高中生物《基因工程的应用》导学案+课后练习题

1.3基因工程的应用[学习目标]1.举例说出基因工程的应用。2.关注基因工程的发展。3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。知识点一植物基因工程的应用知识梳理1.植物基因工程的主要应用领域(1)提高农作物的eq\o(□,\s\up4(01))抗逆能力。(2)改良eq\o(□,\s\up4(02))农作物的品质。(3)利用植物生产eq\o(□,\s\up4(03))药物等。2．抗虫转基因植物与抗病转基因植物3．抗逆转基因植物4．利用转基因改良植物品质(1)利用转基因技术可以提高生物中eq\o(□,\s\up4(01))营养成分的含量、eq\o(□,\s\up4(02))延长蔬菜储存时间、改变花色等，从而改良作物品质。(2)成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛花。eq\a\vs4\al([问题探究])1.转基因抗虫棉的目的基因是什么？从哪种生物获取的？提示：Bt毒蛋白基因。从苏云金芽孢杆菌体内提取出来的。2．种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性，为什么？提示：会。害虫会因基因突变产生对转基因抗虫棉的抗性。典题分析题型一植物基因工程应用[例1]我国科学家利用基因工程技术将海藻合成酶基因转移到甘蔗体内，获得了抗旱、高产、高糖的甘蔗新品种。以下关于植物基因工程的说法，正确的是()A．我国转基因抗虫棉是转入了植物凝集素基因培育出来的B．可用于转基因植物的抗虫基因只有植物凝集素基因和蛋白酶抑制剂基因C．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D．提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力，与调节渗透压的基因无关解题分析我国的转基因抗虫棉是转入了Bt毒蛋白基因培育出来的，A错误；抗虫基因主要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等，B错误；利用可以调节细胞渗透压的基因，可提高作物抗盐碱和抗干旱的能力，D错误。答案C知识拓展几种杀虫基因的比较杀虫基因基因产物作用机理Bt毒蛋白基因Bt毒蛋白在害虫的消化道内降解为有毒的多肽，与肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，造成害虫死亡蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂与害虫消化道中的蛋白酶结合，使害虫不能正常消化食物中的蛋白质，并引起厌食反应淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂抑制害虫消化道中的淀粉酶活性，使害虫不能消化所摄取的淀粉，阻断害虫的能量来源植物凝集素基因植物凝集素与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，从而影响害虫对营养物质的吸收和利用知识点二动物基因工程的应用与基因工程制药知识梳理1.动物基因工程应用的几个方面2．基因工程药物(1)基因工程药物的来源：利用转基因工程菌生产药物。转基因工程菌是指用基因工程的方法，eq\o(□,\s\up4(01))使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。(2)基因工程药物的成果：第一种基因工程药物是eq\o(□,\s\up4(02))重组人胰岛素。现在利用转基因的工程菌生产的药物已有60多种，包括eq\o(□,\s\up4(03))细胞因子、eq\o(□,\s\up4(04))抗体、eq\o(□,\s\up4(05))疫苗、激素等。(3)基因工程药物的作用：可用于预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、eq\o(□,\s\up4(06))遗传病、各种传染病、eq\o(□,\s\up4(07))糖尿病、类风湿等疾病。eq\a\vs4\al([问题探究])1.动物乳腺生物反应器的优点及限制有哪些？提示：优点：①产量高，且易收获目标产品，可以随乳汁分泌而排到动物体外；②产品质量好；③成本低；④易提取。限制：受性别的限制，若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制。2．在培育动物乳腺生物反应器时，为什么将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起？提示：为了保证目的基因只在乳腺细胞中表达。3．干扰素的定义及作用分别是什么？提示：干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，它是一种抗病毒的特效药，对治疗某些癌症也有一定疗效。典题分析题型二乳腺生物反应器的分析[例2]动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时()A．仅仅利用了基因工程技术B．不需要乳腺蛋白基因的启动子C．利用基因枪法将人的生长激素基因导入受精卵中D．需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”解题分析培育转基因动物时，除了利用了基因工程技术之外，还利用了胚胎和细胞工程技术，A错误；转基因动物成为乳腺生物反应器时，基因表达载体中必须含有乳腺蛋白基因的启动子等调控组件，这样目的基因才能在乳腺细胞中得以表达，B错误；将目的基因导入动物受精卵中利用的是显微注射法，C错误；乳腺生物反应器生产的药品需从乳汁中提取，因此转基因动物进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”，D正确。答案D[例3]下列有关乳腺生物反应器与大肠杆菌生产药物的叙述错误的是()A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中或细胞产物中提取B．前者生产药物的过程不需要严格灭菌，后者需要严格灭菌C．前者合成的蛋白质可加工成熟，后者合成的蛋白质一般不可加工成熟D．两者的基因与人体基因结构均相同解题分析动物基因的结构与人类基因的结构基本相同，大肠杆菌基因的结构与人类基因的结构不同，D错误。答案D题后归纳乳腺生物反应器与工程菌比较知识点三基因治疗与基因诊断知识梳理1.基因治疗(1)概念：把eq\o(□,\s\up4(01))正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。(2)分类①体外基因治疗a．方法：先从病人体内获得eq\o(□,\s\up4(02))某种细胞，如T淋巴细胞，进行培养，然后，在eq\o(□,\s\up4(03))体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞eq\o(□,\s\up4(04))扩增培养，最后重新eq\o(□,\s\up4(05))输入患者体内。b．特点：操作复杂，但效果较为可靠。c．成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者eq\o(□,\s\up4(06))淋巴细胞或造血干细胞中，治疗复合型免疫缺陷症。②体内基因治疗a．方法：直接向人体组织细胞中转移eq\o(□,\s\up4(07))基因的治疗方法。b．特点：方法简便，但效果难以控制。c．成果：1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转入患者肺组织中。(3)用于基因治疗的基因种类：①正常基因；②反义基因；③自杀基因。(4)现状：处于初期的临床试验阶段。2．基因诊断(1)概念：也称eq\o(□,\s\up4(01))DNA诊断，即在DNA水平上分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。(2)过程：用eq\o(□,\s\up4(02))放射性同位素(如32P)或eq\o(□,\s\up4(03))荧光分子标记的DNA分子做探针，利用eq\o(□,\s\up4(04))DNA分子杂交的原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。(3)特点：准确性高、eq\o(□,\s\up4(05))不受细胞类型和发病年龄的限制，可用于遗传病的诊断。eq\a\vs4\al([问题探究])1.经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷基因？提示：存在。基因治疗只是导入正常基因，并没有去除缺陷基因。2．基因治疗把健康的外源基因导入患者的哪些细胞中？提示：基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，且是体细胞。3．基因治疗是利用基因工程产品治疗人类疾病吗？提示：基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，并没有利用基因工程生产药物。典题分析题型三基因诊断与基因治疗的区分[例4]下列关于基因工程应用的叙述，正确的是()A．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒D．利用基因工程生产乙肝疫苗时，目的基因存在于人体B淋巴细胞的DNA中解题分析基因治疗就是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，使基因的表达产物发挥功能达到治疗疾病的目的，A错误；基因诊断又称DNA诊断，利用的原理是DNA分子杂交，B正确；基因探针是用放射性同位素或荧光分子标记的含有目的基因的DNA片段，一种基因探针只能检测水体中的一种或一类病毒，C错误；利用基因工程生产乙肝疫苗是通过构建含有乙肝病毒表面抗原基因的重组质粒，然后导入相应的宿主细胞，如酵母菌细胞，生产乙肝表面抗原蛋白，D错误。答案B知识拓展基因治疗与基因诊断的比较[基础对点]知识点一植物基因工程的应用1.下列哪项不是植物基因工程技术的主要应用()A．提高农作物的抗逆性 B．生产某些天然药物C．改良农作物的品质 D．作器官移植的供体答案D解析提高农作物的抗逆性、生产某些天然药物、改良农作物的品质均属于植物基因工程的应用，A、B、C不符合题意；作器官移植的供体属于动物基因工程的应用，D符合题意。2．番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜。普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶的控制基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了抗软化番茄。下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是()A．运载工具是质粒B．受体细胞是番茄细胞C．目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因D．目的基因的表达延缓了细胞的软化答案C解析抗软化番茄的培育是以质粒作为载体，将目的基因(抗多聚半乳糖醛酸酶基因)与质粒结合形成重组DNA，利用含重组DNA的土壤农杆菌去感染普通番茄，使目的基因插入普通番茄细胞中的染色体DNA上，从而延缓细胞的软化，C错误，A、B、D正确。3．下列有关转基因植物的说法不正确的是()A．科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因，来提高作物的抗盐碱和抗旱的能力B．由于抗虫棉可以抵抗一切危害棉花植株的害虫，所以抗虫棉已经推广应用C．科学家往往将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，以提高农作物的营养价值D．引起植物生病的病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等答案B解析由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压的调节有关，所以目前科学家正在利用调节细胞渗透压的基因来提高农作物的抗盐碱和抗干旱的能力，A正确；转基因抗虫棉只是对棉铃虫有较强的抗性，并不是针对所有害虫，B错误；将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物细胞，可以提高农作物的营养价值，C正确；引起植物生病的微生物称为病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等，D正确。知识点二动物基因工程的应用与基因工程制药4.利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30%，体型大50%，在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用()A．乳腺细胞 B．体细胞C．受精卵 D．精巢答案C解析动物体细胞的全能性受到限制，而受精卵具有发育的全能性，且受精卵体积较大，容易操作，也能保证发育成的个体的所有细胞都含有生长激素基因，C正确。5．下列有关动物基因工程的说法，错误的是()A．将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速度B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低C．利用基因工程技术，得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产问题D．用转基因动物作为器官移植的供体时，由于导入的是调节因子，而不是目的基因，因此无法抑制抗原的合成答案D解析外源生长激素基因在动物体内表达可促进动物生长，A正确；将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，肠乳糖酶基因表达产物是乳糖酶，可分解乳糖，使乳糖含量降低，B正确；利用基因工程技术，得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产问题，C正确；利用基因工程方法对转基因动物的器官进行改造，采用的方法是将器官供体的基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆动物器官，D错误。6．科学家将含人体α－抗胰蛋白酶基因的表达载体注射到羊的受精卵中，该受精卵发育的雌羊乳汁中含有α－抗胰蛋白酶。下列有关转基因羊细胞的叙述，不正确的是()A．乳腺细胞的高尔基体参与α－抗胰蛋白酶的分泌B．胚胎干细胞内α－抗胰蛋白酶基因能进行复制C．卵细胞中都含有α－抗胰蛋白酶基因D．浆细胞内不表达α－抗胰蛋白酶基因答案C解析高尔基体主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”，乳腺细胞的高尔基体参与α－抗胰蛋白酶的分泌，A正确；胚胎干细胞内α－抗胰蛋白酶基因能随着细胞的分裂而进行复制，B正确；基因工程导入的基因一般为单个基因，减数分裂过程同源染色体分离，卵细胞中不一定含有α－抗胰蛋白酶基因，C错误；浆细胞的作用是产生抗体，不表达α－抗胰蛋白酶基因，D正确。7．“工程菌”是指()A．用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系B．用遗传工程的方法，使同种不同株系的菌类杂交，得到的新细胞株系C．用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系D．从自然界中选取的能迅速增殖的菌类答案C解析“工程菌”的形成有三个特点：①运用的是基因工程方法；②菌系表达的是外源目的基因，而非菌系自身的基因；③利用的是菌类高效表达基因的能力，C正确。8．将乙肝抗原基因导入到酵母菌中，通过发酵能大量生产乙肝疫苗。下列叙述正确的是()A．目的基因在酵母菌中表达出抗体B．目的基因的表达需要线粒体提供能量C．构建基因表达载体时需用限制性核酸内切酶和DNA聚合酶D．受体菌内目的基因的转录和翻译发生在同一场所答案B解析目的基因成功导入到酵母菌后可以表达出乙肝抗原，即乙肝疫苗，不是表达出抗体，A错误；目的基因通过转录和翻译过程表达出产物，需要消耗能量，可以由线粒体提供，B正确；构建基因表达载体时需要的是限制酶和DNA连接酶，C错误；由于受体菌酵母菌属于真核生物，故目的基因的转录发生在细胞核，翻译发生在细胞质，二者发生的场所不同，D错误。知识点三基因治疗与基因诊断9.关于应用基因工程治疗人类遗传病的叙述，不正确的是()A．基因治疗可以有效地改善患者生理状况，其操作对象是基因B．进行基因治疗时，基因的受体细胞是受精卵C．基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因进行改造D．基因治疗时可只对患者部分细胞输入正常基因答案B解析动物基因工程操作的受体细胞一般为受精卵，但基因治疗时，不需对全部体细胞发挥作用，受体细胞不是受精卵，而是部分体细胞，B错误；基因治疗不是对缺陷基因的改造，而是将正常基因导入，从功能上“覆盖”缺陷基因，A、C、D正确。10．以下关于基因芯片的说法不正确的是()A．利用的是分子杂交原理B．基因探针用同位素或荧光分子标记C．可进行感染性疾病、遗传性疾病、恶性肿瘤的诊断和治疗D．基因芯片在新药筛选、临床用药的指导等方面，也有重要作用答案C解析基因芯片即基因探针，只能对疾病进行诊断，不能治疗，C错误。[能力提升]11．下列关于植物、动物以及微生物在基因工程应用方面的叙述，错误的是()A．动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能B．三类生物技术操作中目的基因导入受体细胞的方式不同C．三类生物技术操作原理相同D．三类生物技术操作中用到的工具酶相同答案A解析除基因工程的第三步“将目的基因导入受体细胞”的方法不同外，三类生物在基因工程的应用中，从原理、使用的工具酶到操作流程等基本一致，B、C、D正确；三类转基因生物都可以用来生产基因工程药物，A错误。12．下列关于基因工程成果的概述，错误的是()A．在医药卫生方面，主要用于治疗疾病B．在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物C．在畜牧养殖业上培育出了生长迅速，品质优良的动物D．在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化答案A解析基因工程在医药卫生方面的应用主要是生产药物，而不是治疗疾病，A错误。13．某蛋白质A为某真核生物中的一种糖蛋白，在医学临床上有重要的药用价值，现欲用基因工程技术，将控制该蛋白质合成的基因A转入到大肠杆菌中进行工厂化生产。请回答下列问题。(1)获取基因A时，一般以基因A的mRNA为模板，在________酶作用下合成单链DNA，形成RNA－DNA杂交分子，然后在酶作用下得到单链DNA，最后在DNA聚合酶作用下得到双链DNA。(2)构建基因表达载体时，要用到“分子缝合针”是________，其与DNA聚合酶在功能上的区别是______________________________________________________。(3)基因A在细菌中表达出的蛋白质一般不具备天然状态下的活性，原因是__________________________________________________________。若要检测大肠杆菌是否表达出蛋白质A可以通过____________________检测。(4)利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有dNTP(dCTP、dATP、dGTP、dTTP)、耐热性的DNA聚合酶、________________(填两种)。答案(1)逆转录(2)DNA连接酶DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接到已有核苷酸链的末端，DNA连接酶是连接两个DNA片段；DNA聚合酶是以DNA的一条链为模板，DNA连接酶不需要模板(3)蛋白质A为糖蛋白，其上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而大肠杆菌无这些细胞器抗原—抗体杂交(4)引物和(基因A的)双链模板解析(1)利用逆转录法合成目的基因的过程：以基因A的mRNA为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA，形成RNA－DNA杂交分子，然后在酶作用下得到单链DNA，最后在DNA聚合酶作用下得到双链DNA。(2)在基因工程中，“分子缝合针”指的是DNA连接酶，其与DNA聚合酶在功能上的区别是DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接到已有核苷酸链的末端，DNA连接酶是连接两个DNA片段；DNA聚合酶是以DNA的一条链为模板，DNA连接酶不需要模板。(3)蛋白质A为糖蛋白，其上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而大肠杆菌无这些细胞器，因此基因A在细菌中表达出的蛋白质一般不具备天然状态下的活性。可用抗原—抗体杂交法检测大肠杆菌是否表达出蛋白质A。(4)PCR全称为多聚酶链式反应，是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术，利用PCR技术扩增DNA时，需要添加的有机物有dCTP、dATP、dGTP、dTTP、耐热性的DNA聚合酶、引物和(基因A的)双链模板。14．科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出做体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸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体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。(1)基因治疗是把正常的________导入有________的细胞中，以达到治疗疾病的目的。(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的________________。此基因工程中的目的基因是____________________________________________________________________，目的基因的受体细胞是________。(3)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白细胞中能合成____________________________________________________________________。(4)人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是____________________________________________________________________。答案(1)外源基因基因缺陷(2)载体(或基因的运载工具)腺苷酸脱氨酶基因白细胞(3)腺苷酸脱氨酶(4)脱氧核苷酸的数目、排列顺序不同解析(1)基因治疗就是把正常的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。(2)逆转录病毒的作用是作为载体，将目的基因(腺苷酸脱氨酶基因)导入白细胞中。(3)目的基因在受体细胞中经过转录和翻译，表达产生腺苷酸脱氨酶，使人体的免疫系统能够发挥正常功能。(4)人的不同基因所含有的脱氧核苷酸的数目、排列顺序是不同的。15．金花茶是中国特有的观赏花卉，但易得枯萎病，会降低观赏价值。科学家在某种植物体中找到了抗枯萎病的基因，用转基因方法培育出了抗枯萎病的金花茶新品种。请据图回答：(1)获得②可用____________________________________________________________________________________________(答出两项即可)等方法。将②连接到①上并形成③必须使用的工具酶是____________________________________________________________________。(2)抗枯萎病金花茶的培育成功，从变异的角度来说属于________，同时也说明一种生物的基因表达系统能够识别来自另一种生物的DNA的________________________________________