第3章 第3节 基因工程的应用(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物选择性必修3（人教版2019 多选）

第3节　基因工程的应用 学习目标 1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用 科学思维 2.认同基因工程的应用价值 生命观念 3.关注基因工程的进展 社会责任 一、基因工程在农牧业方面的应用 二、基因工程在医药卫生领域的应用 应用 基因来源或处理 成果 转基因微生物或动植物细胞生产药物 对微生物或动植物的细胞进行基因改造 生产包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等的药物 乳腺(房)生物反应器生产药物 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 生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α­抗胰蛋白酶等 转基因动物作器官移植的供体 抑制抗原决定基因的表达或除去抗原决定基因 结合克隆技术培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官 三、基因工程在食品工业方面的应用 长期以来的实践也证实，基因工程中的基因重组高新技术可以不断更新当下各种农作物的品种，提高农作物的品质，大幅度增产。比如德国生命学家就通过现代生物技术培育了土豆和西红柿的杂种作物。还有很多成功的关于基因工程的例子都充分说明了科学技术被人类应用在改造农作物上所发挥的作用，大幅度改善了农作物的品质和增加了产量。结合所学知识判断： (1)从苏云金杆菌中分离出Bt基因导入棉花中，可培育出抗虫棉(√) (2)将与叶绿素代谢相关的基因导入矮牵牛，可培育出自然界没有的颜色变异(×) (3)将植物生长素基因导入鲤鱼，培育出的转基因鲤鱼生长速率大大提高(×) (4)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上广泛用于病毒感染性疾病的治疗，对于癌症则没有效果(×) (5)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，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中制成乳腺生物反应器(√) 探究点一　基因工程在农牧业方面的应用 分析下图通过基因工程培育抗虫棉的过程，探究下列问题： (1)抗虫棉能抗病毒、细菌和真菌吗？为什么？ 提示　不能。抗虫基因具有专一性。 (2)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。 (3)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有哪些？ 提示　减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。 (4)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？ 提示　会。害虫会因生存条件的改变，引起自身遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。 基因工程育种和杂交育种的比较 项目 基因工程育种 杂交育种 原理 基因重组 基因重组 流程 将某种生物的特定基因转移到另一种生物细胞中 杂交→自交→选种→自交 优点 打破物种界限，定向改造生物的遗传性状 使不同个体的优良性状集中在一个个体上；操作简便 缺点 技术复杂，生态安全问题较多 育种时间长；局限于亲缘关系较近的个体 举例 转基因抗虫棉的培育 矮秆抗病小麦 1．下列有关基因工程在农牧业方面应用的叙述，错误的是(　　) A．将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，可培育出转基因抗病植物 B．将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂作物 C．将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，可提高植物的营养价值 D．将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，可解决人的乳糖不耐受问题 解析　肠乳糖酶属于蛋白质，口服会被胃蛋白酶消化而失效，D错误。 答案　D 2．(2024·绵阳期末)SOD是一种抗氧化酶，它能将O转化成H2O2，增强植物的抗逆性。下图为培育农作物新品种的一种方式。以下叙述正确的是(　　) A．过程①可以用动物病毒作为运载体 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 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；新品种的遗传物质发生了改变，属于可遗传的变异，抗逆性状可通过基因的传递遗传给子代，C正确；载体通常有质粒、动植物病毒和噬菌体，不是工具酶，D错误。 答案　C 探究点二　基因工程在医药卫生领域和食品工业方面的应用 利用基因工程生产人胰岛素有两种方法： 方法一：将胰岛素基因转入细菌细胞，进行微生物培养，提取胰岛素； 方法二：将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵，培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。 阅读上述材料，探究下列问题： (1)方法一中，为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞，应用Ca2＋处理细菌细胞，目的是使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。 (2)方法二中，将目的基因导入受体细胞常用的方法是显微注射法。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达，应该采取的措施是将人胰岛素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。 (3)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌，该类工程菌的优点是单细胞、繁殖快(至少答出两点)。 (4)上述两种方法中，哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性？试解释其原因。 提示　方法一；方法一中的受体细胞是细菌，其细胞内无内质网和高尔基体，无法对胰岛素进行加工和修饰。 1．乳腺生物反应器的培育过程 2．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 3．(2024·沈阳期中)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 解析　人体移植器官短缺是一个世界性难题，要实现器官移植时，最大难题是免疫排斥，A正确；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。 答案　C 4．(不定项)(2024·宁德期末)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。下列叙述正确的是(　　) 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．通过显微注射法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 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；通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代，B正确；通过显微注射法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。 答案　ABD [课堂小结] [课堂巩固] 1．下表有关基因表达的选项中，不可能的是(　　) 选项 基因 表达的细胞 表达产物 A 细菌抗虫蛋白基因 抗虫棉叶肉细胞 细菌抗虫蛋白 B 人酪氨酸酶基因 正常人皮肤细胞 人酪氨酸酶 C 动物胰岛素基因 大肠杆菌工程菌细胞 动物胰岛素 D 兔血红蛋白基因 兔成熟红细胞 兔血红蛋白 解析　兔成熟红细胞没有细胞核和众多细胞器，无法表达产生兔的血红蛋白，D错误。 答案　D 2．通过基因工程技术，可以将抗草甘膦基因导入大豆，培育出抗除草剂作物。下列相关叙述，错误的是(　　) A．构建基因表达载体时要用到耐高温的DNA聚合酶和DNA连接酶 B．可以用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞 C．培育过程需要借助植物组织培养技术 D．需要在个体水平上对目的基因进行检测和鉴定 解析　构建基因表达载体不需要耐高温的DNA聚合酶，需要的是限制性内切核酸酶和DNA连接酶，A错误。 答案　A 3．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 解析　棉花是双子叶植物，通过农杆菌转化法可将重组质粒导入棉花受体细胞，A正确；植物组织培养技术可以保持亲本的优良性状，含耐盐基因的棉花细胞经植物组织培养可获得完整的植株，B正确；棉花植株是否耐盐，主要看植株能否在高浓度的盐溶液中生活，因此，可以用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性，C正确；如果目的基因的核苷酸序列是全部未知的，可从基因文库中获取目的基因，D错误。 答案　D 4．(不定项)(2024·德州模拟)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不会诱发细胞免疫但可以产生记忆细胞 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；基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分，要使目的基因在受体细胞中特异性表达，在构建基因表达载体时，需将编码pORF2的DNA与启动子等调控组件重组在一起，C正确；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正确。 答案　CD 5．(2023·广东卷)种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n＝10)进行诱变，筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序，发现野生型DA1基因发生一个碱基G到A的替换，突变后的基因为隐性基因，据此推测突变体的表型与其有关，开展相关实验。 回答下列问题： (1)拟采用农杆菌转化法将野生型DA1基因转入突变体植株，若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与________植株的种子大小相近。 (2)用PCR反应扩增DA1基因，用限制性核酸内切酶对PCR产物和________进行切割，用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DA1基因可以正常表达，其上下游序列需具备________。 (3)转化后，T­DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下，选出单一位点插入的植株，并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(如图)，用于后续验证突变基因与表型的关系。 ①农杆菌转化T0代植株并自交，将T1代种子播种在选择培养基上，能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了________。 ②T1代阳性植株自交所得的T2代种子按单株收种并播种于选择培养基，选择阳性率约________%的培养基中幼苗继续培养。 ③将②中选出的T2代阳性植株________(填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基，阳性率达到________%的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。为便于在后续研究中检测该突变，研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段，再使用限制性核酸内切酶X切割产物，通过核酸电泳即可进行突变检测，相关信息见下图，在电泳图中将酶切结果对应位置的条带涂黑。 解析　(1)根据题干信息可知，突变后的基因为隐性基因，则野生型DA1基因为显性基因，因此采用农杆菌转化法将野生型DA1基因转入突变体植株，若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与野生型植株的种子大小相近。 (2)利用PCR技术扩增DA1基因后，应该用同种限制性核酸内切酶对DA1基因和作为运载体的Ti质粒进行切割，再用DNA连接酶将两者连接起来；在基因表达载体中，启动子位于目的基因的首端，终止子位于目的基因的尾端，因此为确保插入的DA1基因可以正常表达，其上下游序列需具备启动子和终止子。 (3)①根据题干信息和图形分析，将T0代植株的花序浸没在农杆菌(T­DNA上含有DA1基因和卡那霉素抗性基因)液中转化，再将获得的T1代种子播种在选择培养基(含有卡那霉素)上，若在选择培养基上有能够萌发并生长的阳性个体，则说明含有卡那霉素抗性基因，即表示其基因组中插入DA1基因和卡那霉素抗性基因。 ②T1代阳性植株都含有DA1基因，由于T­DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点，所以不确定是单一位点插入还是多位点插入，若是单一位点插入，相当于一对等位基因的杂合子，其自交后代应该出现3∶1的性状分离比，而题干要求选出单一位点插入的植株，因此应该选择阳性率约75%的培养基中幼苗继续培养。 ③将以上获得的T2代阳性植株自交，再将得到的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基上，若某培养基上全部为具有卡那霉素抗性的植株即为需要选择的植株，即阳性率达到100%的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。根据图形分析，野生型和突变型基因片段的长度都是150 bp，野生型的基因没有限制酶X的切割位点，而突变型的基因有限制酶X的切割位点，结合图中的数据分析可知电泳图中，野生型只有150 bp，突变型有50 bp和100 bp，如图： 答案　(1)野生型　(2)Ti质粒　启动子和终止子 (3)①DA1基因(和卡那霉素抗性基因)　②75　③自交　100 学科网（北京）股份有限公司 $$