第3节基因工程的应用 学案设计（一） ■■■学习目标 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 ■■■自主预习 一、基因工程在农牧业方面的应用 ()技术方法从某些生物中分离出具有」 的基因，将它导入作物中培育出具有抗 虫性的作物。 (2)实例转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。 2.转基因抗病植物 ()技术方法将来源于」 等的抗病基因导入植物中，培有出转基因抗病植 (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」 _的基因导入作物，可以培有出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收启植物的品质 (1)技术方法将 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 基因导入动物体内以提高动物的生长谏率 2)实例：转基因鲤鱼 6.改善畜产品的品质 (1)技术方法将 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。 二、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 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 导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动 物通过 来生产所需要的药物。 ③培有移器官在器官供体的基因组中导入某种 以抑生制 因的表达，或设法除去 基因，然后再结合克隆技术，培有出不会引起 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。 三、基因工程在食品工业方面的应用
第 3 节 基因工程的应用 学案设计(一) 学习目标 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。 自主预习 一、基因工程在农牧业方面的应用 1.转基因抗虫植物 (1)技术方法:从某些生物中分离出具有 的基因,将它导入作物中培育出具有抗 虫性的作物。 (2)实例:转基因抗虫棉花、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 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 的基因导入作物,可以培育出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 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 基因导入动物体内,以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 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。 二、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 ,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 导入哺乳动物的受精卵中,培育出的转基因动 物通过 来生产所需要的药物。 ③培育移植器官:在器官供体的基因组中导入某种 以抑制 基 因的表达,或设法除去 基因,然后再结合克隆技术,培育出不会引起 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。 三、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 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 批量生产凝 乳 2实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。 ■■■课堂探究 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别 比较内 乳牌生物反应器 程葡 容 含义 指让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效 用动物的乳腺组织生产药物蛋白 表达的南类细胞株系 受体基 因结 物与人 细菌和酵母菌的基因结构与人类的基因结超 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 类基 有较大差异 结 差异 基因表 合成的药物蛋自与天然蛋自质相同 细菌合成的药物蛋自可能没有活性 大 受体细 动物受精卵 微生物细胞 目的基 导入方 显微注射法 感受态细胞法 生产深 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、 H、营养物质浓度等外界条件 物损 人动物乳汁中提取 人微生物细胞或其培养液中提取 生产设 畜牧业生产、提取设备 发酵生产、提取设备 二、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？ 三、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成功。科 学家培有出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。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 么相同点和不同点
1.技术方法:利用基因工程菌生产食品工业用 和 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 批量生产凝 乳酶。 2.实例:淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。 课堂探究 一、乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别 比较内 容 乳腺生物反应器 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 表达的菌类细胞株系 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的基因结构 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 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 二、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? 三、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成功。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。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 么相同点和不同点?
■■■■■核心素养专练 1.以下关于基因工程的应用的说法正确的是() A用基因工程培育的抗虫植物能抗病毒 B基因工程在畜牧业上的应用主要是培有体型百大、品质优良的动物 C基因工程可用来培有高、稳产、品质代良和抗逆性那的作物 D.科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某 种关键酶的活性，以提高氨基酸的含园 2若利用基因工程技术培有能固氮的新品种水稻，其在环境保护上的重要意义是( A减少氯肥使用量降低生产成本 B减少氨肥生产量节约能源 C避免使用过多氯肥引起的环境污染 D.改良土壤的群落结构 3抗病毒转基因在植物中成功表达后，以下说法正确的是( 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抗害虫 D抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异 4.下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是( A抗虫棉 B1毒蛋白基因 B抗病毒转基因细草 几丁质酸基因 C抗盐碱和抗干早植物 调节细胞渗诱压的基因 耐寒的番茄 一抗冻其因 5为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1)，拟将其与质 (图2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。下列操作不正确的是( EcoR I. 自动子 启动 质粒 终止子 C苯因 图1 图2 A用限制性内切核酸酶EcoR I和DNA连接酶构建重组质粒 B.重组质粒的构建依赖于碱基互补配对 C.在培养基中添加卡那霉素筛选被转化的菊花细胞 D.C基因导入受体细胞后，不一定能成功表达，需要进一步检测与鉴定 6.1982年，世界上第一例体型比普通小鼠大1.8倍的转基因“超级小鼠”培有成功。下列相 关叙述正确的是( A将含有目的基因的DNA直接注入小鼠体内 B该"超级小鼠的培有 用到了显微注射技术 C.采用的受体细胞是雌性动物的卵细胞 D.目的基因导入受体细胞前不用提纯 7.下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是(
核心素养专练 1.以下关于基因工程的应用的说法正确的是( ) A.用基因工程培育的抗虫植物能抗病毒 B.基因工程在畜牧业上的应用主要是培育体型巨大、品质优良的动物 C.基因工程可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物 D.科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物中,或者改变这些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.若利用基因工程技术培育能固氮的新品种水稻,其在环境保护上的重要意义是( ) A.减少氮肥使用量,降低生产成本 B.减少氮肥生产量,节约能源 C.避免使用过多氮肥引起的环境污染 D.改良土壤的群落结构 3.抗病毒转基因在植物中成功表达后,以下说法正确的是( ) 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抗害虫 D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传,不会变异 4.下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是( ) A.抗虫棉——Bt 毒蛋白基因 B.抗病毒转基因烟草——几丁质酶基因 C.抗盐碱和抗干旱植物——调节细胞渗透压的基因 D.耐寒的番茄——抗冻基因 5.为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因 C(图 1),拟将其与质粒 (图 2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。下列操作不正确的是( ) 图 1 图 2 A.用限制性内切核酸酶 EcoRⅠ和 DNA 连接酶构建重组质粒 B.重组质粒的构建依赖于碱基互补配对 C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞 D.C 基因导入受体细胞后,不一定能成功表达,需要进一步检测与鉴定 6.1982 年,世界上第一例体型比普通小鼠大 1.8 倍的转基因“超级小鼠”培育成功。下列相 关叙述正确的是( ) A.将含有目的基因的 DNA 直接注入小鼠体内 B.该“超级小鼠”的培育利用到了显微注射技术 C.采用的受体细胞是雌性动物的卵细胞 D.目的基因导入受体细胞前不用提纯 7.下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是( )
A.动物基因结构与人类基因结构基本相同 B乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的 C.可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物 D.乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用 8应用基因工程的方法，可将酵母菌制造成“工程菌”，用于生产乙肝疫苗，在制造该“工程 菌时，应向酵母菌中导入( A.乙肝病毒的表面抗原 B抗乙肝病毒的抗体的基因 C抗乙肝病毒的抗体 D.乙肝病毒的表面抗原的基因 9.下列不属于基因工程成果的是( A利用到腺生物反应器生产药用蛋白 B.从大肠杆菌体内获得白细胞介素 C.从大肠杆菌内获得生长 D.用高产青霉菌生产青霉素 10.我国已能自行生产乙肝疫苗等基因工程药物，乙肝疫苗的生产方法是( A在受体细胞内大量增殖乙肝病毒 B在液体培养基中大量增殖乙肝病击 将乙肝病毒的全部基因导入受体 细胞并表达 D.将乙肝病毒的表面抗原的基因导入受体细胞并表达 11.(多选)科学家利用基因工程培有出了耐盐的转基因棉花新品系，下列相关叙述错误的 A可桶讨农杆菌感染法将面组质粒导入号体细胞 B.含耐盐基因的棉花细胞可经花药离体培养获得完整植株 C.可用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性 D.若目的基因的核苷酸序列是完全未知的，可用PCR技术得到大量目的基因 12.(多选)如图表示利用基因工程生产胰岛素的三种途径，据图判断下列说法错误的是 人的虢岛素基因 受体细飞A受体细胞B受体细胞C 转基因单转基因莴苣转燕因大肠杆菌 乳汁中提取体细胞中提取培养液中提取 A过程①需要限制酶和DNA连接酶 B.常利用显微注射法将目的基因导入受体细胞A,受体细胞A可为乳腺细胞 C受体细胞B通常为葛昔的体细胞经歌分化形成完整个体 D.导入受体细胞C常用C+处理使大肠杆菌处于感受态 13.(多选)基因编辑是对4 物体基因组特定目标DNA单链进行修饰的一种基因工程技术 该技术的实施离不开Cas9的酶和向导RNA(gRNA),gRNA能将Cas9引导
A.动物基因结构与人类基因结构基本相同 B.乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的 C.可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物 D.乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用 8.应用基因工程的方法,可将酵母菌制造成“工程菌”,用于生产乙肝疫苗,在制造该“工程 菌”时,应向酵母菌中导入( ) A.乙肝病毒的表面抗原 B.抗乙肝病毒的抗体的基因 C.抗乙肝病毒的抗体 D.乙肝病毒的表面抗原的基因 9.下列不属于基因工程成果的是( ) A.利用乳腺生物反应器生产药用蛋白 B.从大肠杆菌体内获得白细胞介素 C.从大肠杆菌内获得生长激素 D.用高产青霉菌生产青霉素 10.我国已能自行生产乙肝疫苗等基因工程药物,乙肝疫苗的生产方法是( ) A.在受体细胞内大量增殖乙肝病毒 B.在液体培养基中大量增殖乙肝病毒 C.将乙肝病毒的全部基因导入受体细胞并表达 D.将乙肝病毒的表面抗原的基因导入受体细胞并表达 11.(多选)科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因棉花新品系,下列相关叙述错误的 是( ) A.可通过农杆菌感染法将重组质粒导入受体细胞 B.含耐盐基因的棉花细胞可经花药离体培养获得完整植株 C.可用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性 D.若目的基因的核苷酸序列是完全未知的,可用 PCR 技术得到大量目的基因 12.(多选)如图表示利用基因工程生产胰岛素的三种途径,据图判断下列说法错误的是 ( ) A.过程①需要限制酶和 DNA 连接酶 B.常利用显微注射法将目的基因导入受体细胞 A,受体细胞 A 可为乳腺细胞 C.受体细胞 B 通常为莴苣的体细胞,经脱分化形成完整个体 D.导入受体细胞 C 常用 Ca2+处理使大肠杆菌处于感受态 13.(多选)基因编辑是对生物体基因组特定目标 DNA 单链进行修饰的一种基因工程技术。 该技术的实施离不开 Cas9 的酶和向导 RNA(gRNA),gRNA 能将 Cas9 引导
导RN 一目标DNA 到特定的DNA序列上进行切割。下列有关叙述正确的是( ACas9发挥切制作用要受温度、pH的影响 B.C9能切断磷酸和脱氧核糖之间的连接 C编辑 司基因所选用的RNA碱基序列相同 D.gRNA通过与DNA进行碱基互补配对发挥作用 14.(多选)研究发现1e1-7基因能影响癌基因R4S的表达，使肺癌细胞的增殖受到抑制，其 影响机理如图所示。下列相关叙述错误的是( -7基因 RAS基因 转最、加 转录、加 无能 RAS RNA 配对 翻译抑制 RAS蛋白 目的基因是否在受体细胞中转录可用抗原一抗体杂交技术来进行检测 B.Ie1-7基因转录的niRNA与RAS mRNA的配对遵循碱基互补配对原侧则 C肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中RAS mRNA含量减少引起的 D.le-7基因转录的miRNA无翻译功能是因为le-7基因缺少启动子 15糖尿病已经成为能害人类健唐的亚面疾实之 一，注射胰岛素是目前治疗糖尿病最为有 效的途径和手段。 如何生产优质而不昂贵的人胰岛素，是当下医药界急需攻克的科学难题 下图为利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图.请回答」 重复进行⑤ 8思mmM大量 8 (1)在基因表达载体中 是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因 转录出mRNA。 2)图中细胞1是 细胞。过程②必需的酶是 ·过程③④⑤为利用 技术扩增目的基因，此过程必需的酶是 村程③新开的是 键在体外排行 PCR操作时，实现该过程的处理方法是】 。能否利用人的皮肤细胞来完成过程①，为什 么？ 3)为便于重组DNA的鉴定和选择，图中C的组成必须有 :为使过程⑧更易进行， 可用 处理大肠杆菌。 (④)过程⑩得到的人胰岛素需要体外加工才具有生物活性，原因是大肠杆 16.人参是珍贵的药用植物，研究人员运用转基因技术构建乙肝病毒表面抗原(BsAg)的 人参细胞表达系统，为珍贵药用植物与疫苗联合应用开辟了新思路，其构建过程如图所示，图 中SmaI、SxI、EcoR V为限制酶。请回答相关问题
到特定的 DNA 序列上进行切割。下列有关叙述正确的是( ) A.Cas9 发挥切割作用要受温度、pH 的影响 B.Cas9 能切断磷酸和脱氧核糖之间的连接 C.编辑不同基因所选用的 gRNA 碱基序列相同 D.gRNA 通过与 DNA 进行碱基互补配对发挥作用 14.(多选)研究发现,let-7 基因能影响癌基因 RAS 的表达,使肺癌细胞的增殖受到抑制,其 影响机理如图所示。下列相关叙述错误的是( ) A.目的基因是否在受体细胞中转录,可用抗原—抗体杂交技术来进行检测 B.let-7 基因转录的 miRNA 与 RAS mRNA 的配对遵循碱基互补配对原则 C.肺癌细胞增殖受到抑制,可能是由于细胞中 RAS mRNA 含量减少引起的 D.let-7 基因转录的 miRNA 无翻译功能是因为 let-7 基因缺少启动子 15.糖尿病已经成为危害人类健康的严重疾病之一,注射胰岛素是目前治疗糖尿病最为有 效的途径和手段。如何生产优质而不昂贵的人胰岛素,是当下医药界急需攻克的科学难题。 下图为利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图,请回答: (1)在基因表达载体中, 是 RNA 聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因 转录出 mRNA。 (2)图中细胞 1 是 细胞。过程②必需的酶是 。过程③④⑤为利用 技术扩增目的基因,此过程必需的酶是 。过程③断开的是 键,在体外进行 PCR 操作时,实现该过程的处理方法是 。能否利用人的皮肤细胞来完成过程①,为什 么? 。 (3)为便于重组 DNA 的鉴定和选择,图中 C 的组成必须有 ;为使过程⑧更易进行, 可用 处理大肠杆菌。 (4)过程⑩得到的人胰岛素需要体外加工才具有生物活性,原因是大肠杆 菌 。 16.人参是珍贵的药用植物,研究人员运用转基因技术构建乙肝病毒表面抗原(HBsAg)的 人参细胞表达系统,为珍贵药用植物与疫苗联合应用开辟了新思路,其构建过程如图所示,图 中 SmaⅠ、Sst Ⅰ、EcoR V 为限制酶。请回答相关问题: