高中生物 1.3《基因工程的应用》（教案+课件+学案）（打包3套）新人教版选修3.zip

- 1 -专题一 第 3 节 基因工程的应用一、 教学目标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、教学重点和难点1.教学重点基因工程在农业和医疗等方面的应用。2.教学难点基因治疗。三、教学过程1、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 抗冻蛋白基因 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 人胰岛素基因 人讨论：1、用动物乳腺作为反应器，生产高价值的蛋白质（如教材中列举的血清白蛋白、抗凝血酶等）比工厂化生产的优越之处有哪些？ （乳腺生物反应器的优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。）简介：动物乳腺生物反应器1987 年美国科学家戈登（Gordon）等人首次在小鼠的奶中生产出一种医用蛋白──tPA（组织- 2 -型纤溶酶原激活物），展示了用动物乳腺生产高附加值产品的可能性。利用动物乳腺生产高价值产品的方式称为动物乳腺反应器。为什么要用动物乳腺作为反应器生产高价值的蛋白质产品呢？这是因为动物乳房是一种高度分化的专门化腺体，合成蛋白质的能力非常强，尤其是一些经过长期的遗传改良，专门产奶的乳用动物品种，蛋白质合成能力更是惊人。一头优质奶牛，一年可产奶 10 000 kg。即便是一只奶山羊，一年也可产奶 2 000 kg。动物乳腺生物反应器归纳起来有四大优点：①产量高，且易收获目标产品，可以随乳汁分泌而排出动物体外；②目标产品的质量好。动物乳腺组织不仅具有按遗传信息流向合成蛋白质的能力，而且具备一整套对蛋白进行修饰和加工的能力，如糖基化、羧化、磷酸化以及分子组装等，而微生物和植物系统都不具备这种全面的蛋白质后加工能力；③产品成本低；④从奶牛中提取产品，操作比较简单。正因为利用动物乳腺生物反应器生产高附加值的产品有上述优点，目前利用动物乳腺生物反应器生产医用蛋白质已成为一种风险投资产业，受到科学家、商界和医药界的高度重视。目前瞄准的目标医药产品有：①血液蛋白质，如表 1-2 所示，这些血液蛋白质有巨大的经济效益，其中利用奶牛生产的凝血酶Ⅲ已通过第三期临床实验，即将投放市场。②第二代医用蛋白质，主要有抗体、降钙素、人的生长激素、胰岛素等药物蛋白，乳白蛋白、乳铁蛋白等营养蛋白，疫苗，组织修复物等。③生产“人源化牛奶”，即用成人的乳蛋白基因替代牛的乳蛋白基因，使牛奶变成像人奶的一种基因工程奶。动物乳腺生物反应器的做法与转基因动物的操作是相同的，只是为了将目标产品在乳汁中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，即在目标产品蛋白质编码框的前面加上乳腺组织中特异表达的启动子等，构建成表达载体后通过注射导入受精卵中，再将其送入母体动物内，发育成动物个体，这个转基因动物就会在奶中产生所需要的目标产品。2、用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。不同之处：为了将目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。操作过程大致归纳为：获取目的基因（例如血清白蛋白基因）→构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将- 3 -胚胎送入母体动物→发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。3、什么叫工程菌？关于工程菌的学习，也可结合基因工程操作程序，予以说明，并结合微生物生长和代谢的特点，说明工程菌生产药物的优越性。补充：利用微生物生产药物的优越性何在?所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有以下优越性：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从 40 头牛或 50 头猪的胰脏中才能提取到。1978 年科学家用 2 000 L 大肠杆菌发酵液得到 100 g 胰岛素，相当于从 1 000 kg 猪胰脏中提取的量。又如，生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年需要从 80 具尸体的脑下垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。4、什么是基因治疗？关于基因治疗，可结合课文中的具体实例，归纳出大致治疗过程。至于是否采用讨论方式，可根据课堂时间而定。如果时间紧，也可采用教师引导学习的方法。四、 答案和提示思考与探究根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。提示：基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。五、 知识拓展1.利用微生物生产药物的优越性何在?- 4 -所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有以下优越性：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从 40 头牛或 50 头猪的胰脏中才能提取到。1978 年科学家用 2 000 L 大肠杆菌发酵液得到 100 g 胰岛素，相当于从 1 000 kg 猪胰脏中提取的量。又如，生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年需要从 80 具尸体的脑下垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。2.在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？关于病毒外壳蛋白（coat protein，CP）基因导入植物后的抗病毒机理，目前有几种假说。一种假说认为：CP 基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的 AUG 起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义 RNA 基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是 CP 基因转录出 RNA 后，与入侵病毒RNA 之间的相互作用起到了抗性作用。利用 CP 介导的抗病毒性还存在一些问题：①转基因植物对病毒的抗性有局限性，仅限于特定的病毒（被使用 CP 基因的病毒）或密切相关的病毒；②转基因植物大多数只是发病延缓，一般为两周，并非根治；③潜在着植物表达的外壳蛋白包被与另一种病毒形成新的杂合病毒的危险。- 1 -专题一 1.3 基因工程的应用高二级 班 姓名： 座号： 交印日期： 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、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 人四、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。- 2 -(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 mRNAC．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 -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．124、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、Bt 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- 4 -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 。五、课后反思同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中 疑惑点 疑惑内容 课内探究学案 当堂检测答案1.D 2.D 3.C 4.A 5.A 6.C 7.（1）某种病毒； 腺苷脱氨酶基因； 白细胞（2）腺苷脱氨酶（抗体） ； 转录； 翻译（3）脱氧核苷酸排列顺序不同（遗传信息不同或碱基排列顺序不同） ；编码区是间隔的，不连续的（4）基因治疗； 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞内从而达到治疗的目的