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高三生物:基因工程的应用


2016-12-19

一. 教学内容:

基因工程的应用

 

二. 学习内容:

本讲学习基因工程的应用,了解基因工程在各方面的应用,理解基因工程的实质及其应用价值。

 

三. 学习重点、难点:

重点——基因工程在农业和医学方面的应用

难点——基因治疗

 

四. 学习过程:

转基因生物与目的基因的关系

 

目的基因

目的基因从何来

抗虫棉

Bt毒蛋白基因

苏云金芽孢杆菌

抗真菌立枯丝核菌的烟草

几丁质酶基因和抗毒素合成基因

  

抗盐碱和干旱作物

调节细胞渗透压的基因

   

耐寒的番茄

抗冻蛋白基因

抗除草剂大豆

抗除草剂基因

 

增强甜味的水果

降低乳糖的奶牛

 

甜味基因

肠乳糖酶基因

 

生产胰岛素的工程菌

人胰岛素基因

植物基因工程

主要用于提高农作物的抗逆能力(抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱、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。

转基因食品是通过遗传工程改变植物种子中的脱氧核糖核酸,然后把这些修改过的再复合基因转移到另一些植物种子内,从而获得在自然界中无法自动生长的植物物种。上世纪 80年代末,科学家们开始把10多年分子研究的成果运用到转基因食品上,1995年成功地生产出抗杂草黄豆,并在市场上出售。又经过7年的努力,现在他们利用基因技术已批量生产出抗虫害、抗病毒、抗杂草的转基因玉米、黄豆、油菜、土豆、西葫芦等。目前,转基因食品的主要产地是美国、加拿大、欧盟、南非、阿根廷等。   

1. 抗虫转基因植物:

全世界因虫害损失约占总产量的13%    数千亿美元

农作物虫害防治主要手段:化学防治 

弊端:污染环境  破坏生态  损害健康  增加成本

转基因植物:水稻、玉米、棉、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果等

杀虫基因:Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制基因、淀粉酶抑制基因、植物凝集素基因

2. 抗病转基因植物

在本世纪初科学家就发现病毒的交叉保护现象,即接种弱毒株系可以保护植物免受强每株系的浸染。1986年首次获得能够抗烟草花叶病毒的转基因烟草植株,对烟草花叶病毒的预防效果可达70%。目前利用基因工程不断获得了各种抗病毒植株,黄瓜花叶病毒、马铃薯X病毒和Y病毒,抗病虫害长颈南瓜和抗虫害转基因土豆。

据统计,到1999年初,美国农业部已经批准生产的转基因农作物有七大类35种,其中晚熟西红柿5种、耐除萎剂的大豆2种、增加月桂酸脂的油菜籽1种、抗虫马铃薯2种、抗虫和抗除萎剂的玉米6种、抗病番木瓜2种。仅仅这两种番木瓜,就挽救了美国夏威夷番木瓜产业。我国已批准商业化生产4项,包括北京大学培育的转基因抗黄瓜花叶病毒(CMV)甜极“双丰收R”、抗黄瓜花叶病毒(CMV)的番茄“8805R”。DNA重组技术和细胞融合技术相结合,培育出高产、抗病、抗虫、生长快、抗逆、高蛋白的基因改良植物,对食品工业具有重要意义。转基因动物源食品转基因动物则尚未达到高等转基因植物的发展水平,但人们仍设法用它来表达高价值蛋白。转基因技术在家畜及鱼类育种上初见成效。

3. 抗虫转基因植物

4. 改良植物品种

我国及菲律宾培育出“超级水稻”和“超超级水稻”,为人口日益增长、粮食日益短缺的世界带来一线光明。土豆原产地在南美,但由于气候和病虫害以及灌溉、肥料、农药等原因,其产量和美国相差很多,利用基因工程可以减少这种差距。

在抗病毒转基因植物中,为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染?

关于病毒外壳蛋白(coat protein,CP)基因导入植物后的抗病毒机理,目前有几种假说。一种假说认为:CP基因在植物细胞内表达积累后,当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后,会立即被这些外壳蛋白重新包裹,从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。另一种假说认为:植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳,使病毒核酸分子不能释放出来。然而最近的研究表明,如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失,使之不能被翻译,或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因,整合到植物细胞染色体上,转基因植物则有很好的抗性。因此,有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用,而是CP基因转录出RNA后,与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。

利用CP介导的抗病毒性还存在一些问题:① 转基因植物对病毒的抗性有局限性,仅限于特定的病毒(被使用CP基因的病毒)或密切相关的病毒;② 转基因植物大多数只是发病延缓,一般为两周,并非根治;③ 潜在着植物表达的外壳蛋白包被与另一种病毒形成新的杂合病毒的危险。

动物基因工程

繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。

该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。

1. 提高动物生长速度

将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中,得到的“超级小鼠”。中科院水生生物研究所在世界上率先进行转基因鱼的研究,成功地将人生长激素基因和鱼生长的激素基因导入鲤鱼,育成当代转基因鱼,其生长速度比对照快并从子代测得生长激素基因的表达。中国农大生物学院瘦肉型猪基因工程育种取得初步成果,获得第二、三、四代转基因猪215头。我国已生产出生产速度快。节约饵料的转基因鱼上万尾,为转基因鱼的实用化打下基础。

2. 改善动物产品的品质

1997年9月上海医学遗传研究所与复旦大学合作的转基因羊的乳汁中含有人的凝血因子,既可以食用,又可以药用,为通过动物廉价生产人类的珍贵药物迈出了重大的一步。1999年2月19日下午2时15分诞生的我国首例转基因试管牛“陶陶”,产奶量可望高达10000kg,比山羊高20多倍。

3. 转基因动物生产药物

转基因动物:是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的受精卵里,目的基因若与受精卵染色体DNA整合,细胞分裂时,该基因随染色体的倍增而倍增,使每个细胞中都带有目的基因,使性状得以表达,并稳定地遗传给后代,从而获得基因产品。这样一种新的个体,称为转基因动物。

基因工程药物不断成功问世。基因工程药物包括各类激素、酶、酶的激活剂和抑制剂、受体和配体、细胞因子和调节肽、抗原和抗体等。

1978年胰岛素原在大肠杆菌中表达成功。

1979年人生长激素基因在大肠杆菌中直接表达。

治疗侏儒症的唯一方法,是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前,要获得生长激素,需解剖尸体,从大脑的底部摘取垂体,并从中提取生长激素。

现可利用基因工程方法,将人的生长激素基因导入大肠杆菌中,使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素,相当于6万具尸体的全部产量。

1980年人白细胞干扰素基因获得克隆和表达。

干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染,是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。

传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取,每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980~1982年,科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素,是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。

1981年抗口蹄疫的基因工程抗原研制成功。

1982年乙肝抗原在酵母菌中表达成功。

同年转基因植物和转基因动物也分别获得成功。

利用转基因动物—乳腺生物反应器来生产基因药物是一种全新的生产模式。

(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。

为了将目标产品在奶中形成,需要使用乳腺组织中特异表达的启动子,要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。操作过程大致归纳为:获取目的基因(例如血清白蛋白基因)→构建基因表达载体(在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子)→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中,转入的基因才能表达)。

与以往的制药技术相比,具有不可比拟的优越性。哺乳动物乳腺生物反应器好比在动物身上建“药厂”。我们可以从动物的乳汁中源源不断获得目的基因的产品。它的优越性还表现在产量高,易提纯,表达产物已经过充分修饰和加工,具有稳定的生物活性。另外,作为生物反应器的转基因动物又可无限繁殖,故具有投资成本低,药物开发周期短和经济效益高的优点。因此转基因动物—乳腺生物反应器技术来制造基因药物是一种可以获取巨额经济利润的新型产业。如荷兰金发马(GenPharm)公司用转基因牛生产乳铁蛋白,英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊乳汁中含有(1—抗胰蛋白酶1—antitrypsin)可治疗肺气肿(一种因体内缺乏抗胰蛋白酶而导致的遗传病)。乳腺生物反应器的优点:① 产量高;②质量好;③ 成本低;④ 易提取。

利用微生物生产药物的优越性何在?

所谓利用微生物生产蛋白质类药物,是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因,构建成表达载体后导入微生物,然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有以下优越性:

(1)利用活细胞作为表达系统,表达效率高,无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。

(2)可以解决传统制药中原料来源的不足。例如,胰岛素是治疗糖尿病患者的药物,一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年科学家用2 000 L大肠杆菌发酵液得到100 g胰岛素,相当于从1 000 kg猪胰脏中提取的量。又如,生长素是治疗侏儒症患者的药物,治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。

1977年Itakura K和Boyer H利用当时刚趋成熟的基因工程技术,在大肠杆菌中产生了下丘脑激素14肽生长激素释放抑制激素。该激素可治疗儿童发育时期因生长激素分泌过多而导致的肢端肥大症。从1L工程发酵液中可得到50mg的基因表达产物,相当于50万头羊下丘脑提取的该激素量,由此可以了解到基因工程产业化的意义。

(3)降低生产成本,减少生产人员和管理人员。

4. 转基因动物作器官移植的供体

基因治疗

基因治疗是指向受体细胞中引入具有正常功能的基因,以纠正或补偿基因的缺陷,也可以利用引入基因以杀死体内的病原体或恶性细胞。基因工程的兴起,使得基因治疗成为可能。一些目前尚无有效治疗手段的疾病,如遗传病、肿瘤、心脑血管疾病、老年痴呆及爱滋病等,可望通过基因治疗来达到防治的目的。下面是基因治疗的几个例子。

1. 复合免疫缺陷综合征的基因治疗:1991年美国批准了人类第一个对遗传病进行体细胞基因治疗的方案,即将腺苷脱氨酶(ADA)导入一个4岁患有严重复合免疫缺陷综合征(SCID)的女孩。采用的是反转录病毒介导的间接法,即用含有正常人腺苷脱氨酶基因的反转录病毒载体培养患儿的白细胞,并用白细胞介素2(IL-2)刺激其增殖,经10天左右再经静泳输入患儿。大约1-2月治疗一次,8个月后,患儿体内ADA水平达到正常值的25%,未见明显副作用。此后又进行第2例治疗获得类似的效果。

2. 黑色素瘤的基因治疗:对肿瘤进行基因治疗是人们早已期望的事,在进行了多方面探索的基础上,发现了肿瘤浸润淋巴细胞(TIL,即能在肿瘤部位持续存在而无副作用的一种淋巴细胞)在肿瘤治疗中的作用。于1992年实施了TNF/肿瘤细胞和IL-2/肿瘤细胞方案,即分别将IL-2基因肿瘤坏死因子(TNF)基因导入取自患者自身并经培养的肿瘤细胞,再将这些培养后的肿瘤细胞注射至病人臀部,3周后切除注射部位与其引流的淋巴结,在适合条件下培养T细胞,将扩增的T细胞与IL-2合并用于病人,结果5名黑色素瘤病人中1名肿瘤完全消退,2名90%的肿瘤消退,另2人在治疗后9个月死亡。由于携有TNF的TIL可积于肿瘤处,因而TIL的应用提高了对肿瘤的杀伤作用。

3. 其它遗传病的基因治疗:其它遗传病诸如白种人中常见的囊性纤维化的进展很快。对于DMD的基因治疗,由于有小鼠动物模型,也取得一定进展。例如1993年法国将Ad-RSVmDys(腺病毒-罗斯病毒小肌营养不良蛋白基因重组体)注入小鼠肌内成功。即用腺病毒为载体,与小肌营养不良蛋白(minidystrophin)基因的cDNA重组,在RSV启动子启动下,作肌肉注射,证明可在mdy小鼠肌肉表达,此外,对一些遗传病如血友病,地中海贫血、高雪氏病等正在探索中。

根据乐观地估计,在今后20年中,基因治疗有可能取得重大突破,成为临床广泛采用的有效治疗手段。

 

模拟试题

一. 填空题:

1. 基因工程就是按照___________,把一种生物的某种基因提取出来,并加以______和_______,然后放到另一种生物的细胞里,______地改造生物的___________。

2. 基因的“剪刀”是指________________。一种该物质能识别_____种核苷酸序列。并在切点上切割DNA分子。大肠杆菌中的一种叫EcoRI的限制酶,能够识别___________的序列,并在G和A之间将这段序列切开。

3. 基因的“针线”即____________,可以“缝合”__________和_________交替连接而构成的DNA骨架上的缺口。

4. 基因工程中,目前常用的运载体有________、________和______________等。

5. 质粒存在于许多细菌及酵母菌等生物中,其本质是细胞染色体外的,能够________的很小的___________________分子。

6. 基因工程操作的一般步骤为将目的基因进行:_________、与___________结合、_____________、________和_________。

7. 科学家通过基因工程培育抗虫棉时,需要从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因,“放入”棉的细胞中与棉的DNA结合起来并发挥作用,请回答下列有关问题:

(1)从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是_________,此工具主要存在于___________中,其特点是________________________                    ___。

(2)苏云金芽孢杆菌一个DNA分子上有许多基因,获得抗虫基因常采用的方法是“鸟枪法”。具体做法是:用____________酶将苏云金芽孢杆菌的DNA切成许多片段,然后将这些片段导入             ,再转入不同的             ,并且大量复制,然后从中找出含有目的基因的细胞,再用一定的方法把其分离出来。

(3)进行基因操作的最后一个步骤是_________________________________________。

 

二. 选择题:

1. 下列关于DNA连接酶的叙述中,正确的是(    )

A. DNA连接酶连接的是两条链碱基对之间的氢键

B. DNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖

C. DNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖

D. 同一种DNA连接酶可以切出不同的黏性末端

2. 实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来,这要利用限制性内切酶。从大肠杆菌中提取的一种限制性内切酶EcorI,能识别DNA分子中的GAATTC序列,切点在G与A之间。这是应用了酶的(    )

A. 高效性    B. 专一性    C. 多样性    D. 催化活性受外界条件影响

3. 在基因工程操作的基本步骤中,不进行碱基互补配对的步骤是(    )

A. 人工合成目的基因         B. 目的基因与运载体结合

C. 目的基因的检测和表达     D. 将目的基因导入受体细胞

4. 萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞,获得了高水平的表达。这一研究成果表明(    )

① 萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同 

② 萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码子

③ 烟草植物体内合成了荧光素 

④ 萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同

A. ①③        B. ②③        C. ①④        D. ①②③④

5. 下列有关质粒的叙述,正确的是(    )

A. 质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器

B. 质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子

C. 质粒只有在侵入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制

D. 细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的

6.(多选)下列关于基因工程的说法正确的是(    )

A. 基因工程的设计和施工都是在分子水平上进行的

B. 目前基因工程中所有的目的基因都是从供体细胞直接分离得到的

C. 基因工程能使科学家打破物种界限,定向地改造生物性状

D. 只要检测出受体细胞中含有目的基因,那么目的基因一定能成功地进行表达

7. 如果科学家通过转基因工程,成功地把一位女性血友病患者的造血细胞进行改造,使其凝血功能恢复正常。那么,她后来所生的儿子中(    )                          

A. 全部正常          B. 一半正常         C. 全部有病      D. 不能确定

8. 关于下图DNA分子片段的说法正确的是(    )       

A. 限制性内切酶可作用于①部位,解旋酶作用于③部位

B. ②处的碱基缺失导致染色体结构的变异

C. 把此DNA放在含15N的培养液中复制2代,子代中含15N的DNA占3/4

D. 该DNA的特异性表现在碱基种类和(A+T)/(G+C)的比例上

9. 不属于目的基因与运载体结合过程的是(    )

A. 用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端

B. 用同种限制酶切断目的基因露出黏性末端

C. 将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处

D. 将重组DNA引入受体细胞中进行扩增

10. 若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,其在环保上的重要意义是(    )

A. 减少氮肥的使用量,降低生产成本    B. 减少氮肥的使用量,节约能源

C. 避免氮肥过多引起环境污染          D. 改良土壤结构

11. 基因治疗是指(    )   

A. 对有基因缺陷的细胞进行修复,从而使其恢复正常,达到治疗疾病的目的

    B. 把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中,达到治疗疾病的目的

    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

12. 治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是(    )

A. 口服化学药物                  B. 注射化学药物

C. 采用基因疗法替换致病基因      D. 利用辐射或药物诱发致病基因突变

13. 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   D. 能表达基因信息的动物

14. 在基因诊断技术中,所用的探针DNA分子中必须存在一定量的放射性同位素,后者的作用是(    )

A. 为形成杂交的DNA分子提供能量    

B. 引起探针DNA产生不定向的基因突变

C. 作为探针DNA的示踪元素           

D. 增加探针DNA的分子量

15. 诊断苯丙酮尿症所用的探针是(    )

A. 32P半乳糖甘转移酶基因               B. 荧光标记的苯丙氨酸羧化酶  

C. 荧光标记的β—珠蛋白基因           D. 3H苯丙氨酸羧化酶基因

16. 基因工程生产胰岛素的主要原因是(    )   

A. 工艺简单,容易操作             B. 生产量大,价格较低

C. 所生产的胰岛素可以用于口服     D. 所生产的胰岛素疗效大大提高

17. 75年,科学家用基因工程的方法创造出了一种能分解石油的“超级细菌”,下列关于此种细菌的说法正确的是(   )

A. 与一般细菌相比它体积特别巨大      B. 它是现在唯一能分解石油的细菌

C. 它同时能分解石油中的四种烃类      D. 与一般细菌相比,它繁殖速度极快

18. 下列说法正确的是(    )

A. 所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列

B. 质粒是基因工程中惟一的运载体

C. 运载体必须具备的条件之一是:具有多个限制酶切点,以便与外源基因连接

D. 基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复

19. 用于鉴定转化于细胞是否含重组 DNA的最常用方法是(    )

A. 抗药性选择       B. 分于杂交选择

C. RNA反转录         D. 免疫学方法

20. 能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是(    )

A. 单倍体育种     B. 杂交育种     C. 基因工程育种     D. 多倍体育种

21. 下列育种需要使用生物工程技术的是(多选)(    )

A. 高产青霉素菌株            B. 能分泌含抗体的乳汁的母牛

C. 生长较快的鲤鲫鱼            D. 利于贮藏的白菜—甘蓝

22. 下列关于基因工程成果的概述,正确的是(多选)(    )

A. 在医药卫生方面,主要用于诊断治疗疾病 

B. 在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物

C. 在畜牧养殖业上培育出了体型巨大、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

23. 用现代生物技术培育生物新品种,其优越性在于(多选)(    )

A. 克隆技术可以快速繁殖优良形状的家畜

B. 现代转基因生物技术可以迅速改变生物的基因组成

C. 现代生物技术可以迅速使新品种形成群落

D. 现代生物技术可以克服远源杂交不亲和的障碍

24. 基因工程常用的受体细胞有(    )

① 大肠杆菌  ② 枯草杆菌  ③ 支原体    ④ 动植物细胞

A. ①②③④      B. ①②③     C. ②③④      D. ①②④   

25. 下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容,正确的组合是(    )


 

供体

剪刀

针线

运载体

受体

A

质粒

限制性内切酶

DNA连接酶

提供目的基因的生物

大肠杆菌等

B

提供目的基因的生物

DNA连接酶

限制性内切酶

质粒

大肠杆菌等

A.          C

提供目的基因的生物

限制性内切酶

DNA连接酶

质粒

大肠杆菌等

D

大肠杆菌等

DNA连接酶

限制性内切酶

提供目的基因的生物

质粒

26. 下列各项应用中不属于基因工程的是(    )

A. 转基因抗虫棉的培育成功                                            

B. 利用工程菌生产胰岛素 

C. 将C4植物叶绿体移入C3植物体内使光合效率提高  

D. 利用DNA探针检测饮用水有无病毒

 

三. 非选择题:

1. 在1990年医生对一位因缺乏腺苷脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行治疗。采用的方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养,然后用某种病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中,再将这些转基因白细胞回输到患者的体内,经过多次治疗,患者的免疫功能趋于正常。

(1)该病治疗运用了基因工程技术,在这个实例中运载体是            ,目的基因是              ,目的基因的受体细胞是               。

(2)将转基因白细胞多次回输到患者体内后,免疫能力趋于正常是由于产生了       ,产生这种物质的两个基本步骤是         和         。

(3)人的腺苷脱氨酶基因与胰岛素基因相比,其主要差别是               ;

(4)该病的治疗方法属于基因工程运用中的               ;这种治疗方法的原理是                  。

2. 糖尿病是一种常见病,且发病率有逐年增加的趋势,以致发达国家把它列为第3号“杀手”。请回答下列问题:

(1)目前,对糖尿病的治疗,大多采用激素疗法,所用激素为            ,由                      _____________细胞分泌。

(2)目前检测尿糖常用的试剂为          ,糖尿遇该试剂加热后呈            色。

(3)所用激素过去主要是从动物的内脏中提取,数量有限,现大多采用基因工程的方法生产(如图所示)。

① d为                     。

② 获得f,必须先用             切割b和d,使它们产生相同的黏性末端,再加入适量的         方可形成。

③ b的名称是               ,其化学本质为                。

3. 昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变,导致酯酶活性升高,该酶可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来,通过生物工程技术导入细菌体内,并与细菌内DNA分子结合起来。经过这样处理的细菌能分裂繁殖。请根据上述资料回答: 

(1)人工诱变在生产实践中已得到广泛应用,因为它能提高______________,通过人工选择获得_________________。  

(2)酯酶的化学本质是_______________,基因控制酯酶合成要经过__________和_______两个过程。  

(3)通过生物工程产生的细菌,其后代同样能分泌酶,这是由于                

____________________________________________________________.

(4)请你说出一项上述科研成果的实际应用__________________。

4. 1990年对一位缺乏腺苷脱氨酶基因,而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行基因治疗,其方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养,然后用逆转录病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中,再将这些转基因白细胞回输到患者的体内,经过多次治疗,患者的免疫功能趋于正常。

(1)在基因治疗过程中,逆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            。

(2)将转基因白细胞多次回输到患者体内后,免疫能力趋于正常是由于产生了,产生这种物质的两个基本步骤是             、               。

5. 将人的抗病毒干扰基因“嫁接”到烟草的DNA分子中,可使烟草获得抗病毒的能力,形成转基因产品。试分析回答:

(1)烟草转基因产品的获得属于(    )  

A. 基因工程   B. 细胞工程   C. 微生物工程    D. 酶工程

(2)人的基因工程之所以能接到植物体中去,原因是:                   

(3)烟草具有抗病毒能力,说明烟草体内产生:                    。

(4)不同生物间基因移植成功,说明生物共有一套                    ,从进化的角度看,这些生物具有                    。

(5)烟草DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因,实际并不影响其它遗传信息的表达功能。这说明                    。

(6)该工程应用于实践,将给农业、医药等诸多领域带来革命,目前已取得了许多成就,请你列举你所知道的或你所设想应用该工程的三个具体实例:          、       

  、         。

(7)有人认为,转基因新产品也是一把双刃剑,有如船能载舟也能覆舟,甚至可能带来灾难性的后果,你是否支持这一观点?如果支持,请你举出一个可能出现的灾难性后果的实例:               。

6. 干扰素是治疗癌症的重要物质,人血液中每升只能提取0. 05 mg干扰素,因而其价格昂贵,平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素,其具体做法是:

(1)从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的        ,并使之与一种叫质粒的DNA结合,然后移植到酵母菌内,从而让酵母素来                      。

(2)酵母菌能用     方式繁殖,速度很快,所以能在较短的时间内大量生产    。利用这种方法不仅产量高,并且成本较低。

(3)科学家陈炬在这方向也作出了突出贡献,他成功地把人的干扰素基因嫁接到了烟草的DNA分子上,其物质基础和结构基础是                        。

(4)烟草具有了抗病毒能力,这表明烟草体内产生了        ,由此可见,烟草和人体合成蛋白质的方式是     ,从进化的角度来考虑,证明了人和植物的起源      。

7. 在植物基因工程中,用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体,把目的基因重组入Ti质粒上的T—DNA片段中,再将重组的T-DNA插入植物细胞的染色体DNA中。

(1)科学家在进行上述基因操作时,要用同一种         分别切割质粒和目的基因,质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过        而黏合。

(2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞,经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析,该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段,因此可以把它看作是杂合子。理论上,在该转基因植株自交F1代中,仍具有抗除草剂特性的植株占总数的          ,原因         。

(3)种植上述转基因油菜,它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种,造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中,就可以避免“基因污染”,原因是:             。

 




【试题答案】

一. 填空题:

1. 人们的意愿  修饰  改造  定向  遗传性状  

2. 限制性核酸内切酶  1  GAATTC 

3. DNA连接酶  脱氧核糖  磷酸  

4. 质粒  噬菌体  动植物病毒  

5. 自我复制  环状DNA 

6. 提取  运载体  导入受体细胞  检测  表达

7.(1)限制酶   微生物  一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且在特定的核苷酸序列上对DNA进行切割

(2)限制酶    运载体   受体细胞   

(3)目的基因的检测和表达

 

二. 选择题:

1. B   2. B   3. D    4. D    5. B     6. AC    7. C     8. A     9. D

10. C  11. B  12. C  13. B   14. C   15. D   16. B   17. C    18. C

19. B 20. C   21. BCD    22. BCD    23. ABD    24. D    25. C    26. C

 

三. 非选择题:

1.(1)某种病毒   腺苷脱氨酶基因    白细胞

(2)腺苷脱氨酶     转录   翻译

(3)脱氧核苷酸的排序不同   

(4)基因治疗  把健康的外源基因导入由基因缺陷的细胞中,达到治疗疾病的目的

2.(1)胰岛素    胰岛B细胞

(2)斐林试剂   砖红色

(3)① 目的基因  ② 同一种限制酶  DNA连接酶    ③ 质粒  DNA

3.(1)突变率  人类所需要的新品种

(2)蛋白质  转录  翻译

(3)控制该酶合成的基因已整合到细菌的DNA上,并随细菌DNA的复制而复制

(4)分解水中的有机磷农药

4.(1)载体      正常腺苷脱氧酶基因    白细胞 

(2)腺苷脱氧酶(抗体)   转录  翻译

5.(1)A

(2)人与植物DNA结构组成相同。 

(3)抗病毒干扰素。

(4)遗传密码,共同的原始祖先。 

(5)基因是遗传物质结构和功能的基本单位。

(6)将抗病毒基因嫁接到水稻中,形成抗病毒水稻新品种;将人的血型基因移入猪体内,培育人血的猪;将干扰素基因移入细菌体内,培育出能产生干扰素的细菌。

(7)用于改良作物的抗不良环境的基因引入杂草,就将难以控制杂草。

6.(1)干扰素基因  合成干扰素 

(2)出芽生殖  干扰素

(3)DNA都是脱氧核苷酸组成的  都具有双螺旋结构

(4)干扰素  相同的  相同的

7.(1)限制性内切酶,碱基互补配对 

(2)3/4,雌雄配子各有1/2含抗除草剂基因;受精时,雌雄配子随机结合 

(3)叶绿体遗传表现为母系遗传,目的基因不会通过花粉传递而在下一代中显现出来

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