2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3上课课件 第3章 第3节 基因工程的应用

第3节基因工程的应用第3章基因工程<<<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.乳腺生物反应器的制备过程。内容索引一、基因工程在农牧业方面的应用二、基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用课时对点练

基因工程在农牧业方面的应用一1.转基因抗虫植物(1)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)成果：转基因抗虫

、玉米、大豆、

和马铃薯等。抗虫功能梳理教材新知棉花水稻2.转基因抗病植物(1)背景：许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种。(2)方法：科学家将来源于某些

等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。(3)成果：转基因抗病毒

、番木瓜和烟草等。病毒、真菌甜椒3.转基因抗除草剂植物(1)背景：杂草常常危害农业生产，而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。(2)方法：将

的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。(3)成果：转基因抗除草剂

、

、油菜和甜菜等。降解或抵抗某种除草剂玉米大豆优良基因成果

的蛋白质编码基因富含赖氨酸的转基因玉米与植物花青素代谢相关的基因_____________4.改良植物的品质必需氨基酸含量多转基因矮牵牛5.提高动物的生长速率(1)基因：外源生长激素基因。(2)成果：

。6.改善畜产品的品质(1)基因：

。(2)成果：转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。转基因鲤鱼肠乳糖酶基因(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快(

)提示转入外源生长激素基因(而非生长素基因)的转基因动物，生长速率更快。(2)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌(

)提示抗虫棉能抵抗棉铃虫的侵害，提高棉花的产量和品质，但不能抵抗病毒、细菌、真菌。(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物(

)提示体细胞中出现了新基因的植物不一定是转基因植物，基因突变也可能出现新基因，这样的植物不能称为转基因植物。×××任务一：转基因植物和动物的培育1.从环境保护角度出发，转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性表现在___________________________________________________

(答出两点即可)。2.将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量，机理是

。3.转基因植物的制备用到的技术主要有

。转基因动物的制备用到的技术主要有___________________________________

。探究核心知识减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低了生产成本肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖基因工程、植物组织培养基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植核心归纳1.转基因植物培育过程核心归纳2.转基因动物的培育过程(以转基因牛培育过程为例)1.(2023·湖南，8)盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影响H2O2的跨膜转运，如图所示。下列叙述错误的是A.细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排，从而减轻其对细胞的毒害C.敲除AT1基因或降低其表达可提

高禾本科农作物的耐盐碱能力D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关

基因是改良农作物抗逆性的有效

途径√落实思维方法由题图右侧的信息可知，AT1蛋白缺陷，可以促进PIP2s蛋白的磷酸化，进而促进H2O2排出膜外，A正确；据题图左侧的信息可知，AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化，减少了H2O2从细胞内输出到细胞外的量，导致抗氧化胁迫能力弱，不能减轻其对细胞的毒害，B错误；结合对A选项的分析可推测，敲除AT1基因或降低其表达，可提高禾本科农作物抗氧化胁迫(耐盐碱)的能力，进而提高其成活率，C正确；从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因，可通过基因工程技术改良农作物抗逆性，D正确。2.下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是A.将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内B.将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米D.将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达√将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内是提高鲤鱼的生长速率，A不符合题意；导入肠乳糖酶基因的奶牛的牛奶中乳糖含量降低，改善了牛奶的品质，B符合题意；将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米是转基因抗除草剂植物的应用，C不符合题意；Bt抗虫蛋白基因是抗虫基因，能够提高植物的抗虫能力，D不符合题意。

二基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用1.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进行基因改造，生产药物成果：

、抗体、疫苗、激素等。(2)利用哺乳动物生产药物①构建乳腺生物反应器a.目的基因：

基因。b.启动子：

的启动子。c.受体细胞：

。梳理教材新知细胞因子药用蛋白乳腺中特异表达的基因受精卵②成果：利用乳腺生物反应器生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α-抗胰蛋白酶等。(3)建立移植器官工厂①方法：在器官供体的基因组中导入

，以抑制

的表达，或设法

抗原决定基因，再结合

，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。②优点：解决人体移植器官短缺问题；避免

反应。调控基因表达的DNA序列抗原决定基因除去克隆技术免疫排斥2.基因工程在食品工业方面的应用(1)氨基酸：利用转基因生物合成阿斯巴甜的原料——

和_____

。(2)酶：利用转基因生物获得生产奶酪需要的

酶；利用转基因生物生产加工转化糖浆需要的

酶；利用转基因生物生产加工烘烤食品要用到的脂肪酶等。(3)维生素。3.其他方面的应用：利用“超级细菌”来处理

，利用经过基因改造的微生物来生产

。天冬氨酸苯丙氨酸凝乳淀粉环境污染能源(1)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性(

)(2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中(

)提示利用乳腺生物反应器生产医药产品，如人的血清白蛋白，需将人的血清白蛋白基因导入动物的受精卵中。(3)用基因工程技术生产工业酶的优点：纯度高、生产成本低、生产效率高(

)√×√任务二：基因工程在医药卫生领域的应用1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素的优势是_______________________________________________________________________________________________________________。2.药用蛋白基因存在于转基因动物的

(填“乳腺上皮细胞”或“几乎所有细胞”)中；培育乳腺生物反应器时要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起，目的是_______

。探究核心知识

酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素几乎所有细胞让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达3.与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势：____________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。4.从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳腺生物反应器、动物血液生物反应器和动物膀胱生物反应器等。研制膀胱生物反应器时，应将目的基因与

等调控元件重组。5.与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器的优点是________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。

动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定；产物直接经乳汁分泌，易提取膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子

正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物；不受年龄、性别限制，受体来源更广泛核心归纳1.转基因微生物的培育过程(以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例)2.乳腺生物反应器培育过程3.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是A.人体移植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的极为相似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，都需要在其基因组中导入调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因√落实思维方法猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似，且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远少于灵长类动物，B正确，C错误；无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入调控基因表达的DNA序列，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，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆动物器官，D正确。4.(多选)(2023·唐山高二期末)下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述，错误的是A.需要将编码药用蛋白的基因与能在乳腺中特异性表达的基因的启动子

等调控元件重组在一起B.常使用显微注射技术将基因表达载体导入乳腺细胞C.需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物D.药物的生产不受转基因动物性别和年龄的限制√√培育转基因动物，通常采用显微注射技术将目的基因导入动物受精卵，B错误；乳腺生物反应器需要从雌性动物乳汁中提取药用蛋白，故药物的生产受到转基因动物性别和年龄的限制，D错误。网络构建

课时对点练三题组一基因工程在农牧业方面的应用1.下列说法正确的是A.基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒B.动物基因工程的应用是培育体型巨大、品质优良的珍稀动物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体中，以提高氨基酸的

含量√12345678910111213用基因工程培育的抗虫植物能抗虫，不能抗病毒，A错误；基因工程在畜牧业上的应用主要是提高动物生长速率、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物，B错误；基因工程能将一些相关基因导入作物中，可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物，C正确；科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质的相关基因导入植物中，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，D错误。123456789101112132.(2024·南京高二调研)下列有关基因工程在农牧业方面应用的叙述，错误的是A.将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，可培育出转基因抗

病植物B.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂

作物C.植物基因工程通常涉及基因工程、植物组织培养等技术D.将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，可解决人的乳糖

不耐受问题√12345678910111213肠乳糖酶的化学本质是蛋白质，会在消化道中被分解而失效，基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，不能解决人的乳糖不耐受问题，可以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，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响，从而解决人的乳糖不耐受问题，D错误。123456789101112133.SOD是一种抗氧化酶，它能将O转化成H2O2，增强植物的抗逆性。如图为培育农作物新品种的一种方式。下列有关叙述正确的是A.过程①可以用动物病毒作为载体B.从该农作物新品种的细胞中检测出了SOD基因，说明该基因工程成功了C.新品种的获得属于可遗传的变异，可能将抗逆性状遗传给子代D.基因工程又叫重组DNA技术，所用工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体√12345678910111213病毒的寄生具有专一性，所以过程①不能用动物病毒作为载体，A错误；从该农作物新品种的细胞中检测出具有活性的SOD，才能说明该基因工程成功了，B错误；载体不属于工具酶，D错误。123456789101112134.科研人员将野生大豆GsSAMS基因(S－腺苷甲硫氨酸合成酶基因)导入水稻，获得转基因株系，与野生型相比转基因水稻的盐碱胁迫耐受性明显提高。下列有关说法错误的是A.推测GsSAMS基因会阻碍

植物渗透调节过程相关

基因的表达B.培育转基因水稻的核心工作是过程①构建基因表达载体C.导入基因表达载体可采用过程②③农杆菌转化法侵染水稻愈伤组织D.过程④依据植物细胞的全能性原理√12345678910111213GsSAMS基因会提高植物渗透调节过程相关基因的表达，提高耐盐碱胁迫的能力，A错误。12345678910111213题组二基因工程在医药卫生及食品工业方面的应用5.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是A.制造能降解石油的“超级细菌”B.利用乳腺生物反应器生产药物C.从大肠杆菌细胞内获得干扰素D.培育青霉菌并从中提取青霉素√12345678910111213科学家通过诱变育种方式培育出高产青霉菌株，培养青霉菌并从中提取青霉素。该过程没有采用基因工程技术，不属于基因工程的应用，D符合题意。123456789101112136.人抗凝血酶Ⅲ由人体肝细胞产生，具有抗凝血、防血栓的作用。研究人员通过培育山羊乳腺生物反应器大量生产人抗凝血酶Ⅲ。下列相关叙述正确的是A.目的基因的上游需连接山羊乳腺中特异表达的基因的启动子B.在该转基因山羊中，人抗凝血酶Ⅲ基因只存在于乳腺细胞，而不存在于

其他体细胞中C.用显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞来获得转基因动物D.若用大肠杆菌作为受体细胞也能获得活性高的人抗凝血酶Ⅲ√12345678910111213培育转基因山羊，一般将目的基因导入山羊的受精卵中，发育成的个体几乎所有细胞均含有人抗凝血酶Ⅲ基因，B错误；用显微注射技术将基因表达载体导入山羊的受精卵来获得转基因动物，C错误；大肠杆菌是原核生物，不具有加工分泌蛋白的内质网和高尔基体，若用大肠杆菌作为受体细胞难以获得活性高的人抗凝血酶Ⅲ，D错误。123456789101112137.从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。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√12345678910111213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，D正确。123456789101112138.(2024·泰州高二期中)科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的西红柿，被称之为“乙肝疫苗西红柿”。具体操作是：将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入西红柿细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的西红柿，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的A.用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物B.含M的重组Ti质粒导入农杆菌之前，需要用Ca2＋处理农杆菌C.含M的重组Ti质粒进入西红柿细胞中后会插入到西红柿染色体DNA上D.因为加热会破坏有效蛋白，“乙肝疫苗西红柿”需要生吃√12345678910111213质粒上的T－DNA(而非重组Ti质粒)会插入到西红柿染色体DNA上，C错误。123456789101112139.(2024·苏州高二期中)为使玉米获得抗除草剂性状，科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达，其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌，可能会导致未被转化的愈伤组织在含除草剂的培养基中生长。下列叙述正确的是12345678910111213A.T－DNA可将基因G转移并整合到农杆菌细胞的染色体DNA上B.利用无色物质K和氨苄青霉素进行筛选1，可以获得农杆菌的蓝色菌落C.利用无色物质K和除

草剂进行筛选2，更

易获得抗除草剂的

转基因植株D.构建基因表达载体时

用两种限制酶就可防

止酶切产物自身环化√12345678910111213T－DNA可将基因G转移并整合到玉米的愈伤组织细胞的染色体DNA上，农杆菌无染色体，A错误；农杆菌属于原核生物，含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达，故不会出现农杆菌的蓝色菌落，B错误；构建基因表达载体时，使用两种限制酶，且这两种限制酶切割产生的黏性末端不同，才能有效防止酶切产物自身环化，D错误。1234567891011121310.(多选)如图是科研人员利用乙烯形成酶的反义基因，通过转基因技术获得耐储存的转基因番茄的过程。下列相关叙述正确的是A.该转基因技术所用的目的基因是乙烯形成酶基因B.乙烯形成酶的反义基因与乙烯形成酶基因的区别是转录的模板链不同C.由图可知，过程⑤依据

的原理是碱基互补配对

原则D.转基因番茄中乙烯含量

低的原因可能是乙烯形

成酶基因的翻译过程受阻√12345678910111213√√该转基因技术所用的目的基因是乙烯形成酶的反义基因，A错误；乙烯形成酶的反义基因与乙烯形成酶基因都是由α链和β链组成的，区别是转录的模板链相反，使转录出的mRNA能互补配对，形成双链RNA，B正确；12345678910111213过程⑤依据的原理是碱基互补配对原则，乙烯形成酶基因的反义拷贝转录出的反义mRNA与乙烯形成酶基因转录出的mRNA结合，可能会使乙烯形成酶基因的翻译过程受阻，C、D正确。1234567891011121311.(多选)如图是利用猪唾液腺生产大量高纯度人神经生长因子(hNGF)的流程图，下列相关说法正确的是12345678910111213A.人hNGF基因需与唾液淀粉酶基因的启动子等重组后再导入猪成纤维细

胞AB.人hNGF基因导入猪成纤维细胞A可以采用显微注射的方法C.为确保操作成功，需要对代孕猪C注射适量免疫抑制剂D.猪唾液腺作为生物反应器具有不受性别限制的特点√√√12345678910111213在相同生理状态下，受体对植入同种生物的胚胎几乎不发生免疫排斥反应，故不需要对代孕猪C注射适量免疫抑制剂，C错误。1234567891011121312.如图为利用生物技术获得生物新品种的过程，据图回答下列问题：(1)在基因工程中，A表示目的基因，如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因，①过程使用的酶是_______；B表示构建的基因表达载体，其组成除了目的基因外，还必须有启动子、终止子、复制原点以及__________等，其中启动子是__________酶识别和结合的部位。12345678910111213限制酶标记基因RNA聚合(2)B→C为转基因绵羊的培育过程，其中②过程常用的方法是________________，使用的绵羊受体细胞为_______，④过程用到的生物技术主要有动物细胞培养和_________。若转基因绵羊可通过分泌的乳汁来生产人类蛋白质，在基因表达载体中，目的基因的首端必须含有_____________________________，这种转基因动物被称为_______________________。显微注射技术受精卵胚胎移植乳腺中特异表达的基因的启动子乳腺(或乳房)生物反应器12345678910111213(3)B→D为转基因抗虫棉的培育过程，其中③过程常用的方法是_______________，若使用的棉花受体细胞为体细胞，⑤表示的生物技术是________________。要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，检测目的基因是否转录出了mRNA的方法是____________。转化法组织培养PCR等技术12345678910111213农杆菌植物13.(2022·广东，22)“绿水逶迤去，青山相向开。”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业)为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。回答下列问题：12345