新教材适用2023-2024学年高中生物第3章基因工程第3节基因工程的应用学案新人教版选择性必修3

第3节基因工程的应用课标要求1．举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。2．认同基因工程的应用价值。3．关注基因工程的进展。核心素养1．生命观念——举例说出植物基因工程、动物基因工程的成果及其给人类带来的影响。2．社会责任——用基因工程培育优良品种或细胞产品，造福人类。知识点一基因工程在农牧业方面的应用基础知识·双基夯实1．转基因抗虫植物(1)技术方法：从某些生物中分离出具有_抗虫功能__的基因，将它导入作物中，培育出具有抗虫性的作物。(2)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。2．转基因抗病植物(1)技术方法：将来源于_病毒、真菌等__的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。(2)实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。3．转基因抗除草剂植物(1)技术方法：将_降解或抵抗某种除草剂__的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。(2)实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。4．改良植物的品质(1)技术方法：将_必需氨基酸含量多的蛋白质__编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。(2)实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。5．提高动物的生长速率(1)技术方法：将_外源生长激素__基因导入动物体内，提高动物的生长速率。(2)实例：转基因鲤鱼。6．改善畜产品的品质(1)技术方法：将_肠乳糖酶__基因导入奶牛基因组。(2)实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。活|学|巧|练1.农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。(×)2．培育转基因抗病植物的目的基因主要来源于病毒、真菌。(√)3．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。(×)合|作|探|究如图为通过基因工程培育抗虫棉的过程，请回答：(1)抗虫棉能抗病毒、细菌和真菌吗？为什么？提示：不能。抗虫基因具有专一性。(2)对于基因工程生产的抗虫棉是否取得最后的成功，最简单的检测方法是什么？提示：让害虫去吃转基因棉花的植株，观察害虫的生存状况。(3)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？提示：减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。(4)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？提示：会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。课内探究·名师点睛1．植物基因工程的应用项目外源基因类型成果举例抗虫转基因植物抗虫基因：Bt抗虫蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫的棉花、水稻、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的烟草、小麦、番茄、甜椒抗逆转基因植物抗逆基因：调节细胞渗透压基因、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、抗除草剂的大豆改良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.转基因植物中的目的基因(1)目的基因都是来自其他生物的能表现出优良性状的外源基因，并不都是来自细菌、病毒等微生物，如抗冻蛋白基因来自鱼类。(2)有的目的基因通过控制蛋白质的合成，直接控制生物的某些性状，这反映了基因与性状的直接关系；有的目的基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物的性状，这体现的是基因和性状的间接关系。(3)注意“抗虫”和“抗病”的区别，二者可以分别通过害虫接种和病毒(或真菌等)接种来进行个体水平的检测。3．动物基因工程的应用项目外源基因类型成果举例提高生长速率的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、鲤鱼改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因＋乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件乳腺生物反应器作器官移植供体的转基因动物外源的抑制抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥的转基因猪典例1下列关于培育转基因抗虫棉的叙述，正确的是(B)A．DNA连接酶能把Bt抗虫蛋白基因与噬菌体相连接B．Bt抗虫蛋白基因可借助花粉管通道进入受体细胞C．Bt抗虫蛋白对害虫和人都有不同程度的毒害作用D．需制备好相应抗原来检测Bt抗虫蛋白解析：培育转基因植物常用农杆菌转化法，可用DNA连接酶将编码Bt抗虫蛋白的基因与农杆菌的Ti质粒相连接，构建基因表达载体，A项错误；在植物细胞基因工程中，可利用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞，也可以利用花粉管通道法将目的基因导入受精卵中，B项正确；Bt抗虫蛋白对哺乳动物无毒害作用，C项错误；要检测目的基因是否成功翻译，可用抗原—抗体杂交技术进行检测，目的基因翻译的蛋白质作为抗原，故需制备好相应抗体来检测Bt抗虫蛋白，D项错误。变式训练❶如图是培育抗除草剂玉米的技术路线图，含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达，其产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌，会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列相关叙述错误的是(A)A．过程①用两种限制酶就可防止酶切产物自身环化B．过程②用Ca2＋处理可提高转化成功率C．过程③应在培养基中加入除草剂和物质KD．筛选得到的A是转化愈伤组织解析：过程①要用两种限制酶切割出两种不同的黏性末端序列，这样才可防止酶切产物自身环化，A错误；过程②用Ca2＋处理农杆菌可使其成为吸收周围环境DNA分子的生理状态细胞，这样可提高转化成功率，B正确；报告基因的产物能催化无色物质K呈现蓝色，而愈伤组织表面残留的农杆菌会导致未转化的愈伤组织能在含除草剂的培养基中生长，因此过程③应在培养基中加入除草剂和物质K，C正确；筛选得到的A是转化愈伤组织，即能在抗除草剂的培养基上生长且呈现蓝色的组织，D正确。知识点二基因工程在医药卫生领域和食品工业方面的应用基础知识·双基夯实一、基因工程在医药卫生领域的应用1．技术方法(1)对微生物或动植物的细胞进行_基因改造__，使它们能够生产药物。(2)利用乳腺生物反应器生产药物：将_药用蛋白__基因与乳腺中特异表达的基因的_启动子__等调控元件重组在一起，通过_显微注射__导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物通过_分泌乳汁__生产所需要的药物。(3)培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种_调节因子__抑制_抗原决定__基因的表达或设法除去_抗原决定__基因，然后再结合_克隆__技术，培育出不会引起_免疫排斥__反应的转基因克隆器官。2．实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。二、基因工程在食品工业方面的应用1．技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用_酶__、_氨基酸__和_维生素__等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过_工业发酵__生产凝乳酶。2．实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。活|学|巧|练1.利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。(√)2．乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。(×)合|作|探|究1.为了生产药物，常把药用蛋白基因构建的表达载体导入大肠杆菌或酵母菌细胞中构建工程菌，选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？提示：细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产能力大等。2．在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？提示：应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋白较容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须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。课内探究·名师点睛1．乳腺生物反应器的操作过程2．乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别比较内容乳腺生物反应器基因工程菌含义指让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受体基因结构与人类基因结构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Ca2＋处理法生产条件不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件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生产设备畜牧业生产、提取设备发酵生产、提取设备典例2采用基因工程技术培育转基因羊作为乳腺生物反应器，使其能合成人凝血因子且只存在于乳汁中。下列有关叙述，不正确的是(A)A．将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器B．将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起构建成基因表达载体C．该转基因羊产生的生殖细胞中可能会含有人凝血因子基因D．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛解析：将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因羊中，人凝血因子基因在羊乳腺细胞中表达，获得乳腺生物反应器，A错误；构建基因表达载体时需将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，B正确；用基因工程技术将人凝血因子基因导入羊受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因羊中，人凝血因子基因存在于所有的体细胞中，在减数分裂形成生殖细胞时，该转基因羊产生的生殖细胞中可能会含有人凝血因子基因，C正确；在乳腺生物反应器中，只能从雌性动物进入泌乳期后分泌的乳汁中获取产物，与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器的优点是雌性和雄性动物的尿液中都可提取到产物，不受性别等限制，受体来源更广泛，D正确。变式训练❷下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述，错误的是(B)A．需要将编码药用蛋白的基因与能在乳腺中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起B．可以使用感受态细胞转化法将基因表达载体导入受体C．需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物D．药物的生产会受到转基因动物性别和年龄的限制解析：培育转基因动物，通常采用显微注射法将目的基因导入动物受精卵。乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较名称乳腺生物反应器工程菌含义是指使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基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构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细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法(Ca2＋处理法)生产条件不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取典例3下列有关利用乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述，错误的是(D)A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中提取B．两者都是基因工程在医药卫生领域的应用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能加工成熟D．动物和微生物的基因结构与人体的基因结构均相同解析：前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中提取；乳腺生物反应器和微生物生产药物都是基因工程在医药卫生领域的应用；前者合成的蛋白质可加工成熟，工程菌一般是原核生物，合成的蛋白质一般不能加工成熟；真核生物基因的编码区有内含子和外显子之分，原核生物基因的编码区无内含子与外显子之分。学|霸|记|忆1.将来源于某些病毒、真菌的抗病基因导入植物中，培育转基因抗病植物。2．将外源生长激素基因导入鲤鱼，可提高鲤鱼的生长速度。3．将药用蛋白基因导入大肠杆菌或酵母菌构建工程菌可生产药物。4．将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组成表达载体导入哺乳动物的受精卵中可构建乳腺生物反应器。5．在器官供体的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，然后结合克隆技术，可培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。1．下列关于基因工程的成果及应用的说法，正确的是(C)A．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒B．利用基因工程菌只能生产药物C．基因工程使人们更容易培育出优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品D．利用基因工程生产乙肝疫苗时，目的基因存在于人体B淋巴细胞的DNA中解析：抗虫基因的表达产物是毒蛋白，只能对害虫起作用；利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等；利用基因工程生产乙肝疫苗是通过构建含有乙肝病毒表面抗原基因的重组质粒，然后导入相应的宿主细胞，如酵母菌细胞，生产乙肝病毒表面抗原蛋白，人体B淋巴细胞DN