第3章基因工程第3節基因工程的應用課標要點學法指導1．舉例說出基因工程的應用2．基因工程的進展3．認同基因工程的應用促進生產力的提高1．結合具體實例了解基因工程在各個領域的應用(科學思維)2．聯系當地生產、生活中的具體實例，思考如何用基因工程的方法解決實際問題(科學探究、社會責任)知識導圖

課前·新知導學

基因工程在農牧業方面的應用基因工程技術廣泛用于改良____________、提高_______________________等方面。1．轉基因抗蟲植物(1)過程：從某些生物中分離出具有___________的基因，將它導入作物中培育出具有_________的作物，是目前防治作物蟲害的一種發展趨勢。(2)成果：轉基因__________、玉米、大豆、水稻、馬鈴薯等。動植物品種作物和畜產品的

產量抗蟲功能抗蟲性抗蟲棉花2．轉基因抗病植物(1)過程：將來源于某些病毒、真菌等的____________導入植物中，培育出轉基因抗病植物。(2)成果：轉基因抗病毒甜椒、番木瓜、煙草等。3．轉基因抗除草劑植物(1)過程：將_______________________的基因導入作物，可以培育出抗除草劑的作物品種。(2)成果：轉基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等?？共』蚪到饣虻挚鼓撤N除草劑4．改良植物的品質(1)將____________________________編碼基因導入植物中，可以提高這些氨基酸的含量。如科學家培育的某種轉基因玉米中賴氨酸的含量提高30%。(2)將____________________相關的基因導入矮牽牛中，使它呈現出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。必需氨基酸含量多的蛋白質與植物花青素代謝5．提高動物的生長速率(1)過程：將_______________基因導入動物體內，以提高動物的生長速率。(2)成果：轉基因超級鯉魚。外源生長激素6．改善畜產品的品質(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，食用牛奶后會出現________等不適癥狀。(2)解決措施：將____________基因導入奶牛基因組，使獲得的轉基因牛分泌的乳汁中，________的含量大大降低，而其他營養成分不受影響。乳糖酶腹瀉腸乳糖酶乳糖轉基因抗蟲棉的目的基因是什么？是從哪種生物中獲取的？_____________________________________。【答案】Bt抗蟲蛋白基因。是從蘇云金桿菌體內提取出來的

關于轉基因抗病毒植物，以下說法正確的是 (

)A．轉基因抗病毒植物可以抵抗所有病毒B．轉基因抗病毒植物對病毒的抗性具有局限性或特異性C．轉基因抗病毒植物可以抗害蟲D．轉基因抗病毒植物可以穩定遺傳，不會變異【答案】B【解析】每一種抗病毒的基因只能抵抗一種病毒，即轉基因抗病毒植物對病毒的抗性具有局限性或特異性，A錯誤、B正確；轉基因抗病毒植物能抵抗某種病毒，但不能抗害蟲，C錯誤；轉基因抗病毒植物可以穩定遺傳，也會發生變異，D錯誤。

基因工程在醫藥衛生領域的應用1．利用微生物或動植物的細胞作為受體細胞生產藥物(1)方法：對微生物或動植物進行__________，使它們能夠生產藥物。(2)藥物種類：細胞因子、________、________和激素等。(3)用途：預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、_________、糖尿病和________________等?；蚋脑炜贵w疫苗傳染病類風濕關節炎2．利用哺乳動物批量生產藥物(1)過程：將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的________等調控元件重組在一起，通過__________的方法導入哺乳動物的受精卵中，由這個受精卵發育成的轉基因動物進入_______后，可以通過_________來生產所需要的藥物，這稱為_________________________________。(2)成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等。啟動子顯微注射泌乳期分泌乳汁乳腺生物反應器或乳房生物反應器3．器官移植(1)器官移植面臨的問題：器官短缺和__________。(2)解決措施：在器官供體的基因組中導入某種____________，以抑制______________的表達，或設法除去_______________，然后再結合克隆技術，培育出不會引起________________的轉基因克隆器官。免疫排斥調節因子抗原決定基因抗原決定基因免疫排斥反應在培育動物乳腺生物反應器時，為什么將目的基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組在一起？_____________________________________。【答案】為了保證目的基因只在乳腺細胞中表達

動物基因工程技術有可能使建立移植器官工廠的設想成為現實，科學家正試圖利用基因工程的方法對豬的器官進行改造，對豬的器官改造后所達到的要求是 (

)A．能夠提高豬的生長速率 B．沒有免疫排斥反應C．改善豬器官的品質 D．能夠生產藥物【答案】B【解析】器官短缺和免疫排斥是制約器官移植的兩大難題。目前，科學家正試圖利用基因工程方法對豬器官進行改造，采用的方法是給器官供體豬的基因組中導入某種調節因子，以抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因，再結合克隆技術，培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆動物器官。所以對豬的器官改造后所達到的要求是沒有免疫排斥反應，B正確。

基因工程在食品工業方面的應用(1)基因工程菌：用基因工程的方法，使____________得到高效表達的菌類。(2)成果：生產食品工業用酶、__________和維生素等。(3)甜味劑阿斯巴甜主要由____________和___________形成，可以通過____________實現大規模生產。(4)奶酪的生產：將編碼牛__________的基因導入____________、黑曲霉或酵母菌的基因組中，通過__________批量生產凝乳酶。(5)淀粉酶、脂肪酶也可以通過構建______________，然后用發酵技術生產。外源基因氨基酸天冬氨酸苯丙氨酸基因工程凝乳酶大腸桿菌工業發酵基因工程菌利用工程菌生產食品工業用酶時，目的基因是直接導入受體細胞嗎？_____________________________________?！敬鸢浮坎皇?，必須先構建基因表達載體

奶酪是一種被廣泛食用的發酵奶制品。大多數奶酪的生產需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質。傳統的制備凝乳酶的方法不能滿足市場的需求，下列選項中屬于大量生產凝乳酶方法的是

(

)A．細胞融合技術 B．轉基因技術C．組織培養技術 D．人工誘變【答案】B【解析】大量生產凝乳酶可以將凝乳酶基因導入大腸桿菌等微生物中，再通過工業發酵批量生產，B正確。課堂·重難探究基因工程在農牧業方面的應用[知識歸納]1．基因工程在農牧業方面的應用(1)改良動植物品種。(2)提高作物和畜產品的產量。2．轉基因植物在農業方面的應用項目轉基因抗蟲植物轉基因抗病植物轉基因抗除草劑植物改良作物品質目的基因具有抗蟲功能的基因，如Bt基因抗病基因，如病毒外殼蛋白基因、幾丁質酶基因降解或抵抗某種除草劑的基因必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因，與植物花青素代謝相關的基因項目轉基因抗蟲植物轉基因抗病植物轉基因抗除草劑植物改良作物品質方法從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，將其導入作物中將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因導入作物中將降解或抵抗某種除草劑的基因導入作物中將必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因或植物花青素代謝相關的基因分別導入不同植物中，使之具有特定的性狀項目轉基因抗蟲植物轉基因抗病植物轉基因抗除草劑植物改良作物品質成果轉基因抗蟲棉花、玉米、大豆等轉基因抗病毒甜椒、煙草等轉基因抗除草劑玉米、大豆等賴氨酸含量提高的轉基因玉米、花色奇特的矮牽牛優點減少化學農藥的使用，降低生產成本，減少環境污染，降低了對人體健康的損害提高作物抵抗不良環境的能力和作物產量提高人們的生活品質；提高花卉觀賞價值3．轉基因動物在畜牧業方面的應用項目目的基因作用成果提高動物的生長速度外源生長激素基因促進生長，提高生長速率轉基因鯉魚、轉基因綿羊改善畜產品的品質腸乳糖酶基因減少牛乳中乳糖含量轉基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少下圖為抗蟲棉的培育過程，分析并回答下列問題：(1)該過程中的目的基因和載體分別是什么？(2)該實例中，采用什么方法導入目的基因？為什么目的基因可以整合到染色體的DNA上？(3)該實例中，檢測目的基因是否成功表達的常用方法有哪些？提示：(1)目的基因是Bt抗蟲蛋白基因，載體是Ti質粒。(2)采用的方法是農桿菌轉化法。由于Ti質粒上的T－DNA轉入受體細胞后能整合到受體細胞的染色體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體細胞的染色體DNA上。(3)抗原－抗體雜交法、用棉花葉飼喂棉鈴蟲。[對點精練]1．(2023·廣東深圳期中)水稻根部一般沒有根瘤菌，在種植時常需要施加氮肥?？茖W家想利用基因工程技術將相關基因導入水稻細胞中，建立水稻“小型化肥廠”，讓水稻直接固氮，減少使用氮肥的生產成本以及可能造成的環境污染。下列相關敘述錯誤的是 (

)A．用PCR技術可從根瘤菌DNA中獲取固氮基因B．PCR擴增后的目的基因可直接注入水稻細胞中C．PCR技術可用于檢測目的基因是否插入水稻基因組中D．實驗中需將轉基因水稻種植在缺氮培養液中進行篩選【答案】B【解析】PCR技術的原理是模擬生物體內DNA分子復制過程，故用PCR技術可從根瘤菌DNA中獲取固氮基因，A正確；PCR擴增后的目的基因需要與載體結合，構建基因表達載體后才能注入水稻細胞中，B錯誤；PCR技術可用于檢測目的基因是否插入水稻基因組中，若出現雜交帶，則證明插入成功，C正確；具有固氮基因的水稻根系微生物能利用空氣中的氮氣，故培養基中不需要加入氮源，從而對轉基因水稻進行篩選，D正確。2．(2023·廣東佛山期中)采用基因工程技術培育轉基因羊作為乳腺生物反應器，使其能合成人凝血因子且只存在于乳汁中。下列有關敘述，不正確的是

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)A．將人凝血因子基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件結合在一起構建成基因表達載體B．將含有人凝血因子基因的表達載體導入羊乳腺細胞中即可獲得乳腺生物反應器C．該轉基因羊產生的生殖細胞中可能會含有人凝血因子基因D．與乳腺生物反應器相比，膀胱生物反應器不受性別等限制，受體來源更廣泛【答案】B【解析】分析題意可知，該基因表達載體包括人凝血因子基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件，A正確；轉基因動物的受體細胞是受精卵，B錯誤；將人凝血因子的基因表達載體導入受精卵后，發育為轉基因羊，其產生的生殖細胞是由受精卵經有絲分裂發育而來的，可能會含有人凝血因子基因，C正確；與乳腺生物反應器(只能選雌性)相比，膀胱生物反應器不受性別等限制，受體來源更廣泛，D正確。[知識歸納]1．基因工程在醫藥衛生領域的應用基因工程在醫藥衛生和食品工業的應用應用方法作用成果轉基因工程菌生產藥物藥物蛋白基因構建基因表達載體，導入工程菌通過發酵工程培養工程菌生產相應藥物細胞因子、抗體、疫苗等的生產應用方法作用成果轉基因動物生產藥物藥用蛋白基因和乳腺中特異性表達的基因的啟動子等調控元件重組分泌乳汁來生產相應的藥物乳腺生物反應器轉基因動物做器官移植的供體在器官供體基因組中導入某種調節因子，或設法除去抗原決定基因抑制抗原決定基因的表達，或不能合成相應抗原結合克隆技術培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官2．基因工程在食品工業方面的應用成果方法作用生產甜味劑將編碼天冬氨酸和苯丙氨酸的基因導入工程菌，通過發酵工程生產作為食品添加劑生產凝乳酶將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉或酵母菌中，通過發酵工程生產生產奶酪生產淀粉酶、脂酶等用編碼淀粉酶、脂酶等的基因構建工程菌，通過發酵工程生產加工糖漿、加工烘烤食品[對點精練]1．(2023·陜西寶雞期末)下列關于利用乳腺生物反應器生產藥用蛋白的敘述，正確的是

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)A．可以使用Ca2+處理法將基因表達載體導入受體體細胞B．相關目的基因需與能在乳腺細胞蛋白基因啟動子等調控元件重組在一起C．需要借助于核移植技術、早期胚胎培養和胚胎移植技術培育出轉基因動物D．藥物的生產不會受到轉基因動物性別和年齡的限制【答案】B【解析】乳腺生物反應器的受體是動物細胞，將目的基因導入動物細胞的方法是顯微注射法，A錯誤；相關目的基因需與能在乳腺細胞蛋白基因啟動子等調控元件重組在一起，才能使藥用蛋白基因在奶牛乳腺細胞中特異性表達，B正確；乳腺生物反應器的培育過程中不涉及核移植技術，C錯誤；由于乳腺生物反應器需要利用動物產生的乳汁進行藥物生產，故藥物的生產受到轉基因動物性別和年齡的限制，要求選擇合適的雌性個體，D錯誤。2．(2023·廣東肇慶期末)吉林大學農學部研究人員將編碼賴氨酸的基因片段轉入“雌性黑白花奶?！碧撼衫w維細胞內，以此細胞為細胞核供體，通過體細胞核移植技術獲得一頭雌性轉基因克隆牛犢，提高了牛奶中賴氨酸的含量，改善了牛奶品質。下列有關敘述合理的是(

)A．該轉基因克隆牛必須以雌性黑白花奶牛去核的卵母細胞為受體細胞B．通過顯微操作法吸出處于MⅠ中期的卵母細胞的細胞核和第一極體C．培養成纖維細胞或早期胚胎時CO2的主要作用是維持培養液的pHD．編碼賴氨酸的基因只在轉基因克隆牛的乳腺細胞中存在并表達【答案】C【解析】該轉基因克隆牛的遺傳物質主要來自雌性黑白花奶牛，去核的卵母細胞也可來自其他母牛，A錯誤；通過顯微操作法去除處于MⅡ期的卵母細胞的紡錘體—染色體復合物和第一極體，B錯誤；動物細胞培養時通入的CO2的主要作用是維持培養液的pH，C正確；該轉基因克隆牛由含有編碼賴氨酸基因的重構胚經過分裂分化而來，編碼賴氨酸的基因存在于克隆牛的所有體細胞中，D錯誤。課堂·延伸提分易錯易混：乳腺生物反應器與工程菌的比較項目乳腺生物反應器工程菌含義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所需藥物用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類細胞株受體基因結構與人類基因結構的差異動物基因結構與人類的基因結構基本相同細菌和酵母菌的基因結構與人類有較大差異項目乳腺生物反應器工程菌基因表達合成的藥物蛋白與天然蛋白質相同細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性受體細胞動物的受精卵微生物細胞目的基因導入方式顯微注射法Ca2+處理法生產條件不需要嚴格滅菌需要嚴格滅菌藥物提取從動物乳汁中提取從微生物細胞或其培養液中提取例1下列有關乳腺生物反應器與大腸桿菌生產藥物的敘述錯誤的是

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)A．前者在乳汁中提取藥物，后者在細胞中或細胞產物中提取B．前者生產藥物的過程不需要嚴格滅菌，后者需要嚴格滅菌C．前者合成的蛋白質可加工成熟，后者合成的蛋白質一般未加工成熟D．兩者的基因與人類基因結構均相同【答案】D【解析】乳腺生物反應器生產藥物從乳汁中提取，大腸桿菌生產藥物從細胞或細胞產物中提取，A正確；乳腺生物反應器生產藥物是在動物體內合成的，不需要嚴格滅菌，大腸桿菌生產藥物涉及微生物的培養，需要嚴格滅菌，B正確；乳腺生物反應器生產的藥物是在真核生物細胞內進行的，蛋白質藥物可加工成熟，大腸桿菌生產藥物是在大腸桿菌細胞內進行的，大腸桿菌屬于原核生物，無內質網和高爾基體，不能對其合成的蛋白質進行加工，C正確；動物基因的結構與人類基因的結構基本相同，大腸桿菌基因的結構與人類基因的結構不同，D錯誤。錯因分析：一是對兩種方式生產的藥物提取方式掌握不牢；二是對兩種方式生產的過程和條件理解不到位；三是對兩種生物的細胞結構區分不清，對分泌蛋白的加工、運輸掌握不牢；四是對兩種方式中受體基因結構與人類基因結構區分不清。解題技巧：實驗設計的解題程序例2蘇云金桿菌含抗蟲蛋白基因和抗蟲蛋白，寄生在棉鈴蟲體內時會導致棉鈴蟲死亡。科學家從蘇云金桿菌中提取抗蟲蛋白基因并導入棉花細胞而成功培育出轉基因抗蟲棉。有人為驗證轉基因抗蟲棉的抗蟲效果與棉鈴蟲種群密度的關系，設計了以下實驗。請你把實驗補充完整。(1)實驗目的是____________________________。(2)實驗中自變量是________________，因變量是______________。(3)實驗步驟。①實驗組：將一定數量的________________的棉鈴蟲幼蟲放養在5株________上。②對照組：將________________相同的同種棉鈴蟲幼蟲放養在等量且長勢相同的______________上。(4)實驗結果及結論。①實驗結果：實驗組__________________，對照組____________________________。②實驗結論：_____________________________________?！敬鸢浮?1)驗證轉基因抗蟲棉能使棉鈴蟲種群密度降低(2)供棉鈴蟲采食的棉花植株的種類棉鈴蟲種群密度的變化(3)①未接觸過轉基因抗蟲棉轉基因抗蟲棉②等量、生理狀況普通棉花植株(4)①棉鈴蟲種群密度降低棉鈴蟲種群密度基本不變②轉基因抗蟲棉可殺死棉鈴蟲的幼蟲，從而使棉鈴蟲種群密度降低審題流程：第一步閱讀題干信息，獲得有用信息由題干信息“驗證轉基因抗蟲棉的抗蟲效果與棉鈴蟲種群密度的關系”可以看出：①本實驗的目的是研究轉基因抗蟲棉的抗蟲效果；②本實驗的自變量是供棉鈴蟲采食的棉花植株的種類，因變量是棉鈴蟲種群密度的變化；③本實驗結果已知，是驗證性實驗。第二步結合實驗解題方法，分析實驗本題考查了實驗目的的確定，自變量、因變量的判斷，實驗步驟的設計及分析實驗結果，得出結論。本題設計實驗的目的是驗證轉基因抗蟲棉能使棉鈴蟲種群密度降低，故確定是讓棉鈴蟲采食轉基因抗蟲棉還是普通棉作為實驗的自變量；棉鈴蟲的生活狀況(用種群密度的變化表示)為因變量。為驗證轉基因抗蟲棉的抗蟲效果，應放養沒有接觸過轉基因抗蟲棉的棉鈴蟲。另外要注意單一變量原則和對照原則。實驗步驟：①實驗組為將一定數量的未接觸過轉基因抗蟲棉的棉鈴蟲幼蟲放養在5株轉基因抗蟲棉上；②對照組為將等量、生理狀況相同的同種棉鈴蟲幼蟲放養在等量且長勢相同的普通棉花植株上。結果及結論：實驗組結果是棉鈴蟲種群密度降低，對照組結果是棉鈴蟲種群密度基本不變。結論是轉基因抗蟲棉可殺死棉鈴蟲的幼蟲，從而使棉鈴蟲種群密度降低。第三步結合小題，正確解答實驗設計題解題歸納：口訣：先看目的和原理，實驗材料與試劑；設置對照分步驟，標號定量銘記心?，F象結果寫具體，結論敘述扣目的；驗證實驗要唯一，探究實驗需討論。具體步驟：1．判斷實驗的類型根據實驗的目的或結果判斷，若實驗目的或結果已知則為驗證性實驗；若實驗目的或結果未知則為探究性實驗。2．確定實驗的自變量和因變量一般根據實驗的目的就可以確定自變量和因變量。3．實驗步驟的設計實驗步驟的設計要遵循對照原則、等量原則、單一變量原則和科學性原則等，有數據測量的實驗還要遵循平行重復原則。具體步驟一般分為三步：第一步是取材、分組、編號。為排除無關變量的干擾，取材要具有統一性，分組要具有隨機性。第二步是施加實驗變量。自變量施加時要注意“等量”。第三步是培養觀察。為排除無關變量的干擾，實驗組和對照組應該在相同且適宜條件下培養；觀察時要確立可觀可測的觀察指標。4．實驗結果和結論的預測實驗結果就是對實驗現象的描述，實驗結論是由特殊的實驗結果推測出的具有一般性的結論。驗證性實驗的結果與結論是唯一的；探究性的結果與結論有多種可能，注意不能遺漏，一個可能的實驗結果對應一個可能的實驗結論。書寫時注意先寫實驗結果，再寫實驗結論。小練·素養達成1．(2023·四川綿陽期中)利用基因工程的方法，將乙肝病毒的抗原基因轉移到大腸桿菌細胞內，就可以大量生產重組乙肝疫苗。下列有關該技術的說法，正確的是

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)A．達到了定向改造細菌的目的B．需要用到兩種操作工具C．不存在基因擴散的安全風險D．重組乙肝疫苗就是失活的病毒【答案】A【解析】按照人類的意愿定向改造了大腸桿菌，A正確；基因工程需要三種工具：限制酶、DNA連接酶、基因的載體，B錯誤；轉基因大腸桿菌可能將目的基因轉移到其他微生物，C錯誤；重組乙肝疫苗，就是利用基因工程技術制造出乙肝表面抗原，然后加入相應的輔助劑，制成乙肝疫苗，重組乙肝疫苗不是失活的病毒，D錯誤。2．(2023·四川名校階段練習)我國科學家利用基因工程技術將海藻合成酶基因轉移到甘蔗體內，獲得了抗旱、高產、高糖的甘蔗新品種。以下關于基因工程的說法，不正確的是 (

)A．我國轉基因抗蟲棉的目的基因來自某種真菌B．利用基因工程的方法可以獲取干擾素、凝血因子等藥物C．培育抗除草劑的玉米需要使用限制酶、DNA連接酶等工具酶D．通過基因工程可以提高作物的抗鹽堿和抗干旱的能力【答案】A【解析】轉基因抗蟲棉的目的基因主要是Bt抗蟲蛋白基因，該目的基因是從蘇云金桿菌中提取的，蘇云金桿菌屬于細菌而非真菌，A錯誤；基因工程在醫藥衛生領域方面的應用包括生產干擾素、凝血因子等藥物，B正確；培育抗除草劑的玉米需要使用限制酶(切割目的基因和運載體)、DNA連接酶(連接切割后的目的基因和運載體)等工具酶，C正確；由于鹽堿和干旱對農作物的危害與細胞內滲透壓調節有關，可以利用一些調節細胞滲透壓的基因，來提高作物的抗鹽堿和抗干旱能力，D正確。3．(2023·廣東廣州期末)下列關于基因工程及其應用的敘述，錯誤的是

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)A．花粉管通道法可以用微量注射器將含有目的基因的DNA溶液直接注入子房中B．只要從轉基因棉花中檢測到Bt抗蟲蛋白，就代表轉基因抗蟲棉培育成功C．Bt抗蟲蛋白被分解為多肽后與害蟲腸上皮細胞的特異性受體結合，導致細胞膜穿孔D．干擾素是一種糖蛋白，科學家用基因工程方法從大腸桿菌細胞內獲得了干擾素【答案】B【解析】我國科學家用獨創的花粉管通道法將Bt基因導入棉花細胞，如可以用微量注射器將含有目的基因的DNA溶液直接注入子房中，A正確；從轉