人教版选修3 基因工程的应用学案[学习目标] 1.说出植物基因工程取得的成果。
2.关注动物基因工程的应用前景。
3.了解基因工程药物和基因治疗。
方式一基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的几十年间，得到了飞速的发展，目前已经成为生物科学的核心技术。
基因工程在实际应用领域——农牧业、工业、环境、能源和医疗卫生等方面，也展示出美好的前景。
我们今天就一起来分享一下它的成果吧！方式二胰岛素是治疗糖尿病的特效药。
一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100 kg胰腺只能提取4～5 g胰岛素。
用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。
1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。
1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%～50%。
可以看出利用转基因微生物生产药物与传统的制药相比的优越性：无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品、降低生产成本，减少生产人员和管理人员，而且可以解决传统制药中原料来源不足的问题。
基因工程取得了哪些丰硕成果，还有哪些进展，让我们一起来学习吧。
一、植物基因工程硕果累累1．抗虫转基因植物(1)杀虫基因种类：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。
(2)成果：转基因抗虫棉、水稻等。
2．抗病转基因植物(1)抗病基因种类：①抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因等。
②抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因等。
(2)成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、抗病毒的转基因小麦等。
3．抗逆转基因植物抗逆基因作用成果调节细胞渗透压基因改变细胞内渗透压，提高抗盐碱、抗干旱能力抗盐、抗旱烟草抗冻蛋白基因提高耐寒能力耐寒番茄抗除草剂基因抗除草剂抗除草剂玉米4.利用转基因改良植物的品质(连线)归纳总结抗虫转基因植物与抗病转基因植物项目抗虫转基因植物抗病转基因植物方法从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中将抗病基因导入植物中基因种类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①抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因②抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因成果转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等意义减少了化学农药的使用，降低了生产成本，减少了环境污染，降低了对人体健康的损害例1目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是( ) A．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B．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C．标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因D．转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫答案 C解析苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后需用农杆菌转化法导入棉花的叶肉细胞，不能直接进入棉花的叶肉细胞表达，A项错误；叶肉细胞是体细胞，其基因不能通过有性生殖进行遗传，可以通过植物组织培养技术，使抗虫性状遗传下去，B项错误；构建好的基因表达载体中必须含有标记基因，以便于确定目的基因是否进入受体细胞内，C项正确；棉铃虫抗性的产生是基因突变的结果，但抗虫棉的自然选择会使棉铃虫的抗性基因频率升高，D 项错误。
例2以下关于植物基因工程应用的说法，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答案 C解析我国的抗虫棉是转入了Bt毒蛋白基因培育出来的；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；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。
二、动物基因工程的前景项目应用基因来源或处理成果提高动物的生长速度外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品的品质肠乳糖酶基因转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少转基因动物生产药物药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子等乳腺(房)生物反应器转基因动物作器官移植的供体抑制或除去抗原决定基因结合克隆技术培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官归纳总结1．乳腺生物反应器(1)乳腺(房)生物反应器：科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，然后，将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物。
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
(2)过程(如图所示)2．列表比较乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别比较内容乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因结构与人类的基因结构基本相同细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌合成的药物蛋白可能没有活性生产条件不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞或其培养液中提取例3上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。
他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药用蛋白含量提高了30多倍，以下与此有关的叙述中，正确的是( )A.“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物B.“提高基因的表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因C.只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D.转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白答案 D解析体细胞中出现新基因有可能是基因突变导致的，故A错误；“提高基因的表达水平”是指增强白蛋白基因表达，白蛋白基因数目没有增多，故B错误；“转基因动物”一般用到的受体细胞是受精卵，发育个体的几乎所有细胞中都有相同的外源基因，故C错误；转基因牛的白蛋白基因也是选择性表达的，在肌肉细胞中不能表达，故D正确。
例4下列有关利用乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述，错误的是( )A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中提取B．前者是在畜牧业中的应用，后者是在工业生产中的应用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能加工成熟D．两者与人体基因结构均相同答案 D三、基因工程药物及基因治疗1．基因工程药物(1)概念：基因工程药物是指利用转基因的工程菌生产的药物。
(2)原理：通过基因工程技术，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。
(3)成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
(4)作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。
2．基因治疗(1)概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。
(2)成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞中。
(3)途径：分为体内基因治疗和体外基因治疗。
(4)现状：处于初期的临床试验阶段。
归纳总结1．体外基因治疗和体内基因治疗的比较途径比较体外基因治疗体内基因治疗不同点方法从患者体内获得某种细胞→细胞培养→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内外源基因→载体携带――→转移体内相应组织细胞特点操作复杂，但效果可靠方法较简单，但效果难以控制相同点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阶段2.基因诊断与基因治疗的比较项目方法备注基因诊断制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确检测人类某种疾病临床应用阶段基因把健康的外源基因导入有基因缺陷的仅处于初期的临床试验阶段，仍有许多问治疗细胞中，可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法题和困难制约该技术的发展例5《人类基因治疗》报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。
基因治疗是指( ) A．把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的C．运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的答案 A解析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，而细胞中的缺陷基因并未修复，和正常基因同时存在，基因治疗也不是切除病变基因或诱发其突变，因而B、C、D项的说法都不符合基因治疗的概念。
例6近年来基因工程的发展非常迅速，科学家可以用DNA探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗，下列做法不正确的是()A．用DNA探针检测镰刀型细胞贫血症B．用DNA探针检测病毒性肝炎C．用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症D．用基因替换的方法治疗21三体综合征答案 D解析基因工程是基因水平上的现代生物技术，而21三体综合征属于染色体异常遗传病，患者的第21号染色体比正常人多一条，无法从基因水平上治疗。
1．提高农作物抗盐碱和抗干旱能力的目的基因是( )A．抗除草剂基因B．调节细胞渗透压的基因C．抗冻蛋白基因D．Bt毒蛋白基因答案 B解析由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，所以可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高农作物抗盐碱和抗干旱的能力。
2．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D项为动物基因工程技术的重要应用。
3．从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。
如果将药用蛋白基因转入动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于( )A．技术简单B．膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白C．膀胱上皮细胞全能性较高D．无论是雌性还是雄性个体，在任何发育时期都可以产生所需药物答案 D解析利用动物乳腺生物反应器生产药物要受动物性别和发育期的限制，若从尿液中获取药物，则无论是雌性还是雄性个体，在任何发育期都可以产生所需药物。
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所有病毒D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良答案 B解析基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗的目的，并不是把缺陷基因诱变成正常基因；基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用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；基因探针具有专一性，一般来说，一种基因探针只能检测水体中的一种相应的病毒；原核生物的基因也是DNA，可以用于真核生物的遗传改良。