1、第 2 课时 （二）基因工程的应用 基因工程自 1973 年诞生后，由于基因工程技术具有可以直接控制基因，将基因从一个 物种转移至另一个物种，创造出新的物种或新的品种的显著特点。也就是说，可按照人们 的主观愿望，创造出自然界中原先并不存在的新的生物类型，使人类从单纯地认识生物和 利用生物的传统模式跳跃到随心所欲改造生物和创造生物的新时代。经过 30 多年的发展历 程，取得了惊人的成绩，特别是近 10 年来，基因工程的发展更是突飞猛进。基因转移、基 因扩增技术的应用，不仅使生命科学的研究发生了前所未有的变化，而且在实际应用领域 中，为农牧业、食品工业、医药卫生、环境保护等方面开拓了广阔的发展前景
2、。 1基因工程与作物育种 （1）基因工程在农业上的应用 基因工程在农业上的应用主要表现在两方面： 过基因工程技术获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。 用基因工程的方法可培育出具有各种抗逆性的作物新品种。现在已培育出一批分别 具有抗病、抗虫、抗除草剂、抗盐碱、抗病毒、抗干旱等性状的转基因农作物。1996 至 2000 年的短短五年，全球转基因作物从 170104hm2 发展到 4420104hm2，其推广速度 是前所未有的 （2）基因工程在畜牧养殖业的应用 2基因工程与药物研制 基因工程在医药卫生领域的应用主要可概括为两个方面： （1） 用于生产基因工程药品 所谓基因工程药物就是先确定对某种疾
3、病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该 蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的 受体细胞中去，这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在 受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因疫苗或 药物。 基因工程的方法由于不受原料的限制，可以高效率的生产出各种高质量、低成本的药 物，如胰岛素、抗生素等。 （2）用于基因诊断和基因治疗 基因诊断（展示 DNA 分子杂交过程的动画效果） 基因诊断：运用基因分析对疾病作出诊断的方法，是遗传病最准确的诊断手段，也是 一种威力强大的高新技术。传统诊断方法是通过表现型来推
4、测基因型，而基因诊断是从基 因着手来推断表现型，即绕过基因产物，通过直接探查基因进行诊断，不受细胞类型和发 病年龄的限制，可用于一切遗传病的诊断。基因诊断也称为 DNA 诊断或基因探针技术， 即在 DNA 水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。用放射性同位素（如 P） 、 荧光分子等标记的 DNA 分子做探针，利用 DNA 分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传 信息，达到检测疾病的目的。 癌细胞的病变过程，主要是由于基因调节控制失灵，通过基因诊断，将发生紊乱的基 因加以修复，有希望根治癌症。半乳糖血症是一种先天性糖代谢缺陷症，通过基因诊断， 发现病人缺少一个合成半乳糖转移酶的基因。若
5、把半乳糖转移酶的基因转入缺乏这种基因 的人体中，治疗这种先天性疾病将成为可能。基因诊断已用于镰刀型红细胞贫血症的诊断； 对肠道病毒、疱疹病毒、腺病毒、肝炎病毒等引起的疾病，基因诊断技术已用于临床实践。 基因治疗 基因治疗，顾名思义，是指在基因水平上对人类疾病进行治疗。具体地说，它是利用 基因转移或基因调控的手段，将正常基因转入疾病患者机体细胞内，取代致病的突变基因， 表达所缺乏的基因产物。或者是通过基因调控的手段，有目的地抑制异常基因表达或重新 开启已关闭的基因，达到治疗遗传病、肿瘤、艾滋病、心血管等疾病的目的。 3基因工程与环境保护 基因工程应用于环保，一方面基因工程方法可用于环境监测。据报
6、道，用 DNA 探针 可以检测饮用水病毒的含量。具体方法：用一个特定的 DNA 片段制成探针，与被测的病 毒 DNA 杂交，从而把病毒检测出来。与传统方法相比具有快速、灵敏的特点。传统的检 测一次，需几天或几个星期的时间，精确度不高，而用 DNA 探针只需一天。据报道，能 从 1t 水中检测出 10 个病毒来，精确度大大提高。 基因工程还可用于净化环境。随着石油工业的迅速发展，石油这种含有多种烃类的物 质对环境造成很大的污染。自然界中，假单胞杆菌的细菌能够分解石油，但是，每一种假 单胞杆菌只能分解石油中的某一种成分。1975 年，科学家用基因工程的方法，创造出了能 同时分解四种烃类的“超级细菌
7、” 。 （三）转基因生物和转基因食品的安全性 当人类拥有了改造生物、创造生物的能力时，也感到了不安和困惑。人类创造的转基 因生物和转基因食品是否会危害整个生物圈，甚至人类自身。 1998 年英国的研究人员普斯陶伊通过新闻媒体向人展示了他的研究成果：实验鼠在食 用转基因土豆十天后，其肾、脾和消化道都出现了不同程度的损伤。你们怎样看待转基因 生物和转基因食品的安全性呢？ 资料分析：转基因生物和转基因食品的安全性 教师引导学生阅读教科书 P105 的内容，对教科书 P105 资料分析中的两种观点进行思 考、讨论，找出支持某一观点的有力论据。 在讨论的基础上，协商或小组指派某个角色，安排角色扮演活动。
8、站在所扮演角色的 立场上，收集证据，按规定程序陈述。 强调：支持某一观点的论据要充分，要注意科学性、客观性和逻辑性。 小结：展望 21 世纪，将是基因工程迅速发展和日臻完善的世纪，它将为人类带来巨大 的效益，人们不光在基因工程的技术上取得突破，还将加速其产业化的进程。基因工程将 在人类生活的方方面面发挥它举足轻重的作用。 三、例题操练 例 1：上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，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物蛋白含量提高 30 多倍。 “转基因动物”是指（ ） A提供基因的动物 B基因组中增加外源基因的动物 C能产生白蛋白的动物
9、D能表达基因信息的动物 解析：提供基因的动物是一个正常的动物，而不是转基因工程的产物，也含有白蛋白 基因，因此能产生白蛋白，在产生白蛋白过程中必然能够完成该基因的信息表达，因此 A、C 、 D 三个选项均是错误的。转基因动物指的就是在其基因组中含有外源基因的动物。 答案：B 例 2：要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（ ） 限制酶 连接酶 解旋酶 还原酶 解析：A、B、D 选项中的药物都是通过基因工程实现了外源基因在异体表达而获得的，C 项中的青霉菌合成青霉素是自身基因表达的结果。 答案：C 例 4：DNA 整合到细胞染色体中的过程，属于（ ） A基因突变 B基因重组 C基因互换 D
10、染色体变异 解析：DNA 整合到细胞染色体中的过程就是利用基因工程技术完成的，该 DNA 与细 胞内染色体上的 DNA 发生了重新组合的现象，属于广义的基因重组。 答案：B 例 5：基因工程是在 DNA 水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行 碱基互补的步骤的是（ ） A目的基因与运载体结合 B将目的基因导入受体细胞 C目的基因的检测 D目的基因的表达 解析：在基因工程操作的 4 个基本步骤中，形成重组 DNA 分子以及目的基因检测和 表达过程，均存在碱基互补配对，只有目的基因导入受体细胞不需要碱基互补配对。 答案：B 例 6：下列有关质粒的叙述，正确的是（ ） A质粒是广泛存在
11、于细菌细胞内的一种颗粒状细胞器 B质粒是仅存于细菌细胞中能自我复制的小型环状 DNA 分子 C质粒在侵入宿主细胞后能够自主复制 D质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立地进行 解析：质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很 小的环状 DNA 分子，能够在宿主细胞中自主复制并得以表达。 答案：C 例 7：为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，得 到转基因小麦，其水分利用率提高了 20%。这项技术的遗传学原理是（ ） A基因突变 B基因重组 C基因复制 D基因分离 解析：本题考查学生对生物变异原理的理解。应用重组 DNA 技术，人们可以把某个
12、目的基因，通过载体送入生物细胞中，并且使新的基因在细胞中正确表达，从而达到定向 改变生物性状的目的。这项技术的遗传学原理是基因重组。除了转基因技术外，利用杂交 育种或诱变育种的手段也能培育新品种。 答案：B 例 8：下图纵轴表示青霉菌的菌株数，横轴表示青霉菌产生的青霉素产量，曲线 a 表 示使用诱变剂前菌株数与产量之间的变化，曲线 b、c、d 表示使用不同剂量的诱变剂后菌 株数与产量之间的变化。请根据图完成下列问题： （1）曲线 b 和 a 相比，说明了_。 （2）b、c、d 3 条曲线比较，说明了_。 （3）比较 b、c、d 3 条曲线的变化，最符合人们要求的菌株是_，从中我们 可得到什么启
13、示？ 解析：（1）分析曲线对于 a 与 b 的菌株数最高值，可以看出诱变后少量的菌株就可以 产生等量的青霉素，所以说基因突变提高了青霉素的产量。 （2）b、c、d 相比较可以看出， 用不同剂量的诱变剂可以使青霉菌向不同的方向突变，从而使产量出现很大的差异，这就 体现了基因突变的不定向性。 （3）符合人们要求的菌株是 d，因为在同样多的菌株的情况 下，d 的产量是最多的。 答案：（1）诱变剂可以引起青霉菌发生基因突变，使青霉素的产量提高 （2）基因 突变具有不定向性 （3）d 曲线对应的青霉素株 人们可以通过反复诱变，不断地从诱变 产生的突变中筛选出高产菌株，从而提高青霉素的产量。 四、作业 教
14、材 P106“练习”一、二。 提示：基础题 1基因工程的操作通常包括以下 4 步：（1）获得目的基因（外源基因） ；（2）目的 基因与运载体结合，形成重组 DNA 分子；（3）将重组 DNA 分子导人受体细胞；（4）目 的基因的检测与表达。 2 ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTCGAGATGACCATGGCCAGGCTCGAGCTG ATGA TAGAGCTCTGACTAACCGGAATTCGAGCTCTACTGGTACCGGTCCGAGCTCGAC TACT 3常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。 拓展题 1这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是 DNA，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌
