1、第3节 基因工程的应用 第3章 基因工程 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安全性。必备知识聚焦概念 NO.1一、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)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。抗虫功能2转基因抗病植物(1)技术方法：将来源于某些_的抗病基因导入植物中，培育出了
2、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_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。病毒、真菌等降解或抵抗某种除草剂4改良植物的品质(1)技术方法：将_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对照高 30%。某种必需氨基酸含量多的蛋白质5提高动物的生长速率(1)技术方法：将_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_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
3、。外源生长激素肠乳糖酶二、基因工程在医药卫生领域的应用(1)技术方法对微生物或动植物的细胞进行_，使它们能够生产药物。利用乳腺生物反应器生产药物：将_基因与乳腺中特异表达的基因的_等调控元件重组在一起，通过_导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物通过_生产所需要的药物。基因改造药用蛋白启动子显微注射分泌乳汁培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种_抑制_基因的表达或设法除去_基因，然后再结合_技术，培育出不会引起_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。调节因子抗原决定抗原决定克隆免疫排斥三、基因工程在食品工业方面的应用(1)技术方法：利用
4、基因工程菌生产食品工业用_、_和_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_批量生产凝乳酶。(2)实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。酶氨基酸维生素工业发酵判断对错(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
5、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。关键能力突破重难 NO.2核心点 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别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 比较内容乳腺生物反应器工程菌 基因
6、表达合成的药物蛋白与天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 比较内容乳腺生物反应器工程菌 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，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养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养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，生产能力大等。2继哺乳动物乳腺生物反应
7、器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了成功。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容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。1tPA 是机体在凝血平衡调节中发挥关键性作用的蛋白质，如图是利用奶牛乳腺生产 tPA 的图解，据图回答下列问题：(1)要使 tPA 基因在奶牛的乳腺细胞中特异
8、性表达，需将其与_等调控元件重组在一起。(2)乳腺生物反应器生产医用人体蛋白比工程菌有优势，是由于乳腺细胞有较强的_能力，省却了从工程菌细胞内提取时的破壁、分离等程序，大大降低了成本。解析(1)要使 tPA 基因在奶牛的乳腺细胞中特异性表达，需将其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。(2)乳腺细胞有较强的分泌能力，使得乳腺生物反应器生产医用人体蛋白比工程菌有优势。答案(1)乳腺中特异表达的基因的启动子(2)分泌2人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组 HSA(rHSA)的两条途径。(1)为获取 HSA 基因，首先需采集人的血液
9、，提取_合成总 cDNA，然后以 cDNA 为模板，使用 PCR 技术扩增 HSA 基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。(2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA 的载体，需要选择的启动子是_(填写字母，单选)。A人血细胞启动子B水稻胚乳细胞启动子C大肠杆菌启动子D农杆菌启动子(3)人体合成的初始 HSA 多肽，需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与途径相比，选择途径获取 rHSA 的优势是_。(4)为证明 rHSA 具有医用价值，须确认 rHSA 与_的生物学功能一致。解析(1)要想合
10、成总 cDNA，需要采集人的血液获得总 RNA。由于 DNA 的复制只能从脱氧核苷酸单链的 5端向 3端延伸，因而引物均应结合在 DNA 单链的 3端，而 DNA 的两条链反向平行，由此可以确定引物在另一条脱氧核苷酸单链的位置和方向。(2)若要从水稻胚乳细胞内获得目的产物，需要控制该目的基因只在水稻胚乳细胞内表达。由题干中的信息“启动子通常具有物种及组织特异性”可知，此处需要选择水稻胚乳细胞启动子。(3)途径和的主要区别是途径的受体细胞是真核细胞，途径的受体细胞是原核细胞。由于人体合成的初始 HSA 多肽需要经膜系统加工形成正确的空间结构才有生物活性，所以选择途径获取 rHSA 更具有优势。(
11、4)rHSA 是基因工程的产物，为判断其是否具有医用价值，还需要在个体水平上进一步确认其与 HAS 的生物学功能是否一致。答案(1)总 RNA(或 mRNA)(2)B(3)水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始 rHSA 多肽进行高效加工(4)HSA应用创新提升素养 NO.3矮牵牛花瓣紫色的深浅由花青素的含量高低决定，花青素由查耳酮合酶(CHS)催化合成。为获得紫色更深的矮牵牛，科研人员将 CHS 基因导入野生型紫花矮牵牛叶肉细胞中，得到的转基因植物花色反而出现了浅紫色。检测 CHS 基因的转录水平，得到如下图所示电泳图谱(2 道和 3 道分别表示野生型和转基因植株)。本示例考查演绎与推理和归纳
12、与概括的科学思维及对实验结果交流和讨论的能力。请根据实验结果从内源 CHS 基因和外源 CHS 基因表达水平分析转基因牵牛花花色变浅的原因。(科学思维)提示：由于外源 CHS 基因的导入，造成内源 CHS 基因的表达被抑制，导致外源 CHS 基因和内源 CHS 基因的综合表达量没有野生型的内源 CHS 基因表达量高。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵 1.将来源于某些病毒、真菌的抗病基因导入植物中，培育转基因抗病植物。2.将外源生长激素基因导入鲤鱼，可提高鲤鱼的生长速度。3.将药用蛋白基因导入大肠杆菌或酵母菌构建工程菌可生产药物。核 心 语 句 背 诵 4.将药用蛋白基因与乳
13、腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组成表达载体导入哺乳动物的受精卵中可构建乳腺生物反应器。5.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，然后结合克隆技术，可培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。课堂检测巩固素能 NO.41 3 5 2 4 1抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是()A抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒B抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C抗病毒转基因植物可以抗害虫D抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异1 3 5 2 4 B 由于外源抗病毒基因具有特异性，因而其表达产物具有特异性或局限性，只能抵抗某种或某
14、类病毒，不可能抵抗所有病毒，更不能抗害虫。目的基因导入受体细胞后，可以随受体内的自身遗传物质稳定遗传，也会同自身遗传物质一样发生变异。2 1 3 4 5 2下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是()A动物基因结构与人类基因结构相同B乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的C可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物D乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用B 乳腺生物反应器生产的药物在自然界中可以找到，只不过在转基因动物体内更容易提取到较大量的药物。3 1 2 4 5 3应用基因工程的方法，可将酵母菌制造成“工程菌”，用于生产乙肝疫苗，在制造该“工程菌”时，应向酵母菌中导入()A乙肝病毒的表
15、面抗原B抗乙肝病毒抗体的基因C抗乙肝病毒的抗体D乙肝病毒的表面抗原的基因D 利用基因工程生产乙肝疫苗时，应该向酵母菌中导入乙肝病毒的表面抗原基因。4 1 2 3 5 4下列不属于基因工程成果的是()A乳腺生物反应器生产药用蛋白B从大肠杆菌体内获得白细胞介素C从大肠杆菌内获得生长激素D用高产青霉菌生产青霉素4 1 2 3 5 D 乳腺生物反应器是用转基因动物生产药物，属于基因工程成果，A 错误；从大肠杆菌体内获得白细胞介素及从大肠杆菌体内获得生长激素都是将相关基因转入大肠杆菌，从而得到的基因工程药物，属于基因工程成果，B、C 错误；用高产青霉菌生产青霉素是利用基因突变的原理进行的诱变育种，不属于
16、基因工程的范畴，D 正确。2 4 5 1 3 5糖尿病已经成为危害人类健康的严重疾病之一，注射胰岛素是目前治疗糖尿病最为有效的途径和手段。如何生产优质而不昂贵的人胰岛素，是当下医药界急需攻克的科学难题。下图为利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请回答：2 4 5 1 3(1)在基因表达载体中，_是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出 mRNA。(2)图中细胞 1 是_细胞。过程必需的酶是_。过程为利用_技术扩增目的基因，此过程必需的酶是_。过程断开的是_键，在体外进行 PCR 操作时，实现该过程的处理方法是_。能否利用人的皮肤细胞来完成过程，为什么？_。2 4
17、5 1 3(3)为便于重组 DNA 的鉴定和选择，图中 C 的组成必须有_；为使过程更易进行，可用_处理大肠杆菌。(4)过程得到的人胰岛素需要体外加工才具有生物活性，原因是大肠杆菌_。2 4 5 1 3 解析(1)启动子是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出 mRNA。(2)图中过程为胰岛素基因转录出mRNA，过程为胰岛素 mRNA 经反转录获得目的基因，过程为利用 PCR 技术扩增目的基因，过程为用限制酶切割载体，过程为目的基因与载体结合构建基因表达载体，过程为将目的基因导入受体细胞。反转录过程需要逆转录酶，利用 PCR 技术扩增 DNA 需要耐高温的 Taq 酶。过程
18、断开的是 DNA 两条链间的氢键，在体外进行 PCR 操作时，实现该过程的处理方法为加热至 9095。2 4 5 1 3(3)图中 B 为质粒，其实质为 DNA，基本组成单位为 4 种脱氧核苷酸。构建的基因表达载体中必须有标记基因，以利于重组 DNA 的鉴定和选择。将目的基因导入大肠杆菌最常用的转化方法是 Ca2处理法，用 Ca2处理可使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围环境中 DNA 分子的生理状态。(4)大肠杆菌细胞内没有内质网和高尔基体，不能将肽链加工成为有活性的人胰岛素。2 4 5 1 3 答案(1)启动子(2)(人)胰岛 B 逆转录酶 PCRTaq 酶(或耐高温的 DNA 聚合酶)氢 加热(至 90 以上)不能。皮肤细胞中的胰岛素基因不表达，不能形成胰岛素 mRNA(3)标记基因 Ca2(4)没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!