第3章 第3节 基因工程的应用(学用Word)-【优学精讲】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版）

本讲义聚焦基因工程的应用，系统梳理其在农牧业（如抗虫棉培育、转基因动物）、医药卫生（乳腺生物反应器、工程菌）及食品工业的实例，通过原理分析、实例探究构建知识支架，衔接技术应用与社会责任认知。 该资料以探究活动（如抗虫棉培育过程分析）和对比表格（乳腺生物反应器与工程菌）为特色，培养科学思维与探究实践能力。结合微思考、判断题引导理性看待技术安全性，落实态度责任，课中辅助教师引导深度探究，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第3节　基因工程的应用 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，认同基因工程给社会带来的巨大进步。 2.基于基因工程在各方面发展的前景，理性看待基因工程的安全性，形成相应的社会责任。 知识点一　基因工程在农牧业方面的应用 1.基因工程在植物方面的应用 2.基因工程在动物方面的应用 【微思考】　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？ 3.转基因生物及其选用的目的基因（连线） （教材P87“正文拓展”）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？ （1）农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。（　　） （2）培育转基因抗病植物的目的基因主要来源于病毒、真菌。（　　） （3）转基因抗虫植物也可以抵抗各种植物疾病。（　　） （4）基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。（　　） （5）基因工程育种比传统育种所需的时间短，并且可以解决远缘亲本难以杂交的问题。（　　） 探究｜基因工程在农牧业方面的应用的探究 如图为抗虫棉的培育过程。 （1）图中序号①和②代表的含义： ①　　　　　　；②　　　　　　　　 （2）图示的转化方法是哪一种？其有何特点？ （3）抗虫棉能抗病毒、细菌和真菌吗？为什么？ （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？ 关于转基因作物中目的基因的三点提醒 （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，但并不都是来自真菌、细菌和病毒等微生物，如抗冻蛋白基因来自鱼类。 （2）目的基因对性状的控制：有的目的基因通过控制蛋白质的合成，直接控制生物的某种性状，这反映了基因与性状的直接关系；有的目的基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状，这体现的是基因和性状的间接关系。 （3）注意“抗虫”和“抗病”的区别，两者可以分别通过害虫接种和病毒接种来进行个体生物学水平的鉴定。 1.八氢番茄红素合酶（其基因用psy表示）和胡萝卜素脱饱和酶（其基因用crtI表示）参与β-胡萝卜素合成。pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长。科学家将psy和crtI基因转入水稻，使水稻胚乳中富含β-胡萝卜素，由此生产出的大米称为“黄金大米”。下列有关叙述错误的是（　　） A.psy和crtI基因是该项研究中的目的基因 B.以pmi基因作为标记基因便于筛选出导入目的基因的受体细胞 C.检测出水稻中含八氢番茄红素合酶和胡萝卜素脱饱和酶，即表明转基因水稻培育成功 D.可设法将重组载体导入水稻细胞 2.我国转基因技术发展态势良好，农业农村部依法批准发放了转植酸酶基因玉米、转基因抗虫水稻的生产应用安全证书。下列关于转基因玉米和转基因水稻的叙述，不正确的是（　　） A.转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因 B.转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减轻了环境污染 C.转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可通过用卷叶螟食用水稻进行鉴定 D.转基因抗虫水稻的外源基因是几丁质酶基因 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 1.基因工程在医药卫生领域的应用 （1）利用微生物或动植物的细胞进行基因改造，生产药物。 成果：　　　　　　　　　、抗体、疫苗和激素等。 （2）利用哺乳动物生产药物 ①构建乳腺生物反应器（乳房生物反应器） a.目的基因：　　　　　　基因。 b.启动子：　　　　　　　　　　　　的启动子。 c.受体细胞：　　　　。 ②成果：利用乳腺生物反应器生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α-抗胰蛋白酶等。 （3）建立移植器官工厂 ①方法 a.在器官供体的基因组中导入　　　　　　　　　　　　　，以抑制　　　　　　　　的表达； b.设法除去　　　　　　　　，再结合　　　　　　，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 ②优点：解决人体移植器官短缺问题；避免　　　　　　反应。 2.基因工程在食品工业方面的应用 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　　　　。 （教材P90“资料卡”）科学家利用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞中获得了干扰素。从酵母菌细胞中获得干扰素需要哪些细胞器？大肠杆菌呢？ （1）将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，能获得产生人干扰素的菌株。（　　） （2）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。（　　） （3）利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。（　　） （4）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。（　　） 探究｜基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用的探究 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一定进展。科学家培养出了一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。 （1）进行基因转移时，为什么要将外源基因转入受精卵中？ （2）为什么构建乳腺生物反应器的相应基因表达载体时，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？ （3）基因工程除了在医药卫生领域发挥重要作用外，在食品工业中也有广泛应用，如可以构建基因工程菌，然后利用发酵工程生产各种工业用酶。相比从天然产物中提取，用基因工程技术提取的酶有何优点？ 1.乳腺生物反应器的操作过程 2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 项目 乳腺生物反应器 工程菌 含义 使外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达 使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 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 细菌和真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 哺乳动物受精卵 微生物细胞 目的基因 导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法 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.下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述，正确的是（　　） A.可以使用钙离子处理法将基因表达载体导入受体细胞 B.相关目的基因需与乳腺细胞蛋白基因启动子等调控元件重组在一起 C.需要借助于核移植技术、早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物 D.药物的生产不会受到转基因动物性别和年龄的限制 2.（教材P90正文改编）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，其大致过程如图所示。下列有关说法错误的是（　　） 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通常采用显微注射技术 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 易错提醒 受体细胞的选择误区 （1）乳腺生物反应器中，基因表达载体导入的是受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体的体细胞均含有目的基因，但因为是将目的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的，所以此目的基因只在动物的乳腺细胞中表达，即在所分泌的乳汁中才含有所需蛋白质。 （2）利用基因工程生产药物，受体细胞一般选用微生物，利用微生物繁殖速度快的特点，可在短期内获得大量目标产品。 课堂小结 1.下列有关目的基因的操作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 2.下列有关基因工程在食品工业方面应用的叙述，错误的是（　　） 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 3.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt抗虫蛋白基因转移到优质油菜里，培育出抗虫的转基因油菜品种。根据以上信息，下列叙述正确的是（　　） A.Bt抗虫蛋白基因的化学成分是蛋白质 B.Bt抗虫蛋白基因中会有菜青虫的遗传物质 C.转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt抗虫蛋白基因 D.转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物 4.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药用蛋白含量提高了30多倍。以下与此有关的叙述，不正确的是（　　） A.“转基因动物”是指体细胞中出现了外源基因的动物 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白蛋白基因 C.只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中特异性表达 D.转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白 提示：完成课后作业　第3章　第3节 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节　基因工程的应用 知识点一 1.􀀁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.外源生长激素 微思考　提示：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。 3. 教材挖掘 提示：减少了化学农药的使用量， 降低了环境污染；降低生产成本。 概念辨析 　（1）×　提示：害虫仍会对抗虫作物产生抗性。 （2）√　 （3）×　提示：转基因抗虫植物只能抵抗害虫，而不能抵抗其他各种植物疾病。 （4）×　提示：培育转基因动物时，所选用的受体细胞一般是受精卵；培育转基因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。 （5）√ 知识点二 1.（1）细胞因子 （2）①药用蛋白　乳腺中特异表达的基因　受精卵 （3）①调控基因表达的DNA序列　抗原决定基因　抗原决定基因　克隆技术　②免疫排斥 2.􀀁天冬氨酸　􀀂苯丙氨酸　􀀃牛凝乳酶　􀀄大肠杆菌 􀀅黑曲霉　􀀆酵母菌 3.环境污染　能源 教材挖掘 提示：从酵母菌细胞中获得干扰素需要的细胞器有线粒体、核糖体、内质网和高尔基体。从大肠杆菌中获得干扰素需要的细胞器只有核糖体。 概念辨析 （1）√　（2）√　（3）√ （4）×　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。 第3节　基因工程的应用 知识点一 重难探究 （1）①抗虫基因　②基因表达载体 （2）提示：农杆菌转化法。将目的基因整合到受体细胞染色体DNA上。 （3）提示：不能。抗虫基因具有专一性。 （4）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。 即学即练 1.C　科学家将psy和crtI基因转入水稻，使水稻胚乳中富含β-胡萝卜素，显然psy和crtI是该项研究中的目的基因，A正确；由题干信息可知，pmi编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长，因此构建基因表达载体时可用pmi基因作为标记基因，B正确；检测出水稻胚乳细胞中含有β-胡萝卜素，才能说明“黄金大米”培育成功，仅含有八氢番茄红素合酶和胡萝卜素脱饱和酶不能说明转基因水稻培育成功，C错误；在培育“黄金大米”的转基因操作中可将水稻细胞作为受体细胞，然后通过植物组织培养获得转基因植株，因此，可设法将重组载体导入水稻细胞，D正确。 2.D　转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因，转基因抗虫水稻的外源基因是抗虫基因，而几丁质酶基因是抗真菌转基因植物常用的外源基因，A正确，D错误；转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减轻了环境污染，B正确；检测目的基因是否表达最简便的方法是进行个体生物学水平的鉴定，C正确。 知识点二 重难探究 （1）提示：受精卵全能性高，可以发育成完整个体，使外源基因在相应组织细胞表达。 （2）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乳腺细胞内得以表达。 （3）提示：相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度更高，而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。 即学即练 1.B　乳腺生物反应器的受体是动物细胞，将目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法，A错误；相关目的基因需与乳腺细胞蛋白基因启动子等调控元件重组在一起，才能使药用蛋白基因在奶牛乳腺细胞中特异性表达，B正确；乳腺生物反应器的培育过程中不涉及核移植技术，C错误；由于乳腺生物反应器需要利用动物产生的乳汁进行药物生产，故药物的生产受到转基因动物性别和年龄的限制，要求选择合适的雌性个体，D错误。 2.A　要让药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药物的乳汁，重组质粒上必须具有乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件，还需复制原点，A错误；④通常采用显微注射技术，B正确；只有母牛到达泌乳期，乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因，乳汁中含有药物，C正确；从乳汁里提取药物，优点突出，使动物本身成为“批量生产药物的工厂”，D正确。 【随堂热练】 1.B　将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内可以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乳汁中乳糖含量降低，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。 2.A　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。 3.C　Bt抗虫蛋白基因的化学成分是DNA，A错误；Bt抗虫蛋白基因来自苏云金杆菌，其中不会有菜青虫的遗传物质，B错误；转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt抗虫蛋白基因，C正确；转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是有机物，D错误。 4.B　“转基因动物”是指体细胞中出现了外源基因的动物，A正确；“提高基因表达水平”是指设法提高牛的乳腺细胞合成人白蛋白的能力，B错误；转基因牛的各个细胞中都含有人白蛋白基因，但只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中选择性表达，C、D正确。 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $