高中生物同步备课系列【备学案】3.3 基因工程的应用 导学案（学生版）-人教2019版选择性必修3

第3章基因工程第3节基因工程的应用导学案【生命观念】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.关注基因工程的进展。【社会责任】认同基因工程的应用价值。【教学重点】基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。【教学难点】乳腺生物反应器。一、基因工程在农牧业方面的应用【资料1】基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996-2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从1.7×106hm²发展到1.898×108hm2（如图）。据2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。【资料2】在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段。2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。1.转基因抗虫植物从某些生物中分离出具有________的基因，导入作物，使其具有________，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。已问世的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。2.转基因抗病植物科学家将来源于某些____、____等的________导入植物中，培育出转基因抗病植物。如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。3.转基因抗除草剂植物大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。将____或____某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。4.改良植物的品质利用转基因技术改良植物的________、________等。例如，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，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。我国科学家将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。5.提高动物的生长速率科学家将________________导入动物体内，以提高动物的生长速率。例如，我国科学家将________________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.改善畜产品的品质有些人由于乳糖酶分泌少，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____________。我国约有1/3的成年人____________。科学家将____________导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，________的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。二、基因工程在医药卫生领域的应用1.基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物（1）常见药物类型：________、抗体、疫苗和激素等。（2）应用：可以用来____和____人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。（3）实例：我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等。【资料卡·干扰素】干扰素是一种具有____________作用的________，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。传统生产干扰素的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从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到20～40mg干扰素。1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。2.让转基因哺乳动物批量生产药物（1）实例：将________基因与乳腺中____________________等调控元件重组在一起，通过____________的方法导入哺乳动物的________中，由这个________发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。（2）应用：目前，已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。3.用转基因动物作为器官移植的供体（1）实例：人体移植器官_____是世界性难题。由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物，若用猪的器官来解决器官的来源问题，实现的最大难题是__________。（2）改造方法：在器官供体的基因组中导入某种__________，以_____抗原决定基因的表达；或设法_____抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起__________反应的转基因克隆猪器官。【思考】假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？三、基因工程在食品工业方面的应用1.基因工程菌：用__________的方法，使__________得到高效表达的菌类。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。2.实例：（1）阿斯巴甜：一种普遍使用的甜味剂，主要由__________和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。（2）凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来__________奶中的__________。①传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。②基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过__________批量生产凝乳酶。（3）淀粉酶、脂酶：加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通过构建_______________，然后用发酵技术大量生产。优点：基因工程获得的工业用酶的纯度更___，生产成本显著_____，生产效率较___。基因工程使人们更容易培育出具有__________的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“__________”来处理环境污染，利用经过__________的微生物来生产能源。【拓展比较】比较项目乳腺（房）生物反应器基因工程菌生产药物基因结构基因产物受体细胞导入方式生产条件产物提取【到社会中去】1.目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？【课堂作业】1.我国转基因技术发展态势良好，农业部依法批准发放了转植酸酶基因玉米和转基因抗虫水稻的生产安全证书，下列关于转基因玉米和转基因水稻的叙述不正确的是（）A.转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因，其成功说明生物的性状是由基因控制的B.转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减少了环境污染C.转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可通过饲养卷叶螟进行检测D.转基因抗虫水稻不仅可以抗虫，还可以抵御病毒侵染2.利用乳腺生物反应器生产药用蛋白是动物基因工程的重要应用，目前科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等医药产品。下列有关乳腺生物反应器的叙述中，错误的是（）A.受体细胞可选用受精卵或胚胎干细胞B.获得转基因动物需利用胚胎移植技术C.鉴别药用蛋白基因是否导入受体细胞一般利用DNA分子杂交法D.转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因3.关于用转基因动物做器官移植供体研究的叙述，不正确的是（） A.器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人极为相似C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪D.无论以哪种动物作为供体，都需在其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