新教材同步系列2024春高中生物第3章基因工程第3节基因工程的应用课件新人教版选择性必修3

第3章基因工程第3节基因工程的应用课标要点学法指导1．举例说出基因工程的应用2．基因工程的进展3．认同基因工程的应用促进生产力的提高1．结合具体实例了解基因工程在各个领域的应用(科学思维)2．联系当地生产、生活中的具体实例，思考如何用基因工程的方法解决实际问题(科学探究、社会责任)知识导图

课前·新知导学

基因工程在农牧业方面的应用基因工程技术广泛用于改良____________、提高_______________________等方面。1．转基因抗虫植物(1)过程：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_________的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。(2)成果：转基因__________、玉米、大豆、水稻、马铃薯等。动植物品种作物和畜产品的

产量抗虫功能抗虫性抗虫棉花2．转基因抗病植物(1)过程：将来源于某些病毒、真菌等的____________导入植物中，培育出转基因抗病植物。(2)成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草等。3．转基因抗除草剂植物(1)过程：将_______________________的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。(2)成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。抗病基因降解或抵抗某种除草剂4．改良植物的品质(1)将____________________________编码基因导入植物中，可以提高这些氨基酸的含量。如科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。(2)将____________________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。必需氨基酸含量多的蛋白质与植物花青素代谢5．提高动物的生长速率(1)过程：将_______________基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。(2)成果：转基因超级鲤鱼。外源生长激素6．改善畜产品的品质(1)乳糖不耐受：有些人由于_________分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现________等不适症状。(2)解决措施：将____________基因导入奶牛基因组，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。乳糖酶腹泻肠乳糖酶乳糖转基因抗虫棉的目的基因是什么？是从哪种生物中获取的？_____________________________________。【答案】Bt抗虫蛋白基因。是从苏云金杆菌体内提取出来的

关于转基因抗病毒植物，以下说法正确的是 (

)A．转基因抗病毒植物可以抵抗所有病毒B．转基因抗病毒植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C．转基因抗病毒植物可以抗害虫D．转基因抗病毒植物可以稳定遗传，不会变异【答案】B【解析】每一种抗病毒的基因只能抵抗一种病毒，即转基因抗病毒植物对病毒的抗性具有局限性或特异性，A错误、B正确；转基因抗病毒植物能抵抗某种病毒，但不能抗害虫，C错误；转基因抗病毒植物可以稳定遗传，也会发生变异，D错误。

基因工程在医药卫生领域的应用1．利用微生物或动植物的细胞作为受体细胞生产药物(1)方法：对微生物或动植物进行__________，使它们能够生产药物。(2)药物种类：细胞因子、________、________和激素等。(3)用途：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、_________、糖尿病和________________等。基因改造抗体疫苗传染病类风湿关节炎2．利用哺乳动物批量生产药物(1)过程：将药用蛋白基因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受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物进入_______后，可以通过_________来生产所需要的药物，这称为_________________________________。(2)成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等。启动子显微注射泌乳期分泌乳汁乳腺生物反应器或乳房生物反应器3．器官移植(1)器官移植面临的问题：器官短缺和__________。(2)解决措施：在器官供体的基因组中导入某种____________，以抑制______________的表达，或设法除去_______________，然后再结合克隆技术，培育出不会引起________________的转基因克隆器官。免疫排斥调节因子抗原决定基因抗原决定基因免疫排斥反应在培育动物乳腺生物反应器时，为什么将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起？_____________________________________。【答案】为了保证目的基因只在乳腺细胞中表达

动物基因工程技术有可能使建立移植器官工厂的设想成为现实，科学家正试图利用基因工程的方法对猪的器官进行改造，对猪的器官改造后所达到的要求是 (

)A．能够提高猪的生长速率 B．没有免疫排斥反应C．改善猪器官的品质 D．能够生产药物【答案】B【解析】器官短缺和免疫排斥是制约器官移植的两大难题。目前，科学家正试图利用基因工程方法对猪器官进行改造，采用的方法是给器官供体猪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，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆动物器官。所以对猪的器官改造后所达到的要求是没有免疫排斥反应，B正确。

基因工程在食品工业方面的应用(1)基因工程菌：用基因工程的方法，使____________得到高效表达的菌类。(2)成果：生产食品工业用酶、__________和维生素等。(3)甜味剂阿斯巴甜主要由____________和___________形成，可以通过____________实现大规模生产。(4)奶酪的生产：将编码牛__________的基因导入____________、黑曲霉或酵母菌的基因组中，通过__________批量生产凝乳酶。(5)淀粉酶、脂肪酶也可以通过构建______________，然后用发酵技术生产。外源基因氨基酸天冬氨酸苯丙氨酸基因工程凝乳酶大肠杆菌工业发酵基因工程菌利用工程菌生产食品工业用酶时，目的基因是直接导入受体细胞吗？_____________________________________。【答案】不是，必须先构建基因表达载体

奶酪是一种被广泛食用的发酵奶制品。大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。传统的制备凝乳酶的方法不能满足市场的需求，下列选项中属于大量生产凝乳酶方法的是

(

)A．细胞融合技术 B．转基因技术C．组织培养技术 D．人工诱变【答案】B【解析】大量生产凝乳酶可以将凝乳酶基因导入大肠杆菌等微生物中，再通过工业发酵批量生产，B正确。课堂·重难探究基因工程在农牧业方面的应用[知识归纳]1．基因工程在农牧业方面的应用(1)改良动植物品种。(2)提高作物和畜产品的产量。2．转基因植物在农业方面的应用项目转基因抗虫植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改良作物品质目的基因具有抗虫功能的基因，如Bt基因抗病基因，如病毒外壳蛋白基因、几丁质酶基因降解或抵抗某种除草剂的基因必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，与植物花青素代谢相关的基因项目转基因抗虫植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改良作物品质方法从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将其导入作物中将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入作物中将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物中将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因或植物花青素代谢相关的基因分别导入不同植物中，使之具有特定的性状项目转基因抗虫植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改良作物品质成果转基因抗虫棉花、玉米、大豆等转基因抗病毒甜椒、烟草等转基因抗除草剂玉米、大豆等赖氨酸含量提高的转基因玉米、花色奇特的矮牵牛优点减少化学农药的使用，降低生产成本，减少环境污染，降低了对人体健康的损害提高作物抵抗不良环境的能力和作物产量提高人们的生活品质；提高花卉观赏价值3．转基因动物在畜牧业方面的应用项目目的基因作用成果提高动物的生长速度外源生长激素基因促进生长，提高生长速率转基因鲤鱼、转基因绵羊改善畜产品的品质肠乳糖酶基因减少牛乳中乳糖含量转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少下图为抗虫棉的培育过程，分析并回答下列问题：(1)该过程中的目的基因和载体分别是什么？(2)该实例中，采用什么方法导入目的基因？为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上？(3)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常用方法有哪些？提示：(1)目的基因是Bt抗虫蛋白基因，载体是Ti质粒。(2)采用的方法是农杆菌转化法。由于Ti质粒上的T－DNA转入受体细胞后能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入了T－DNA上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。(3)抗原－抗体杂交法、用棉花叶饲喂棉铃虫。[对点精练]1．(2023·广东深圳期中)水稻根部一般没有根瘤菌，在种植时常需要施加氮肥。科学家想利用基因工程技术将相关基因导入水稻细胞中，建立水稻“小型化肥厂”，让水稻直接固氮，减少使用氮肥的生产成本以及可能造成的环境污染。下列相关叙述错误的是 (

)A．用PCR技术可从根瘤菌DNA中获取固氮基因B．PCR扩增后的目的基因可直接注入水稻细胞中C．PCR技术可用于检测目的基因是否插入水稻基因组中D．实验中需将转基因水稻种植在缺氮培养液中进行筛选【答案】B【解析】PCR技术的原理是模拟生物体内DNA分子复制过程，故用PCR技术可从根瘤菌DNA中获取固氮基因，A正确；PCR扩增后的目的基因需要与载体结合，构建基因表达载体后才能注入水稻细胞中，B错误；PCR技术可用于检测目的基因是否插入水稻基因组中，若出现杂交带，则证明插入成功，C正确；具有固氮基因的水稻根系微生物能利用空气中的氮气，故培养基中不需要加入氮源，从而对转基因水稻进行筛选，D正确。2．(2023·广东佛山期中)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．将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件结合在一起构建成基因表达载体B．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【答案】B【解析】分析题意可知，该基因表达载体包括人凝血因子基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件，A正确；转基因动物的受体细胞是受精卵，B错误；将人凝血因子的基因表达载体导入受精卵后，发育为转基因羊，其产生的生殖细胞是由受精卵经有丝分裂发育而来的，可能会含有人凝血因子基因，C正确；与乳腺生物反应器(只能选雌性)相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛，D正确。[知识归纳]1．基因工程在医药卫生领域的应用基因工程在医药卫生和食品工业的应用应用方法作用成果转基因工程菌生产药物药物蛋白基因构建基因表达载体，导入工程菌通过发酵工程培养工程菌生产相应药物细胞因子、抗体、疫苗等的生产应用方法作用成果转基因动物生产药物药用蛋白基因和乳腺中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组分泌乳汁来生产相应的药物乳腺生物反应器转基因动物做器官移植的供体在器官供体基因组中导入某种调节因子，或设法除去抗原决定基因抑制抗原决定基因的表达，或不能合成相应抗原结合克隆技术培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官2．基因工程在食品工业方面的应用成果方法作用生产甜味剂将编码天冬氨酸和苯丙氨酸的基因导入工程菌，通过发酵工程生产作为食品添加剂生产凝乳酶将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌中，通过发酵工程生产生产奶酪生产淀粉酶、脂酶等用编码淀粉酶、脂酶等的基因构建工程菌，通过发酵工程生产加工糖浆、加工烘烤食品[对点精练]1．(2023·陕西宝鸡期末)下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述，正确的是

(

)A．可以使用Ca2+处理法将基因表达载体导入受体体细胞B．相关目的基因需与能在乳腺细胞蛋白基因启动子等调控元件重组在一起C．需要借助于核移植技术、早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物D．药物的生产不会受到转基因动物性别和年龄的限制【答案】B【解析】乳腺生物反应器的受体是动物细胞，将目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法，A错误；相关目的基因需与能在乳腺细胞蛋白基因启动子等调控元件重组在一起，才能使药用蛋白基因在奶牛乳腺细胞中特异性表达，B正确；乳腺生物反应器的培育过程中不涉及核移植技术，C错误；由于乳腺生物反应器需要利用动物产生的乳汁进行药物生产，故药物的生产受到转基因动物性别和年龄的限制，要求选择合适的雌性个体，D错误。2．(2023·广东肇庆期末)吉林大学农学部研究人员将编码赖氨酸的基因片段转入“雌性黑白花奶牛”胎儿成纤维细胞内，以此细胞为细胞核供体，通过体细胞核移植技术获得一头雌性转基因克隆牛犊，提高了牛奶中赖氨酸的含量，改善了牛奶品质。下列有关叙述合理的是(

)A．该转基因克隆牛必须以雌性黑白花奶牛去核的卵母细胞为受体细胞B．通过显微操作法吸出处于MⅠ中期的卵母细胞的细胞核和第一极体C．培养成纤维细胞或早期胚胎时CO2的主要作用是维持培养液的pHD．编码赖氨酸的基因只在转基因克隆牛的乳腺细胞中存在并表达【答案】C【解析】该转基因克隆牛的遗传物质主要来自雌性黑白花奶牛，去核的卵母细胞也可来自其他母牛，A错误；通过显微操作法去除处于MⅡ期的卵母细胞的纺锤体—染色体复合物和第一极体，B错误；动物细胞培养时通入的CO2的主要作用是维持培养液的pH，C正确；该转基因克隆牛由含有编码赖氨酸基因的重构胚经过分裂分化而来，编码赖氨酸的基因存在于克隆牛的所有体细胞中，D错误。课堂·延伸提分易错易混：乳腺生物反应器与工程菌的比较项目乳腺生物反应器工程菌含义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所需药物用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株受体基因结构与人类基因结构的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项目乳腺生物反应器工程菌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的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要严格灭菌需要严格灭菌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例1下列有关乳腺生物反应器与大肠杆菌生产药物的叙述错误的是

(

)A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中或细胞产物中提取B．前者生产药物的过程不需要严格灭菌，后者需要严格灭菌C．前者合成的蛋白质可加工成熟，后者合成的蛋白质一般未加工成熟D．两者的基因与人类基因结构均相同【答案】D【解析】乳腺生物反应器生产药物从乳汁中提取，大肠杆菌生产药物从细胞或细胞产物中提取，A正确；乳腺生物反应器生产药物是在动物体内合成的，不需要严格灭菌，大肠杆菌生产药物涉及微生物的培养，需要严格灭菌，B正确；乳腺生物反应器生产的药物是在真核生物细胞内进行的，蛋白质药物可加工成熟，大肠杆菌生产药物是在大肠杆菌细胞内进行的，大肠杆菌属于原核生物，无内质网和高尔基体，不能对其合成的蛋白质进行加工，C正确；动物基因的结构与人类基因的结构基本相同，大肠杆菌基因的结构与人类基因的结构不同，D错误。错因分析：一是对两种方式生产的药物提取方式掌握不牢；二是对两种方式生产的过程和条件理解不到位；三是对两种生物的细胞结构区分不清，对分泌蛋白的加工、运输掌握不牢；四是对两种方式中受体基因结构与人类基因结构区分不清。解题技巧：实验设计的解题程序例2苏云金杆菌含抗虫蛋白基因和抗虫蛋白，寄生在棉铃虫体内时会导致棉铃虫死亡。科学家从苏云金杆菌中提取抗虫蛋白基因并导入棉花细胞而成功培育出转基因抗虫棉。有人为验证转基因抗虫棉的抗虫效果与棉铃虫种群密度的关系，设计了以下实验。请你把实验补充完整。(1)实验目的是____________________________。(2)实验中自变量是________________，因变量是______________。(3)实验步骤。①实验组：将一定数量的________________的棉铃虫幼虫放养在5株________上。②对照组：将________________相同的同种棉铃虫幼虫放养在等量且长势相同的______________上。(4)实验结果及结论。①实验结果：实验组__________________，对照组____________________________。②实验结论：_____________________________________。【答案】(1)验证转基因抗虫棉能使棉铃虫种群密度降低(2)供棉铃虫采食的棉花植株的种类棉铃虫种群密度的变化(3)①未接触过转基因抗虫棉转基因抗虫棉②等量、生理状况普通棉花植株(4)①棉铃虫种群密度降低棉铃虫种群密度基本不变②转基因抗虫棉可杀死棉铃虫的幼虫，从而使棉铃虫种群密度降低审题流程：第一步阅读题干信息，获得有用信息由题干信息“验证转基因抗虫棉的抗虫效果与棉铃虫种群密度的关系”可以看出：①本实验的目的是研究转基因抗虫棉的抗虫效果；②本实验的自变量是供棉铃虫采食的棉花植株的种类，因变量是棉铃虫种群密度的变化；③本实验结果已知，是验证性实验。第二步结合实验解题方法，分析实验本题考查了实验目的的确定，自变量、因变量的判断，实验步骤的设计及分析实验结果，得出结论。本题设计实验的目的是验证转基因抗虫棉能使棉铃虫种群密度降低，故确定是让棉铃虫采食转基因抗虫棉还是普通棉作为实验的自变量；棉铃虫的生活状况(用种群密度的变化表示)为因变量。为验证转基因抗虫棉的抗虫效果，应放养没有接触过转基因抗虫棉的棉铃虫。另外要注意单一变量原则和对照原则。实验步骤：①实验组为将一定数量的未接触过转基因抗虫棉的棉铃虫幼虫放养在5株转基因抗虫棉上；②对照组为将等量、生理状况相同的同种棉铃虫幼虫放养在等量且长势相同的普通棉花植株上。结果及结论：实验组结果是棉铃虫种群密度降低，对照组结果是棉铃虫种群密度基本不变。结论是转基因抗虫棉可杀死棉铃虫的幼虫，从而使棉铃虫种群密度降低。第三步结合小题，正确解答实验设计题解题归纳：口诀：先看目的和原理，实验材料与试剂；设置对照分步骤，标号定量铭记心。现象结果写具体，结论叙述扣目的；验证实验要唯一，探究实验需讨论。具体步骤：1．判断实验的类型根据实验的目的或结果判断，若实验目的或结果已知则为验证性实验；若实验目的或结果未知则为探究性实验。2．确定实验的自变量和因变量一般根据实验的目的就可以确定自变量和因变量。3．实验步骤的设计实验步骤的设计要遵循对照原则、等量原则、单一变量原则和科学性原则等，有数据测量的实验还要遵循平行重复原则。具体步骤一般分为三步：第一步是取材、分组、编号。为排除无关变量的干扰，取材要具有统一性，分组要具有随机性。第二步是施加实验变量。自变量施加时要注意“等量”。第三步是培养观察。为排除无关变量的干扰，实验组和对照组应该在相同且适宜条件下培养；观察时要确立可观可测的观察指标。4．实验结果和结论的预测实验结果就是对实验现象的描述，实验结论是由特殊的实验结果推测出的具有一般性的结论。验证性实验的结果与结论是唯一的；探究性的结果与结论有多种可能，注意不能遗漏，一个可能的实验结果对应一个可能的实验结论。书写时注意先写实验结果，再写实验结论。小练·素养达成1．(2023·四川绵阳期中)利用基因工程的方法，将乙肝病毒的抗原基因转移到大肠杆菌细胞内，就可以大量生产重组乙肝疫苗。下列有关该技术的说法，正确的是

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)A．达到了定向改造细菌的目的B．需要用到两种操作工具C．不存在基因扩散的安全风险D．重组乙肝疫苗就是失活的病毒【答案】A【解析】按照人类的意愿定向改造了大肠杆菌，A正确；基因工程需要三种工具：限制酶、DNA连接酶、基因的载体，B错误；转基因大肠杆菌可能将目的基因转移到其他微生物，C错误；重组乙肝疫苗，就是利用基因工程技术制造出乙肝表面抗原，然后加入相应的辅助剂，制成乙肝疫苗，重组乙肝疫苗不是失活的病毒，D错误。2．(2023·四川名校阶段练习)我国科学家利用基因工程技术将海藻合成酶基因转移到甘蔗体内，获得了抗旱、高产、高糖的甘蔗新品种。以下关于基因工程的说法，不正确的是 (

)A．我国转基因抗虫棉的目的基因来自某种真菌B．利用基因工程的方法可以获取干扰素、凝血因子等药物C．培育抗除草剂的玉米需要使用限制酶、DNA连接酶等工具酶D．通过基因工程可以提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力【答案】A【解析】转基因抗虫棉的目的基因主要是Bt抗虫蛋白基因，该目的基因是从苏云金杆菌中提取的，苏云金杆菌属于细菌而非真菌，A错误；基因工程在医药卫生领域方面的应用包括生产干扰素、凝血因子等药物，B正确；培育抗除草剂的玉米需要使用限制酶(切割目的基因和运载体)、DNA连接酶(连接切割后的目的基因和运载体)等工具酶，C正确；由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，可以利用一些调节细胞渗透压的基因，来提高作物的抗盐碱和抗干旱能力，D正确。3．(2023·广东广州期末)下列关于基因工程及其应用的叙述，错误的是

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)A．花粉管通道法可以用微量注射器将含有目的基因的DNA溶液直接注入子房中B．只要从转基因棉花中检测到Bt抗虫蛋白，就代表转基因抗虫棉培育成功C．Bt抗虫蛋白被分解为多肽后与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔D．干扰素是一种糖蛋白，科学家用基因工程方法从大肠杆菌细胞内获得了干扰素【答案】B【解析】我国科学家用独创的花粉管通道法将Bt基因导入棉花细胞，如可以用微量注射器将含有目的基因的DNA溶液直接注入子房中，A正确；从转