2024_2025新教材高中生物第3章基因工程第3节基因工程的应用学案新人教版选择性必修3.docVIP

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第3节基因工程的应用

课标内容要求

核心素养对接

举例说明基因工程在农业、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。

1．科学思维：基于基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业应用的实例说明基因工程给社会带来的巨大进步。

2．社会责任：基于基因工程在各方面发展的前景，理性看待基因工程的平安性。

一、基因工程在农牧业方面的应用

1．转基因抗虫植物

(1)技术方法：从某些生物中分别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)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。

2．转基因抗病植物

(1)技术方法：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。

(2)实例：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)技术方法：将降解或反抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。

(2)实例：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

(1)技术方法：将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。

(2)实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比比照高30%。

5．提高动物的生长速率

(1)技术方法：将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。

(2)实例：转基因鲤鱼。

6．改善畜产品的品质

(1)技术方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组。

(2)实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。

二、基因工程在医药卫生领域的应用

(1)技术方法

①对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物。

②利用乳腺生物反应器生产药物：将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物通过分泌乳汁生产所须要的药物。

③培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种调整因子抑制抗原确定基因的表达或设法除去抗原确定基因，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器官。

(2)实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。

三、基因工程在食品工业方面的应用

(1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。

(2)实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。

推断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。 (×)

提示：害虫仍会对抗虫作物产生抗性。

2．培育转基因抗病植物的目的基因主要来源于病毒、真菌。 (√)

3．基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。

(×)

提示：培育转基因动物时，所选用的受体细胞一般是受精卵；培育转基因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。

4．利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。 (√)

5．乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。 (×)

提示：应是把药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中。

利用乳腺生物反应器和工程菌生产药物

1．乳腺生物反应器的操作过程

2．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区分

比较内容

乳腺生物反应器

工程菌

含义

指让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药物蛋白

指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系

受体基因结构与人类基因结构差异

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

基因表达

合成的药物蛋白与自然蛋白质相同

细菌合成的药物蛋白可能没有活性

受体细胞

动物受精卵

微生物细胞

目的基因导入方式

显微注射法

感受态细胞法

生产条件

不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大

需严格灭菌，严格限制工程菌所需的温度、pH、养分物质浓度等外界条件

药物提取

从动物乳汁中提取

从微生物细胞或其培育液中提取

生产设备

畜牧业生产、提取设备

发酵生产、提取设备

1．为了生产药物，常把药用蛋白基因构建的表达载体导入大肠杆菌或酵母菌细胞中构建工程菌，选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？

提示：细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产实力大等。

2．继哺乳动物乳腺生物反应器研发胜利后，膀胱生物反应器的探讨也取得了胜利。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？

提示：应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋白较简单，且不会对动物造成损害。不同点是乳腺生物反应器必