【高中生物笔记】 基因工程的应用
基因工程的应用
植物基因工程 动物基因工程 基因工程药物的生产 基因治疗
知识点一 植物基因工程硕果
转基因植物：转入外源基因的植物
植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂，抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
（一）抗虫转基因植物
从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，导入农作物，使其具有抗虫性，已成为防治作物虫害的发展趋势。
用于杀虫的基因主要是 ：
Bt毒蛋白基因（我国转基因抗虫棉）、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等
Bt毒蛋白基因：是从苏云金芽孢杆菌中分离出的抗虫基因，该基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，水解成分子质量较小的有毒多肽，这些多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。最后造成害虫死亡。
为什么Bt毒蛋白对哺乳动物无毒害作用？特异性受体
蛋白酶抑制剂基因广泛存在于植物中，该基因产生的抑制剂可与害虫消化道内的蛋白酶结合，阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。
淀粉酶抑制剂基因产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。
植物凝集素基因会控制合成一种糖蛋白，这种糖蛋白可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。
（二） 抗病转基因植物
引起植物生病的微生物，称病原微生物；如病毒、真菌和细菌等
抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因（CP基因）、病毒的复制酶基因
抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因
目前人们已获得：
抗烟草花叶病毒的转基因烟草
抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。
（三）抗逆转基因植物
造成低产、减产的常见因素有：盐碱、干旱、低温、涝害等。
用于抗逆的基因主要是：
调节细胞渗透压的基因（抗盐碱和干旱）、鱼的抗冻蛋白基因（耐寒）、抗除草剂基因
（四）利用转基因改良植物品质
1：使食品的营养成分均衡
豆类食品含蛋氨酸比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨酸比较少。这些人体必需氨基酸的缺少对健康很不利。
科学家们将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
2：转基因耐储存番茄
番茄富含维生素，但不耐储存。
我国科学家将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。储存时间可延长1-2个月，有的可达80多天。
3：转基因矮牵牛花
将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。
知识点二 动物基因工程前景广阔
（一）用于提高动物生长速度
例1 科学家们将外源生长激素基因，导入动物体内，以提高动物生长速率。得到了转基因绵羊和转基因鲤鱼。
例2 将人的生长激素基因和牛的生长激素基因注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。
（二）用于改善畜产品的品质
例如，有些人食用牛奶后，对牛奶中的乳糖不能完全消化，也有人出现过敏、腹泻、恶心。
科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组，获得的转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
（三）用转基因动物生产药物
将哺乳动物本身，变成“批量生产药物的工厂”
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，通过显微注射方法，导入哺乳动物的受精卵中，将其送入母体，使其发育成转基因动物。
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药品,因而称为乳房（乳腺）生物反应器
为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理想的表达场所呢？
（1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。
（2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。
（3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。
（四）用转基因动物作器官移植的供体
最大的难题：存在免疫排斥反应。
知识点三 基因工程药物异军突起
1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。
2.传统生产方法的缺点：产量低，价格昂贵
3.解决办法：利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。
4.工程菌：用基因工程方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。
知识点四 基因治疗
基因治疗
定义：是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，是治疗遗传病的最有效的手段。
体外基因治疗：操作复杂，但效果较为可靠
体内基因治疗：方法较简单，但效果难以控制
目前两种方法都处于临床试验阶段
基因芯片
定义：又称DNA芯片，是根据DNA分子杂交的原理，将大量DNA片段（基因探针）固定于支持物上，然后与带有标记的基因样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。
用途：基因测序寻找有用的目的基因；对基因的序列进行比较分析
基因诊断
定义：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，从而对特定的疾病或生物进行诊断。
探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子等
原理：主要利用DNA分子杂交原理
基因诊断技术在什么方面发展迅速？
在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。
举例（1）β—珠蛋白的DNA探针 → 镰刀状细胞贫血症
（2）苯丙氨酸羧化酶基因探针 → 苯丙酮尿症
（3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 → 白血病
1.下列转基因生物与所运用的目的基因正确是：（ABCD）
A．抗虫棉——Bt毒蛋白基因 B．抗真菌立枯丝核菌的烟草——抗毒素合成基因
C．抗盐碱和干旱植物——调节细胞渗透压的基因 D．耐寒的番茄——抗冻蛋白基因
2.美国科学家运用基因工程的方法得到体型巨大的“超级小鼠”，运用的方法是（B）
A．把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入到小白鼠体内
B．把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入到小白鼠的受精卵中
C．把植物细胞分裂素基因和生长素基因分别注入到小白鼠的受精卵中
D．把人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注入到小白鼠的卵细胞中
3.继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：
（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是显微注射法。
（2）进行基因转移是，通常要将外源基因转受精卵中。
（3）通常采用DNA分子杂交技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组
（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异表达。
4.下列应用不涉及基因工程技术的是 （C）
A． 培育能产生乙肝疫苗的酵母菌 B． 培育能生产人类激素的绵羊
C． 培育高产、优质的“太空椒” D． 培育分解石油的“超级细菌
5.人们利用基因工程的方法，用大肠杆菌生产人类胰岛素，这一过程不涉及到 （D）
A．用适当的酶对胰岛素基因与载体进行切割并拼接
B．把重组后的DNA分子导入受体细胞内并进行扩增
C．检测重组DNA分子是否导入受体细胞内并表达出相应的性状
D．检测目的基因是否发生结构上的改变
6.可用DNA探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗，下列做法中不正确的是（B）
①用DNA探针检测病毒性肝炎 ②用DNA探针检测猫叫综合征
③用导入外源基因的方法治疗苯丙酮尿症 ④用基因替换的方法治疗21三体综合征
A． ①④ B． ②④ C． ②③ D． ①③
7.如果通过转基因技术成功改造了某血友病女性的造血干细胞，使其凝血功能全部恢复正常。当她与正常男性结婚，婚后所生子女的表现型为（C）
A． 儿子、女儿全部正常 B． 儿子、女儿中各一半正常
C． 儿子全部有病，女儿全部正常 D． 儿子全部正常，女儿全部有病
1.基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 （C）
A.人工合成目的基因 B.目的基因与运载体结合
C.将目的基因导入受体细胞 D.目的基因的检测和表达
2.抗病毒转基因植物成功表达后,以下说法正确的是 （B）
A.抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒 B.抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性
C.抗病毒转基因植物可以抗害虫 D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传,不会变异
3.近年来基因工程的发展非常迅猛，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 （D）
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镰刀形细胞贫血症 D.用基因替换的方法治疗21三体综合征
4.下列关于基因工程应用的叙述中，正确的是 （B）
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.原核生物的基因不能用来进行真核生物的遗传改良
5.基因治疗是指（A）
A、把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗目的
B、对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗的目的
C、运用人工诱变的方法，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
6.生产上培育无籽番茄、青霉素高产菌株、杂交培育矮秆抗锈病小麦、抗虫棉的培育原理依次是（D）
①生长素促进果实发育 ②染色体变异 ③基因重组 ④基因突变 ⑤基因工程
A. ①②③④ B. ①④③② C. ①④②⑤ D. ①④③③
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