生物學案：課堂探究基因工程的應(yīng)用

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精課堂探究探究點一植物基因工程和動物基因工程的應(yīng)用·問題導引·植樹種草是干旱地區(qū)防治土地沙化的根本措施,但水源短缺所引發(fā)的樹種或草種成活率低是妨礙干旱地區(qū)成功綠化的突出難題。思考：（1）為了在干旱地區(qū)實施綠化，對選擇的樹種或草種有何要求？（2）如果在干旱地區(qū)引種不耐旱的樹種或草種，對它們應(yīng)如何操作才能獲得成功？提示：（1）應(yīng)選擇耐旱的樹種或草種進行綠化。（2）尋找其他物種的耐旱基因并將這些耐旱基因通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)導入不耐旱的樹種或草種，從而把它們培養(yǎng)成耐旱的新品種，提高種植成活率.·名師精講·1．植物基因工程領(lǐng)域的成果植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。項目抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)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、植物凝集素基因病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因、幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因①調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因②抗凍蛋白基因(從魚體內(nèi)獲?。劭钩輨┗颌俸匦璋被彷^多的蛋白質(zhì)編碼基因②控制番茄果實成熟的基因③與植物花青素代謝有關(guān)的基因作用抗蟲：Bt毒蛋白水解成多肽，與昆蟲腸上皮細胞的特異性受體結(jié)合,形成穿孔，細胞腫脹裂解致死；蛋白酶抑制劑和淀粉酶抑制劑分別抑制相應(yīng)酶活性，影響消化；植物凝集素基因控制合成一種糖蛋白，此糖蛋白能與昆蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合,影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用前兩種為抗病毒基因；后兩種為抗真菌基因①通過改變細胞內(nèi)滲透壓，提高抗鹽堿、抗干旱能力②提高耐寒能力③提高抗除草劑能力①控制合成的蛋白質(zhì)含必需氨基酸多②延遲番茄成熟③改變花瓣的顏色舉例轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻等煙草（抗病毒)、小麥（抗病毒）煙草(抗干旱、抗鹽堿）；番茄（抗寒）；大豆、玉米（抗除草劑）轉(zhuǎn)基因延熟番茄、富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米、轉(zhuǎn)基因矮牽牛等說明①抗蟲但不抗病毒、細菌、真菌等②培育抗蟲作物的優(yōu)點：減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本③不同的抗蟲基因作用機理不同④Bt毒蛋白基因來自蘇云金芽孢桿菌引起植物生病的微生物有病毒、細菌、真菌三大類抗逆指抵抗不良環(huán)境的能力賴氨酸、亮氨酸等都屬于必需氨基酸特別提醒（1）注意“抗蟲”和“抗病”的區(qū)別：前者特指對害蟲啃食的抵御，而后者特指對病原微生物感染的抵御。（2）改良植物品質(zhì)的含義是改變細胞內(nèi)生化物質(zhì)的種類和含量.2．動物基因工程領(lǐng)域的成果動物基因工程在動物品種改良、建立生物反應(yīng)器、器官移植等方面顯示了廣闊的應(yīng)用前景。方向目的基因?qū)嵗岣呱L速度的轉(zhuǎn)基因動物外源生長激素基因轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚等改善畜產(chǎn)品品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物腸乳糖酶基因乳汁中乳糖含量較少的轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)藥物的轉(zhuǎn)基因動物藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件具有乳腺生物反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因動物作器官移植供體的轉(zhuǎn)基因動物抑制抗原決定基因表達的調(diào)節(jié)因子無免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬3．乳腺生物反應(yīng)器（1）概念.科學家將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品，因而稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器.特別提醒乳腺生物反應(yīng)器特指生產(chǎn)藥物的轉(zhuǎn)基因動物,而非機械儀器。（2）培育過程。eq\x(獲取目的基因)（如血清白蛋白基因、生長激素基因等）?eq\x(構(gòu)建基因表達載體)（目的基因與乳腺蛋白基因啟動子重組）?eq\x(導入哺乳動物受精卵）（顯微注射法）?eq\x（早期培養(yǎng)后送入母體）（發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物） ↓分泌乳汁生產(chǎn)藥品特別提醒乳腺（房）生物反應(yīng)器的主要用途：①生產(chǎn)胰島素、干擾素、促紅細胞生成素等；②生產(chǎn)基因疫苗；③生產(chǎn)抗體；④生產(chǎn)酶制劑；⑤生產(chǎn)營養(yǎng)品。目前，科學家已在牛和山羊等動物乳腺生物反應(yīng)器中生產(chǎn)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α抗胰蛋白酶等醫(yī)藥產(chǎn)品。4．動、植物基因工程在應(yīng)用方面的相同點相同點實例植物基因工程動物基因工程用于品種改良①培育抗逆性新品種②改良植物的品質(zhì)①培育快速生長的新品種②改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)用于生產(chǎn)藥物培育能表達出外源藥物蛋白的植物生物反應(yīng)器培育乳腺生物反應(yīng)器特別提醒除相同點外，動物基因工程不同于植物基因工程的一個特殊應(yīng)用是培育轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體?！纠}1】金茶花是中國特有的觀賞品種，但易被有害真菌感染得枯萎病,降低觀賞價值.科學家在某種植物中找到了抗枯萎病的基因，用轉(zhuǎn)基因方法培育出了抗枯萎病的新品種。請據(jù)圖回答下列問題。（1）將②連接到①上并形成③，常用到的酶有_________________________________。（2）抗枯萎病的金茶花培育成功，從變異的角度來說屬于________。（3）經(jīng)過轉(zhuǎn)基因方法獲得的抗病金茶花，將來產(chǎn)生的配子中是否一定含有抗病基因？________。（4）通過檢測，被③侵染的金茶花葉片細胞具備了抗病性，這說明②已經(jīng)________.判斷抗病基因是否表達可以從個體水平上做________實驗.解析：(1）①是用限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒，②是指目的基因的獲取，③是指目的基因與質(zhì)粒在DNA連接酶的作用下形成重組質(zhì)粒。（2）基因工程是在人為作用下將控制不同性狀的基因重新組合從而改造生物性狀，從本質(zhì)上來說這種變異屬于基因重組。（3）經(jīng)過轉(zhuǎn)基因方法獲得的抗病金茶花可能相當于雜合子，將來產(chǎn)生的配子中不一定含有抗病基因。（4）金茶花葉片細胞具備了抗病性,說明目的基因已在受體細胞中得到了表達。答案:（1）限制酶、DNA連接酶（2）基因重組(3）不一定（4）表達抗病接種探究點二基因工程藥物和基因治療·問題導引·通過基因工程技術(shù)可用于生產(chǎn)藥物，以乙型病毒性肝炎(以下簡稱乙肝）疫苗為例,可大致了解基因工程生產(chǎn)藥物的過程。和其他蛋白質(zhì)一樣，乙肝表面抗原（HBSAg）的產(chǎn)生也受DNA調(diào)控，利用基因剪切技術(shù),用一種“基因剪刀"將調(diào)控HBSAg的那段DNA剪裁下來，裝到一個表達載體中，所謂表達載體，是因為它可以把這段DNA的功能發(fā)揮出來；再把這種表達載體轉(zhuǎn)移到受體細胞內(nèi)，如大腸桿菌或酵母菌等；最后再通過這些大腸桿菌或酵母菌的快速繁殖，生產(chǎn)出大量我們所需要的HBSAg（乙肝疫苗)。思考：（1）將調(diào)控HBSAg的那段DNA剪裁下來的“基因剪刀”叫什么名字？（2）什么叫基因工程藥物？嘗試給“基因工程藥物"下個定義。（3）和傳統(tǒng)藥物相比,基因工程藥物有哪些優(yōu)點？提示：（1）限制酶。（2)基因工程藥物是指：先確定對某種疾病有預防和治療作用的蛋白質(zhì)，然后將控制該蛋白質(zhì)合成過程的基因取出來，經(jīng)過一系列基因操作,最后將該基因放入可以大量生產(chǎn)的受體細胞中去，這些受體細胞包括細菌、酵母菌、動物或動物細胞、植物或植物細胞，在受體細胞不斷繁殖過程中,大規(guī)模生產(chǎn)具有預防和治療這些疾病的蛋白質(zhì)（即基因疫苗或藥物).（3)基因工程藥物的生產(chǎn)主要利用了大腸桿菌或酵母菌，它們有極強的繁殖能力，藥物的產(chǎn)量大，價格便宜;基因工程藥物的生產(chǎn)借助了高科技手段，藥物的質(zhì)量好、純度高、療效好等?！っ麕熅v·1．基因工程藥品的獲得（1）方式：利用基因工程培育“工程菌”來生產(chǎn)藥品。①“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系一般稱為“工程菌”，如含有人胰島素基因的大腸桿菌菌株,含有抗蟲基因的土壤農(nóng)桿菌菌株都是“工程菌"。②用基因工程生產(chǎn)的藥品，從化學成分上分析都應(yīng)該是蛋白質(zhì)類.(2）成果：利用“工程菌”可生產(chǎn)細胞因子、抗體、疫苗、激素等。(3）利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：①利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品.②可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源不足的問題。③降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。2．基因治療（1）原理：利用正?；蛑脫Q或彌補缺陷基因的治療方法，即把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，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。（2）過程。（3）用于基因治療的基因種類。①正常基因：從健康人體內(nèi)分離得到的功能正常的基因，用于取代病變基因的功能或依靠其表達產(chǎn)物來彌補病變基因帶來的生理缺陷,如對血友病和地中海貧血病的治療.②反義基因：即通過產(chǎn)生的mRNA分子與病變基因產(chǎn)生的mRNA進行互補，來阻斷蛋白質(zhì)的合成。③自殺基因：編碼可以殺死癌變細胞的蛋白酶基因。特別提醒①基因治療的實質(zhì)是利用正?；蛟诩毎斜磉_，替代缺陷基因的功能,而非替代缺陷基因本身。②基因治療目前處于初期的臨床研究階段。可以說，在沒有完全解釋人類基因組的運轉(zhuǎn)機制、充分了解基因調(diào)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.③基因治療、基因工程藥物、植物基因工程和動物基因工程均屬于基因工程的應(yīng)用領(lǐng)域，目的基因的受體細胞依次為人體細胞、微生物細胞、植物細胞和動物細胞.【例題2】基因治療是指（）A．把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?達到治療疾病的目的B．對有缺陷的基因進行修復，從而使其恢復正常，達到治療疾病的目的C．運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞產(chǎn)生基