1.3 基因工程的应用
学习目标：1.举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果。(重点) 2.了解基因工程的进展。3.了解基因工程在农业和医疗等方面的应用。(难点) 4.掌握基因治疗和基因检测。(重、难点)
一、植物基因工程硕果累累
1．植物基因工程的应用领域
(1)提高农作物的抗逆能力。
(2)改良农作物的品质。
(3)利用植物生产药物等。
2．抗虫转基因植物
(1)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。
(2)目的基因：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。
(3)成果：转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等。
(4)意义：减少化学农药的使用，降低生产成本，减少环境污染，降低对人体健康的危害。
3．抗病转基因植物
(1)方法：将抗病基因导入植物中。
(2)目的基因
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。
(3)成果：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。
(4)意义：能获得用常规育种的方法很难培育出抗病毒的新品种。
4．抗逆转基因植物
(1)抗逆基因：调节细胞渗透压的基因使农作物抗盐碱、抗干旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因使作物抗除草剂。
(2)成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。
5．利用转基因改良植物的品质
(1)优良基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和与植物花青素代谢有关的基因。
(2)成果：
成果一：
成果二：
成果三：
二、动物基因工程前景广阔
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
乳腺生物反应器
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
三、基因工程药物异军突起
1．工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。
2．来源：利用基因工程培育“工程菌”来生产的药品。
3．种类：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
4．干扰素：是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。由于干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，因此它是一种抗病毒的特效药。
四、基因治疗曙光初照
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，达到治疗疾病的目的。
2．方法
(1)体外基因治疗：从病人体内获得某种细胞，进行培养，在体外完成基因转移，筛选出成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。
(2)体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因。
3．实质：正常基因的表达掩盖病变基因的表达，达到治疗疾病的目的。
4．成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞中，治疗复合型免疫缺陷症。
1．判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物。
( )
(2)基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。 ( )
(3)利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。 ( )
(4)直接在患者组织细胞中进行改造致病基因的方法为体内基因治疗。 ( )
提示：(1)× 转基因植物是指细胞中被转入了外源基因的植物，并非出现新基因。
(2)× 培育转基因动物时，所选用的受体细胞一般是受精卵；培育转基因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。
(3)√
(4)× 体内基因治疗指的是直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。
2．下列关于基因工程的应用，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
C [转基因抗虫棉转入了Bt毒蛋白基因。可用于转基因植物的抗虫基因，除B项所列出的两种，另外还有淀粉酶抑制剂基因等。提高作物抗盐碱和抗干旱的能力，与调节渗透压的基因有关。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。]
3．干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以价格昂贵。美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素。从如图所示方式中可以看出，该公司生产干扰素运用的方法是( )
A．个体间的杂交
B．基因工程
C．细胞融合
D．器官移植
B [由图可知生产干扰素运用了基因工程的方法。]
三种转基因生物的生产过程
[思考交流]
1．转基因植物生产过程图解
提示：目的基因
2．转基因动物生产过程图解(以转基因牛生产过程为例)
提示：受精卵
3．转基因微生物生产过程图解(以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例)
提示：干扰素
[归纳总结]
1．植物基因工程的应用
外源基因类型及举例
成果举例
抗虫转基因植物
抗虫基因：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
抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米
抗病转基因植物
(1)抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因；
(2)抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因
抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒
抗逆转基因植物
抗逆基因：调节细胞渗透压的基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因
抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米
改善品质的转基因植物
优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与植物花青素代谢有关的基因
高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛
2.动物基因工程的应用
目的基因
作用
受体生物
说明
提高动物生长速度
生长激素基因
促进生长、提高生长速率
鲤鱼、绵羊
不能导入生长素基因
转基因动物生产药物(乳腺生物反应器)
药用蛋白基因
通过分泌的乳汁来生产所需要的药品
牛、山羊
已生产出的药品有抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等
转基因动物作器官移植的供体
抗原决定基因
(1)抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因；
(2)不能合成相应抗原
猪
选择猪的器官作人器官替代品的原因：(1)其内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似；
(2)体内隐藏的致病病毒要远远少于灵长类动物
特别提醒：Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌，我国转基因抗虫棉就是转入Bt毒蛋白基因培育出来的；抗虫作物能抗虫，但不能抗病毒、细菌、真菌等。动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了生产体型巨大的个体。
3．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
项目
乳腺生物反应器
工程菌
含义
指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白
指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
受体基因结构与人类基因结构的差异
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
受体细胞
动物受精卵
微生物细胞
目的基因导入方式
显微注射法
感受态细胞法
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
1．北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有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是获取抗冻基因的过程，用到的酶只有限制酶
B．在重组质粒上，抗冻基因首端和末端一定具有启动子和终止子，启动和终止翻译的进程
C．过程②用到的质粒是农杆菌的Ti质粒，要将重组质粒转入农杆菌才能进行筛选
D．根据抗冻基因制作的DNA探针，可以用来检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在
D [据题图可知，该转基因技术操作中，获取目的基因的方法是利用抗冻基因(目的基因)的mRNA进行人工化学合成，需要的酶是逆转录酶和限制酶，A项错误；目的基因首端和末端的启动子和终止子均是DNA片段，分别启动和终止转录的进程，B项错误；重组质粒转入农杆菌的目的是通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄细胞中，C项错误；检测目的基因是否导入受体细胞，通常是用DNA探针进行检测，即所谓DNA分子杂交技术，D项正确。]
2．阅读材料，回答问题：
材料一 科学家将蜘蛛丝蛋白基因转入山羊体内，然后从羊奶中提取蛋白质，抽成丝后坚如钢铁。
材料二 继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。
(1)如何检测受体细胞是否含有目的基因？
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)为使目的基因在后代中长期保存，应将目的基因导入________中。
(3)从分离蛋白质的角度分析，乳腺和膀胱哪一个作为转基因动物的生物反应器更好？________。原因是______________________
_____________________________________________________。
[答案] (1)采用DNA分子杂交法检测目的基因
(2)细胞核
(3)膀胱 正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物，而且不受性别限制
错混辨析：乳房生物反应器与膀胱生物反应器
乳房生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白。二者的优点是：收集药用蛋白比较容易，且不必对动物造成伤害。但乳房生物反应器需是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。
基因治疗
背景材料
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，这是治疗遗传病的最有效的手段。
2．过程(如图)
3．方法
特别提醒：?1?基因治疗可使正常基因在缺陷细胞中表达，以替代缺陷基因的功能，而非替代缺陷基因本身。
?2?基因治疗的最佳时期理论上是受精卵时期，这样可以使个体的每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中，至少目前是不可能的，因为不可能人人在受精卵时期都进行基因检查。其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如对于遗传性糖尿病患者，只对胰腺的胰岛B细胞进行基因替换，该个体就能正常分泌胰岛素，使糖尿病得以治疗。但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其他部位细胞的基因，如精原细胞，因此其后代很可能还会患遗传性糖尿病。
?3?基因治疗目前还处于初期的临床试验阶段。可以说，在没有完全明确人类基因组的运转机制，充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前，进行基因治疗是十分困难的。
基因治疗和基因诊断的比较
背景材料
种类
项目
基因诊断
基因治疗
概念
基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA分子水平上分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断
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
原理
DNA分子杂交原理
基因工程
过程
用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息
获取正常的目的基因→构建基因表达载体→将基因表达载体导入有缺陷的受体细胞，并筛选含重组载体的受体细胞→将含重组载体(即含正常目的基因)的受体细胞输回患者体内
应用
①诊断遗传病最准确的手段
②检测目的基因是否导入受体细胞
③检测饮用水中的病毒等
治疗遗传病最有效的手段，包括体外基因治疗和体内基因治疗
1．下列关于应用基因工程治疗人类遗传病的叙述，不正确的是( )
A．基因治疗可以有效地改善患者的生理状况，其操作对象是基因
B．进行基因治疗时，基因的受体细胞是受精卵
C．基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因进行改造
D．基因治疗时可只对患者部分细胞输入正常基因
B [基因治疗是利用基因工程将健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，其操作对象是基因，一般用的受体细胞是淋巴细胞或者脐带血细胞。]
2．人类B型血友病属于伴X隐性遗传病，因为血液中缺少凝血因子Ⅸ导致凝血异常。下列关于对患者进行基因治疗的设计，正确的是( )
A．逆转录病毒的核酸可直接用作载体
B．需将凝血因子Ⅸ和载体连接起来
C．必须把目的基因插入到X染色体
D．需选择患者自身细胞作为受体细胞
D [逆转录病毒的核酸是RNA，不可直接用作载体，A错误；需将凝血因子Ⅸ相关的基因和载体连接起来形成基因表达的载体，B错误；目的基因只要在受体细胞中使该基因的表达产物发挥功能即可，并不是必须把目的基因插入到X染色体，C错误；为避免发生免疫排斥反应，需选择患者自身细胞作为受体细胞，D正确。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1.基因工程育种克服了远缘杂交不亲和的障碍，并可以定向改良生物的遗传特性。
2．动物基因工程的应用主要有：提高动物的生长速度，改善畜产品的品质，转基因动物生产药物，转基因动物作器官移植的供体。
3．乳腺生物反应器是指将所需目的基因导入到动物的受精卵，使转基因动物分泌的乳汁中含有所需要的药物蛋白。
4．用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。
5．基因治疗是治疗遗传病最有效的手段。包括体外基因治疗和体内基因治疗。
1．抗逆转基因作物的培育与推广所带来的巨大效益是 ( )
①在一定程度上，使作物摆脱土壤和气候条件的限制 ②减少化学农药对环境的污染和人畜的危害 ③减少化肥的制造和使用量，有利于环境保护 ④能使作物在不良环境下更好地生长，提高产量
A．①②③ B．①②④
C．①③④ D．②③④
B [抗逆转基因作物的培育与推广不能减少化肥的制造和使用量。]
2．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个体中的各种病毒
D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
B [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，A错误；基因探针具有特定的核苷酸序列，一种基因探针只能检测出特定的病毒，C错误；转基因抗虫棉是利用原核基因改良真核生物遗传特性的典型实例，D错误。]
3．上海医学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物蛋白含量提高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
D [转基因动物是指细胞中被转入了外源基因的动物，而不是指出现新基因的动物，如发生基因突变可能会出现新基因，但发生了基因突变的动物不叫转基因动物；“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白，而不是人白蛋白基因；转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但由于基因的选择性表达，在肌肉细胞中该基因不表达，只能在牛乳腺细胞中表达并分泌到乳汁中，因而只能在转基因牛乳汁中获取人白蛋白。]
4．下列有关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可加工成熟
D．两者与人体基因结构均相同
D [动物基因的结构与人类基因的结构基本相同，微生物基因的结构与人类基因的结构不同。]
5．下面为从苏云金芽孢杆菌中获取抗虫基因(简称Bt基因)培育转基因抗虫棉的图解。
请回答下列问题：
(1)图中a过程要用到的酶是 ________。
(2)在进行图中b过程时，由我国科学家独创的十分简便经济的方法是________，此外，也通常采用________法。若要培育转基因绵羊，则此过程要用________的方法。
(3)为确定抗虫棉是否培育成功，既要用放射性同位素标记的________作探针进行分子杂交测试，又要在个体生物学水平上鉴定，后者具体过程是________________________________________
_________________________________________________________。
(4)活化的毒性物质应是一种________分子，可以全部或部分嵌合于昆虫的细胞膜上，使细胞膜产生孔道，导致细胞由于渗透平衡的破坏而破裂。
(5)我国在“863”计划资助下开展Bt抗虫棉、抗虫水稻等研究，可以减少农药、杀虫剂的使用，这将对________起到重要作用。
[解析] (1)切割DNA分子以获取目的基因需用限制性核酸内切酶。
(2)将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法，其中由我国科学家独创的方法是花粉管通道法，最常用的方法是农杆菌转化法。将目的基因导入动物细胞的方法通常是显微注射法。
(3)DNA探针是指用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段。个体生物学水平上的鉴定是通过检测其是否表现出抗虫性状。
(4)活化的毒性物质是由原毒素经蛋白酶处理而成，而原毒素是Bt基因表达的产物，为蛋白质，经蛋白酶处理后为多肽。
(5)Bt抗虫棉等可以在不使用农药的前提下防虫、治虫，避免了使用农药对环境造成污染。
[答案] (1)限制性核酸内切酶(限制酶)
(2)花粉管通道法 农杆菌转化 显微注射
(3)目的基因(或Bt基因) 让害虫吞食抗虫棉叶子，观察害虫的存活状态(合理即可)
(4)多肽 (5)环境保护
课件71张PPT。专题1 基因工程1.3 基因工程的应用生产药物抗逆能力农作物的品质化学农药杀虫活性的基因蛋白酶淀粉酶抗病毒的新品种抗病基因外壳蛋白几丁质酶抗冻蛋白细胞渗透压肠乳糖酶生长激素蛋白乳腺器官移植抗原决定基因克隆技术免疫排斥反应基因工程外源基因工程菌抗体激素糖蛋白抗病毒转移基因正常基因某种细胞基因转移扩增培养输入患者体内淋巴细胞 三种转基因生物的生产过程基因治疗基因治疗和基因诊断的比较点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(三)
(建议用时：35分钟)
[基础达标练]
1．有关基因工程的成果及应用的说法，不正确的是( )
①用基因工程方法能培育抗虫植物和抗病毒植物
②基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培育体型巨大、品质优良的动物
③目前基因治疗已广泛应用于临床实践
④基因工程在农业上的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
A．①② B．③④
C．②③ D．②④
C [用基因工程方法能培育抗虫植物和抗病毒植物，①正确；基因工程在畜牧业上应用的主要目的是提高动物生长速度、改善畜产品品质、生产药物等，而不是为了培育体型巨大的个体，②错误；目前，基因治疗处于初期临床试验阶段，③错误；基因工程在农业上的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，④正确。]
2．我国转基因技术发展态势良好，农业部依法批准发放了转植酸酶基因玉米、转基因抗虫水稻的生产安全证书。下列关于转基因玉米和转基因水稻的叙述，不正确的是 ( )
A．转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因
B．转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减少了环境污染
C．转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可通过饲养卷叶螟进行检测
D．转基因抗虫水稻的外源基因是几丁质酶基因
D [转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因，选项A不符合题意；转基因抗虫水稻具有抗虫特性，一定程度上能够杀死某些农业害虫，减少了化学农药的使用，从而减少了环境污染，选项B不符合题意；转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可利用转基因水稻饲养卷叶螟，观察卷叶螟是否能够被杀死进行检测，选项C不符合题意；转基因抗虫水稻的外源基因是Bt毒蛋白基因，选项D符合题意。]
3．下列有关动物基因工程的说法，错误的是( )
A．动物基因工程技术可以提高动物的生长速度
B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低
C．用转基因动物作为器官移植的供体时，导入的是调节因子，不是目的基因，因此无法抑制抗原的合成
D．利用基因工程技术，得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要药品的生产问题
C [转基因动物作为器官移植的供体时，导入的调节因子也属于目的基因，可抑制抗原的合成。]
4．下列哪一项不是动物基因工程的应用前景 ( )
A．转入外源生长激素基因的鲤鱼
B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组
C．乳腺生物反应器表达医药产品
D．利用工程菌生产干扰素
D [转入外源生长激素基因的鲤鱼是动物基因工程在提高动物生长速度方面的应用，选项A不符合题意；将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组是动物基因工程在改善畜产品品质方面的应用，选项B不符合题意；乳腺生物反应器表达医药产品是动物基因工程在药物生产上的应用，选项C不符合题意；利用工程菌生产干扰素是基因工程制药的代表，属于微生物基因工程的应用，不属于动物基因工程的应用，选项D符合题意。]
5．番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜。普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶的控制基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了抗软化番茄。下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是( )
A．运载工具可以是质粒
B．受体细胞是番茄细胞
C．目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因
D．目的基因的表达延缓了番茄的软化
C [根据题干信息可知，运载工具可以是Ti质粒，则此时抗软化番茄的培育过程如下：以质粒作为载体，将目的基因(抗多聚半乳糖醛酸酶基因)与质粒结合形成重组DNA，利用含重组DNA的农杆菌去感染普通番茄，使目的基因进入普通番茄细胞中的染色体DNA上，目的基因的表达可抑制多聚半乳糖醛酸酶的作用。]
6．“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的新细胞株系
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．从自然界中选取的能迅速增殖的菌类
C [“工程菌”是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。]
7．动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。大致过程如图所示：
下列有关说法，错误的是( )
A．通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因
B．④通常采用显微注射法
C．在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物
D．该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取
A [要让药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药物的乳汁，重组质粒上还必须具有乳腺蛋白基因的启动子等调控组件，A项错误；转基因动物通常利用的受体细胞是受精卵，采用显微注射技术，B项正确；只有母牛到达泌乳期，乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因，乳汁中含有药物，C正确；从乳汁里提取药物，优点突出，使动物本身成为“批量生产药物的工厂”，D项正确。]
8．科学家运用转基因技术，将苏云金杆菌的抗虫基因DXT转移到大白菜细胞中，培育出抗虫效果很好的优质大白菜，减少了农药的使用量，减轻了农药对环境的污染。下列说法正确的是( )
A．用苏云金杆菌直接感染大白菜就可得到转基因大白菜
B．DXT基因能在大白菜细胞中正常表达
C．转基因大白菜培育的过程中，可以用灭活的病毒作为载体
D．转基因大白菜能抵抗各种病虫害
B [由于生物间存在生殖隔离，细菌感染时并不把遗传物质传递给受感染生物；抗虫基因DXT转移到大白菜细胞中，培育出抗虫效果很好的优质大白菜，说明DXT基因在大白菜细胞中得到了正常表达；在转基因植物培育过程中，载体常用土壤农杆菌的Ti质粒；苏云金杆菌的抗虫基因编码的蛋白质具有毒杀鳞翅目、双翅目、鞘翅目等昆虫的特性，并不能抵抗各种病虫害。]
9．《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．把健康的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检测、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
A [基因治疗只是将正常的外源基因导入病人体内，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的说法都不符合基因治疗的概念。]
10．美国对一名缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重复合型免疫缺陷症的女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的淋巴细胞取出做体外培养，然后用反转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的淋巴细胞中，再将这些转基因淋巴细胞回输到患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。请回答下列问题。
(1)基因治疗是把健康的________导入有________的细胞中，以达到治疗疾病的目的。
(2)在基因治疗过程中，反转录病毒的作用相当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__________________，目的基因的受体细胞是____________。
(3)将转基因淋巴细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常，是由于淋巴细胞中能合成______________。
(4)图甲所示的方法是从________的DNA中直接分离出目的基因，图乙所示的方法是用________法人工合成目的基因。
[解析] 该题主要考查了基因治疗的步骤及提取目的基因的方法。图甲表示用限制酶将供体细胞的DNA切成许多片段，然后将片段通过载体转入不同的受体细胞，从中找到目的基因。图乙表示以mRNA为模板，反转录出双链DNA，从而获得目的基因。
[答案] (1)外源基因 基因缺陷 (2)载体(或基因的运输工具) 腺苷酸脱氨酶基因 淋巴细胞 (3)腺苷酸脱氨酶 (4)供体细胞 反转录
[能力提升练]
11．下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是( )
A．器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题
B．猪的内脏构造、大小和血管分布与人极为相似
C．灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪
D．科学家正试图在器官供体基因组中导入某种调节因子以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因
C [猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物；为解决免疫排斥问题，科学家正试图除去抗原决定基因，或在其基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达。]
12．科学家在河南华溪蟹中找到了金属硫蛋白基因，并以质粒为载体，采用转基因方法培育出了汞吸收能力极强的转基因烟草。下列有关该烟草培育的说法正确的是( )
A．金属硫蛋白基因需插入到质粒上，才能转移到受体细胞中
B．为培育出转基因烟草植株，选择的受体细胞一定是烟草的受精卵
C．同种限制酶既可以切割含目的基因的DNA片段又可以切割质粒，因此不具有专一性
D．转基因烟草与原烟草相比基因组成发生了变化，导致两者出现生殖隔离
A [金属硫蛋白基因需插入到质粒上，才能转移到受体细胞中，A正确；由于植物细胞具有全能性，因此植物基因工程的受体细胞可以是受精卵或体细胞，B错误；限制酶具有专一性，能识别特定的脱氧核苷酸序列，C错误；转基因烟草与原烟草之间一般不会出现生殖隔离，D错误。]
13．胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示β-半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：
图1
图2
(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是______。
(2)图1中启动子是____________酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是
_____________________________________________________。
(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有
_____________________________________________________。
(4)β-半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于_______________________________________________________。
(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，且β-半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为_________________________________________
_____________________________________________________。
(6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是_________理由是______________
____________________________________________________。
[解析] (1)基因表达载体中应具有启动子、目的基因、终止子、标记基因和复制原点。
(2)启动子是转录过程中RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达。图中的氨苄青霉素抗性基因充当了标记基因，可用含有氨苄青霉素的培养基筛选含有重组质粒的大肠杆菌。
(3)构建基因表达载体时，需要用同种限制酶分别切割目的基因和载体，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接。
(4)胰岛素肽链上具有蛋白酶的切割位点，会导致胰岛素被菌体内的蛋白酶降解，而通过融合表达将切割位点隐藏在内部可防止胰岛素的A、B链被菌体内的蛋白酶降解。
(5)根据溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，并结合β-半乳糖苷酶被切成多个肽段，获得了完整的胰岛素A链、B链这一信息，可以推测β-半乳糖苷酶中必然含有多个甲硫氨酸，胰岛素A链、B链不含甲硫氨酸。
(6)每一条肽链的两个末端分别含有一个氨基和一个羧基，某些氨基酸的R基中也含有氨基。
[答案] (1)终止子 (2)RNA聚合 作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来 (3)限制酶和DNA连接酶 (4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解 (5)β-半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸 (6)至少2个 两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基
14．已知SARS是由一种RNA病毒感染所引起的疾病。SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原，在SARS病人康复后的血清中有抗S蛋白的特异性抗体。某研究小组为了研制预防SARS病毒的疫苗，开展了前期研究工作，其简要的操作流程如图所示：
(1)实验步骤①所代表的反应过程是________。
(2)步骤②构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用________________酶，后者的作用是将用限制酶切割的________和________连接起来。
(3)如果省略步骤②而将大量扩增的S基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S基因在大肠杆菌中不能________，也不能____________________。
(4)为了检验步骤④所表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同的免疫反应特性，可用____________________与____________________进行抗原—抗体特异性反应实验。
(5)步骤④和⑥的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)，根本原因是__________________________________________________
_____________________________________________________。
[解析] 本题考查基因工程的工具及操作步骤和识图能力。(1)图中①RNA→DNA表示通过反转录方式获得目的基因。(2)构建基因表达载体时，需要利用限制酶对载体和目的基因进行剪切，形成黏性末端，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来，形成重组载体。(3)目的基因导入受体细胞后，需要借助载体在受体细胞中进行复制而扩增目的基因，从而获得大量的表达产物，而直接导入则容易被受体细胞中的DNA水解酶所水解，得不到表达产物。(4)S蛋白为SARS病毒表面主要的病毒抗原，因此用抗原—抗体特异性反应实验可检测原核细胞表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同的免疫反应特性。(5)步骤④和⑥的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列相同；根本原因是表达蛋白所用的基因相同。
[答案] (1)反转录 (2)限制酶和DNA连接 目的基因 载体 (3)复制 以其为模板合成S基因的mRNA(或转录) (4)大肠杆菌中表达的S蛋白 SARS康复病人血清 (5)相同 表达蛋白质所用的基因相同
15.利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。该技术生产的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点，可产生乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品，造福人类健康。下图为利用生物技术获得这一生物新品种和抗虫棉的过程，据图回答：
(1)在基因工程中，A表示________，如果直接从苏云金芽孢杆菌中获得抗虫基因，①过程使用的酶的功能特点是__________，B表示______________。
(2)在研究过程中，研究人员首先从相关基因组中获取了目的基因，并采用________技术对目的基因进行了扩增，然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有________________。
(3)基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个完整的基因表达载体至少包括哪些部分？
____________________________________________________。
(4)将目的基因导入受体细胞的过程中，在③过程中一般是采用________，在②过程中一般采用________________，受体细胞一般是________。
(5)由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中，检测其体内是否出现药用蛋白，在分子水平上的检测方法及结果是什么？
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(6)要确定目的基因(抗虫基因)导入棉花细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体水平上的鉴定过程：_______________________________________________________
_____________________________________________________。
[解析] (1)据图可知，A是从人的DNA分子上获取的合成乙肝表面抗原或抗凝血酶Ⅲ的基因，或者是从苏云金芽孢杆菌中提取的Bt毒蛋白基因，在基因工程中即所谓要转移的目的基因；基因工程的工具有限制酶、DNA连接酶、载体等，其中限制酶的功能特点是：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子；B是载体和目的基因重组形成的基因表达载体(重组DNA分子)。(2)目的基因的获取一般有3种途径：从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。(3)一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分。(4)目的基因导入受体细胞的方法因受体细胞的不同而不同，植物细胞通常采用农杆菌转化法，动物细胞是显微注射法，微生物细胞是Ca2＋处理法。其中动物通常的受体细胞是受精卵。(5)检测目的基因是否已经表达出相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交技术。(6)进行个体生物学水平的鉴定时，通常采用抗虫或抗病的接种实验。
[答案] (1)目的基因 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子 基因表达载体(重组DNA分子)
(2)PCR 限制酶、DNA连接酶
(3)至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分
(4)农杆菌转化法 显微注射技术 受精卵
(5)从转基因羊的乳汁中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，若出现杂交带，表明乳汁中出现了抗原蛋白，实验成功；若没有出现杂交带，表明乳汁中没有出现抗原蛋白，实验失败
(6)让害虫食用转基因棉的叶子，观察害虫的存活情况，以确定其是否具有抗虫性状
