1、第二節(jié) 關(guān)注基因工程 情境導(dǎo)入情境導(dǎo)入 目前,國際上獲得的轉(zhuǎn)基因植物已達100多種,包括水稻、玉米等糧食作物,棉花、大豆等經(jīng)濟作物,番茄、黃瓜等蔬菜。轉(zhuǎn)基因也在藥物生產(chǎn)方面得到廣泛應(yīng)用,基因治療有了長足的發(fā)展。 課程目標課程目標 1 .舉例說出基因工程的應(yīng)用。 2 .關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題。 3 .舉例說出生物武器的危害。 一 二 三 四 五 一、植物基因工程已經(jīng)獲得了迅猛發(fā)展 植物基因工程不僅用于提高農(nóng)作物的抗除草劑、抗蟲、抗病和抗鹽堿能力等方面,還用于改善農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。 1 .抗病轉(zhuǎn)基因植物 (1)許多病原微生物會引起植物患病,這些微生物包括病毒、細菌和真菌。

2、(2)目的基因:病毒的復(fù)制酶基因、幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因。 2 .抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 (1)轉(zhuǎn)基因抗蟲植物的研究已經(jīng)獲得相對豐碩的成果。 (2)目的基因:蘇云金桿菌 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。 3 .抗逆轉(zhuǎn)基因植物 (1)幾乎所有的植物在它們的生活過程中都要遇到這樣或那樣的逆境,包括凍害、鹽堿、干旱、水澇等不利的環(huán)境條件。這些不利的環(huán)境條件都會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。 (2)目的基因:抗凍蛋白基因、可以調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因、抗除草劑基因。 一 二 三 四 五 二、動物基因工程展示出誘人的應(yīng)用前景 動物基因工程在改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、提高動物生長速度、利用

3、轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物、 利用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植供體等方面,顯示出誘人的應(yīng)用前景。 1.改善畜產(chǎn)品品質(zhì) 科學(xué)家將編碼乳糖酶的基因?qū)肽膛；蚪M后,獲得的轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)出來的牛奶中乳糖的含量大大降低。 2.提高動物生長速度 導(dǎo)入外源生長激素基因獲得的轉(zhuǎn)基因綿羊,其生長速度明顯提高;導(dǎo)入外源生長激素基因獲得的轉(zhuǎn)基因鮭魚,在同樣的生長周期中,體重明顯大于野生鮭魚。 一 二 三 四 五 3.生產(chǎn)藥物 目前世界范圍內(nèi)基因工程研究的熱點之一是利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。 因為這些轉(zhuǎn)基因動物就像一座座生產(chǎn)藥物的反應(yīng)器,所以也把這些轉(zhuǎn)基因動物稱為新型生物反應(yīng)器。培育這類轉(zhuǎn)基因動物一般先要將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的

4、啟動子等重組起來,導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中,再讓這些受精卵在母體內(nèi)生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。當(dāng)這些轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后,它們分泌的乳汁就成為生產(chǎn)所需藥物的原料。 4.科學(xué)家也在開展用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植供體的研究 一 二 三 四 五 三、基因工程和人類健康關(guān)系密切 基因工程和人類健康的關(guān)系十分密切,突出表現(xiàn)在基因工程藥物、 基因診斷和基因治療等方面。 一 二 三 四 五 四、轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題 1.對轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品的態(tài)度:科學(xué)地認識、 評估和利用,應(yīng)保障公眾對所購食品是否來源于轉(zhuǎn)基因生物擁有知情權(quán)。 2.對轉(zhuǎn)基因植物應(yīng)考慮的安全性問題:食用安全問題;對生態(tài)系統(tǒng)的影響。 3.對轉(zhuǎn)基因動物應(yīng)考

5、慮的安全性問題:對人體健康的影響;對生態(tài)系統(tǒng)的影響。 一 二 三 四 五 五、生物武器的危害性 1.許多細菌如霍亂弧菌和炭疽桿菌、病毒如埃博拉病毒和天花病毒等微生物具有強大的感染力和致病力,利用它們作為生物武器,具有極大的危險性。 2.利用轉(zhuǎn)基因技術(shù),在一些不致病的微生物體內(nèi)插入致病基因,或在一些致病的細菌或病毒中插入能對抗普通疫苗或藥物的基因,就會培育出新的致病微生物或抗藥性增強的致病微生物。 3.人類基因組計劃的完成也為生物武器的研制創(chuàng)造了條件。 4.生物科學(xué)技術(shù)是把“ 雙刃劍”,既可能造福人類,也可能造成災(zāi)難。 自主思考生物武器殺傷性有什么特點? 提示:生物武器有獨特的殺傷性:致病力強,

6、多數(shù)具有傳染性;污染面廣;不易被發(fā)現(xiàn);有一定的潛伏期。 探究點一 探究點二 基因工程與人類健康 問題導(dǎo)引 右圖表示我國科學(xué)家培育的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因鯉魚 “ 吉鯉” 。其肉質(zhì)細嫩、味道鮮美、營養(yǎng)豐富,遠遠超過鯽魚和鯉魚,而且生長迅速。但是,科學(xué)家們卻千方百計地將其由正常二倍體變?yōu)槿扼w。請說明這樣做的主要理由是什么。 提示:轉(zhuǎn)基因鯉魚雖然具有很多優(yōu)點,但其遺傳物質(zhì)和一些性狀發(fā)生了一定變化,不知其是否會對生態(tài)環(huán)境和生物多樣性等造成一些負面影響,故應(yīng)限制其繁殖能力,而將其由二倍體變?yōu)榉庇芰艿偷娜扼w,就是有效方法之一。 探究點一 探究點二 名師精講 1 .基因診斷 (1)方法:基因檢測。

7、 (2)原理:DNA分子雜交(堿基互補配對原則)。 (3)目的:判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常(如遺傳病患者的基因缺陷)或攜帶病原體(如乙型肝炎病毒)等。 2.基因治療 (1)方法:利用正常基因置換或彌補缺陷基因。 (2)過程。 (3)成果:將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細胞中,再將這種淋巴細胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi),從而提高患者的免疫力。 (4)途徑:包括體外基因治療和體內(nèi)基因治療。 探究點一 探究點二 方不 法 同 特點 點 相同點 體外基因治療 從患者體內(nèi)獲得某種細胞體外完成基因轉(zhuǎn)移篩選、細胞擴增輸入體內(nèi) 操作復(fù)雜,效果可靠 都是將外源基因?qū)氚屑毎?以糾正缺陷基因 體內(nèi)基因治療 直接向患者體內(nèi)

8、組織細胞中轉(zhuǎn)移基因 方法較簡單,效果難以控制 特別提醒不是所有的遺傳病都能使用基因治療的方法診治。目前,基因治療的方式主要為導(dǎo)入正?；虿⑹怪磉_,以此彌補基因缺陷。不能直接修復(fù)缺陷基因,也不能對基因直接替換。 探究點一 探究點二 【例題 1】科學(xué)家們對一位缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患嚴重復(fù)合型免疫缺陷癥的美國女孩進行基因治療,其方法是首先將患者的淋巴細胞取出進行體外培養(yǎng),然后用反轉(zhuǎn)錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入人工培養(yǎng)的淋巴細胞中,再將這些轉(zhuǎn)基因淋巴細胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi),經(jīng)過多次治療,患者的免疫功能趨于正常。 (1)基因治療是把健康的 導(dǎo)入有 的細胞中,以達到治療疾病的目的。 (2)在基因治療過

9、程中,反轉(zhuǎn)錄病毒的作用相當(dāng)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 ,目的基因的受體細胞是 。 (3)將轉(zhuǎn)基因淋巴細胞多次回輸?shù)交颊唧w內(nèi)后,其免疫能力趨于正常,是由于淋巴細胞中能合成 。 (4)下圖甲所示的方法是從 的DNA中直接分離出基因,圖乙所示的方法是用 方法人工合成基因。 探究點一 探究點二 解析:圖甲表示用限制性核酸內(nèi)切酶將供體細胞的DNA切成許多片段,然后將這些片段通過載體轉(zhuǎn)入不同的受體細胞中,可從中找到目的基因。 圖乙表示用目的基因轉(zhuǎn)錄成的mRNA作為模板,反轉(zhuǎn)錄成互補的單鏈DNA,再合成雙鏈DNA,從而獲得目的基因。 答案:(1)外源基因 基因缺陷 (2)載體(

10、或基因的運輸工具) 腺苷酸脫氨酶基因 淋巴細胞 (3)腺苷酸脫氨酶 (4)供體細胞 反轉(zhuǎn)錄 探究點一 探究點二 生物武器的種類、特點及危害 問題導(dǎo)引 1974 年河北某縣農(nóng)民在實施大型農(nóng)田工程時,挖出一些當(dāng)時侵華日軍埋藏的盛有微生物的金屬罐。 有關(guān)人員對該地區(qū)進行了封鎖戒嚴,這樣做的理由是什么? 提示:這些盛有微生物的金屬罐是日本當(dāng)年研制的生物武器,罐中的微生物有強大的感染力和致病力。 對發(fā)現(xiàn)地實行封鎖戒嚴,是為了防止病原體擴散。 探究點一 探究點二 名師精講 1 .從四個方面(致病菌、病毒、生化毒劑和經(jīng)過基因重組的致病菌)記憶生物武器的種類。 2 .從生物武器的特點來理解生物武器的危害。 生

11、物武器是一種大規(guī)模殺傷性武器,它與常規(guī)武器相比有許多特點。 (1)致病力、傳染性強。生物武器多數(shù)是烈性傳染性致病微生物,少量即可使人得病。它的傳染性強,在缺乏防護、人員密集及平時衛(wèi)生條件差的情況下,很容易傳播、蔓延,引起傳染病流行。 (2)有潛伏期。 (3)污染面積大,危害時間長。直接噴灑的生物氣溶膠,可隨風(fēng)飄到較遠的地區(qū),殺傷范圍達數(shù)百至數(shù)千平方千米。 (4)傳染途徑多,難以防治。生物武器可通過多種途徑使人感染發(fā)病,如經(jīng)口食入、經(jīng)呼吸道吸入、昆蟲叮咬、污染傷口、皮膚接觸、黏膜感染,等等。 (5)生物武器造價低,技術(shù)難度不大,隱蔽性強,可以在任何地方研制和生產(chǎn)。 探究點一 探究點二 【例題 2

12、】經(jīng)實驗分析確定流感病毒 RNA 由8個基因組成,據(jù)此回答問題。 (1)該流感病毒遺傳物質(zhì)的含氮堿基有哪幾種?(分別寫出名稱和英文縮寫) (2)該病毒的基因控制合成的蛋白質(zhì)最多有 種。 據(jù)中心法則分析,該病毒遺傳信息的傳遞過程與人體不同的步驟可能有 。 (3)20世紀30年代,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)1918年大流感幸存者體內(nèi)存在完全可以阻斷豬流感病毒毒力的抗體,而1918年后出生的人體內(nèi)卻沒有這種抗體。這表明 。 (4)如何對流感病毒進行改造制造生物武器?危害性與一般生物武器相比怎樣?原因是什么? 探究點一 探究點二 解析:(1)流感病毒的遺傳物質(zhì)為RNA,含A、G、C、U 4種堿基。依次為腺嘌呤、鳥嘌

13、呤、胞嘧啶、尿嘧啶。 (2)每種基因一般翻譯成一種蛋白質(zhì)。RNA病毒中往往具有RNA的自我復(fù)制及逆轉(zhuǎn)錄過程,人體中不含這兩個步驟。 (3)相同的病原體刺激產(chǎn)生相同的抗體。 自然條件下只有病原體侵入生物體,才會產(chǎn)生相應(yīng)抗體。 (4)流感病毒基因可與生物毒素分子基因拼接,可用基因工程大批量生產(chǎn),也可對流感病毒基因進行改造,制造危害性更強的新型生物病毒。 探究點一 探究點二 答案:(1)腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U) (2)8 RNA的復(fù)制和RNA的反轉(zhuǎn)錄 (3)引發(fā)人類流感和豬流感的病毒可能是同一種。 幸存者因感染過該類病毒,故已產(chǎn)生相應(yīng)抗體。1918年以后出生的人沒有感染

14、過該病毒,故不產(chǎn)生相應(yīng)抗體 (4)將流感病毒基因與生物毒素分子基因拼接或?qū)α鞲胁《净蜻M行改造。 利用基因重組技術(shù)獲得的生物武器較一般生物武器危害性大,原因是人類從未接觸過該致病微生物且無藥可醫(yī)。 探究點一 探究點二 判斷正誤(正確的畫“ ”,錯誤的畫“”)。 1.為培育抗除草劑的作物新品種,導(dǎo)入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體。( ) 提示: 受體細胞最好用受精卵為受體,因為受精卵全能性高,但其他體細胞也可作為受體細胞。 2.動物基因工程主要是為了產(chǎn)生體型巨大的個體。( ) 提示: 動物基因工程主要是為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),而不是為了產(chǎn)生體型巨大的個體。 3.藥用蛋白主要由轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)。(

15、) 提示: 基因工程的受體細胞包括細菌、 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的過程中,大規(guī)模生產(chǎn)藥用蛋白。 探究點一 探究點二 4 .基因治療是把正?；?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。( ) 提示: 5 .通過轉(zhuǎn)基因方式獲得的抗蟲棉具有永久抗蟲的能力。( ) 提示: 抗蟲棉的存在導(dǎo)致昆蟲抗蟲基因的基因頻率發(fā)生改變,昆蟲抗性增加,使抗蟲棉抗性降低。 6 .用限制性核酸內(nèi)切酶切割得到的人胰島素基因,導(dǎo)入大腸桿菌細胞后能得到有效的表達。( ) 提示: 人胰島素基因是真核細胞內(nèi)的基因,其結(jié)構(gòu)與原核細胞內(nèi)的基因不同,所需要的啟動子原核

16、生物中沒有。另外,它的表達還需要特定的細胞器:高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等,而大腸桿菌中缺少這些細胞器。 7 .應(yīng)用DNA探針技術(shù)可以檢測轉(zhuǎn)基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及表達。( ) 提示: DNA探針技術(shù)不能檢測基因是否表達。 要檢測目的基因的表達情況,應(yīng)該檢測是否產(chǎn)生了相應(yīng)的蛋白質(zhì)。 1 2 3 4 5 1.下列哪項不是轉(zhuǎn)基因技術(shù)成果?( ) A.乙肝疫苗 B.高產(chǎn)雜交水稻 C.轉(zhuǎn)基因抗蟲棉 D.超級小鼠 解析:高產(chǎn)雜交水稻是袁隆平等科學(xué)家通過水稻雜交培育而成的,其原理是基因重組,沒有轉(zhuǎn)入外源生物基因,不是轉(zhuǎn)基因技術(shù)成果。 答案:B 1 2 3 4 5 2.轉(zhuǎn)基因技術(shù)在植物品種改良方面應(yīng)用廣泛,

17、其中一項基因工程就是改造CO2固定酶。其目的是( ) A.提高光合作用效率 B.延長果實的儲藏期 C.培育新作物品種 D.提高植物的抗性 解析:光合作用是植物利用光能將CO2和H2O合成可以貯存能量的有機物。改造CO2固定酶,其目的是提高光合作用效率。 答案:A 1 2 3 4 5 3.下列哪項不是基因工程方法生產(chǎn)的藥物?( ) A.干擾素 B.白細胞介素 C.青霉素 D.乙肝疫苗 解析:可以用基因工程的方法生產(chǎn)干擾素、白細胞介素等淋巴因子,還可以生產(chǎn)疫苗;青霉素是青霉菌的代謝產(chǎn)物,通常采用誘變育種來獲得高產(chǎn)菌株,再通過發(fā)酵工程而獲得青霉素,所以C選項符合題意。 答案:C 1 2 3 4 5 4.應(yīng)用基因工程方法,可將酵母菌制造成“ 工程菌”,用于生產(chǎn)乙肝疫苗,在制造該“ 工程菌” 時,應(yīng)向酵母菌導(dǎo)入