第3章 第3节 基因工程的应用-【金版新学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步课堂高效讲义教师用书word（人教版，单选）

本讲义聚焦基因工程的应用，系统梳理其在农牧业（抗虫、抗病植物，转基因动物）、医药卫生（药物生产、乳腺生物反应器）及食品工业（氨基酸、酶）的具体实例，通过自我诊断、情境活动、归纳总结表格构建学习支架，衔接基因工程原理与实际应用。 资料以情境分析（如抗虫棉检测）和实验设计（对照组设置）培养科学思维，通过乳腺生物反应器与基因工程菌对比深化结构与功能观，体现探究实践。课中活动引导学生辩证思考，课后自我诊断与针对练助力查漏补缺，理性看待技术应用彰显态度责任，提升教学效果与学生学习效率。

第3节　基因工程的应用 [学习目标]　1.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生等方面的应用。　2.理性看待基因工程在生产和生活中的应用。 任务一　基因工程在农牧业方面的应用 　　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。 (源于教材P92“拓展应用”)在探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的实验中，如何设计对照组？对照组为非转基因矮牵牛。 【自我诊断】 1.从苏云金杆菌中分离出Bt抗虫蛋白基因导入棉花中，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.转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快。 (×) 5.转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌。 (×) [活动1]　详解基因工程在农牧业方面的应用 情境：下面是基因工程技术在农牧业方面的应用成果，分析回答下列问题： (1)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。 学生用书⬇第111页 (2)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。 (3)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。 【归纳总结】 1.转基因植物培育过程 2.转基因动物的培育过程(以转基因牛培育过程为例) 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 针对练1.(2025·吉林白城高二诊断)在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因耐旱植株的实验步骤中，不需要的是(　　) A.将转基因细胞进行脱分化和再分化 B.用PEG诱导转基因细胞的原生质体融合 C.将转基因幼苗栽培在干旱环境中以检验植株的耐旱性 D.将耐旱基因插入农杆菌T-DNA并通过农杆菌侵染植物叶片细胞 答案：B 解析：转基因细胞是将目的基因导入受体细胞，不需要用PEG诱导转基因细胞的原生质体融合。 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生物学水平的检测。 针对练2.(2025·西峡一高高二期末)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 答案：D 解析：肠乳糖酶属于蛋白质，口服会因被胃蛋白酶消化而失效，D错误。 学生用书⬇第112页 任务二　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 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：药用蛋白基因 ②启动子：乳腺中特异表达的基因的启动子 ③受体细胞：受精卵 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设法除去抗原决定基因 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 　　 与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素优势有：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。 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主要原料——天冬氨酸和苯丙氨酸。 (2)酶：利用转基因生物获得生产奶酪需要的凝乳酶；利用转基因生物生产加工转化糖浆需要的淀粉酶；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”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源。 　　(源于教材P92“到社会中去”)目前我国批准发放的转基因作物生产应用安全证书和进口安全证书有哪些？我国批准发放过转基因抗病毒番木瓜、转基因抗虫棉、转基因抗病辣椒等的生产应用安全证书；批准了转基因大豆、玉米、油菜等的进口安全证书。 【自我诊断】 1.利用基因工程生产的细胞因子、抗体、疫苗和激素等药物，可用于人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等的预防和治疗。 (√) 2.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。 (×) 3.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。 (√) 4.用大肠杆菌生产的人胰岛素没有活性。 (√) 5.利用转基因微生物可生产人胰岛素等某些激素。 (√) [活动2]　深入理解基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用 情境：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， 学生用书⬇第113页 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牛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基因工程菌，该类基因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？方法一；试解释其原因：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。 【归纳总结】 1.乳腺生物反应器培育过程 2.乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别 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 针对练3.(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、生长激素等重要的医药产品。大致过程如下图所示。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 答案：A 解析：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。 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，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。 学生用书⬇第114页 针对练4.(2025·河南濮阳高二期中)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种激素物质，是当今最成功的基因工程药物，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，目前临床使用的红细胞生成素主要来自基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO)。其简要生产流程如下图，下列相关叙述正确的是(　　) A.过程①用到的工具酶有DNA聚合酶、限制酶和DNA连接酶 B.构建的重组表达载体中终止子的作用是终止翻译过程 C.检测重组细胞是否表达出rhEPO常用抗原—抗体杂交技术 D.用乳腺生物反应器生产rhEPO可通过将人EPO基因导入哺乳动物体细胞获得 答案：C 解析：过程①是构建基因表达载体，需要用限制酶切割目的基因和载体，并用DNA连接酶连接，该过程无需DNA聚合酶参与，A错误；终止子的作用是终止转录过程，B错误；检测重组细胞是否表达出rhEPO，可采用抗原—抗体杂交技术，C正确；采用细胞培养生产rhEPO成本比较高，可以采用乳腺生物反应器，将含有人EPO基因的重组表达载体转入雌性哺乳动物受精卵中，使人EPO基因在转基因动物的乳腺细胞中表达，通过分泌乳汁来生产rhEPO，目前还不能直接用哺乳动物高度分化的体细胞制备乳腺生物反应器，D错误。 思维导图 要语必背 1.科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。 2.将降解或抵抗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。 3.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。 4.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。 1.(2025·河师大附中高二期末)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.需要在个体生物学水平上对目的基因进行检测和鉴定 答案：A 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。 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、医学卫生等方面具有突出贡献，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H1N1制备DNA探针，可检测发热病人体内是否含H1N1 学生用书⬇第115页 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 答案：B 解析：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的RNA碱基互补配对，所以用H1N1制备DNA探针，可检测发热病人体内是否含H1N1，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mRNA，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.(2025·吉林长春检测)下列关于用转基因动物作器官移植供体研究的叙述，错误的是(　　) 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 答案：C 解析：目前，人体移植器官短缺和免疫排斥是制约人体器官移植的两大难题，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，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官，D正确。 4.(2025·辽宁鞍山高二期末)下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述，错误的是(　　) A.需要将编码药用蛋白的基因与能在乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起 B.常使用显微注射法将基因表达载体导入动物受精卵 C.需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物 D.药物的生产不受转基因动物性别和年龄的限制 答案：D 解析：乳腺生物反应器需要从雌性动物乳汁中提取药用蛋白，故药物的生产受到转基因动物性别和年龄的限制，D错误。 5.转基因技术可以改良动物品种，生产人类需要的药用蛋白。下列操作属于生产药用蛋白的是(　　) A.养殖转入了生长激素基因的鲤鱼 B.养殖能抗口蹄疫病毒的转基因兔 C.养殖含乳糖酶基因的转基因牛 D.从牛乳汁中获得人血清白蛋白 答案：D 解析：养殖转入了生长激素基因的鲤鱼只能获得在同等养殖条件下，生长更快的鲤鱼，不能生产药用蛋白，A错误；养殖能抗口蹄疫病毒的转基因兔，只能获得具有抗口蹄疫病毒能力的转基因兔，B错误；养殖含乳糖酶基因的转基因牛，只能使牛乳汁中的乳糖含量降低，C错误；从牛乳汁中获得人血清白蛋白，可以用于治疗失血性休克、肾病等，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　　　　　　　　。 (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。 (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　　　　　　　。 (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)。 答案：(1)DNA连接酶、限制酶　显微注射　体外培养　胚胎移植　(2)性别、年龄、时间　(3)相同　两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵　(4)体外受精技术、胚胎移植技术 解析：(1)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)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)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)胚胎工程的主要技术有体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术等。 学科网（北京）股份有限公司 $