高中生物选修三学案：1.3 基因工程的应用(1) 预习学案

专题一1.3 基因工程的应用

课前预习学案

一、预习目标

1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。

2.关注基因工程的进展。

3.认同基因工程的应用促进生产力的提高

二、预习内容

选修3 P17—P24

阅读课本填表

转基因生物与目的基因的关系

转基因生物目的基因目的基因从何来

抗虫棉Bt毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌抗真菌立枯丝核菌的烟草几丁质酶基因和抗毒素合成基因

抗盐碱和干旱作物调节细胞渗透压的基因

耐寒的番茄鱼

抗除草剂大豆抗除草剂基因

增强甜味的水果降低乳糖的奶牛

甜味基因肠乳糖酶基因

生产胰岛素的工程菌人

三、提出疑惑

疑惑点疑惑内容

课内探究学案

一、学习目标

1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。

2.关注基因工程的进展。

3.认同基因工程的应用促进生产力的提高

二、学习重难点

1.重点：基因工程在农业和医疗等方面的应用

2难点：基因治疗

三、学习过程

Ⅰ、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能力，以及改良农作物的和利用植物生产等方面。

（一）抗虫转基因植物

1．杀虫基因种类：Bt毒蛋白基因、抑制剂基因、抑制剂基因、植物凝集素基因等。

2．成果：抗虫植物：棉、玉米、马铃薯、番茄等。

(二)抗病转基因植物

1．植物的病原微生物：、真菌和细菌等。

2．抗病基因种类

(1)抗病毒基因：病毒基因和病毒的复制酶基因。

(2)抗真菌基因：基因和抗毒素合成基因。

(3)成果：烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。

(三)抗逆转基因植物

1．抗逆基因：调节细胞基因使作物抗碱、抗旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；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。

(四)转基因改良植物品质

1．优良基因：必需氨基酸的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因。

2．成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。

Ⅱ、动物基因工程的成果

(一)提高动物的生长速度

1．生长基因：外源基因。

2．成果：转基因绵羊、转基因鲤鱼。

(二)改善畜产品的品质

1．优良基因：肠乳糖酶基因。

2．成果：转基因牛含量少。

(三)转基因动物生产药物

1．基因来源：药用基因+ 蛋白基因+启动子。

2．成果：乳腺生物反应器。

(四)转基因动物作器官移植的供体

1．器官供体：抑制或除去抗原决定基因。

2．成果：利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。

（五）基因工程药物

1．来源：转基因。

2．成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

Ⅲ、基因治疗

1．概念：把导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治

疗疾病的目的。

2．成果：将腺苷脱氢酶基因导入患者的淋巴细胞。

四、当堂检测

1、利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是

A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白2、现有一长度为1000碱基对(by）的DNA分子，用限制性核酸内切酶Eco R1酶切后得到的DNA分子仍是1000 by，用Kpn1单独酶切得到400 by和600 by两种长度的DNA分子，用EcoRI、Kpnl同时酶切后得到200 by和600 by两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是

3、（2008理综全国卷Ⅰ）4．已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。如果在该线性DNA分子在3个酶切位

点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长

度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个

DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论

上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长

度不同的DNA片段种类数是

A．3 B．4 C．9 D．12

4、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白，以下有关该基因工程的叙述，错误的是（）

A、采用反转录的方法得到的目的基因有内含子

B、基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的

C、马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞

D、用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA 分子

5、科学家在基因工程技术中常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，主要原因是（）

A、繁殖速度快

B、结构简单、操作方便

C、遗传物质含量少

D、性状稳定、变异少

6、运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能

大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，保护农业生态环境。根据以上信息，下列叙述正确的是（）

A、B t基因的化学成分是蛋白质

B、Bt基因中有菜青虫的遗传物质

C、转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因

D、转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物

7、在1990年，医生对一位因缺乏腺苷脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行治疗。采用的方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养，然后用某种病毒将正常腺苷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的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。

（1）该病治疗运用了基因工程技术，在这个实例中运载体是，目的基因是，目的基因的受体细胞是。

（2）将转基因白细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于产生了，产生这种物质的两个基本步骤是和。

（3）人的腺苷脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是；与大肠杆菌基因相比，其主要特点是。

（4）该病的治疗方法属于基因工程运用中的。这种治疗方法的原理是。

课后练习与提高

1、天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类，用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用。研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转人酿酒酵母菌，获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精。请回答下列问题：

（1）将淀粉酶基因切割下来所用的工具是，用将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子，下一步将该DNA分子，以完成工程菌的构建。

（2）若要鉴定淀粉酶基因是否插人酿酒酵母菌，可采用的检测方法是；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用检测。将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养一定时间后，加入碘液，工程菌周围出现透明圈，请解释该现象发生的原因。

（3）如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小?

（4）微生物在基因工程领域中有哪些重要作用?

2、（8分）为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三

角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐

盐基因培育出了耐盐水稻新品系。

（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制

性内切酶作用于图中的处，DNA连接酶作用

于处。（填“a”或“b”）

（2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和法。

（3）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的作探针进行分子杂交检测，又要用方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。

3、以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。

（1）获得目的基因的方法通常包括和。

（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是和。

（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或，后者的形状成。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率，所以在转化后通常需要进行操作。

（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和序列上是相同的。

4、（8分）[生物-现代生物科技专题]

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：

（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是。

（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。

5、（14分）在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。

请据图回答：

（1）A过程需要的酶有_______________________________________________。

（2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是____________________ ____________________________________________________________。

（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入________________。（4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用________________ ________________________________________________作为探针。

（5）科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。

①将转基因植株与________________________杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1：1。

②若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为________。

③若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占____________%。

6、（2007年江苏卷第42题B题）很久以前科学家在土壤中发现了某种细菌能制造对昆虫有毒的蛋白质，当时许多人就想把编码这一蛋白质的基因（抗虫基因）转移到农作物中，以降低昆虫对农作物造成的危害。20世纪90年代，美国科学家采用基因工程技术首次培育出

抗虫玉米新品种。下图为这一转基因玉米的主要培育过程。

（1）获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基因外，还可以____________ 。将目的基因与运载体结合时必须用________酶和DNA连接酶。在基因工程中，常用的运载体有_______等，而作为运载体必须具备相应的条件，例如，应具有____________ 以便进行筛选。

（2）由转基因玉米细胞经过 __________形成愈伤组织，然后发育成胚状体和试管苗。若要制备转基因玉米的人工种子，可选择上述实验过程中的__________再包裹合适的__________等。

[解析]这是一道典型的基础题，主要对教材上基因工程的基本知识进行考查，涉及基本方法、基本工具、基本概念、基本原理、基本过程等，同时还联系了植物细胞工程中的植物组织培养的相关知识，熟记了教材中的内容，即可正确解答本题。

7、（2008年江苏卷第32题）将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗，饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的图和表。

请根据以上图表回答下列问题。

（1）在采用常规PCR方法扩增目的基因的过程中，使用的DNA聚合酶不同于一般生物体内的DNA聚合酶，其最主要的特点是_____________ 。

（2）PCR过程中退火（复性）温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表1为根据模板设计的两对引物序列，图2为引物对与模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火温度？_______ 。

（3）图1步骤③所用的DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求?_________。

（4）为将外源基因转入马铃薯，图1步骤⑥转基因所用的细菌B通常为 __________。（5）对符合设计要求的重组质粒T进行酶切。假设所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图1中标示的酶切位点和表2所列的识别序列，对以下酶切结果作出判断。

①采用EcoRⅠ和PstⅠ酶切，得到 _________种DNA片断。

②采用EcoRⅠ和SmaⅠ酶切，得到 ________ 种DNA片断。

当堂检测[答案]