第3节 基因工程的应用-【金版新学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 不定项）

第3节　基因工程的应用 　 第3章　基因工程 学习目标 1．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．用基因工程培育优良品种或细胞产品，造福人类。 知识点一　基因工程在农牧业方面的应用 1 知识点二　基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用 2 课时测评 5 学习小结 3 内容索引 随堂达标演练 4 基因工程在农牧业方面的应用 知识点一 返回 新知导学 1．基因工程在植物方面的应用 抗虫 病毒、真菌 降解或抵抗某种除草剂　 必需氨基酸含 量多　 花青素 2．基因工程在动物方面的应用 外源生长激素 精通教材 1．“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物吗？ 提示：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。 2．为什么转入外源生长激素基因的转基因动物，生长速率更快？ 提示：转入外源生长激素基因的转基因动物，能够产生更多的生长激素，生长速率更快。 合作探究 任务　分析转基因技术在抗虫中的应用 右图为通过基因工程培育抗虫棉 的过程，请回答： (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)对于基因工程生产的抗虫棉是否取得最后的成功，最简单的检测方法是什么？ 提示：让害虫去吃转基因棉花的植株，观察害虫的生存状况。 (3)从环境保护角度，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。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。 1．转基因植物培育过程 核心归纳 2．转基因动物的培育过程(以转基因牛培育过程为例) 3．转基因动植物的外源基因类型及实例   外源基因类型 成果举例 转基因抗虫植物 抗虫基因 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 转基因抗病植物 抗病基因 转基因抗病毒烟草、番木瓜和甜椒等 转基因抗除草剂植物 降解或抵抗某种除草剂的基因 转基因抗除草剂的大豆、玉米、油菜和甜菜等 改善植物的品质 优良性状基因 高赖氨酸玉米和新花色矮牵牛 提高动物的生长速率 生长激素基因 转基因鲤鱼 改善畜产品的品质 肠乳糖酶基因 转肠乳糖酶基因的奶牛 应用1．下列有关转基因植物的说法，错误的是 A．科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗旱的能力 B．因为转基因抗虫棉可以抵抗一切危害棉花植株的害虫，所以转基因抗虫棉已经推广应用 C．科学家往往将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，以提高农作物的营养价值 D．利用基因工程技术可以改良农作物的品质 √ 因为盐碱和干旱对农作物的危害与细胞渗透压的调节有关，所以科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高农作物的抗盐碱和抗旱的能力，A正确；转基因抗虫棉只是对棉铃虫有较强的抗性，并不能抵抗所有害虫，B错误；将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高农作物的营养价值，C正确；利用基因工程技术可以改良农作物的品质，D正确。 特别提醒 转基因作物中的目的基因的两点提醒 1．目的基因并非都来自微生物：目的基因都是来自其他生物的能表现出优良性状的外源基因，并不都是来自细菌、病毒等微生物，如抗冻蛋白基因来自鱼类。 2．注意“抗虫”和“抗病”的区别，二者可以分别通过害虫接种和病毒细菌接种来进行个体水平的检测。 应用2．科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的表达载体，并将其导入了大西洋鲑的细胞中，获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。相关叙述正确的是 A．转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加 B．构建基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶 C．大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过PCR技术扩增获得 D．转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快 √ 转基因大西洋鲑体内生长激素明显增加，A错误；构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶，B错误；大鳞鲑鱼生长激素基因能通过PCR技术扩增获得，C错误；转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快，D正确。 返回 基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用 知识点二 返回 新知导学 1．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_____改造 生产包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等药物 乳腺(房)生物反应器生产药物 ①目的基因：_________基因 ②启动子：_____________________的启动子 ③受体细胞：________ 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__________基因的表达或除去__________基因 结合克隆技术培育出不会引起_________反应的转基因克隆猪器官 基因 药用蛋白 乳腺中特异表达的基因 受精卵 抗原决定 抗原决定 免疫排斥 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——__________和__________。 (2)酶：利用转基因生物获得生产奶酪需要的______酶；利用转基因生物生产加工转化糖浆需要的______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__________，利用经过基因改造的微生物来生产______。 天冬氨酸 苯丙氨酸 凝乳 淀粉 环境污染 能源 精通教材 1．乳腺生物反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中吗？ 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，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中。 2．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。 合作探究 任务　分析基因工程菌的选择及乳腺生物反应器的制备 基因工程在医药卫生领域和食品工业方面有广泛的应用。请分析回答下列问题： (1)为什么生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时必须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？ 提示：只有连接了乳腺中特异表达的基因的启动子，才能保证相应的目的基因在其乳腺细胞内表达。 (2)继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，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。 乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别 核心归纳 比较内容 乳腺生物反应器 基因工程菌 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 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 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 应用1．(2024·江苏南京高二期中) 动物乳腺生物反应器是一项利用 转基因动物的乳腺代替传统的生 物发酵，进行大规模生产可供治 疗人类疾病或用于保健的活性蛋 白质的现代生物技术。科学家已 在牛和羊等动物的乳腺生物反应 器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。大致过程如右图所示。以下叙述错误的是 A．通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可 B．④通常采用显微注射法 C．在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物 D．该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取 √ 若用转基因动物生产药物，通 常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 射的方法导入哺乳动物的受精 卵中，最终培育的转基因动物 进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，因而称为乳腺生物反应器，A错误，B、C正确；相对于传统方法，利用乳腺生物反应器生产药物的优点是产量高、质量好、成本低、易提取，D正确。 规律方法 乳腺生物反应器 1．乳腺(房)生物反应器的操作过程中，构建基因表达载体时，目的基因要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，否则目的基因在乳腺上皮细胞中不能转录。构建好的基因表达载体导入受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体细胞均含有目的基因(如药用蛋白基因)，但其只在乳腺上皮细胞中表达。 2．用乳腺(房)生物反应器生产的优点是产量高、质量好、成本低、易提取，但从乳汁中提取蛋白质，该转基因个体必须是雌性的，若利用膀胱生物反应器从尿液中提取目的基因的产物则不受性别限制。 应用2．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 √ 目前制约人体器官移植的两大难题主要是人体移植器官短缺和免疫排斥，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。 √ 阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可以通过基因工程实现大规模生产，不是阿斯巴甜，A错误。 返回 应用3．下列有关基因工程在食品工业方面应用的叙述，正确的是(不定项) A．阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，可以通过基因工程实现大规模生产 B．可将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶 C．用基因工程方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌 D．淀粉酶、脂肪酶等大量生产过程中所用到的工程技术包括基因工程技术和发酵工程技术等 √ √ 学　习　小　结 返回 思维导图 要语必背 1.科学家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，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。 2.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。 3.用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。 返回 随 堂 达 标 演 练 返回 1．下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是 A．抗虫棉——Bt抗虫蛋白基因 B．颜色变异的转基因矮牵牛——花青素基因 C．抗盐碱和抗旱植物——调节细胞渗透压的基因 D．耐寒的番茄——抗冻蛋白基因 √ 获得颜色变异的转基因牵牛，转入的是与植物的花青素代谢相关的基因，B错误。 2．(2024·陕西咸阳阶段练习)基因工程在农牧业、食品工业、环境保护、医学方面具有突出贡献，下列有关叙述正确的是 A．体外基因治疗具有操作简单，效果不够可靠的缺点 B．用含H1N1病毒碱基序列的DNA探针，可检测发热病人体内是否含H1N1病毒 C．用放射性同位素标记DNA探针的作用是增加探针DNA的分子量 D．利用转基因技术培育的动物，目的基因只存在于特定的细胞中 √ 体外基因治疗比体内基因治疗操作复杂，但效果可靠，A错误；虽然H1N1病毒是RNA病毒，但是可以利用它的RNA经逆转录产生相应的DNA，该DNA与H1N1病毒的RNA碱基互补配对，所以用含H1N1病毒碱基序列的DNA探针，可检测发热病人体内是否含H1N1病毒，B正确；用放射性同位素标记DNA探针的作用是检测目的基因是否插入到受体细胞的染色体DNA上或者检测目的基因是否转录产生RNA，其中使用放射性同位素的目的是方便检测，C错误；利用转基因技术培育的动物，受体细胞是受精卵，所以目的基因存在于转基因动物的所有体细胞中，D错误。 3．下列有关目的基因的操作中，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 √ 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。 4．科学家培养的转基因奶牛的乳腺细胞能够合成并分泌人凝血因子，这是动物乳腺生物反应器研究的重大进展。下列叙述正确的是 A．在该转基因奶牛中，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凝血因子基因 C．人凝血因子基因开始转录时，DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA D．转基因奶牛需要进入泌乳期才能批量生产人凝血因子 √ 根据题意，在该转基因工程中，人凝血因子基因导入的受体细胞是奶牛的受精卵，由该受精卵发育形成的个体的各种体细胞中都存在人凝血因子基因，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；人凝血因子基因开始转录时，RNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA，C错误；转基因奶牛需要进入泌乳期才能批量生产人凝血因子，D正确。 √ 5．(2024·江西南昌高二期中)生物反应器是利用生物体所具有的生物功能，在体外或体内通过生化反应或生物自身的代谢获得目标产物的装置系统、细胞、组织器官等等。由此发展了动物乳腺生物反应器、动物膀胱生物反应器等。下列说法正确的是(不定项) A．将目的基因导入动物细胞常用体细胞做受体细胞，采用显微注射技术进行操作 B．膀胱生物反应器优于乳腺生物反应器的方面包括不受性别、发育时期等的限制 C．制备动物乳腺生物反应器时，需将目标产物的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起 D．为使目的基因能够在膀胱上皮细胞中特异性表达，在构建基因表达载体时需选择膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子 √ √ 动物受精卵全能性最高，应用显微注射技术将表达载体导入受精卵来获得转基因动物，A错误；雌性动物发育到一定阶段才能产生乳汁，乳腺生物反应器往往受动物生长发育的阶段和性别的限制，而膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制，B正确；构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起，以保证药用蛋白基因能在乳腺中正常表达，C正确；启动子是RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，它含有RNA聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列，重组表达载体中含有膀胱中特异表达基因的启动子，以便于特异性表达基因的转录与翻译，D正确。 6．(创新情境)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。 回答下列问题： (1)步骤①中需要使用的工具酶有_____________________。步骤②和③所代表的操作分别是___________和__________。步骤④称为___________。 DNA连接酶、限制酶 显微注射 体外培养 胚胎移植 ①为基因表达载体的构建，需要DNA连接酶和限制酶，步骤②和③所代表的操作分别是利用显微注射技术将目的基因导入受体细胞、体外培养获得早期胚胎，步骤④称为胚胎移植。 (2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的_____________(答出2点即可)的限制。 性别、年龄 乳腺生物反应器只能从泌乳期雌性的乳汁中获取产物，与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器的优点是雌性和雄性的尿液中都可提取到产物，不受性别、年龄和时间的限制。 (3)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息_______(填“相同”或“不同”)，原因是______________________________________________。 相同 两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵 在同一动物个体中，乳腺上皮细胞和膀胱上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵，故乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。 (4)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中用到的主要技术有________________________________________________________ _____(答出2点即可)。 体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、胚胎冷冻保存 技术 胚胎工程的主要技术有体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、胚胎冷冻保存技术。 返回 课　时　测　评 返回 知识点一　基因工程在农牧业方面的应用 1．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 √ 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2．普通番茄细胞中含有PG基因，其能控制合成多聚半乳糖醛酸酶(简称PG)，PG能破坏细胞壁使番茄软化不耐贮藏。科学家将抗PG基因导入番茄细胞，培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄。如图表示抗PG基因的作用原理，下列有关叙述正确的是 A．该转基因番茄具有抗软化、保鲜时 间长的原理是抗PG基因能阻止PG基因 表达的转录过程，使细胞不能合成PG B．采用PCR技术将抗PG基因进行体外扩增时，在该技术的反应体系中除模板、引物、原料外，还需要逆转录酶 C．将抗PG基因插入Ti质粒的T-DNA上构建基因表达载体 D．番茄细胞中检测不到PG，是个体生物学水平上的鉴定 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 据题图可知，抗PG基因与PG基因转录成的mRNA相互结合，阻止了PG基因表达的翻译过程，使细胞不能合成PG，A错误；PCR过程所需要的条件有模板、引物、原料、Taq DNA聚合酶，B错误；将抗PG基因插入Ti质粒的T-DNA上构建基因表达载体，C正确；番茄细胞中检测不到PG，是分子水平上的检测，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 3．下图是研究人员利用生物工程技术培育能产生人生长激素的转基因牛的过程。下列叙述正确的是 A．①过程需要的工具有限制酶、DNA连接酶和载体 B．接受了重组DNA的受精卵可直接移植到代孕母牛的子宫 C．若在②过程中培养到囊胚阶段，对胚胎进行酶处理，可培育出多头相同的转基因牛 D．胚胎干细胞具有全能性，故受体细胞可用胚胎干细胞代替受精卵 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 ①过程表示基因表达载体的构建，需限制酶、DNA连接酶和载体，A正确；接受了重组DNA的受精卵需要在体外培养至桑葚胚或囊胚阶段，再移植到代孕母牛的子宫，B错误；若在②过程中培养到囊胚阶段，对胚胎进行胚胎分割处理，可培育出多头相同的转基因牛，C错误；胚胎干细胞具有发育的全能性，能够形成所需的各种组织和器官，但是一般不易形成个体，因此不能用胚胎干细胞代替受精卵，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 4．酵母菌细胞壁的主要成分是几丁质。酿酒酵母产酒精能力强，但没有合成淀粉酶的能力；糖化酵母能合成淀粉酶，但酒精发酵能力弱。科研人员通过两种途径改良酵母菌种，实现以淀粉为底物高效生产酒精的目的。下列叙述正确的是 A．途径Ⅰ需用纤维素酶处理酵母菌，再利用PEG诱导融合 B．途径Ⅱ需要以淀粉酶基因作为目的基因构建基因表达载体 C．途径Ⅰ和途径Ⅱ最终获得的目的酵母菌染色体数目相同 D．以淀粉转化为还原糖的效率作为最终鉴定目的菌的指标 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 途径Ⅰ需用几丁质酶处理酵母菌，再利用PEG诱导融合，A错误；根据题意，途径Ⅱ是将糖化酵母的淀粉酶基因提取出来，作为目的基因构建基因表达载体，从而获得目的酵母菌，B正确；途径Ⅰ获得的目的菌株的染色体数目是原来两种酵母菌染色体数目之和，途径Ⅱ获得的目的酵母菌染色体数目与原来酵母菌染色体数目相同，C错误；鉴定目的菌株的指标是酵母菌分解淀粉的能力和酒精发酵的能力，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 知识点二　基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用 5．(2024·辽宁朝阳高三期末)国家生猪种业工程技术研究中心科研团队在转基因猪生物反应器领域取得重要研究进展。在国际上首次利用转基因猪的唾液腺作为生物反应器，高效合成一种对人的神经性疾病具有良好治疗作用的蛋白——人神经生长因子(hNGF)。生产流程如图所示。下列说法错误的是 A．用人hNGF基因与猪成纤维细胞A 中唾液淀粉酶基因的启动子等元件构 建基因表达载体 B．重构胚具有发育成个体的潜能， 移植到代孕猪C体内无须操作便可进行分裂和发育 C．猪卵细胞B需要在体外培养到MⅡ期后通过显微操作去核 D．唾液腺生物反应器与乳腺生物反应器相比具有不受性别限制等特点 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 用猪成纤维细胞A中唾液淀粉酶基因的启动子与人hNGF基因构建基因表达载体，能使目的基因在唾液腺细胞中表达，A正确；重构胚需要激活后才可进行分裂和发育，B错误；卵细胞需要培养到减数分裂Ⅱ中期去核，C正确；乳腺生物反应器只能是雌性动物，唾液腺生物反应器可以不受性别的限制，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 6．(2024·广东汕头高二期中)α1-抗胰蛋白酶是肝脏产生的一种糖蛋白，缺乏该酶会引起肺气肿。某公司成功培育出转基因羊，这种羊进入泌乳期后，其乳汁中含有人类的α1-抗胰蛋白酶，可用于治疗肺气肿。下列相关叙述不正确的有 A．构建基因表达载体需将α1-抗胰蛋白酶基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组 B．构建好的基因表达载体需要通过显微注射技术导入羊的受精卵中 C．受精卵通过早期胚胎培养，一般发育到原肠胚阶段通过胚胎移植到受体子宫孕育 D．为了选育出能泌乳的雌羊，移植前需从胚胎的滋养层取样，通过DNA鉴定分析性别 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 基因工程的目的是培育出转基因羊，让其乳汁中含有人类的α1-抗胰蛋白酶，构建基因表达载体时，需将α1-抗胰蛋白酶基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组，A正确；由于动物细胞的全能性受到限制，故构建好的基因表达载体需要通过显微注射技术导入羊的受精卵中，B正确；受精卵通过早期胚胎培养，一般发育到桑葚胚或囊胚阶段，通过胚胎移植到受体子宫孕育，C错误；为了确保选育出的羊是能泌乳的雌羊，移植前需从胚胎的滋养层取样，通过DNA鉴定分析性别，若为雌性再进行胚胎移植，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 7．(2024·北京朝阳高二期末)目前常用的生物反应器有乳腺生物反应器和膀胱生物反应器。采用基因工程将人凝血因子基因导入山羊受精卵，成功培育出了人凝血因子只存在于乳汁中的转基因羊。下列说法错误的是 A．构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起 B．在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的细胞中不含有药用蛋白基因 C．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制 D．用显微注射技术将表达载体导入受精卵细胞来获得转基因动物 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起，以保证药用蛋白基因能在乳腺中正常表达，A正确；药用蛋白基因存在于该转基因羊所有细胞中，只是在乳腺细胞或膀胱上皮细胞中选择性表达，B错误；雌性山羊发育到一定阶段才能产生乳汁，乳腺生物反应器往往受羊生长发育的阶段和性别的限制，而膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制，C正确；动物受精卵全能性最高，应用显微注射技术将表达载体导入受精卵来获得转基因动物，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 √ 8．(2024·吉林长春高二期中) OsGLO1、EcCAT、EcGCL和 TSR四个基因分别编码四种不 同的酶，研究人员将这些基因 分别与叶绿体转运肽(引导合成的蛋白质进入叶绿体)基因连接，构建多基因表达载体(载体中部分序列如图所示).利用农杆菌转化法转化棉花，在棉花叶绿体内构建一条新的代谢途径，提高棉花产量。下列叙述正确的是(不定项) A．四个基因都在棉花叶绿体外进行转录、翻译 B．OsGLO1、EcCAT基因转录时以DNA的不同单链为模板 C．应选用含卡那霉素的培养基筛选被农杆菌转化的棉花细胞 D．EcGCL和TSR基因在转基因棉中表达时共同合成一条肽链 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 四个基因在叶绿体外合成蛋白 质，由叶绿体转运肽引导合成 的蛋白质进入叶绿体，即这四 个基因的转录和翻译过程都在 叶绿体外完成，A正确；启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，图中OsGLO1、EcCAT基因启动子的位置和方向不同，且RNA链的延伸方向是由RNA的5′→3′，因而，OsGLO1、EcCAT基因转录时以DNA的不同单链为模板，B正确；卡那霉素抗性基因不在T－DNA上，没有转移到宿主细胞的染色体DNA上，因此应用潮霉素培养基筛选被农杆菌转化的棉花细胞，C错误；EcGCL和TSR基因共用一个启动子和一个终止子，在转基因棉细胞内表达形成一个EcGCL蛋白和一个TSR蛋白构成的融合蛋白，融合蛋白具备两种蛋白的功能，并非EcGCL和TSR基因在转基因棉中表达时共同合成一条肽链，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 9．(2024·云南昭通)苹果切开后不久颜色 便会加深，这种现象称为“褐变”。褐 变是由位于细胞的多酚氧化酶(PPO)催 化位于液泡中的多酚类物质生成棕色色 素所致。据此，科研人员培育出了抗褐 变的转基因苹果，其工作流程如图所示， 下列叙述正确的是 A．要想获得抗褐变的转基因苹果，目的基因可选卡那霉素抗性基因或抑制PPO表达的基因 B．过程①是基因工程的核心步骤，至少需要限制性内切核酸酶和DNA聚合酶的参与 C．在步骤③之前，需要用次氯酸钠溶液对苹果嫩叶碎片进行灭菌处理 D．为评估目的基因对抑制苹果褐变的效果，可与导入不含目的基因质粒的植株作对照 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 要想获得抗褐变的转基因苹果，可选抑 制PPO表达的基因作为目的基因，而卡 那霉素抗性基因用作标记基因，A错误； 过程①是目的基因表达载体的构建，是 基因工程的核心步骤，该过程中至少需 要限制性内切核酸酶和DNA连接酶的参 与，B错误；在步骤③之前，需要用次氯酸钠溶液对苹果嫩叶碎片进行消毒处理，从而保证脱分化过程正常进行，C错误；为了评估目的基因对抑制苹果褐变的效果，可与导入不含目的基因质粒的植株作对照，本实验设计的目的是排除质粒导入本身对实验结果的影响，同时也能检测导入目的基因的效果，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 10．(2024·江苏南京高二期末)玫瑰没有生成蓝色翠雀花素所需的“黄酮类化合物3，5-氢氧化酶”的基因，因此蓝玫瑰被认为是不可能培育成功的。科研人员将蓝三叶草中的蓝色素基因植入普通玫瑰而成功培育出了蓝玫瑰，这种玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色。下列叙述正确的是 A．蓝色翠雀花素分布于蓝玫瑰花瓣细胞的液泡中 B．培育蓝玫瑰用到的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体 C．蓝色素基因在所有玫瑰细胞中都能控制合成蓝色翠雀花素 D．科研人员必须将蓝色素基因导入普通玫瑰的卵细胞或受精卵才能获得可遗传的蓝玫瑰 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 蓝色翠雀花素分布于蓝玫瑰花瓣细胞液泡中，叶绿体中不含该色素，A正确；培育蓝玫瑰用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶，载体是基因工程常用的工具，但不是工具酶，B错误；由于基因的选择性表达，蓝色素基因只在玫瑰花瓣中控制合成蓝色翠雀花素，C错误；将目的基因导入植物体细胞，再采用植物组织培养技术也可获得可遗传的蓝玫瑰，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 11．(2024·湖北襄阳高三期末)科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的西红柿，被称之为“西红柿乙肝疫苗”。具体操作是将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入西红柿细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的西红柿，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的 A．实验用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物 B．含M的重组Ti质粒必须插入到西红柿染色体DNA上 C．即使M在西红柿中成功表达，也要做个体生物学水平鉴定 D．西红柿乙肝疫苗成本相对较低且易于储存 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 导入前需要对目的基因M进行扩增，PCR需要两种引物结合M基因的两条链合成相应子链，A正确；含M的T-DNA插入到西红柿染色体DNA上，才能稳定存在和表达，而不是整个Ti质粒，B错误；即使M在西红柿中成功表达，也必须在个体生物学水平鉴定，来确定实际效果，C正确；西红柿种植容易，成本低且易储存，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 √ 12．(2024·山东潍坊高二期中)乙肝 病毒基因工程疫苗的生产和使用流 程如图，质粒中LacZ基因可使细菌 能够利用物质X-gal，从而使菌落呈 现蓝色，若无该基因，菌落则呈白 色。下列叙述正确的是(不定项) A．过程①中目的基因和载体重组 的效率与载体和目的基因的浓度及比例无关 B．过程②需要在培养基中加青霉素和X-gal以获得呈蓝色的大肠杆菌菌落 C．大肠杆菌是否成功表达出乙肝病毒外壳，可用抗原—抗体杂交法进行检测 D．该基因工程疫苗不会出现乙肝病毒感染和增殖的情况，安全性高 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 过程①获取目的基因，构建重组质 粒过程中，增加载体和目的基因的 浓度及比例，可以增加目的基因与 载体碰撞机会，提高目的基因和载 体重组的效率，A错误；过程②表 示将重组质粒导入受体细胞，培养 基中加青霉素和X-gal可以用于筛选 含有重组质粒的大肠杆菌，BamHⅠ和EcoRⅠ由于破坏了质粒中的LacZ基因，却保留了青霉素抗性基因，故白色的大肠杆菌菌落才为所需菌落，B错误；乙肝病毒外壳为蛋白质，可用抗原—抗体杂交法检测大肠杆菌是否成功表达出乙肝病毒外壳，C正确；基因工程疫苗由于只利用了乙肝病毒的外壳，不含其遗传物质，所以不能完成病毒的增殖和感染，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 13．(2024·江西南昌模拟)红细胞生成素(EPO)是人体促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器，使其能合成EPO。下列叙述正确的是(不定项) A．构建表达载体时需将EPO基因插入乳腺蛋白基因的启动子的上游 B．一般情况下，该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中存在和表达 C．可用显微注射技术将含有EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中 D．用PCR扩增人EPO基因，只需要知道两端的EPO基因核苷酸序列 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，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，故构建表达载体时需将EPO基因(目的基因)插入乳腺蛋白基因的启动子的下游，A错误。结合题干“某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器，使其能合成EPO”可知，该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中表达，到合适时期收集羊的乳汁进行相关产物的检测与鉴定。但是，培育转基因羊时，EPO基因是被导入至受精卵中，因此，不只羊的乳腺细胞中存在EPO基因，B错误。将目的基因导入动物受精卵最常用的方法是利用显微注射法将目的基因注入动物的受精卵(全能性高)中，整个受精卵发育成为具有新性状的动物，C正确。用PCR扩增目的基因时，前提是需要一段已知的目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。如果要用PCR扩增人EPO基因，则需要知道两端的EPO基因核苷酸序列，以便扩增完整的EPO基因，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 14．(10分)(2024·陕西宝鸡模拟)基因工程的许多研究成果已经对医药领域产生了深刻的影响，并将更广泛地给临床医学应用带来革命，改善人类健康状况。回答下列问题： (1)研究人员已经可以利用转基因牛的乳腺生物反应器和膀胱生物反应器生产一些医药产品。构建上述生物反应器的核心步骤为____________________。为使药用蛋白基因在乳腺细胞或膀胱上皮细胞中特异性表达，应将该基因拼接在特定的________后面。两类反应器中，膀胱生物反应器更具有生产上的优越性，除了尿液提取简便高效外，___________________________________ _________________________________________________也是原因之一。 基因表达载体的构建 启动子 用膀胱生物反应器生产药物，可从动物一出生就收集产物，不受动物的性别和年龄的限制 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 构建上述生物反应器的核心步骤为基因表达载体的构建；为使药用蛋白基因在乳腺细胞或膀胱上皮细胞中特异性表达，应将该目的基因与在牛特定细胞中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起；与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产药物，可从动物一出生就收集产物，不受动物的性别和年龄的限制。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (2)制药行业利用基因工程菌生产药物，常选大肠杆菌作为受体细胞，一般先用_______处理大肠杆菌细胞，目的是_____________________________ ___________________________。理论上制备能分泌生长激素的“基因工程菌菌株”时，酵母菌比大肠杆菌更适合作为受体细胞，从细胞结构与功能的角度分析，原因是____________________________________________ __________________________________________________________________________。 Ca2+ 使大肠杆菌处于感受态，有利于 吸收周围环境中的DNA分子 大肠杆菌是原核生物，没有细胞器，而酵母菌是真核生物，具有内质网、高尔基体，可对蛋白质加工并分泌到细胞外，便于提取 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 用Ca2+处理大肠杆菌，其目的是使大肠杆菌处于感受态，有利于吸收周围环境中的DNA分子；大肠杆菌是原核生物，没有细胞器，而酵母菌是真核生物，具有内质网、高尔基体，可对蛋白质加工并分泌到细胞外，便于提取，所以制备能分泌生长激素的“基因工程菌菌株”时，酵母菌比大肠杆菌更适合作为受体细胞。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (3)囊性纤维化病是一种遗传病，科学家们设计出基因治疗方法，利用经过修饰的腺病毒作为_______，将治疗囊性纤维化病的正常基因转入患者的肺组织中。在基因治疗的过程中，常用的两种酶有________和_____________。 载体　 限制酶　 DNA连接酶 基因治疗是治疗遗传病的最有效的手段，利用经过修饰的腺病毒作为载体，将治疗囊性纤维化病的正常基因转入患者的肺组织中，这种直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫作体内基因治疗。在基因治疗的过程中，需要剪切和拼接DNA，故用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 15．(14分)(2024·广东广州三模)肝 纤维化与肝细胞癌的发生密切相关。 研究发现活化的人肝星状细胞会大 量合成和分泌Ⅰ型胶原蛋白沉积在 肝小叶的窦间隙，大量产生Ⅰ型胶 原蛋白是肝星状细胞活化的标志之 一。人Ⅰ型胶原蛋白由4条肽链组 成，其中两条由COL1A1基因编码。为了建立能直观反映Ⅰ型胶原蛋白表达量改变的细胞模型，本研究旨在通过基因工程技术构建人COL1A1和绿色荧光蛋白(EGFP)融合基因表达载体，并将其导入到LX-2细胞(永生化的人肝星状细胞)中，为抗纤维化药物研发建立可视化的报告系统。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (1)研究过程中，应将LX-2细胞置于含　　　　　　　　　的气体条件下培养。 95%空气和5%CO2 LX-2细胞为动物细胞，动物细胞培养的气体条件为95%空气和5%CO2。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (2)在构建基因表达载体过程中， 所需要的工具酶有___________ _____________(请写出2点)；其 中Kozak序列能增强EGFP基因 的表达，已知EGFP基因的α链 为转录的模板链，则应将图2中 EGFP基因的　　(填“A”或“B”) 端与Kozak序列连接。 限制酶和 DNA连接酶 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 基因表达载体所需要的工具酶 为限制性内切核酸酶(限制酶) 和DNA连接酶，启动子在基因 的上游，紧挨转录的起始位点， α链为转录的模板链，该链在启 动子及Kozak序列后的方向应为 3′→5′，因此EGFP基因的B端与 Kozak序列连接，基因表达载体应具备目的基因、启动子、复制原点、标记基因、终止子等结构。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (3)已知LX-2细胞可被细胞因子TGF-β1活化，激活COL1A1基因表达，成为肝纤维化研究常见的细胞模型。科学家为验证LX-2细胞能通过EGFP表达来反映表达COL1A1能力的改变，进而筛选抗纤维化药物。对实验进行了分组处理，对照组为无诱导处理的LX-2细胞，模型组为______________ _____________，实验组为_________________________________________ ___________(实验材料：LX-2细胞、TGF-β1、已知具有潜在抗肝纤维化作用的药物青蒿琥酯)。实验结束后，检测各组LX-2细胞荧光强度和相关基因(COL1A1和EGFP)的表达水平，二者相互印证。若实验组的荧光强度均低于模型组的荧光强度，实验结果说明____________________________ _____________________________________。 加TGF-β1处理 的LX-2细胞 加入不同浓度青蒿琥酯与TGF-β1共同处理的 LX-2细胞 LX-2细胞荧光强度的改变可 以反映青蒿琥酯的潜在抗肝纤维化作用 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 科学家为验证LX-2细胞能通过EGFP表达来反映表达COL1A1能力的改变，进而筛选抗纤维化药物。对照组为无诱导处理的LX-2细胞；根据题干信息可知，模型组为经TGF-β1处理的LX-2细胞，实验组为加入不同浓度青蒿琥酯与TGF-β1共同处理的LX-2细胞，一段时间后检测各组LX-2细胞荧光强度和相关基因(COL1A1和EGFP)的表达水平。由于LX-2细胞可被细胞因子TGF-β1活化，激活COL1A1基因表达。若LX-2细胞荧光强度的改变可以反映青蒿琥酯的潜在抗肝纤维化作用，则实验组的荧光强度荧光均低于模型组。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 谢 谢 观 看 ！ 第 3 章 　 基 因 工 程 $$