3.3基因工程的应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第3章 基因工程 第3节 基因工程的应用 对生活中的生物学现象进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。 1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。除了生产干扰素素,基因工程还有哪些应用呢? 举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的哪些应用改善了人类的生活品质。 1.举例说出植物基因工程、动物基因工程的成果及其给人类带来的影响。（生命观念） 2.理性地看待基因工程并说出其在生产和生活中的应用。（社会责任） 一、基因工程在农牧业方面的应用 1．转基因抗虫植物 (1)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)成果：已问世的转基因抗虫植物有 、 玉米、大豆、水稻和马铃薯等。 2．转基因抗病植物 (1)方法：科学家将来源于某些病毒、真菌等的 导入植物中，培育出了转基因抗病植物。 (2)成果：如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 抗虫功能 抗病基因 转基因抗虫棉花 转基因抗虫棉 转基因抗病毒甜椒 3．转基因抗除草剂植物 (1)方法：将 某种除草剂的基因导入 作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。 (2)成果：目前已经获得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)方法：利用 技术可以改良植物的营养价值、观赏价值等。 (2)成果：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。 降解或抵抗 转基因 转基因抗除草剂玉米田 5．提高动物的生长速率 (1)方法：将外源 基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。 (2)成果：我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。 6．改善畜产品的品质 将 基因导入奶牛基因组，使 获得的转基因牛分泌的乳汁中， 的 含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 生长激素 肠乳糖酶 乳糖 1.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？ 减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。 2.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？ 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。 3.为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？ 肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。 对转基因生物进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 ？ 【归纳提升】 　 杂交育种和基因工程育种的特点比较 类型 杂交育种 基因工程 育种特点 所需时间较长，无法完成远缘亲本的杂交 所需时间较短，无远缘亲本难杂交的限制 【例1】（2024·齐齐哈尔高二检测）下图表示培育转基因抗病毒农作物的过程图，正 确的是 (　　) A.过程a需要限制酶和RNA连接酶的参与 B.过程b需要用CaCl2处理，以提高农作物 细胞壁的通透性 C.抗病毒基因一旦整合到农作物细胞的染色体上，就能正常表达 D.转基因抗病毒农作物是否培育成功可通过接种特定病毒进行鉴定 D 图中过程a为构建基因的表达载体，需要用到限制酶和DNA连接酶，A错误；CaCl2处理能提高农杆菌细胞的细胞壁的通透性，B错误；抗病毒基因整合到农作物细胞的染色体上后，不一定能表达（需要进行转录和翻译过程），C错误；转基因抗病毒农作物是否培育成功可通过接种特定病毒，观察番茄是否被感染的实验进行鉴定，D正确。 二、基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用 1．基因工程在医药卫生领域的应用 (1)对微生物或动植物的细胞进行 改造，使它们能够生产药物。药物种类：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 (2)利用基因工程技术，还可以让哺乳动物批量生产药物。 ①方法：科学家将 与乳腺中特异表达的基因的 等调控元件重组在一起，通过 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 后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。 基因 药用蛋白基因 启动子 显微注射 泌乳期 ②成果：科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α­抗胰蛋白酶等重要的医药产品。 (3)基因工程技术还可能使建立 工厂的设想成为现实。 ①方法：在器官供体的基因组中导入调控基因表达的DNA序列， 以抑制 基因的表达，或设法除去 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猪器官。 ②意义：解决人体移植器官短缺问题。 移植器官 抗原决定 抗原决定 基因工程在医药卫生领域的应用 粒细胞集落刺激因子 2．基因工程在食品工业方面的应用 (1)方法：编码牛 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)成果：加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品要用到的脂酶等也都可以通过构建 ， 然后用发酵技术大量生产。 凝乳酶 基因工程菌 1．用乳腺生物反应器或乳房生物反应器可大量生产药物，构建这种药物基因的表达载体时，需要怎样的启动子？ 乳腺蛋白基因的启动子。 2．干扰素是一种几乎能抵抗所有病毒引起感染的糖蛋白，能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素吗？为什么？ 不能。因为大肠杆菌属于细菌，细菌中只有核糖体，没有内质网和高尔基体等其他细胞器，不能加工形成有活性的干扰素，需要再加工。 对乳腺生物反应器进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 ？ 【归纳提升】 1．转基因动物生产过程图解(以转基因牛生产过程为例) 2．转基因微生物生产过程图解(以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例) 目的基因 载体 构建 基因表达载体 导入 受精卵 培养 早期胚胎 胚胎移植 母体 产生 转基因牛 干扰素基因 质粒 构建 基因表达载体 导入 酵母菌 培养 大量可生产干扰素的酵母菌 【例2】（多选）下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，正确的是 (　 　) A．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．科学家正试图在器官供体基因组中导入调控基因表达的DNA序列以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因 ABD 从受精卵到囊胚的发育为卵裂期,此时因细胞有丝分裂导致细胞数量增加,但胚胎总体积并不增大,所以每个细胞的核质比增大,胚胎中DNA总量因细胞数量的增加而增加,A正确；胚胎发育至囊胚期时,细胞逐渐分化,细胞分化的实质是基因的选择性表达,B正确；胚胎的早期发育在透明带内进行的阶段称为卵裂期,囊胚发育到一定阶段会从透明带内伸展出来,这一过程称为孵化,C正确；囊胚分为内细胞团和滋养层,其中滋养层将发育为胎膜和胎盘,但这发生在囊胚期之后,D项错误。 Q 转基因抗虫植物 基因工程的应用 农牧业方面 医药卫生方面 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改善畜产品的品质 提高动物的生长速率 改良植物的品质 让哺乳动物批量生产药物 建立移植器官工厂 食品工业方面 生产食品工业用酶 构建基因工程菌 1．在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是(　　) A．限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸 B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体 C．重组DNA分子只能导入烟草的受精卵 D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞属于个体水平的检测 C 限制酶一般只切割DNA分子双链，而烟草花叶病毒的核酸是RNA，A正确；DNA连接酶连接目的基因和载体，构建基因表达载体，即重组DNA分子，B正确；作为目的基因的受体细胞，可以是烟草的受精卵，也可以是一般的体细胞或烟草的原生质体，C错误；用含除草剂的培养基筛选转基因烟草属于个体生物学水平的检测，D正确。 2．下列有关动物基因工程的说法,错误的是 (　　) A.将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速率 B.将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中,使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低 C.利用基因工程技术,得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产问题 D.用转基因动物作为器官移植的供体时,由于导入的是调节因子,而不是目的基因,因此无法抑制抗原的合成 D 用转基因动物作为器官移植的供体时,可将器官供体基因组导入调控基因表达的DNA序列,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,培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。 3.腺病毒载体重组甲流病毒疫苗（基因重组疫苗）为健康人群提供“三重保 护”，将甲流病毒“拒之门外”。下列叙述正确的是（　　） A．成功接种该疫苗的人以后不会再感染甲流病毒 B．受试者成功接种腺病毒载体重组甲流病毒疫苗后，体内能产生分泌特定抗体的效应T细胞 C．相对于普通人来说，已对腺病毒具有免疫力的个体使用该疫苗的效果要差 D．成功接种疫苗后，主要通过检测受试者体内甲流病毒的含量来评价疫苗的有效性 C 由于甲流病毒易发生变异，所以成功接种该疫苗的人以后还可能会再感染甲流病毒，A错误；受试者成功接种腺病毒载体重组甲流病毒疫苗后，体内能产生分泌特定抗体的浆细胞（效应B细胞），B错误；由于该疫苗会被对腺病毒具有免疫力的个体体内的抗体结合，所以已对腺病毒具有免疫力的个体使用该疫苗的效果比普通人要差，C正确；接种疫苗后，主要通过检测受试者体内甲流病毒的抗体含量来评价疫苗的有效性，D错误。 4.下列有关目的基因的操作能够改善畜产品品质的是 (　　) 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.将人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表达 D.将抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达 B 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;导入肠乳糖酶基因的奶牛的牛奶中乳糖含量少,改善了牛奶的品质;将人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表达是乳腺生物反应器的应用; 抗虫蛋白基因是抗虫基因,能够提高植物的抗性。 5．（2024·齐齐哈尔高二检测）大刍草具有较强的耐盐碱能力，该性状与M蛋白有 关。科学家通过PCR技术获取和扩增M蛋白基因（如图1）。将获得的大量M蛋白基因 与质粒构建基因表达载体，各部分结构如图2所示。 （1）PCR一般可分为________________三步。据图1分析，PCR过程应选择的引物是_______，引物的作用是________________________________________________。 （2）在M蛋白基因两端设计不同黏性末端的目的是_________________________ ________________________________________________________________________质粒中氨苄青霉素抗性基因的作用是________________________。 （1）PCR过程一般可分为变性、复性、延伸三步。DNA分子是由两条链按反向平行方式盘旋成的双螺旋结构，DNA的一条单链具有两个末端，有一个游离的磷酸基团的一端为5′ 端，另一端有一个羟基（–OH），称作3′端，而且DNA聚合酶只能将脱氧核苷酸加到引物的3′ 端，据此分析据图1可知，PCR过程应选择的引物是Ⅱ、Ⅲ，引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′ 端开始连接脱氧核苷酸。(2)在M蛋白基因两端设计不同黏性末端，其目的是在构建基因表达载体时，防止M蛋白基因自身环化，保证M蛋白基因在质粒上正向连接。质粒中氨苄青霉素抗性基因属于基因工程中的标记基因，标记基因的作用是便于重组DNA分子的筛选。 变性、复性、延伸 Ⅱ、Ⅲ 使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 防止M蛋白基因自身环化，保证 M蛋白基因在质粒上正向连接（防止自身环化，保证正正向连接是两个得分点）。 便于重组DNA分子的筛选 （3）为实现质粒和M蛋白基因的高效连接，切割质粒时选用限制酶XmaⅠ而不选用限制酶SmaⅠ的原因是________________________________________________________ __________________________________________________。为将M蛋白基因连接到质粒上，还需要__________________等酶。 分析据图2可知，BglⅡ酶切出的黏性末端的碱基序列能够与M蛋白基因右侧的黏性末端的碱基序列互补配对，XmaⅠ酶切出的黏性末端与M蛋白基因左侧的黏性末端相同，SmaⅠ的酶切末端为平末端，无法与M蛋白基因的黏性末端连接。综上分析，为实现质粒和M蛋白基因的高效连接，切割质粒时选用限制酶XmaⅠ而不选用限制酶SmaⅠ。为将M蛋白基因连接到质粒上，还需要用BglⅡ酶切割质粒，再用DNA连接酶将切割后的质粒与M蛋白基因连接。 XmaⅠ酶切出的黏性末端与M蛋白基因黏性末端相同，SmaⅠ的 酶切末端为平末端，无法与M蛋白基因的黏性末端连接 BglⅡ、DNA连接酶 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $$