第三章 第二节 基因工程的应用价值-【优化探究】2025-2026学年新教材高中生物学选择性必修3同步导学案配套PPT课件（苏教版）

基因工程 第三章　 第二节　基因工程的应用价值 [目标导学]　1.举例说出基因工程在农牧业、食品业和医药业等方面的应用价值。2.阐明乳腺生物反应器的制备过程。 内容索引 NEIRONGSUOYIN 学习任务二　基因工程在食品业和医药业中的应用价值 学习任务一　基因工程在农牧业中的应用价值 课时作业 素养达标 备选题库 教师独具 基因工程在农牧业中的应用价值 学习任务一 梳理 归纳教材知识 1.转基因生物:利用基因工程技术培育的、能稳定遗传 所决定的性状的生物。 2.植物基因工程硕果累累 应用项目 转入基因 成果举例 转基因 抗病植物 病毒的 基因和衣壳蛋白基因以及 基因、植物 基因 抗病的小麦、甜椒或番茄等新品种 外源基因 复制酶 几丁质酶 抗毒素 应用项目 转入基因 成果举例 转基因 抗虫植物 编码苏云金杆菌 的基因 转基因抗虫棉,转基因抗虫水稻、玉米、大豆、马铃薯、烟草、番茄、苹果、核桃、杨树和菊花等抗虫品种也相继问世 转基因 抗逆植物 编码____________ 的基因、调节 的基因 转基因抗冻番茄、抗盐碱和抗干旱烟草 Bt毒蛋白 抗冻蛋白 细胞渗透压 3.动物基因工程显示出诱人的应用前景 (1)改善畜牧产品的品质 ①基因:ω-3脂肪酸去饱和酶基因。 ②成果:培育成可产生较多 的转基因猪。 (2)提高动物的生长速度 ①基因: 基因。 ②成果:转基因绵羊和转基因三文鱼。 ω-3脂肪酸 外源生长激素 4.运用基因工程改良动植物品种的优点 能打破常规育种难以突破的 的界限。 物种之间 [正误辨析] (1)导入外源生长素基因的转基因动物,生长速度更快。( ) (2)转基因抗虫棉的Bt毒蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌。 ( ) (3)运用基因工程改良动植物品种,最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。 ( ) × × √ 探究 要点合作突破 1.如图是世界推广种植面积最广的4种转基因植物,其中有转基因抗虫植物、转基因抗病植物,试分析其推广优势。 提示:减少了化学农药的使用量,降低了生产成本,同时降低了环境污染。 2.在种植转基因作物时,一般要将转基因作物与非转基因作物进行间行种植,其目的是什么? 提示:降低害虫种群中抗性基因频率的增长速率。 3.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、胚胎移植等。 [核心知识] 1.转基因植物的培育过程 2.转基因动物的培育过程(以转基因牛培育过程为例) 1.苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白(Bt)与豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)杀虫机理不同。在转基因作物种植区,发现棉铃虫种群抗性基因频率显著上升。科学家尝试用转双基因烟草对棉铃虫幼虫进行多代抗性筛选。以下叙述不正确的是 (　　) A.利用DNA分子杂交技术可对植株的抗虫性状进行检测 B.单基因抗性筛选与双基因抗性筛选导致棉铃虫种群基因库不同 C.种植转双基因的烟草可减缓棉铃虫种群抗性基因频率上升速度 D.转基因植物的培育和种植应考虑可能造成的生态风险 强化 题点对应训练 A 解析:利用DNA分子杂交技术可以检测目的基因,但是不能检测植株的抗虫性状,A错误;单基因抗性筛选与双基因抗性筛选由于导入的基因不同导致棉铃虫种群基因库不同,B正确;种植转双基因的烟草与种植只含一种转基因植物相比,可减缓棉铃虫种群抗性基因频率上升速度,C正确;转基因植物的培育和种植应考虑可能造成的生态风险,D正确。 2.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.基因工程培育的生物只能是植物和动物 D 解析:基因工程的应用是非常广泛的,它培育的生物可以是微生物，也可以是植物或动物,D错误。 基因工程在食品业和医药业中的应用价值 学习任务二 梳理 归纳教材知识 1.基因工程在食品业中的应用价值 (1)植物品质改良主要包括植物 、糖类、脂肪品质的改良以及维生素种类和含量的改良。 (2)基因工程在 、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产,以及广泛应用于食品制造业的淀粉酶、 、脂肪酶、蛋白酶的大规模生产方面也大显身手。 蛋白质 氨基酸 纤维素酶 2.基因工程在医药业中的应用价值 (1)基因工程药物 ①利用转基因工程菌生产药物 药物来源 转基因工程菌 成果 重组人胰岛素、 、抗体、疫苗、激素等 应用 可用于肿瘤、心血管病、传染病、糖尿病、类风湿等疾病的预防和治疗 细胞因子 ②利用生物反应器生产药物 a.生物反应器的种类:乳腺生物反应器、膀胱生物反应器、 生物反应器等。 b.乳腺生物反应器的构建 输卵管 启动子 (2)基因治疗 ①概念:利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法,包括基因诊断、基因分离、 、目的基因导入等多项技术。 载体构建 ②类型 种类 概念 体内基 因治疗 将分离出来的带有治疗作用的基因通过载体转入患者体内的某些细胞,直接纠正或弥补缺陷基因的功能 体外基 因治疗 采用转基因技术将带有治疗作用的基因导入病毒基因组,再用病毒感染受体细胞,治疗基因整合到受体基因组后,受体细胞经 培养、增殖后导入患者体内 ③基因诊断是采用多种方法确定和定位 的过程。 体外 病变基因 [正误辨析] (1)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性。 ( ) (2)药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中,其他细胞中没有。 ( ) (3)在青霉菌体内获取青霉素属于利用基因工程技术制取药物。 ( ) √ × × 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,回答问题。 (1)方法一中,为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞,应用______________ _____________处理细菌细胞,目的是使细胞处于一种_________________ _________________________。 　 探究 要点合作突破 一定浓度的 CaCl2溶液 容易接受外来 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________________。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　　　　　　　　　　　等重组在一起。  (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什么?(至少答出2点)。 提示:单细胞、繁殖快、产物易获得。 显微注射法 乳腺蛋白基因的启动子 (4)与工程菌生产药用蛋白相比,用动物乳腺作为反应器生产药用蛋白的优势有哪些? 提示:①动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统,生产的蛋白质活性高,更稳定。②产物直接经乳汁分泌,易提取。 [核心知识] 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别(在生产人的药用蛋白方面) 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 比较内容 乳腺生物反应器 工程菌 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 比较内容 乳腺生物反应器 工程菌 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 1.下列有关基因工程的成果及应用的说法,错误的是(　　) A.基因工程中抗虫、抗病转基因植物的种植减少了农药的使用 B.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物 C.基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,以达到治疗的目的 D.利用基因工程技术,将人胰岛素基因转入大肠杆菌后,大肠杆菌表达出的胰岛素与人的胰岛素结构相同 强化 题点对应训练 D 解析:基因工程中抗虫、抗病转基因植物的种植减少了农药的使用,有利于降低生产成本,减少农药对环境的污染,A正确;基因工程的应用很广泛,基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物,B正确;基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,基因治疗的原理是基因重组,这是治疗遗传病的最有效手段,C正确;利用基因工程技术,将人胰岛素基因转入大肠杆菌后,大肠杆菌表达出的胰岛素与人的胰岛素结构不相同,因为大肠杆菌没有内质网和高尔基体等细胞器,不能对胰岛素进行加工,D错误。 2.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。采用基因工程技术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。下列相关说法错误的是 (　　) 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 B 解析: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只在乳腺中正常表达,A正确;药用蛋白基因存在于该转基因羊的所有细胞中,只是在乳腺细胞中选择性表达,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。 备选题库 教师独具 1.下列不属于利用基因工程技术生产药物的是 (　　) A.从酵母菌体内获得干扰素 B.从奶牛乳腺分泌的牛奶中获得人胰岛素 C.从大肠杆菌体内获得白细胞介素 D.从毛霉菌体内获得蛋白酶和脂肪酶 D 解析:利用基因工程技术可制取药物,如使外源干扰素基因在酵母菌体内表达获得干扰素,从奶牛乳腺分泌的牛奶中获得人胰岛素和从大肠杆菌体内获得白细胞介素,A、B、C不符合题意;从毛霉菌体内获得蛋白酶和脂肪酶不属于利用基因工程技术生产药物,D符合题意。 2.科学家利用转基因技术成功培育出一头转入了赖氨酸基因的转基因牛,从其乳汁中可获得大量的赖氨酸。以下相关叙述,正确的是(　　) A.该题中赖氨酸基因表达载体的受体细胞的性染色体组成可以是XX,也可以是XY B.将赖氨酸基因导入牛的卵细胞中,通过组织培养也能形成转基因牛 C.人们只在转基因牛的乳汁中才能获取赖氨酸,是因为只在转基因牛的乳腺细胞中才有赖氨酸基因 D.运用基因工程技术让牛合成大量的赖氨酸,该技术将导致定向变异 D 解析:由于只有母牛能产生乳汁,因此该题中赖氨酸基因表达载体的受体细胞的性染色体组成只能是XX,A错误;将目的基因导入动物细胞时选择的受体细胞是受精卵,B错误;转基因动物由受精卵发育而来,因此转基因动物的体细胞中都有赖氨酸基因,但是该基因只在乳腺细胞中表达,C错误;基因工程是人为地将目的基因导入受体细胞,可以定向改造生物的性状,D正确。 3.(多选)采用基因工程技术培育转基因羊作为乳腺生物反应器,使其能合成人凝血因子且只存在于乳汁中。下列说法正确的是 (　　) A.该转基因羊的所有细胞都含有人凝血因子基因并可以正常表达 B.将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器 C.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛 D.该转基因羊可以将人凝血因子基因传递给后代 CD 解析:该转基因羊的所有细胞都含有人凝血因子基因,但只有乳腺细胞表达人凝血因子,使其能合成人凝血因子且只存在于乳汁中,A错误;培育转基因羊作为乳腺生物反应器,需通过显微注射技术将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊受精卵中,B错误;与乳腺生物反应器(只能选雌性)相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛,C正确;培育该转基因羊的受体细胞为受精卵,故其产生的生殖细胞中可能会含有人凝血因子基因,有可能将人凝血因子基因传递给后代,D正确。 4.下列有关基因工程的成果及应用的叙述,正确的是(　　) A.将人的胰岛素基因导入大肠杆菌后,表达出的胰岛素与人的胰岛素结构完全相同 B.培育青霉菌并从中提取青霉素 C.基因工程在农业上的应用主要是培育抗除草剂、抗虫、抗病和抗盐碱的农作物 D.可将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使其肠道表达肠乳糖酶,从而改善牛奶品质 C 解析:利用基因工程技术,将人的产生胰岛素的基因转入大肠杆菌后,大肠杆菌表达出的胰岛素与人的胰岛素结构不完全相同,因为大肠杆菌属于原核生物,无内质网与高尔基体,无法对胰岛素进行加工,A错误;培育青霉菌并从中提取青霉素没有采用基因工程技术,B错误;基因工程的应用很广泛,在农业上的应用主要是培育抗除草剂、抗虫、抗病和抗盐碱的农作物,C正确;可将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使其乳腺中表达肠乳糖酶,从而改善牛奶品质,而不是在肠道表达该基因,D错误。 5.PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为探究PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因,研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因),大小为0.9 kb(1 kb=1 000碱基对),利用乳腺生物反应器来表达该蛋白。回答下列问题。 (1)为获取phb2基因,提取该动物肝脏组织的总RNA,再经　　　　过程得到cDNA,以该cDNA为模板进行PCR扩增phb2基因,PCR需要的条件是______________________________________________________________________ 　 　　　。  逆转录 (成对的)引物,模板、四种脱氧核苷酸(dNTP)、热稳定的DNA聚合 酶(Taq酶)、缓冲液等 (2)制备乳腺生物反应器前,首先将获得的Phb2基因与__________________ 　　 　等调控元件连接;通常需要在基因两端引入产生不同黏性末端的限制酶切割位点序列再构建出表达载体,这种方案的优点是 　　　　 　;将构建好的基因表达载体通过　　　　　技术注入受精卵中,再将受精卵培养成早期胚胎移入受体获得转基因成功的动物。  乳腺蛋白基因的 启动子 防止目的基因和质粒自身环化;使目的基因和载体正确(定向)连接 显微注射 (3)近来人们尝试制备唾液腺生物反应器来代替乳腺生物反应器,与乳腺生物反应器相比其优点是___________________________________(至少两点),结合乳腺生物反应器的制备,简单说明唾液腺生物反应器制备过程________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。  不受性别和(生长发育)时间限制 将目的基因与唾液腺中特异表达的基因的启动子连接,构建出基因的表达载体导入受体细胞(受精卵),培养成早期胚胎移入受体 解析:(1)为获取phb2基因,提取该动物肝脏组织的总RNA,进行逆转录过程可得到cDNA,以该cDNA为模板进行PCR扩增phb2基因,PCR需要(成对的)引物,双链DNA为模板、四种脱氧核苷酸(dNTP)为原料、热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)、缓冲液等。 (2)启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点,制备乳腺生物反应器前,首先将获得的Phb2基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件连接;在基因两端引入产生不同黏性末端的限制酶切割位点序列再构建出表达载体,目的基因两端黏性末端不同,可以防止目的基因和质粒自身环化,可使目的基因和载体正确(定向)连接。将基因表达载体导入动物细胞的方法是显微注射技术。通过显微注射技术将目的基因导入受精卵中,再将受精卵培养成早期胚胎移入受体获得转基因成功的动物。 (3)唾液腺生物反应器与乳腺生物反应器相比其优点是不受性别和(生长发育)时间限制。唾液腺生物反应器制备过程:将目的基因与唾液腺中特异表达的基因的启动子连接,构建出基因的表达载体导入受体细胞(受精卵),培养成早期胚胎移入受体,获得转基因成功的动物。 课时作业 素养达标 [基础巩固练] 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毒蛋白基因 B.抗病毒转基因烟草——几丁质酶基因 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 B 解析:培育抗虫棉时,所用的目的基因是来自细菌的Bt毒蛋白基因,A正确;几丁质酶基因一般是抗真菌转基因植物的目的基因,B错误;培育抗盐碱和抗干旱植物时,所用的目的基因是调节细胞渗透压的基因,C正确;培育耐寒的番茄时,所用的目的基因是抗冻蛋白基因,D正确。 2.下列生物技术操作不会达成预期目标的是 (　　) A.将胰岛素基因表达质粒转入酵母菌,筛选获得产胰岛素工程菌 B.将肠乳糖酶基因导入奶牛乳腺细胞,培育产低乳糖牛乳的奶牛 C.将体外改造后能识别特定癌细胞的T细胞回输患者,进行癌症治疗 D.将花青素代谢相关基因导入植物体细胞,获得具有特定花色的植株 B 解析:将含胰岛素基因表达载体的重组质粒转入酵母菌,经过筛选可以获得能生产胰岛素的工程菌,A不符合题意;将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,可以培育出产低乳糖牛乳的奶牛,如果导入奶牛乳腺细胞则不能达成预期目标,B符合题意;将体外改造后能识别特定癌细胞的T细胞回输患者,可以识别特定的癌细胞,从而进行癌症治疗,C不符合题意;将花青素代谢基因导入植物体细胞,再经植物组织培养获得具有特定花色的植株,D不符合题意。 3.基因工程自20世纪70年代兴起以来,在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域得到广泛的应用。下列关于基因工程应用的叙述,正确的是 (　　) A.我国科学家培育的Bt毒蛋白抗虫棉对棉铃虫具有较强的抗性 B.我国科学家将赖氨酸合成酶基因导入玉米,获得富含赖氨酸的转基因玉米 C.我国科学家将乙烯合成相关基因导入番茄,获得延熟番茄,储存时间大大延长 D.将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器 A 解析:苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫死亡,而此毒蛋白对人畜无害,据此科学家通过基因工程,将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入到普通棉株细胞内,并成功地实现了表达,从而培育出了能抗棉铃虫的抗虫棉,A正确;我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米,获得富含赖氨酸的转基因玉米,B错误;我国科学家将控制番茄果实成熟的基因导入番茄,获得转基因延熟番茄,储存时间大大延长,C错误;转基因动物中常用的受体细胞为受精卵,通过显微注射技术将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊受精卵中,获得生产人凝血因子的乳腺生物反应器,D错误。 4.下列与基因工程应用有关的说法,错误的是 (　　) A.可以利用“工程菌”生产人胰岛素 B.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因,达到治疗疾病的目的 C.通过基因工程技术可培育多种抗虫转基因植物 D.转基因动物可以通过分泌乳汁来生产所需要的药品,称为乳腺生物反应器 B 解析:可将胰岛素基因导入细菌中构建工程菌来生产人胰岛素,属于基因工程在微生物领域的应用,A正确;基因治疗是指把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,B错误;通过基因工程技术可培育多种抗虫转基因植物,属于基因工程育种,C正确;转基因动物通过分泌的乳汁来生产所需要的药品,称为乳腺生物反应器,这是基因工程在医药生产上的应用,D正确。 5.科学家运用基因工程技术,将人血白蛋白基因导入山羊的受精卵中,培育出羊乳腺生物反应器,使羊乳汁中含有人血白蛋白。以下相关叙述正确的是 (　　) A.该转基因羊中的人血白蛋白基因只存在于乳腺细胞中 B.可以用显微注射技术将含有目的基因的表达载体导入羊的乳腺细胞中 C.人血白蛋白基因需要与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件进行重组 D.利用乳腺生物反应器生产药物不受性别和生殖期的限制 C 解析:该过程把人血白蛋白基因导入山羊的受精卵中,因此在山羊的各个细胞中都含有人血白蛋白基因,A错误;以动物细胞作为受体细胞时,通常采用受精卵(全能性高),B错误;若想人血白蛋白基因在乳腺中表达,则应将人血白蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件进行重组,C正确;由于只有雌性动物在哺乳期分泌乳汁,因此药物的生产会受到转基因动物性别和生殖期的限制,D错误。 6.通过基因工程对遗传物质进行改造的实例中,子代不会遗传获得该性状的是 (　　) A.将胰岛素基因表达载体导入酵母菌,筛选获得的胰岛素工程菌 B.将烟草花叶病毒外壳蛋白基因导入烟草体细胞,最终获得的转基因烟草 C.以修饰的腺病毒为载体,将治疗囊性纤维病的正常基因导入患者肺组织中 D.将人血白蛋白基因导入羊受精卵,培育出做乳腺生物反应器的奶羊 C 解析:将胰岛素基因表达载体导入酵母菌,筛选获得胰岛素工程菌的过程属于基因工程,其原理是基因重组,属于可遗传变异,因此其子代会遗传获得该性状,A不符合题意;转基因烟草通过体细胞组织培养得到转基因植株,故子代能遗传获得该性状,B不符合题意;将治疗囊性纤维病的正常基因导入患者肺组织(体细胞)中,患者的生殖细胞中不含有该正常基因,因此其子代不会遗传获得该性状,C符合题意;将人血白蛋白基因导入羊受精卵,培育出作乳腺生物反应器的奶羊,这是基因工程在医药生产上的应用,该过程中受精卵中的遗传物质发生改变,故可以遗传给后代,D不符合题意。 7.基因工程自20世纪70年代兴起后,在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述,正确的是(　　) A.喷施除草剂后,杂草被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤 B.将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,可以增加乳汁中乳糖含量 C.作为乳腺生物反应器的动物体内只有乳腺细胞含目的基因 D.将牛凝乳酶导入黑曲霉中,再通过工业发酵可以生产凝乳酶 A 解析:抗除草剂玉米含有抗性基因,喷施除草剂后除草剂玉米不会受到损伤,A正确;将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,可产生乳糖酶降解乳糖,降低乳汁中乳糖含量,B错误;作为乳腺生物反应器的动物体内所有细胞都含有目的基因,但只有乳腺细胞才能表达目的基因,C错误;将牛凝乳酶基因导入黑曲霉中,再通过工业发酵可生产凝乳酶,D错误。 8.如图为利用奶牛的乳汁生产胰岛素的流程图。回答下列问题。 (1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的条件有____________________ 　 　　　　　　(答出2点即可)。而作为基因表达载体,除了满足上述基本条件外,还需要具有启动子和终止子。  (2)据图分析,最好选用　　　　　　　(填限制酶名称)分别切割目的基因和质粒分子。当胰岛素基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是　　　　　　　。  具有自我复制的 能力、有一个至多个限制酶切割位点、含有标记基因 SmaⅠ、PstⅠ 磷酸二酯键 (3)将重组质粒导入受精卵的方法是　　　　　　;经检测,胰岛素基因已导入受体细胞的基因组中,但转基因奶牛通过乳腺生物反应器未生产出胰岛素,根据中心法则分析,其原因可能是__________________________ 　　　　 　　　。  (4)通过乳腺生物反应器生产胰岛素,需提前对形成的受精卵进行筛选,保留性染色体组组成为　　　 (填“XX”或“XY”)的类型。  显微注射法 胰岛素基因(目的基因) 的转录或翻译异常 XX 解析:(1)质粒载体是小型环状DNA,其作为基因工程的工具应具备的条件有:具有自我复制的能力、有一个至多个限制酶切割位点、含有标记基因。 (2)据图可知,AluⅠ会破坏目的基因,故不能选择,而目的基因两侧无Hind Ⅲ的酶切位点,也不能选择,此外为保证重组质粒的正确连接,最好采用双酶切,故选择SmaⅠ、PstⅠ分别切割目的基因和质粒分子;DNA连接酶能使两个DNA片段相连,故形成的是磷酸二酯键。 (3)将重组质粒导入受精卵采用显微注射法;目的基因导入成功,但没有产生相应的蛋白质,原因可能是胰岛素基因(目的基因)的转录或翻译异常。 (4)只有雌性动物才能泌乳,所以通过乳腺生物反应器生产胰岛素需提前对形成的受精卵进行筛选,要保留性染色体组成为XX类型的受精卵。 [素能培优练] 9.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,被称为“西红柿乙肝疫苗”。具体操作: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。下列叙述错误的是 (　　) 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 B 解析:导入前需要对M基因扩增,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。 10.疫苗是人类预防疾病强有力的手段,疫苗产业也是医疗卫生事业和生物技术产业的重点发展领域之一,目前生产疫苗的两种方法主要有:利用转基因工程菌和借助动物细胞的大规模培养。例如,生产乙肝疫苗时,可以将S基因导入大肠杆菌构建工程菌生产重组乙肝疫苗,或者大规模培养能够表达S蛋白的中国仓鼠卵巢细胞获得乙肝疫苗。下列有关两种方法的叙述，错误的是 (　　) A.两种方法都需用转基因技术构建工程菌或工程细胞 B.将S基因导入大肠杆菌构建工程菌时，需要使用钙离子处理细胞 C.体外培养中国仓鼠卵巢细胞时，要定期更换培养液以创造无菌环境 D.哺乳动物细胞表达的外源蛋白更接近乙肝病毒的S蛋白 C 解析:前者生产乙肝疫苗时,需要培养导入了S基因的大肠杆菌,后者生产乙肝疫苗时,需要培养导入了S基因的中国仓鼠卵巢细胞,A正确;将S基因导入大肠杆菌构建工程菌时需要使用钙离子处理细胞,钙离子能增加细胞质膜对DNA分子的通透性,有利于S基因的导入,B正确;体外培养中国仓鼠卵巢细胞时要定期更换培养液以补充营养,减少代谢废物的积累,C错误;乙肝病毒感染真核细胞,因此真核细胞表达的外源蛋白更接近乙肝病毒的S蛋白,D正确。 11.(多选)动物生物反应器研究和开发的重点是动物乳腺生物反应器和动物血液生物反应器,即把人体相关基因整合到动物胚胎里,使得到的转基因动物血液中或长大后分泌的乳汁中含有人类所需要的药用蛋白质。下列相关说法错误的是 (　　) A.在制备乳腺生物反应器时需将目的基因导入乳腺细胞中 B.将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起构建成表达载体 C.可以通过DNA分子杂交技术鉴别药用蛋白基因是否导入受体细胞 D.转基因动物产生的生殖细胞中不含药用蛋白基因 AD 解析:在制备乳腺生物反应器时需将目的基因导入受精卵中,A错误;将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起构建成表达载体,B正确;可通过DNA分子杂交技术检测目的基因是否成功插入受体细胞染色体DNA上,C正确;转基因动物的体细胞是由同一个受精卵(含有目的基因)经有丝分裂形成的,故形成的配子中可能含目的基因,D错误。 12.(多选)某些膀胱上皮细胞可以产生一种称为尿血小板溶素的膜蛋白。科学家将人的生长激素基因插入小鼠基因组内制成膀胱生物反应器,使小鼠膀胱可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。下列说法不正确的是(　　) A.利用膀胱生物反应器生产人的生长激素属于基因工程的应用 B.需要将尿血小板溶素基因与生长激素基因的启动子重组在一起 C.转基因小鼠中,人的生长激素基因只存在于膀胱上皮细胞中 D.只在小鼠细胞中检测到人的生长激素基因,不能说明该技术已获得成功 BC 解析:结合分析可知,利用膀胱生物反应器生产人的生长激素,属于基因工程的应用,A正确;在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异表达,故应将人的生长激素基因(目的基因)与尿血小板溶素基因的启动子等调控组件重组在一起,B错误;导入成功的人的生长激素基因存在于小鼠的所有细胞中,但只在膀胱组织细胞中表达,C错误;在小鼠细胞中检测到人的生长激素基因,不能说明该技术已获得成功,若证明该技术成功,需收集小鼠尿液,检测是否含人生长激素,D正确。 13.某植物的A基因是一个受低温等因素诱导表达的基因,其表达产物A蛋白是该种植物获得耐寒性不可或缺的一种防冷冻蛋白。科研小组欲利用A基因培育转基因抗冻番茄新品种。A基因上的两个限制酶切割位点及载体结构如图所示,回答下列问题。 (1)研究人员用限制酶EcoRⅠ切出的末端Ⅰ为 ,用限制酶SmaⅠ切出的末端Ⅱ为 ,请依次写出这两种限制酶的识别 序列,并用箭头标出切割位点　 　　、　　 　。  (2)利用PCR扩增目的基因时,需向反应体系中加入两种引物,引物的作用是　 　　　。图中启动子的作用是　 　　　　。  使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸 RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录 (3)A基因转录时以图1中α链为模板链,mRNA自身的延伸方向为5'→3'。A基因应插入图2中　　　　　(填“启动子甲”或“启动子乙”)的下游,并且酶切位点　　　(填“1”或“2”)离该启动子更近些。  (4)基因工程育种与杂交育种相比具有　 　　　　的优势,与诱变育种相比具有　　 　　　的优势。  启动子乙 2 克服远缘杂交不亲和的障碍 可以定向改造生物的遗传性状 (5)为使甘蓝具有抗除草剂能力,科研人员将除草剂草甘膦抗性基因转入甘蓝植株,获得抗草甘膦转基因甘蓝。回答下列问题。 a.草甘膦抗性基因一条链的两端序列如图1所示,采用PCR技术获取和扩增草甘膦抗性基因时应选用的2种引物序列是_________________________ 　 　　(标出5'端和3'端)。若初始加入1个草甘膦抗性基因,则历经4次PCR循环需要消耗引物数量为　　　个。  5' -CTTGGATGAT-3'和 5' -TCTGTTAAT-3' 30 b.图2中步骤③将农杆菌与甘蓝愈伤组织共培养后,在步骤④的培养基中添加　 　　以便筛选出含目的基因的甘蓝植株。添加此抗生素而不选用另一种抗生素筛选的原因是____________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 。  c.若要检测转基因甘蓝植株是否产生抗除草剂蛋白,所用的方法是　　　　 　。  潮霉素 由图可知潮霉素抗性基因在T-DNA 片段中,卡那霉素抗性基因不在T-DNA片段中,所以潮霉素抗性基因可随T-DNA转移到被侵染的细胞,并且随其整合到该细胞的染色体DNA上,从而使含目的基因的甘蓝植株有潮霉素抗性,所以能在含潮霉素的培养基上筛选含目的基因的甘蓝植株 抗原—抗体杂交 解析:(1)由题干可知,限制酶EcoRⅠ切出的末端Ⅰ为 ,可推知该酶的切割位点位于碱基G和碱基A之间,与之对应形成的另一黏性末端为 ;两末端重新连接成 ,即为限制酶EcoRⅠ的识别序列;限制酶SmaⅠ切出的末端Ⅱ为平末端 ,可推知该酶在识别序列的中心轴线处进行切割,因此其识别序列为 。 (2)进行PCR时所用引物是根据一段已知目的基因的碱基序列设计的,它使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。图中启动子的作用是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录。 (3)图2中启动子乙是受低温等因素诱导表达的启动子,因此A基因应插入启动子乙下游。由于A基因转录时以图1中α链为模板链(其左侧是5'端,右侧是3'端),且mRNA自身的延伸方向为5'→3',因此可判断A基因转录时从基因A的右侧(即酶切位点2)开始转录的,因此右侧即酶切位点2应该离启动子较近。 (4)杂交育种过程中不同物种杂交无法产生可育后代,而基因工程育种能够克服远缘杂交不亲和的障碍;由于基因突变具有不定向性,因此诱变育种无法定向改造生物性状,相比之下,基因工程能导入已知功能的外源基因,可以定向改造生物的遗传性状。 (5)碱基序列磷酸端为5'端,羟基端为3'端,在进行PCR操作时,引物应分别从基因两条链的3'端,根据碱基互补配对原则结合。根据图中两端序列可推知选用的2种引物序列分别是5'⁃CTTGGATGAT⁃3'和5'⁃TCTGTTAAT⁃3'。若初始加入1个草甘膦抗性基因,则历经4次PCR循环可形成16个DNA分子,其中原有2条母链没有引物,其余子链都有引物,故需要消耗引物数量为15×2=30个。图2中步骤③将农杆菌与甘蓝愈伤组织共培养后,在步骤④的培养基中应添加潮霉素以便筛选出含目的基因的甘蓝植株。由图可知潮霉素抗性基因在T-DNA片段中,卡那霉素抗性基因不在T-DNA片段中,所以潮霉素抗性基因可随T-DNA转移到被侵染的细胞,并且随其整合到该细胞的染色体DNA上,从而使含目的基因的甘蓝植株有潮霉素抗性,所以能在含潮霉素的培养基上筛选含目的基因的甘蓝植株。检测转基因甘蓝植株是否产生抗除草剂蛋白,可以用抗原—抗体杂交的方法。 14.透明质酸是一种应用广泛的黏性多糖,研究者欲改造枯草芽孢杆菌,通过添加诱导型启动子来协调菌体生长与产物生产之间的关系。 (1)图1中透明质酸合成酶基因H以a链为转录模板链,由此可以推测H基因的转录是从其　　　(填“左侧”或“右侧”)开始的。透明质酸合成酶基因H上的一段核苷酸序列为“⁃ATCTCGAGCGGG⁃”,则对该序列进行剪切的XhoⅠ识别的核苷酸序列(6个核苷酸)最可能为______________ ______________。  右侧 ⁃CTCGAG⁃或 ⁃GAGCTC⁃ (2)为通过外源添加诱导剂来控制基因的表达,研究者选择了含木糖诱导型启动子的p质粒。为保证图1中酶切后的H基因按照正确的方向与p质粒连接,p质粒位点1和2的识别序列所对应的酶分别是______________ _________,酶切后加入　　　　　酶使它们形成重组质粒。  XhoⅠ酶和 DNA连接 BsaⅠ酶 (3)为协调菌体生长与产物生产之间的关系,将构建好的重组质粒转入经　　　　　　处理后的枯草芽孢杆菌D(D菌),在含　　　　　的培养基上筛选,得到枯草芽孢杆菌E(E菌)。对E菌进行工业培养时,培养基应先以蔗糖为唯一碳源,接种2小时后添加　　　　,以诱导E菌产生更多的透明质酸。  Ca2+/CaCl2 四环素 木糖 (4)质粒在细菌细胞中遗传不稳定、易丢失,研究者尝试将重组质粒进行改造,利用同源区段互换的方法将H基因插入枯草芽孢杆菌D的基因组mpr位点,得到整合型枯草芽孢杆菌F(F菌)。请在图2方框中画出F菌的基因组。 答案: (5)对三种枯草芽孢杆菌进行培养,结果如图3,　　 最适宜工业发酵生产透明质酸,请说明理由:_____________________________________ 　　　　 　　　。  F菌 F菌比E菌生长迅速,透明质酸产量高,培养 基中不需要添加四环素,H基因整合到细菌DNA上,不易丢失 解析:(1)由于基因转录方向从模板3'到5',由此可以推测H基因的转录是从其右侧开始的。限制酶切割DNA,须两条链都有识别位点(即识别片段两条链序列成倒序),选⁃CTCGAG⁃片段,则另一条链为⁃GAGCTC⁃。都有识别位点,故推测该序列进行剪切的Xho识别的核苷酸序列(6个核苷酸)最可能为⁃CTCGAG⁃或⁃GAGCTC⁃。 (2)透明质酸合成酶基因H以a链为转录模板链,转录时mRNA自身的延伸方向为5'→3',即转录是从DNA链的3'端开始,再结合质粒中启动子的方向可知,图1中p质粒位点1和2所对应的酶分别是XhoⅠ酶和BsaⅠ酶。DNA连接酶可以连接DNA片段,DNA聚合酶是将单个脱氧核糖核苷酸按照顺序连接到DNA链上。 (3)将目的基因导入微生物细胞常用Ca2+处理法,Ca2+可使受体细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子生理状态,这种细胞叫感受态细胞。由图1可知,P质粒含有四环素抗性基因,因此可在含四环素培养基上筛选,得到枯草芽孢杆菌E。枯草芽孢杆菌E(E菌)生长需要以蔗糖作为碳源和能源物质,2 h后由于枯草芽孢杆菌E(E菌)存在木糖诱导型启动子,因此此时可添加木糖。 (4)由题意可知,mpr位点为改造后的重组质粒和D菌的同源区段,其间只含有 ,所以这一部分交叉互换,将H基因插到了枯草芽孢杆菌的基因组mpr位点,而失去了四环素抗性基因,故最终得到的F菌的基因组图示见答案。 (5)由图3可知,F菌比E菌生长迅速,透明质酸产量高,培养基中不需要添加四环素,H基因整合到细菌DNA上,不易丢失,适宜工业发酵生产。 $$