2022-2023 学年 苏教版 选择性必修三 基因工程的应用价值 教案

第二节基因工程的应用价值课程内容标准核心素养对接举例说明基因工程在农牧业、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。(1)生命观念——举例说出植物基因工程、动物基因工程成果及其给人类带来的影响。(2)社会责任——联系当地生产、生活中的具体实例，思考用基因工程的方法解决实际问题。知识点1基因工程在农牧业中的应用价值1.转基因生物的概念利用基因工程技术培育的、能稳定遗传外源基因所决定的性状的生物。2.植物基因工程硕果累累3.动物基因工程显示出诱人的应用前景4.运用基因工程改良动植物品种的优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。知识点2基因工程在食品业中的应用价值1.植物品质改良主要包括植物蛋白质、糖类、脂肪品质的改良以及维生素种类和含量的改良等方面。2.基因工程在氨基酸、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产，以及广泛应用于食品制造业的淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶的大规模生产方面也大显身手。知识点3基因工程在医药业中的应用价值1.基因工程药物(1)利用转基因工程菌生产药物。(2)利用生物反应器生产药物①生物反应器的种类：乳腺生物反应器、膀胱生物反应器、输卵管生物反应器等。②乳腺生物反应器的构建2.基因治疗(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速度更快。(×)(2)转基因抗虫棉的Bt毒蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌。(×)(3)运用基因工程改良动植物品种，最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。(√)(4)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性。(√)(5)药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有。(×)(6)在青霉菌体内获取青霉素属于利用基因工程技术制取药物。(×)eq\x(教材P103“图3－2－3”拓展)下面是基因工程技术在农牧业方面的应用成果，分析回答下列问题：(1)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。(2)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。(3)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？提示不能；抗虫基因具有专一性。探究点一乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较利用基因工程生产人胰岛素有两种方法：方法一：将胰岛素基因转入细菌细胞，进行微生物培养，提取胰岛素；方法二：将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵，培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。阅读上述材料，回答问题：(1)方法一中，为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞，应用Ca2＋处理细菌细胞，目的是使细胞处于一种容易接受外来DNA分子的生理状态。(2)方法二中，将目的基因导入受体细胞常用的方法是显微注射法。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达，应该采取的措施是将人胰岛素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起。(3)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌，该类工程菌的优点是单细胞、繁殖快(至少答出两点)。(4)上述两种方法中，哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性？试解释其原因。方法一；方法一中的受体细胞是细菌，其细胞内无内质网和高尔基体，无法对胰岛素进行加工和修饰。乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较乳腺生物反应器的要点归纳(1)乳腺生物反应器的操作过程中，构建基因表达载体时，目的基因要与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，否则目的基因在乳腺上皮细胞中不能转录。构建好的基因表达载体导入受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体细胞均含有目的基因(如药用蛋白基因)，但其只在乳腺上皮细胞中表达。(2)用乳腺(房)生物反应器生产的优点是产量高、质量好、成本低、易提取，但从乳汁中提取蛋白质，该转基因个体必须是雌性的，若利用膀胱生物反应器从尿液中提取目的基因的产物则不受性别限制。(3)乳腺生物反应器、膀胱生物反应器、输卵管生物反应器①乳腺生物反应器是让药用蛋白基因在受体动物的乳腺细胞中特异性表达。膀胱生物反应器是让药用蛋白基因在受体动物的膀胱上皮细胞中特异性表达。输卵管生物反应器是让药用蛋白基因在受体动物的输卵管细胞中特异性表达。②三者都可用于生产药用蛋白，优点是收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。其中膀胱生物反应器还具有周期短、不受性别和年龄限制的优势。[例1]利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时，下列说法错误的是()A.利用显微注射法将人的生长激素基因导入受体哺乳动物体内B.需要将乳腺蛋白基因的启动子与目的基因重组在一起C.动物必须是雌性才能满足要求D.动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”答案A解析利用基因工程将人的生长激素基因导入受精卵中，A错误；需要将乳腺蛋白基因的启动子与目的基因重组在一起，使目的基因只在乳腺组织中特异性表达，B正确；动物必须是雌性才能满足要求，C正确；由于目的基因只在乳腺组织中特异性表达，因此受体动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”，D正确。[例2]从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单，甚至可直接用于治病。如果将药用蛋白基因转入动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于()A.技术简单B.膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白C.膀胱上皮细胞全能性较高D.无论是雌性还是雄性个体，在任何发育时期都可以产生所需药物答案D解析利用动物乳腺生物反应器生产药物要受动物性别和发育期的限制，若从尿液中获取药物，则无论是雌性还是雄性个体，在任何发育期都可以产生所需药物。探究点二基因治疗腺苷脱氨酶基因缺陷症是一种罕见的遗传性免疫缺陷疾病，是由于缺少腺苷脱氨酶而引起的。观察下列腺苷脱氨酶基因缺陷症的基因治疗示意图，回答有关问题：(1)在该治疗方案中，逆转录病毒起什么作用？人的正常腺苷脱氨酶基因整合到该病毒核酸上相当于基因工程的哪一步骤？需要哪些酶参与？提示逆转录病毒起载体作用。腺苷脱氨酶基因整合到该病毒核酸上相当于基因工程的基因表达载体的构建，需要逆转录酶、限制酶、DNA连接酶参与。(2)分析腺苷脱氨酶基因缺陷症的病因是什么？提示直接原因是缺乏腺苷脱氨酶，这种酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的。根本原因是腺苷脱氨酶基因缺失。(3)上述病症的基因治疗过程包括哪些主要步骤？提示构建含有正常腺苷脱氨酶基因的表达载体→从患者体内分离出T淋巴细胞→重组逆转录病毒感染T淋巴细胞，将基因整合到细胞内的染色体上→将携带正常基因的T淋巴细胞再注射入患者体内。(4)该基因治疗属于哪种途径？患者能否将正常腺苷脱氨酶基因遗传给后代？提示该基因治疗属于体内基因治疗途径，该治疗方案改变的是T淋巴细胞的基因，生殖细胞的遗传物质未曾改变，患者不能将正常腺苷脱氨酶基因遗传给后代。基因治疗的两种途径比较途径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→细胞培养→体外完成基因转移→筛选、细胞增殖→转入患者体内外源基因→载体携带→患者体内相应组织细胞特点操作复杂，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，以纠正或补偿缺陷或异常基因引起的疾病，目前两种方法都处于临床试验阶段[例3]科学家将正常的腺苷脱氨酶(ADA)基因转入缺乏该基因的患者血液的T细胞中，重组T细胞大量增殖后回输到体内，用于治疗严重的复合免疫缺陷症(SCID)，过程如下图所示。下列说法错误的是()A.图中的病毒可作为携带ADA基因进入T细胞的载体B.T细胞1是受体细胞，回输前可能需要对T细胞2严格筛选C.需要在无菌、无毒的环境下培养T细胞1和T细胞2D.此治疗方法较为可靠，患者的T细胞均能合成ADA答案D解析由图可知，以病毒为载体，携带人的正常ADA基因进入T细胞1，A正确；T细胞1是受体细胞，T细胞2为重组细胞，因基因表达受许多条件影响，回输前必需对T细胞2进行筛选，筛选出ADA基因能正常表达的T细胞2，B正确；由动物细胞培养的条件可知，在动物细胞体外培养时，首先要保证被培养的细胞处于无菌、无毒的环境，C正确；患者体内的T细胞，有的是来自于自身的细胞分化，有的是来自于回输的，只有回输的T细胞才能合成ADA，D错误。[例4]基因治疗是人类疾病治疗的一种崭新手段，下列有关叙述正确的是()A.与体外基因治疗相比，体内基因治疗的效果较为可靠B.基因治疗是把缺陷基因诱变成正常基因C.基因治疗可以治愈所有的单基因遗传病D.基因治疗的靶细胞若是体细胞，则获得的性状不会遗传给下一代答案D解析相对来说，体外基因治疗的效果较为可靠，A错误；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作用，从而达到治疗疾病的目的，不是把缺陷基因诱变为正常基因，B错误；目前基因治疗处于初期的临床试验阶段，由于技术、伦理等因素的限制，基因治疗只能用于某些疾病的治疗，C错误；基因治疗的靶细胞若是体细胞，则获得的性状不会遗传给下一代，因为生殖细胞的基因型不变，D正确。思维导图晨读必背1.利用基因工程技术培育的、能稳定遗传外源基因所决定的性状的生物称为转基因生物。2.运用基因工程改良动植物品种，最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。3.生产乳腺生物反应器需先将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组，再转入受精卵中。4.基因治疗是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。随堂检测1.目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是()A.苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达B.抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去C.标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因D.转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫答案C解析苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因与质粒结合后需用农杆菌转化法导入棉花的叶肉细胞，不能直接进入棉花的叶肉细胞表达，A错误；叶肉细胞是体细胞，其内的基因不能通过有性生殖进行遗传，可以通过植物组织培养技术，使抗虫性状遗传下去，B错误；构建好的基因表达载体中必须含有标记基因，以便于确定目的基因是否进入受体细胞内，C正确；棉铃虫抗性的产生是基因突变的结果，但抗虫棉的自然选择会使棉铃虫的抗性基因频率升高，D错误。2.上海医学遗传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了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.“提高基因的表达水平”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答案D解析体细胞中出现新基因有可能是基因突变导致的，A错误；“提高基因的表达水平”是指增强白蛋白基因表达，白蛋白基因数目没有增多，B错误；“转基因动物”一般用到的受体细胞是受精卵，发育成的个体几乎所有细胞中都有相同的外源基因，C错误；转基因牛的白蛋白基因也是选择性表达的，在肌肉细胞中不能表达，D正确。3.下列关于基因工程应用的叙述，正确的是()A.我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是Bt毒蛋白基因B.利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医学产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因转入了动物的乳腺细胞中C.由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用D.利用乳腺生物反应器在任何发育时期都可以生产所需药物答案A解析我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是Bt毒蛋白基因，A正确；利用乳腺生物反应器能够获得人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因转入了动物的受精卵细胞中，且在乳腺细胞中表达产生了人的血清白蛋白，B错误；大肠杆菌细胞中缺少内质网、高尔基体等细胞器，获得人的干扰素后要经过进一步的修饰才具有生物活性，C错误；利用动物乳腺生物反应器生产药物要受动物性别和发育时期的限制，D错误。4.(多选)科学家将某药物蛋白合成基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育后的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白；而且这些鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。据此分析不正确的是()A.这些鸡是基因工程的产物B.这种变异属于可遗传的变异C.食用此鸡蛋后药物蛋白可发挥作用D.该种变异属于不定向变异答案CD解析这些鸡是将某药物蛋白合成基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中获得的，是基因工程的产物，A正确；这种变异属于基因重组，是可遗传的变异，B正确；食用此鸡蛋后，药物蛋白会被水解，不能再发挥作用，C错误；转基因技术可以定向改造生物的性状，故该种变异属于定向变异，D错误。5.复合型免疫缺陷症患者缺失ADA基因，利用生物工程技术将人正常ADA基因以病毒为载体转入患者的T细胞中，再将携带ADA基因