2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修三3-3基因工程的应用导学案

第三章第3节基因工程的应用学习目标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。课前案一、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：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：将含量多的导入植物中，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%；将与植物导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有颜色变异，大大提高了它的观赏价值。5．提高动物的生长速率(1)技术方法：将导入动物体内，提高动物的生长速率。(2)实例：我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%--115%。6．改善畜产品的品质(1)技术方法：有些人由于乳糖酶分泌较少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，这称为。科学家将导入奶牛基因组。(2)实例：使获得的转基因牛分泌的中，乳糖含量大大降低，其他成分不受影响。二、基因工程在医药卫生领域的应用1.对微生物或动植物的细胞进行，使它们能够生产药物。这些药物包括细胞因子、、和等，用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎。2.利用基因工程技术，还可以让哺乳动物批量生产药物（1）技术方法：将与乳腺中特异表达的基因的等调控元件重组在一起，通过的方法导入哺乳动物的中，培育出的转基因动物通过分泌乳汁生产所需要的药物。（2）实例：科学家已经在牛、山羊等动物中，获得了抗凝血酶、血清蛋白基因、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。3.基因工程技术还可能建立移植器官工厂的设想成为现实。在器官供体的基因组中导入某种抑制的表达或设法除去抗原决定基因，然后再结合技术，培育出不会引起的转基因克隆器官。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酶、和等。2.实例：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；淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)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。 ()4．利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。 ()5．乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。 ()课中案探究一各种培育过程1．转基因动物培育过程（以转基因牛为例）2.转基因微生物的培育过程（以可以生产干扰素的酵母菌的培育过程为例）3．乳腺生物反应器的操作过程特别提醒：（1）基因表达载体导入的是受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体的体细胞中均含有目的基因，但由于目的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，所以目的基因只在乳腺细胞中表达。(2)乳腺生物反应器是一种转基因动物，其能通过分泌乳汁来生产所需要的药物。(3)作为乳腺生物反应器的转基因动物，与普通转基因动物相比，构建的基因表达载体不同:在目的基因(药用蛋白基因)前需加上乳腺中特异性表达的基因的启动子等调控元件。(4)因需从分泌的乳汁中提取所需的药物，而只有雌性哺乳动物进入泌乳期后才能分泌乳汁，故转基因的受精卵经体外培养得到的早期胚胎移入母体前，需进行性别鉴定，选择雌性动物的早期胚胎移入母体子宫。【典例分析】1.科研人员运用基因工程技术让奶牛的乳腺合成并分泌人的血清白蛋白。下列相关叙述错误的是（）A该技术导致转基因奶牛发生了定向变异B该过程所需要的目的基因可以通过逆转录获得C.该过程需把人血清白蛋白的启动子与载体连接构建基因表达载体D.胚胎移植前需要对含有人血清白蛋白基因的早期胚胎进行性别鉴定探究二乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的比较比较内容乳腺生物反应器工程菌基因结构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(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？（2）基因工程药物与传统意义上的药物相比，有何优点？(3)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和不同点？【典例分析2】.动物生物反应器研究和开发的重点是动物乳腺生物反应器和动物血液生物反应器，即把人体相关基因整合到动物胚胎里，使得到的转基因动物血液中或长大后分泌的乳汁中含有人类所需要的药用蛋白质。下列相关说法错误的是（）A在制备乳腺生物反应器时需将目的基因导入乳腺细胞中B.将药用蛋白基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子等重组在一起构建成表达载体C.可通过PCR技术鉴别药用蛋白基因是否导入受体细胞D.转基因动物产生的生殖细胞中可能含有药用蛋白基因3、凝乳酶是大多数奶酪生产中的关键性酶。从牛胃液中分离得到的凝乳酶因催化能力强而被广泛应用，研究人员运用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中。(1)科学家测出该酶的氨基酸序列，获取目的基因后，常利用技术在体外将其大量扩增。(2)工业化生产过程中，最初多采用重组大肠杆菌或芽孢杆菌生产凝乳酶，现多采用重组毛霉或重组酵母菌来生产，毛霉和酵母菌作为受体的优势是。第3节基因工程的应用(课后案）1.下列是通过基因工程对生物体遗传物质进行改造的实例,其中子代不会遗传获得相应性状的是()A.将干扰素基因表达载体导入酵母菌,筛选获得的干扰素工程菌B.将烟草花叶病毒外壳蛋白基因导入烟草体细胞,最终获得的转基因烟草C.将抗凝血酶基因导入羊受精卵,培育出作乳腺生物反应器的奶羊D.以修饰的腺病毒为载体,将治疗囊性纤维化的正常基因导入患者肺组织中2.研究人员制备哺乳动物膀胱生物反应器,用其获得人体特殊功能蛋白W的基本过程如下图所示。下列有关叙述正确的是()A.步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、受精卵获能B.步骤③的代孕母体无需进行同期发情处理C.可收集膀胱生物反应器的尿液来提取WD.转基因动物的乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞中都能表达W基因3.为提高转基因抗虫棉的抗虫持久性,可采取基因策略(包括提高杀虫基因的表达量、向棉花中转入多种杀虫基因等)。例如,早期种植的抗虫棉只转入了一种Bt基因,抗虫机制比较单一;现在经常将两种或两种以上Bt基因同时转入棉花。关于上述基因策略,下列叙述错误的是()A.提高Bt基因的表达量,可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度B.转入棉花植株的两种Bt基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律C.若两种Bt基因插入同一个T-DNA并转入棉花植株,则两种基因互为等位基因D.转入多种Bt基因能提高抗虫持久性,是因为棉铃虫基因突变频率低且不定向4.普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶(PG)基因,PG能破坏细胞壁中的果胶(由半乳糖醛酸聚合而成),使番茄软化不耐贮藏。科学家将抗PG基因导入番茄细胞,培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄,作用原理如图,下列叙述不正确的是()A.mRNA2能阻止PG基因的翻译过程,使细胞不能合成PGB.多聚半乳糖醛酸酶水解果胶的最终产物是半乳糖醛酸C.将抗PG基因导入番茄细胞和PG基因突变对番茄的影响一定不同D.将PG基因导入细胞质可避免基因污染5.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。如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获取的目的基因,可用于基因工程和比目鱼基因组测序B.将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因,不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白C.过程②构成的重组质粒缺乏标记基因,需要转入农杆菌才能进行筛选D.应用PCR等技术可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因是否存在及其是否完全表达6.(2023湖北,4)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是()A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落,不一定含有目的基因C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落7.近年来基因工程的发展非常迅猛，下列不属于基因工程应用的是（）A.克隆猴“中中”和“华华”B.利用乳腺生物反应器生产药物C.制造一种能分解石油的“超级细菌”D.制造一种能产生干扰素的工程菌8.科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。下列说法正确的是()A.将人的生长激素基因导人小鼠受体细胞，可以用花粉管通道法B.人的生长激素基因只存在于在小鼠的膀胱上皮细胞中C.进行基因转移时，要将目的基因转入小鼠受精卵中D.采用抗原一抗体杂交技术检测目的基因是否插入了小鼠的基因组9.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30多倍。这标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。下列有关的叙述中，正确的是()A.所谓“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B.转基因动物是指体细胞中出现了新基因的动物C.人们只在转基因牛的乳汁中获取人白蛋白，原因是只有转基因牛的乳腺细胞中含有人白蛋白基因D.运用基因工程技术让牛合成人白蛋白，该技术将导致牛发生定向变异10.下列有关基因工程的应用的叙述，错误的是()A.利用基因工程可改良作物的品质，提高其营养价值B.通过乳腺生物反应器可生产抗凝血酶等重要的医药产品C.将正常基因导入受体细胞，以对21-三体综合征进行治疗D.制备工程菌以实现对胰岛素、血清白蛋白的大规模生产11.(不定项)我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段导入到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可用于治疗血友病。下列叙述正确的是()A.这项研究说明人和羊共用一套遗传密码B.该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因C.该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因D.该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因12.(不定项)下列有关动物基因工程的说法，错误的是()A.将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速度B.将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低C.科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导人哺乳动物的体细胞中D.培育转基因克隆猪器官，采用的方法是在器官供体基因组中导人某种调节因子，以促进抗原决定基因的表达13.甜玉米与普通玉米相比,甜玉米中可溶性糖向淀粉的转化较慢,含可溶性糖量高,汁多质脆,富含多种维生素。为了使甜玉米更富有生产应用价值,科研人员通过转基因技术培育出了超量表达P蛋白的转基因甜玉米。在超量表达P基因载体的构建中,所用DNA片段和Ti质粒的酶切位点如图1所示,P蛋白在玉米株系的表达量如图2所示。回答下列问题:(1)组成强启动子的基本单位是,它驱动基因的持续转录。为使P基因在玉米植株中超量表达,应优先选用 酶组合,将DNA片段和Ti质粒切开后构建重组Ti质粒。

(2)外植体经形成的玉米愈伤组织放入农杆菌液浸泡后进行植物组织培养,培养基中需加入进行筛选,最终获得多个玉米株系a1、a2、a3、a4。通过对a1、a2、a3、a4四株甜玉米株系的蛋白质表达量进行测定,结果如图2,(填“能”或“不能”)说明a4株系未导入重组质粒,原因是 。

(3)真核基因的编码区含有内含子和外显子,下图3为淀粉酶合成基因片段,其转录后形成的前体RNA需通过剪接(切去内含子对应序列)和加工后方能用于翻译。科研人员通过降低调控淀粉酶合成基因的表达实现提高甜玉米中可溶性糖的含量,吗啉反义寡核苷酸是RNA剪接抑制剂,注入植物细胞内会使基因表达受阻。为验证吗啉反义寡核苷酸能阻止前体RNA上内含子1的对应序列被剪切,科研人员将吗啉反义寡核苷酸导入玉米的受精卵作为实验组,设计相关实验,请完成下列表格:操作流程操作方法或操作要点获取cDNA从受精卵发育后3天的实验组和对照组胚细胞中提取总RNA,①形成cDNA

扩增cDNA以获得的cDNA为模板进行PCR时需加入②(填引物)

产物鉴定用琼脂糖凝胶电泳技术鉴定PCR扩增后获得的产物分析结果,得出结论实验组有条带,对照组无条带,说明③

(4)某次的电泳实验结果发现:实验组和对照组都没有任何条带,从PCR操作过程角度解释可能的原因有 (至少答出两点)。

14.(2023全国乙,38)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料,利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白,丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。(1)构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体,并转入大肠杆菌制备出GFP基因的突变基因文库。通常,基因文库是指 。

(2)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体,其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为;②为,其作用是;图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因,其作用是 。

(3)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达,发现大肠杆菌有的发绿色荧光,有的发黄色荧光,有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析,发绿色荧光的可能原因是 (答出1点即可)。

(4)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后,对其所含的GFP突变基因进行测序,发现其碱基序列与GFP基因的不同,将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达,实验思路是

。

15.(2023山东,25)科研人员构建了可表达J-V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测,该质粒的部分结构如图甲所示,其中V5编码序列表达标签短肽V5。(1)与图甲中启动子结合的酶是。除图甲中标出的结构外,作为载体,质粒还需具备的结构有(答出2个结构即可)。

(2)构建重组质粒后,为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确,需进行PCR检测,若仅用一对引物,应选择图甲中的引物。已知J基因转录的模板链位于b链,由此可知引物F1与图甲中J基因的(填“a链”或“b链”)相应部分的序列相同。

(3)重组质粒在受体细胞内正确表达后,用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平,结果如图乙所示。其中,出现条带1证明细胞内表达了,条带2所检出的蛋白 (填“是”或“不是”)由重组质粒上的J基因表达的。

第三章第3节基因工程的应用