人教版 (2019)选择性必修3第3节 基因工程的应用导学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修3第3节 基因工程的应用导学案，共11页。

一、基因工程在农牧业方面的应用
1．转基因抗虫植物
(1)方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。
(2)成果：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
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病毒、真菌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：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
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：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。
(3)成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
4．改良植物的品质
5.提高动物的生长速率
(1)基因：外源生长激素基因。
(2)成果：转基因鲤鱼。
6．改善畜产品的品质
(1)基因：肠乳糖酶基因。
(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。
判断正误
(1)转入外源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( )
(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物( )
答案 (1)× (2)× (3)×
解析 (1)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)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)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，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性。
提示 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。
2．为什么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？
提示 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。
3．转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？
提示 转基因植物：基因工程、植物组织培养。转基因动物：基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。
1．转基因植物培育过程
2．转基因动物的培育过程(以转基因牛培育过程为例)
1．(2023·湖北荆州高二诊断)在应用农杆菌侵染植物叶片获得耐旱基因植株的实验步骤中，不需要的是( )
A．将转基因细胞进行脱分化和再分化
B．用PEG诱导转基因细胞的原生质体融合
C．将转基因幼苗栽培在干旱环境中以检验植株的耐旱性
D．将耐旱基因插入农杆菌T－DNA并通过农杆菌侵染植物叶片细胞
答案 B
解析 转基因细胞是将目的基因导入受体细胞，不需要用PEG诱导转基因细胞的原生质体融合。
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
答案 B
解析 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：细胞因子、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：药用蛋白基因。
b．启动子：乳腺中特异表达的基因的启动子。
c．受体细胞：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，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
②优点：解决人体移植器官短缺问题；避免免疫排斥反应。
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——天冬氨酸和苯丙氨酸。
(2)酶：利用转基因生物获得生产奶酪需要的凝乳酶；利用转基因生物生产加工转化糖浆需要的淀粉酶；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”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源。
判断正误
(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( )
(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( )
答案 (1)√ (2)× (3)√
解析 (2)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。
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有什么优势？
提示 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。
2．药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？培育乳腺生物反应器时为什么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？
提示 几乎存在于所有细胞中；目的是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有哪些？
提示 (1)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。(2)产物直接经乳汁分泌，易提取。
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，应如何处理目的基因？
提示 将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件重组。
5．膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？
提示 (1)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。(2)不受性别限制，受体来源更广泛。(3)不受年龄限制。
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
答案 C
解析 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，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆动物器官，D正确。
4．(2023·湖南株洲高二期末)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．常使用显微注射法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．药物的生产受转基因动物性别和年龄的限制
答案 B
解析 培育转基因动物，通常采用显微注射法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正确。

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
答案 C
解析 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。
2．科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因棉花新品系，下列相关叙述错误的是( )
A．可通过农杆菌转化法将重组质粒导入受体细胞
B．含耐盐基因的棉花细胞可经植物组织培养获得完整植株
C．可用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性
D．如果目的基因的核苷酸序列是全部未知的，可用PCR技术得到大量目的基因
答案 D
解析 利用PCR技术获得大量目的基因时，需要提供DNA的模板和引物，设计引物需要一段已知目的基因的核苷酸序列，D错误。
3．(2023·湖南益阳高二期末)SOD是一种抗氧化酶，它能将Oeq \\al(－,2)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
答案 C
解析 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。
4．(2023·河南平顶山高二联考)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
答案 A
解析 GsSAMS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。
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
答案 D
解析 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。
6．利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列有关叙述错误的是( )
A．应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体
B．通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代
C．通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞
D．山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶
答案 C
解析 要得到转基因山羊乳腺生物反应器，在构建基因表达载体时需要乳腺中特异表达的基因的启动子，使目的基因只在乳腺细胞中表达，A正确；通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊受精卵，C错误；山羊乳腺细胞含有内质网和高尔基体，可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶，D正确。
7．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
答案 D
解析 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。
8．(2023·江苏无锡高二期末)接种疫苗是预防传染病的重要措施。如图为一种以人复制缺陷腺病毒(缺失EI基因)为载体的某埃博拉病毒疫苗研制流程。下列有关叙述错误的是( )
A．构建含GP基因的质粒时，需要使用限制酶和DNA连接酶
B．在重组腺病毒中，GP基因上游必须有启动子以驱动其复制和表达
C．疫苗在人体内发挥作用的过程中，腺病毒起载体作用
D．疫苗中的重组腺病毒在人体内不能复制，对接种者比较安全
答案 B
解析 GP基因的启动子只能启动基因的转录，而不能启动复制，B错误。
9．(2023·广东珠海高二期中)如图为转基因抗冻番茄培育过程的示意图(其中AmpR为氨苄青霉素抗性基因)。下列叙述正确的是( )
A．质粒上的抗性基因有利于筛选含目的基因的细胞和促进目的基因的表达
B．过程①选用限制酶PstⅠ、AluⅠ对含目的基因的DNA和质粒进行剪切
C．过程②可用农杆菌转化法将含目的基因的表达载体导入受体细胞
D．过程④中可利用含氨苄青霉素的培养基对植株进行筛选
答案 C
解析 质粒上的抗性基因有利于筛选含目的基因的细胞，但不能促进目的基因的表达，A错误；AluⅠ的切割位点在目的基因内部，用其切割会破坏目的基因，B错误；过程④是进行移栽，不能再利用含氨苄青霉素的培养基来筛选含有目的基因的幼苗，应该在个体水平上进行抗冻性状检测，D错误。
10．(2023·北京昌平高二期中)戊型肝炎病毒是一种RNA病毒，其基因组中ORF2基因编码的pORF2蛋白是戊型肝炎病毒的表面抗原。我国科研人员利用基因工程，将编码pORF2的DNA导入大肠杆菌细胞，最终从大肠杆菌中提取pORF2蛋白并制成疫苗。下列相关分析正确的是( )
A．利用特定引物对病毒RNA进行PCR扩增即可获得目的基因
B．戊型肝炎病毒与大肠杆菌遗传物质相同，所以能实现基因的重组
C．构建基因表达载体时，需将编码pORF2的DNA与启动子连接
D．利用该方法获得的疫苗会诱发体液免疫和细胞免疫并可以产生记忆细胞
答案 C
解析 需先将病毒的RNA逆转录成DNA，再根据DNA序列设计出特异性的引物进行PCR扩增目的基因，A错误；戊型肝炎病毒的遗传物质是RNA，大肠杆菌的遗传物质是DNA，B错误；该蛋白疫苗不会侵染细胞，不产生细胞免疫，但疫苗属于抗原，会刺激机体产生体液免疫，可以产生记忆细胞(记忆B细胞)，D错误。
11．(2023·贵州安顺高二月考)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。下列相关叙述不正确的是( )
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
答案 A
解析 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；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。
12．科学家培养的转基因牛乳腺细胞能够合成并分泌人的凝血因子，这是动物乳房作为生物反应器研究的重大进展。下列叙述正确的是( )
A．在该转基因牛中，人凝血因子基因只存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
B．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的凝血因子基因
C．人凝血因子基因开始转录后，DNA 聚合酶以 DNA 分子的一条链为模板合成 mRNA
D．转基因牛需要进入泌乳期才能批量生产人的凝血因子
答案 D
解析 培育转基因牛，一般将目的基因导入受精卵，发育成的个体所有细胞均含有人凝血因子基因，A错误；提高基因表达水平是指设法使牛的乳腺细胞合成更多的人凝血因子，B错误。
13．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。
(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______________。
(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________________。
答案 (1)限制酶 标记基因 RNA聚合 (2)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 (3)农杆菌转化法 植物组织培养 PCR等技术
14．(2023·河北衡水高二期中)为提高棉花的耐盐能力，研究者将径柳匙叶草液泡膜Na＋/K＋逆向转运蛋白基因(TaNHX2基因)转移到棉花细胞内，获得耐盐棉花。回答下列问题：
(1)在目的基因的获取时会用到限制酶，该酶主要来源于原核细胞，而原核细胞中DNA是裸露的，推断限制酶不切割自身DNA的原因是__________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)通过逆转录的方法获得的TaNHX2基因若要正常表达，需要在基因上连接调控序列________________，采用PCR技术对目的基因进行扩增时必须有引物，原因是_____________
_______________________________________________________________________________。
引物不能循环利用的原因是________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)将目的基因导入棉花细胞有多种方法，我国独创的方法是________________，为检测棉花转基因是否成功，可采用个体水平的检测方法，即______________________________________
_______________________________________________________________________________，
完成转基因的棉花表现出耐盐特性的机理是__________________________________________
___________________________________________________________________________，使棉花耐盐性增强。
答案 (1)原核细胞DNA上没有该限制酶识别的序列或虽然存在其识别的序列但是发生了甲基化修饰 (2)启动子和终止子 DNA聚合酶只能从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 合成DNA分子时引物作为子链的片段连接在其中 (3)花粉管通道法 将转基因棉花种植在具有一定含盐量的土壤中(或定期浇灌盐溶液) 液泡膜上增加了Na＋/K＋逆向转运蛋白的数量，可在液泡内积累无机盐离子，升高细胞液的渗透压(合理即可)优良基因
成果
必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因
富含赖氨酸的转基因玉米
与植物花青素代谢相关的基因
转基因矮牵牛