資源簡介 人教版(2019)高二生物選擇性必修三導學案第3節(jié) 基因工程的應用學習目標:舉例說出基因工程的應用及其取得的豐碩成果。學科素養(yǎng):1.生命觀念:舉例說出基因工程的成果及其給人類帶來的影響。2.科學思維:運用歸納概括、創(chuàng)新思維的方法理解基因工程應用中運用的基因工程基本原理。3.社會責任:展開想象,暢想基因工程的未來。知識點一 基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用自主梳理1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物(1)方法:從某些生物中分離出具有________________,將其導入作物中。(2)成果:________________、玉米、水稻等。(3)意義:減少____________的使用,降低生產(chǎn)成本,減少環(huán)境污染。2.轉(zhuǎn)基因抗病植物(1)方法:將來源于某些病毒、真菌等的________導入植物中。(2)成果:轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜等。(3)意義:能獲得用常規(guī)育種方法很難培育出的___________。3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物(1)方法:將__________________________導入作物中。(2)成果:轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。(3)意義:在噴施除草劑時,田間雜草會被殺死而作物不受損傷。4.改良植物的品質(zhì)(1)方法:將____________編碼基因?qū)胫参镏校梢蕴岣哌@種氨基酸的含量。(2)實例:轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。5.提高動物的生長速率(1)方法:將________基因?qū)雱游矬w內(nèi),提高動物的生長速率。(2)實例:轉(zhuǎn)基因鯉魚。6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)(1)方法:將________基因?qū)肽膛;蚪M。(2)實例:乳汁中乳糖含量大大降低的轉(zhuǎn)基因奶牛。答案:1.(1)抗蟲功能的基因 (2)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花 (3)化學殺蟲劑2.(1)抗病基因 (3)抗病的新品種3.(1)降解或抵抗某種除草劑的基因 4.(1)必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)5.(1)外源生長激素6.(1)腸乳糖酶[互動探究]1.(科學思維)基因工程應用于提高植物抗逆能力(1)抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌嗎?為什么?(2)對于基因工程生產(chǎn)的抗蟲棉是否取得最后的成功,最簡單的檢測方法是什么?(3)從環(huán)境保護角度出發(fā),分析轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性有哪些?(4)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉若干年后,害蟲會不會對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)生抗性?為什么?(1)提示:不能。抗蟲基因具有專一性。(2)提示:讓害蟲去吃轉(zhuǎn)基因棉花的植株,觀察害蟲的生存狀況。(3)提示:減少了化學農(nóng)藥的使用量,降低了環(huán)境污染。(4)提示:會。害蟲會因遺傳物質(zhì)發(fā)生改變產(chǎn)生對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗性。2.(社會責任)改良植物的品質(zhì)從基因與性狀的關(guān)系角度,思考利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)的途徑(從直接控制法和間接控制法來回答)。提示:直接控制法:導入控制該性狀的結(jié)構(gòu)蛋白基因;間接控制法:導入與該性狀有關(guān)的某種酶的基因。3.(社會責任)提高動物的生長速率為提高動物的生長速率,需將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi),應該選擇的受體細胞是什么?說明理由。提示:受精卵。受精卵體積較大,操作較容易,含營養(yǎng)物質(zhì)豐富,也能保障發(fā)育成的個體所有細胞都含有外源生長激素基因,全能性較高。4.(社會責任)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)為什么將腸乳糖酶基因?qū)肽膛;蚪M能降低牛奶中的乳糖含量?提示:腸乳糖酶基因在奶牛乳腺細胞中表達出乳糖酶,可以分解乳汁中的乳糖。歸納提升1.轉(zhuǎn)基因動物的培育過程(以轉(zhuǎn)基因牛培育過程為例)2.植物基因工程項目 外源基因類型及舉例 成果舉例轉(zhuǎn)基因 抗蟲植物 抗蟲基因:Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因 抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米轉(zhuǎn)基因 抗病植物 (1)抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因、病毒復制酶基因;(2)抗真菌基因:幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因 抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒番茄、抗病毒甜椒轉(zhuǎn)基因 抗逆植物 抗逆基因:調(diào)節(jié)細胞滲透壓基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因 抗鹽堿干旱的煙草、抗寒番茄、抗除草劑的大豆和玉米改良品質(zhì) 的轉(zhuǎn)基因 植物 優(yōu)良性狀基因:提高必需氨基酸含量的蛋白質(zhì)編碼基因、控制番茄成熟的基因、與花青素代謝有關(guān)的基因 高賴氨酸玉米、耐儲存番茄、新花色矮牽牛3.轉(zhuǎn)基因植物培育過程目的基因都是來自其他生物的能表現(xiàn)出優(yōu)良性狀的外源基因,并不都是來自細菌、病毒等微生物,如抗凍蛋白基因來自魚類。針對訓練1.關(guān)于基因工程應用描述錯誤的是( )A.植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力B.抗蟲棉的Bt毒蛋白基因來源于棉鈴蟲C.可以提高農(nóng)作物抗鹽堿和抗旱能力的目的基因是調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因D.外源生長激素基因表達可以使轉(zhuǎn)基因動物生長更快答案:B 解析:將抗逆性基因?qū)朕r(nóng)作物體內(nèi),可用于提高農(nóng)作物的抗逆能力,A正確;我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉是轉(zhuǎn)入了蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因培育出來的,B錯誤;因為鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與細胞內(nèi)調(diào)節(jié)滲透壓有關(guān),所以科學家可以調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因,來提高作物抗鹽堿、抗干旱的能力,這在煙草等植物中已獲得了比較明顯的成果,C正確;外源生長激素基因表達可以使轉(zhuǎn)基因動物生長更快,D正確。2.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物成功表達后,以下說法正確的是( )A.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抵抗所有病毒B.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性具有局限性或特異性C.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲D.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳,不會變異答案:B 解析:由于外源抗病毒基因具有特異性,因而其表達產(chǎn)物具有特異性或局限性,只能抵抗某種或某類病毒,不可能抵抗所有病毒,更不能抗害蟲。目的基因?qū)胧荏w細胞后,可以隨受體內(nèi)的自身遺傳物質(zhì)穩(wěn)定遺傳,也會同自身遺傳物質(zhì)一樣發(fā)生變異。知識點二 基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域和食品工業(yè)方面的應用自主梳理1.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用(1)方法①對微生物或動植物的細胞進行________,使它們能夠生產(chǎn)藥物。②利用乳腺生物反應器生產(chǎn)藥物:將________基因與乳腺中特異表達的基因的________等調(diào)控元件重組在一起,通過________導入哺乳動物的受精卵中,培育出的轉(zhuǎn)基因動物通過________生產(chǎn)所需要的藥物。③培育移植器官:在器官供體的基因組中導入某種________抑制________基因的表達或設法除去________基因,然后再結(jié)合________技術(shù),培育出不會引起________反應的轉(zhuǎn)基因克隆器官。(2)實例:重組人干擾素、促紅細胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。2.基因工程在食品工業(yè)方面的應用(1)利用基因工程菌生產(chǎn)________________、氨基酸和維生素等。①利用基因工程大規(guī)模生產(chǎn)天冬氨酸和苯丙氨酸。②利用基因工程通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)________、淀粉酶、脂酶等。(2)基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶的優(yōu)點:純度高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高。答案:1.(1)①基因改造 ②藥用蛋白 啟動子 顯微注射 分泌乳汁 ③調(diào)節(jié)因子 抗原決定 抗原決定 克隆 免疫排斥2.(1)食品工業(yè)用酶 ②凝乳酶 [互動探究]1.(科學思維)用乳腺生物反應器或乳房生物反應器可大量生產(chǎn)藥物,構(gòu)建這種藥物基因的表達載體時,需要怎樣的啟動子?提示:乳腺蛋白基因的啟動子。2.什么是干擾素?有何作用?用什么方法可大量生產(chǎn)干擾素?提示:干擾素是動物或人體細胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染,它是一種抗病毒的特效藥。用基因工程的方法利用大腸桿菌及酵母菌細胞大量生產(chǎn)干擾素。3.什么叫工程菌?利用工程菌可生產(chǎn)哪些藥物?提示:用基因工程的方法,使外源基因得到高效表達的菌類一般稱為工程菌。工程菌生產(chǎn)的藥物有細胞因子、抗體、疫苗、激素等。歸納提升1.乳腺生物反應器的操作過程2.乳腺生物反應器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別比較內(nèi)容 乳腺生物反應器 工程菌含義 指讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達,利用動物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白 指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系受體基因 結(jié)構(gòu)與人 類基因結(jié) 構(gòu)差異 動物基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)基本相同 細菌和酵母菌的基因結(jié)構(gòu)與人類有較大差異基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同 細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性受體細胞 動物受精卵 微生物細胞目的基因 導入方式 顯微注射法 感受態(tài)細胞法生產(chǎn)條件 不需嚴格滅菌;溫度等外界條件對其影響不大 需嚴格滅菌,嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞或其培養(yǎng)液中提取生產(chǎn)設備 畜牧業(yè)生產(chǎn)、提取設備 發(fā)酵生產(chǎn)、提取設備3.動物基因工程項目 外源基因類型及舉例 成果舉例提高生長 速度的轉(zhuǎn) 基因動物 外源生長激素基因 轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚改善畜產(chǎn)品 品質(zhì)的轉(zhuǎn)基 因動物 腸乳糖酶基因 乳汁中含乳糖較少的轉(zhuǎn)基因奶牛生產(chǎn)藥物的 轉(zhuǎn)基因動物 藥用蛋白基因+乳腺蛋白基因的啟動子 乳腺生物反應器作器官移植 供體的轉(zhuǎn)基 因動物 外源的抗原決定基因表達的調(diào)節(jié)因子或除去供體的抗原決定基因 無免疫排斥的轉(zhuǎn)基因豬器官[易錯提醒]1.動物基因工程的目的主要是改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)或者是用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。2.高產(chǎn)青霉菌是誘變產(chǎn)生的,不屬于基因工程菌。3.乳腺生物反應器的操作過程中,構(gòu)建基因表達載體時,目的基因首端要連接乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件,否則目的基因在乳腺上皮細胞中不能轉(zhuǎn)錄。將構(gòu)建好的基因表達載體導入受精卵,而不是乳腺上皮細胞,這樣由受精卵發(fā)育成的個體體細胞均含有目的基因(如藥用蛋白基因),但該基因只在乳腺上皮細胞中表達。4.與乳腺生物反應器相比,膀胱生物反應器的優(yōu)點是從轉(zhuǎn)基因動物一出生就可以收集產(chǎn)物,不用考慮動物的性別和是否正處于生殖期。膀胱生物反應器最顯著的優(yōu)勢在于從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡便、高效。針對訓練1.科學家已能運用基因工程技術(shù),讓羊的乳腺合成并分泌人體的某些抗體,以下敘述不正確的是( )A.該技術(shù)可導致定向變異B.表達載體中需要加入乳腺蛋白基因的特異性啟動子C.目的基因是抗原合成基因D.受精卵是理想的受體細胞答案:C 解析:由題意分析可知該技術(shù)為基因工程技術(shù),將目的基因?qū)胧荏w細胞,可以定向改變生物性狀,A正確;運用基因工程技術(shù),讓羊的乳腺生產(chǎn)抗體,則表達載體中目的基因上游要加入羊乳腺蛋白基因的啟動子,B正確;目的基因是人體內(nèi)控制某些抗體合成的基因,C錯誤;受精卵常作為動物基因工程的受體細胞,D正確。2.近年來基因工程的發(fā)展非常迅猛,下列不屬于基因工程應用的是( )A.克隆猴“中中”和“華華”B.利用乳腺生物反應器生產(chǎn)藥物C.制造一種能分解石油的“超級細菌”D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的工程菌答案:A 解析:克隆猴“中中”和“華華”應用了動物細胞核移植技術(shù),A符合題意;利用乳腺生物反應器生產(chǎn)藥物,這屬于動物基因工程的應用,B不符合題意;制造一種能分解石油的“超級細菌”,這屬于基因工程的應用,C不符合題意;制造一種能產(chǎn)生干擾素的工程菌,這屬于基因工程的應用,D不符合題意。[要語必背]1.乳腺生物反應器的構(gòu)建過程是將藥用蛋白基因和乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起,通過顯微注射的方法導入哺乳動物的受精卵中,由這個受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動物通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物。2.利用基因工程解決移植器官短缺問題并可避免免疫排斥。3.利用基因工程菌除了可以生產(chǎn)藥物,還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。鞏固練習1.在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中,下列操作正確的是( )A.用限制酶切割煙草花葉病毒的核酸B.用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體C.重組DNA分子只能導入煙草的受精卵D.用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細胞屬于細胞水平的檢測答案:B 解析:限制酶一般只切割DNA分子雙鏈,而煙草花葉病毒的核酸是RNA,A錯誤;DNA連接酶連接目的基因和載體,構(gòu)建基因表達載體,即重組DNA分子,B正確;作為目的基因的受體細胞,可以是煙草的受精卵,也可以是一般的體細胞或煙草的原生質(zhì)體,C錯誤;用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細胞屬于個體生物學水平的檢測,D錯誤。2.促紅細胞生成素是一種糖蛋白,必須經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體進一步加工合成。通過基因工程技術(shù),可以使人的糖蛋白得以表達的受體是( )A.大腸桿菌 B.T4噬菌體C.中國倉鼠卵巢細胞 D.質(zhì)粒DNA答案:C 解析:大腸桿菌中只有核糖體一種細胞器,沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等其他細胞器,因此不能對該糖蛋白進行加工,因此不適用,A錯誤;T4噬菌體屬于病毒,沒有細胞結(jié)構(gòu),不能獨立合成蛋白質(zhì),因此不能用作受體細胞,B錯誤;中國倉鼠卵巢細胞中具有核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器,能夠?qū)铣傻拇偌t細胞生成素進行加工,C正確;質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA,不能作為目的基因的受體,一般在基因工程中作為運載體,D錯誤。3.下列關(guān)于培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的敘述,正確的是( )A.DNA連接酶能把Bt抗蟲蛋白基因與噬菌體相連接B.Bt抗蟲蛋白基因可借助花粉管通道進入受體細胞C.Bt抗蟲蛋白對害蟲和人都有不同程度的毒害作用D.需制備相應抗原來檢測Bt抗蟲蛋白答案:B 解析:培育轉(zhuǎn)基因植物常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,可用DNA連接酶將編碼Bt 抗蟲蛋白的基因與農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒相連接,構(gòu)建基因表達載體,A錯誤;在植物細胞基因工程中,可利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胧荏w細胞,也可以利用花粉管通道法將目的基因?qū)胧芫阎校珺正確;Bt 抗蟲蛋白對哺乳動物無毒害作用,C錯誤;要檢測目的基因是否成功翻譯,可用抗原—抗體雜交技術(shù)進行檢測,目的基因翻譯的蛋白質(zhì)作為抗原,故需制備相應抗體來檢測Bt 抗蟲蛋白,D錯誤。4.下列有關(guān)目的基因的操作能夠改善產(chǎn)品品質(zhì)的是( )A.將草魚的生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)B.將腸乳糖酶的基因?qū)肽膛5幕蚪MC.將人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表達D.將Bt抗蟲蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實現(xiàn)表達答案:B 解析:將草魚的生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)是提高鯉魚的生長速率;導入腸乳糖酶基因的奶牛的牛奶中乳糖含量降低,改善了牛奶的品質(zhì);將人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表達是乳腺生物反應器的應用;Bt抗蟲蛋白基因是抗蟲基因,能夠提高植物的抗蟲能力。5.下列有關(guān)轉(zhuǎn)基因植物的說法錯誤的是( )A.科學家可以利用一些調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因來提高作物的抗鹽堿和抗旱的能力B.由于抗蟲棉可以抵抗一切危害棉花植株的害蟲,所以抗蟲棉已經(jīng)推廣應用C.科學家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校蕴岣咿r(nóng)作物的營養(yǎng)價值D.引起植物生病的病原微生物,主要有病毒、真菌和細菌等答案:B 解析:由于鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與細胞內(nèi)滲透壓的調(diào)節(jié)有關(guān),所以目前科學家正在利用調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因來提高農(nóng)作物的抗鹽堿和抗干旱的能力;轉(zhuǎn)基因抗蟲棉只是對棉鈴蟲有較強的抗性,并不是針對所有害蟲;人體自身不能合成必需氨基酸,所以在改良植物品質(zhì)上科學家更重視提高必需氨基酸的含量。6.下面有關(guān)基因工程的敘述,正確的是( )A.利用基因工程技術(shù)可分別從大腸桿菌和青霉菌體內(nèi)獲取基因工程藥品胰島素和青霉素B.用大腸桿菌作受體細胞時,可用NaCl處理大腸桿菌C.啟動子也稱為起始密碼子,終止子也稱為終止密碼子D.由大腸桿菌工程菌獲得的人的干擾素不能直接利用答案:D 解析:青霉菌產(chǎn)生青霉素是一種自身基因的正常表達,故從青霉菌體內(nèi)獲得的青霉素不屬于基因工程藥品,A錯誤;用大腸桿菌作受體細胞時,可用CaCl2處理大腸桿菌,B錯誤;啟動子和終止子都是一段特殊的DNA序列,負責調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄,而起始密碼子和終止密碼子都存在于mRNA上,分別決定翻譯的起始和終止,C錯誤;大腸桿菌是原核生物,無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,由大腸桿菌工程菌生產(chǎn)的干擾素不具備天然活性,需經(jīng)過人工加工處理后才能利用,D正確。7.據(jù)報道,我國海水稻試種成功,并獲得喜人的收成。如果能夠在更多的鹽堿地里種植海水稻,將會養(yǎng)活更多的人。回答下列問題。(1)人們利用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因海水稻,將耐鹽基因?qū)敫弋a(chǎn)水稻細胞內(nèi)培育耐鹽水稻。將耐鹽基因?qū)胨炯毎氨仨毾葮?gòu)建________,要大量獲得耐鹽基因可采用________技術(shù)擴增該基因。(2)將耐鹽基因?qū)胨炯毎S玫姆椒ㄊ莀___________;檢測耐鹽基因是否在水稻細胞內(nèi)表達相應蛋白質(zhì),通常采用____________技術(shù);要進一步鑒定水稻植株是否具有耐鹽特性,可采用的方法是_______________。(3)據(jù)了解,海水稻的產(chǎn)量還比較低。目前,科研團隊正在進行高產(chǎn)攻關(guān),利用雜種優(yōu)勢提高產(chǎn)量。雜交育種和基因工程依據(jù)的遺傳學原理都是________,但二者的操作水平不同,基因工程技術(shù)相對于雜交育種的突出優(yōu)點是___________________。答案:(1)基因表達載體 PCR(2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 抗原—抗體雜交 將該轉(zhuǎn)基因水稻種植在用海水灌溉的土壤中,觀察其生長狀況(3)基因重組 能克服遠緣雜交不親和障礙,可按照人們的意愿定向改變生物性狀解析:(1)為了使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在并發(fā)揮作用,將耐鹽基因?qū)胨炯毎氨仨毾葮?gòu)建基因表達載體;PCR技術(shù)是基因體外擴增的有效途徑。(2)將目的基因(耐鹽基因)導入植物細胞常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法;檢測目的基因是否在受體細胞內(nèi)表達相應蛋白質(zhì),通常采用抗原—抗體雜交技術(shù);要進一步鑒定水稻植株是否具有耐鹽特性,可將水稻種在海水灌溉的土壤中或鹽堿地中,觀察其生長狀況。(3)雜交育種和基因工程育種依據(jù)的遺傳學原理都是基因重組;雜交育種的局限性是不能跨越種的障礙,對性狀的改造也是在原有性狀之上重新組合。基因工程技術(shù)相對于雜交育種的突出優(yōu)點是能克服遠緣雜交不親和障礙,可按照人們的意愿定向改變生物性狀。 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫