【课堂设计】浙科版生物选修三全套备课精选同步练习：1.3 基因工程的应用

第3课时　基因工程的应用
目标导航　1.举例说出基因工程在遗传育种、疾病治疗与生态环境保护方面的应用。2.说出基因治疗的基本原理。
一、基因工程与遗传育种
1．转基因植物
(1)培育优点：科学家利用传统的育种方法已经培育出了许多农作物的新品种，但是，这种方法的不足之处是______________________________，而且______________________。植物基因工程的应用解决了这个缺陷。
(2)应用类型：科学家利用基因工程技术已 ( http: / / www.21cnjy.com )经培育出了多种转基因农作物。①____________：有转基因烟草、番茄和马铃薯等；②____________：有转基因棉、番茄、烟草、马铃薯、水稻和杨树；③__________：有转基因烟草、番茄、苜蓿和马铃薯；④________：转基因番茄等；⑤还有抗盐碱、________、________和________________的转基因农作物；⑥用基因工程的方法还能够改变____________。
2．转基因动物
(1)含义：转基因动物是指____________________________。
(2)培育优点：传统的动物育种方法一直是改 ( http: / / www.21cnjy.com )良家畜____________的主要途径，与基因工程育种相比，这种传统的杂交育种方法______、______。
(3)应用类型：具有多种优良性状的转基因鼠、牛、羊、猪、鸡和鱼已经问世。①用于________________，如转基因鼠、鱼和猪；②具有____________的转基因鸡和牛；③还能培育出能________________的转基因羊。
二、基因工程与疾病治疗
基因工程在医药工业和医学领域的应用主要包括________________和____________。
1．基因工程药物
目前已经投放市场的基因工程药物有________、____________、________、________________等。
(1)胰岛素　胰岛素是一种________激素，它存在于人和动物的胰脏中，是治疗________________________糖尿病的有效药物。1978年，科学家在____________中成功表达了人胰岛素。
(2)干扰素　干扰素是病毒侵入细胞后产生的 ( http: / / www.21cnjy.com )__________。具有________、______________和____________等多种生物学功能，是治疗____________和________的药物。利用基因工程生产干扰素与传统生产相比具有________、________等优点。
(3)乙型肝炎疫苗　乙型肝 ( http: / / www.21cnjy.com )炎是全球性传染病，目前没有特效药物治疗此病。1982年，乙肝抗原在________中表达成功，随后各国的疫苗相继投入生产。
2．基因治疗
(1)概念：基因治疗是向____________中引入____________的基因，以____________基因的缺陷，达到治疗的目的。
(2)阶段：目前基因治疗的技术还不成熟，许多试验尚未成功，许多理论和技术问题有待解决，基因治疗还处在______阶段。
三、基因工程与生态环境保护
1．为了解决废塑料污染问题，科学家利用基因工程技术开发________________的新型塑料。
2．为了清除石油污染，科学家利用基 ( http: / / www.21cnjy.com )因工程技术对自然界存在的能够分解石油的________进行改造，大大提高了其____________的能力。
3．此外，科学家利用转基因微生物吸收环境中的________、降解____________和处理____________。
知识点一　基因工程与遗传育种
1．北极比目鱼中有抗冻基因，其编码 ( http: / / www.21cnjy.com )的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是(　　)
A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选
D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
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(　　)
A．把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入小白鼠体内
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小白鼠的卵细胞中
知识点二　基因工程与疾病治疗
3．人的糖蛋白必须经过内质网和高尔基体加工合成。通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是(　　)
A．大肠杆菌 B．酵母菌
C．T4噬菌体 D．质粒DNA
4．如图所示为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红细胞形态及镰刀型细胞贫血症的基因治疗过程，请回答以下问题。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)________图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞，这种病是由于________造成的。
(2)写出以下结构或物质的名称：
A．__________________；D.__________________。
(3)写出以下过程的操作内容：
①________________________________________________________________________；
②用携带正常基因的载体(病毒)侵染造血干细胞；
③________________________________________________________________________；
④________________________________________________________________________。
(4)该方法属于________(填“体内”或“体外”)基因治疗，其特点是
________________________________________________________________________。
(5)患者身体康复后，所生子女是否会带有镰刀型细胞贫血症基因？请说明理由。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
知识点三　基因工程与生态环境保护
5．分解石油效率很高的超级细菌是指(　　)
A．自然突变产生的一种能分解多种烃类的假单孢杆菌
B．人工诱变产生的一种能分解多种烃类的假单孢杆菌
C．科学家采用转基因手段创造出的能同时分解多种有机物的假单孢杆菌
D．科学家采用基因手段创造出能同时分解四种烃类的假单孢杆菌
6．有关基因工程和环境保护的叙述中，不正确的是(　　)
A．科学家利用转基因微生物吸收环境中的重金属、降解有毒化合物和处理工业废水
B．为了清除石油污染，利用基因工程技术对分解石油的细菌进行改造，可以提高其分解石油的能力
C．利用细菌发酵可以生产可降解的新型塑料的原料，属于基因工程的应用
D．为了解决废塑料污染问题，科学家利用基因工程技术开发具有生物可降解的新型塑料
基础落实
1．下列关于基因成果的叙述，错误的是(　　)
A．在医药卫生方面，主要用于诊断、治疗疾病
B．在农业上主要是培养高产、稳产、品质优良和具有抗药性的农作物
C．在畜牧养殖业上培育出了体形巨大、品质优良的动物
D．在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化
2．下列有关基因工程的叙述中，不正确的是(　　)
A．DNA连接酶将具粘性末端的碱基对连接起来
B．基因探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
C．基因治疗主要是对有基因缺陷的细胞进行替换
D．蛋白质中氨基酸序列可为合成目的基因提供资料
3．我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因抗虫棉，其抗虫基因的来源(　　)
A．普通棉花的基因突变
B．棉铃虫变异形成的致死基因
C．寄生在棉铃虫体内的线虫
D．苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因
4．“工程菌”是指(　　)
A．用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系
B．用遗传工程的方法，把相同种类不同株系的菌类通过杂交得到新细胞株系
C．用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
D．从自然界中选取能迅速增殖的菌类
5．转基因技术可以改良动物品种，生产人类需要的药用蛋白。下列符合生产药用蛋白的是(　　)
A．养殖转生产激素基因鲑鱼
B．养殖抗口蹄疫病病毒转基因兔
C．养殖转乳糖酶基因牛
D．从牛乳汁中获得人血清白蛋白
能力提升
6．以下关于抗病毒转基因植物成功表达后的说法，正确的是(　　)
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抵抗害虫
D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异
7．据香港“星岛日报网”2010年2月8日报道，英国一间生育治疗诊所将推出一种突破性的基因检测服务，夫妇两人只需提供唾液样本接受简单的测试，便可以得悉自身是否带有变异的基因，验出逾100种遗传病，从而消除孕育带有遗传病基因婴儿的机会。下列有关基因治疗的叙述错误的是(　　)
A．是向目标细胞中引入正常功能的基因
B．我国在基因治疗方面已取得了满意结果
C．基因治疗能很好治疗各种疾病，现已广泛应用
D．基因治疗的对象是有基因缺陷的遗传病
8．有关基因工程的成果及应用的说法中，正确的是(　　)
A．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
B．基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物
C．基因工程在农业上应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
D．目前，在发达国家，基因治疗已用于临床实践
9．腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷病，对患者采用基因治疗的方法是：取出患者的白细胞，进行体外培养时转入正常ADA基因，再将这些白细胞注入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。下列有关叙述正确的是(　　)
A．正常ADA基因替换了患者的缺陷基因
B．正常ADA基因通过控制ADA的合成来影响免疫功能
C．白细胞需在体外培养成具无限增殖能力后再注射入患者体内
D．ADA基因缺陷症属于获得性免疫缺陷病
10.科学家将使啤酒产生丰富泡沫的LTP1基因导入啤酒酵母中，使其产生LTP1蛋白，酿出泡沫丰富的啤酒，具体的操作过程如下：
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(1)图中LTP1基因与B结合产生C的名称是
________________________________________________________________________。
体外产生C的过程，需要的工具酶是________________________。
(2)下图是B的一个片段。已知 ( http: / / www.21cnjy.com )某种限制酶特异性地作用于①部位，请表示切割后的一种产物________________________________________________________________________。
( http: / / www.21cnjy.com )
(3)LTP1基因在基因工程中又称________基因。
(4)目前，基因工程制药已成为制药行业的一支新军，下列属于利用基因工程生产的药物有________。
A．重组人胰岛素 B．青霉素
C．乙肝疫苗 D．干扰素
11．SCID患者缺乏正常的人体免疫功 ( http: / / www.21cnjy.com )能，只要稍被细菌或病毒感染，就会发病死亡。经研究证实，SCID患者细胞的一条常染色体上编码腺苷酸脱氨酶的基因(ADA)发生了突变。
(1)请运用所学知识，设计一个治疗SCID病的方案。
第一步：先将人体正常ADA基因克隆后用来替换反转录病毒的原有基因，构建成重组载体。
第二步：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第三步：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第四步：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)还有哪些遗传病可用基因治疗方案治疗？(举两例即可)
________________________________________________________________________。
综合拓展
12．T－DNA可随机插入植物基因 ( http: / / www.21cnjy.com )组内，导致被插入基因发生突变。用此方法诱导拟南芥产生突变体的过程如下：种植野生型拟南芥，待植株形成花蕾时，将地上部分浸入农杆菌(其中的T－DNA上带有抗除草剂基因)悬浮液中以实现转化。在适宜条件下培养，收获种子(称为T1代)。
(1)为促进植株侧枝发育以形成更多的花蕾，需要去除________，因为后者产生的________会抑制侧芽的生长。
(2)为筛选出已转化的个体，需将T1代播种在含________的培养基上生长，成熟后自交，收获种子(称为T2代)。
(3)为筛选出具有抗盐性状的突变体，需将T2代播种在含________的培养基上，获得所需个体。
(4)经过多代种植获得能稳定遗传的抗 ( http: / / www.21cnjy.com )盐突变体。为确定抗盐性状是否由单基因突变引起，需将该突变体与________植株进行杂交，再自交________代后统计性状分离比。
(5)若上述T－DNA的插入造成了基因功能丧失，从该突变体的表现型可以推测野生型基因的存在导致植物的抗盐性________。
(6)根据T－DNA的已知序列，利用P ( http: / / www.21cnjy.com )CR技术可以扩增出被插入的基因片段。其过程是：提取________植株的DNA，用限制酶处理后，再用________将获得的DNA片段连接成环(如图)，以此为模板，从图中A、B、C、D四种单链DNA片段中选取________作为引物进行扩增，得到的片段将用于获取该基因的全序列信息。
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第3课时　基因工程的应用
答案
知识清单
一、1.(1)培育新品种所需 ( http: / / www.21cnjy.com )的时间较长　远缘亲本难以杂交　(2)①抗除草剂　②抗害虫　③抗植物病毒　④耐贮存　⑤抗寒　抗干旱　提高作物营养价值　⑥花卉的花色　2.(1)转入了外源基因的动物　(2)遗传性状　费时
费力　(3)①加快生长速度　②抗病能力　③生产彩色羊毛
二、基因工程药物　基因治疗 ( http: / / www.21cnjy.com )　1.胰岛素　人生长激素　干扰素　乙型肝炎疫苗　(1)蛋白质　胰岛素依赖型　大肠杆菌　(2)糖蛋白　抗病毒　抗细胞分裂　免疫调节　病毒性肝炎　肿瘤　产量高　费用低　(3)酵母菌
2．(1)目标细胞　正常功能　纠正或补偿　(2)初级
三、1.具有生物可降解　2.细菌　分解石油　3.重金属　有毒化合物　工业废水
对点训练
1．B　[因为一种氨基酸可能对应多种密码子、真核生物体内的基因含有内含子等因素，导致逆转录合成的目的基因与原基因有较大的差异，所以人工合成的目的基因不能用于比目鱼基因组测序，A选项错误；抗冻蛋白的11个氨基酸的重复序列重复次数越多，抗冻能力越强，并不是抗冻基因的编码区重复次数越多抗冻能力越强，抗冻基因编码区依次相连形成的新基因已不是原来的抗冻基因，因此不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白，B选项正确；农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的最常用方法，不是为了筛选含有标记基因的质粒，C选项错误；应用DNA探针技术，可以检测转基因植物中目的基因的存在，但不能完成对目的基因表达的检测，D选项错误。]
归纳提升　基因工程育种和传统杂交育种的比较
杂交育种 基因工程育种
原理 基因重组 异源DNA(基因)重组
处理方法 杂交→自交→筛选。先通过两个具有不同优良性状的品种杂交得到F1，然后再将F1自交，人工筛选获取所需品种 提取→重组→导入→筛选→表达。即提取目的基因→形成重组DNA分子→重组DNA分子导入受体细胞→筛选含有目的基因的受体细胞→目的基因的表达
优点 操作简便 可以按人的意志改造生物，克服远缘杂交不亲和的障碍，目的性强，科技含量高
缺点 育种时间长 技术复杂、操作繁琐
2.B　[外源生长激素基因的表达可以使转基 ( http: / / www.21cnjy.com )因动物生长得更快。将人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注入到小鼠的受精卵中，得到体型巨大的“超级小鼠”。]
知识连接　转基因动物
(1)含义：转基因动物是指转入了外源基因的动物。
(2)培育优点：省时、省力。
(3)应用方向：①用于提高动物生长速度；②用于提高动物的抗病能力；③用于改良畜产品的品质等。
3．B　[基因工程中的目的基因表达并形成具有 ( http: / / www.21cnjy.com )生物活性的蛋白质，需要高尔基体、内质网等真核生物才具有的细胞器，酵母菌为真核生物，具有快速大量繁殖的特点，是理想的受体细胞。]
知识链接　利用“工程菌”生产基因工程药品
(1)工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。
(2)优点：利用“工程菌”生产基因工程药品，可以高效率的生产各种高质量、低成本药品，如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。
(3)成果：利用“工程菌”生产的药品包括细胞 ( http: / / www.21cnjy.com )因子、抗体、疫苗、干扰素、激素等。这些药物可以用来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。
特别提醒　干扰素是糖蛋白，因 ( http: / / www.21cnjy.com )此要生产此类基因工程产品时，受体细胞最好是真核生物；也可以是原核生物，但合成的干扰素无生物活性，必须经过人工再加工。
4．(1)乙　基因突变
(2)合成血红蛋白的正常基因(目的基因)　造血干细胞
(3)①将正常基因导入到载体中　③将载体(携带正常基因)导入到造血干细胞染色体上　④经过改造的造血干细胞输入到患者骨髓中并产生正常的血细胞
(4)体外　操作复杂但效果较为可靠
(5)如果该患者的镰刀型细胞贫血症是由于个体发育的受精卵时期基因突变引起的，子女会携带该致病基因；如果患者的镰刀型细胞贫血症是由于个体发育过程中后天基因突变引起的，其生殖细胞中不含致病基因。因此不管是否经过基因治疗，子女都不含该致病基因
解析　(1)由于基因突变使红细胞 ( http: / / www.21cnjy.com )形态上成镰刀状而易破碎，如图乙。(2)在基因治疗过程中，A为目的基因，可以与载体结合后导入受体细胞中，D作为受体细胞应为具有持续分裂能力的造血干细胞。(3)基因治疗过程中③为将重组DNA导入受体细胞D的染色体上，④为将具有正常功能的造血干细胞转移至体内，由此可知，此过程为体外基因治疗。(5)基因突变若发生在体细胞内一般不遗传给后代，若发生在生殖细胞中可能遗传给后代。
知识拓展　基因治疗
(1)概念：基因治疗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，这是现阶段治疗遗传病的最有效的手段。
(2)过程
( http: / / www.21cnjy.com )
(3)成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者 ( http: / / www.21cnjy.com )的淋巴细胞中，使淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，再将这种淋巴细胞转入患者体内，从而提高患者的免疫力。
(4)途径
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→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内 直接向患者体内组织细胞中转移基因
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
5.D　[1975年科学家用基因工程的 ( http: / / www.21cnjy.com )方法，把能分解三种烃类的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。]
知识链接　基因工程在生态环境保护方面的用途举例
(1)基因工程用于环境检测：如DNA探针就可以用于水中病毒的探测。与传统方法相比，既快速、灵敏，又能大幅度提高检测精度。
(2)基因工程用于环境净化：如可以 ( http: / / www.21cnjy.com )利用基因工程生产的“超级细菌”去分解石油；可用某些基因工程生产的细菌去“吞噬”汞，降解土壤中的DDT；利用转基因植物净化镉污染；通过基因工程研发新的杀虫剂；利用基因工程的方法回收和利用工业废物等。
6．C　[细菌发酵可以生产聚羟基 ( http: / / www.21cnjy.com )烷酯，聚羟基烷酯能够用于生产可降解的新型塑料，属于发酵工程，不属于基因工程。由于上述方法成本高，科学家利用基因工程设法通过转基因植物生产聚羟基烷酯。]
课后作业
1．C　[在畜牧业上的应用主要是提高动物的生长速度和产品品质。]
2．A　[DNA连接酶连接的是核苷酸，通过催化形成磷酸二酯键，而不是形成氢键连接碱基。]
3．D　[我国抗虫棉利用的目的基因来自苏云金芽孢杆菌。]
4．C
5．D　[基因工程可以利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内的表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各类物质，如激素、白蛋白等。]
6．B　[抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，并不是所有病毒，也不可以抵抗害虫。抗病毒基因的存在可能会增大变异的可能性。]
7．C　[目前，基因治疗只是处于临床试验阶段，尚未推广，其治疗的对象也仅仅局限于有基因缺陷的遗传病，并不是针对各种疾病。]
8．C　[运用基因工程方法培育的抗虫植 ( http: / / www.21cnjy.com )物只能防御害虫，不能抵抗病毒；基因工程在畜牲业上应用的主要目的是用于改善畜牧产品的品质；基因治疗目前处于初期的临床试验阶段。]
9．B　[基因治疗是将正常的基因导 ( http: / / www.21cnjy.com )入有基因缺陷的细胞中，正常的ADA基因可以控制合成正常的ADA来影响免疫功能；具无限增殖能力的细胞一般都发生了癌变，故不能培养到具无限增殖能力；ADA基因缺陷症是先天性免疫缺陷病。]
10．(1)重组DNA(重组质粒)　限制性核酸内切酶、DNA连接酶
(2)
(3)目的　(4)ACD
解析　由题干可知LTP1为目的基因， ( http: / / www.21cnjy.com )B为载体，二者在限制酶、DNA连接酶等作用下结合为重组DNA分子。限制酶可特异性地作用于某DNA分子，得到粘性末端。基因工程药物从成分上看，为蛋白质药物。
11．(1)第二步：从SCID患者体内分离出免疫系统有缺陷的T淋巴细胞　第三步：将这些T淋巴细胞与携带了正常ADA基因的反转录病毒混合在一起，让病毒感染T淋巴细胞，使正常ADA基因拷贝插入到T淋巴细胞的基因组中　第四步：在实验室中通过细胞培养并确认转入的基因表达后，用显微注射器将成千上万个重建的转基因T淋巴细胞注射到SCID患者的骨髓组织中
(2)血友病、镰刀型细胞贫血症
解析　(1)在设计治疗方案时，可借鉴和 ( http: / / www.21cnjy.com )参考教材关于SCID患者治疗的过程，最终使患者具有正常的ADA基因。(2)随着生物科学的发展，能够进行基因治疗的遗传病越来越多。
12．(1)顶芽　生长素　(2)(一定浓度的)除草剂
(3)(一定浓度的)盐　(4)野生型　1　(5)降低
(6)突变体　DNA连接酶　B、C
解析　解除顶端优势的措施 ( http: / / www.21cnjy.com )是去掉顶芽。要筛选出符合要求的个体就需要在相应的条件下培养，培养抗除草剂的植株应在培养基中添加一定浓度的除草剂，培养抗盐的植株应在培养基中添加一定浓度的盐溶液。要确定突变性状是否由单基因引起，就需要与野生型植株杂交再自交，看其是否发生性状分离。插入T－DNA可破坏原有基因的结构，而突变体具有抗盐性状，由此可以推测野生型基因的存在可导致植株的抗盐性降低。目的基因与载体的结合需要DNA连接酶，目的基因的获取可用PCR技术扩增，选取引物B、C。