缺陷的细胞中，替换的细胞中，替换相应基因的功能相应基因的功能,治疗遗传病治疗遗传病现状现状临床应用阶段临床应用阶段临床试验阶段临床试验阶段 (2012湛江一中高二质检湛江一中高二质检)基因治疗基因治疗是人类疾病治疗的一种崭新手段，下列有关是人类疾病治疗的一种崭新手段，下列有关叙述中不正确的是叙述中不正确的是()A基因治疗是治疗人类遗传病的最有效的基因治疗是治疗人类遗传病的最有效的手段手段B基因治疗是一种利用基因工程产品治疗基因治疗是一种利用基因工程产品治疗人类疾病的方法人类疾病的方法例例3C以正常基因替换致病基因属于基因治疗以正常基因替换致病基因属于基因治疗的一种方法的一种方法D基因治疗的靶细胞可以是体细胞和生殖基因治疗的靶细胞可以是体细胞和生殖细胞细胞【解析】基因治疗是指将人的正常基因或【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人体靶有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。【答案】【答案】B变式训练变式训练下列与基因诊断有关的一组物质是下列与基因诊断有关的一组物质是()A蛋白质、核酸蛋白质、核酸B放射性同位素、蛋白质放射性同位素、蛋白质C荧光分子、核酸荧光分子、核酸D放射性同位素、糖类放射性同位素、糖类解析：选解析：选C。基因诊断是用放射性同位素。基因诊断是用放射性同位素(如如32P)、荧光分子等标记的、荧光分子等标记的DNA分子作探针，分子作探针，利用利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的，因此与的遗传信息，达到检测疾病的目的，因此与基因诊断有关的物质是同位素、荧光分子标基因诊断有关的物质是同位素、荧光分子标记的核酸。记的核酸。
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