人教版 (2019)选择性必修3第3节 基因工程的应用教案配套课件ppt

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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抗虫功能的基因,将其导入作物中。(2)成果:转基因抗虫棉花、玉米、水稻等。(3)意义:减少化学杀虫剂的使用,降低生产成本,减少环境污染。　　　　　　 化学防治2.转基因抗病植物(1)方法:将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中。(2)成果:转基因抗病毒甜椒、番木瓜等。(3)意义:能获得用常规育种方法很难培育出的抗病的新品种。
3.转基因抗除草剂植物(1)方法:将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物中。(2)成果:转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。(3)意义:在喷施除草剂时,田间杂草会被杀死而作物不受损伤。
4.基因工程在农牧业方面的作用
自我检测1.将抗逆性基因导入农作物体内,可用于提高农作物的抗逆能力,判断下列有关基因工程在农牧业方面的应用的表述是否正确。(1)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌。( × )(2)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物。( × )(3)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。( × )(4)可以提高农作物抗盐碱和抗旱能力的目的基因是调节细胞渗透压的基因。( √ )
2.科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞并获得高水平的表达。长成的烟草植株通体光亮,堪称自然界的奇迹。这一研究成果表明(　　)①萤火虫与烟草的DNA结构基本相同②萤火虫与烟草共用一套遗传密码③烟草体内合成了荧光素④萤火虫和烟草合成蛋白质的方式基本相同A.①③B.②③C.①④D.①②③④
答案 D解析 萤火虫与烟草的遗传物质都是双链DNA,这是完成基因重组的基础,①正确;自然界的所有生物几乎都共用一套遗传密码,②正确;萤火虫的荧光素基因导入烟草细胞使得该转基因植株通体光亮,可见荧光素基因在该植株中成功表达,即烟草体内合成了荧光素,③正确;萤火虫与烟草细胞合成蛋白质的方式基本相同,都是以mRNA为模板,在核糖体上,经氨基酸脱水缩合形成蛋白质,④正确。
二、基因工程在医药卫生领域的应用1.基因工程药物类型:细胞因子、抗体、疫苗和激素等。2.利用转基因微生物生产药物。对大肠杆菌或酵母菌进行基因改造,生产(重组)人干扰素。3.利用转基因动物生产药物。培育乳腺生物反应器(或乳房生物反应器),通过转基因动物分泌乳汁来生产药物。前景:还可能利用基因工程技术培育无免疫排斥反应的动物器官,用于人类器官移植。
具有干扰病毒复制作用
三、基因工程在食品工业方面的应用1.利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。　　　　　 　用基因表达的方法,使外源基因得到高效表达的菌类(1)利用基因工程大规模生产天冬氨酸和苯丙氨酸。(2)利用基因工程通过工业发酵批量生产凝乳酶、淀粉酶、脂酶等。2.基因工程技术获得的工业用酶的优点:纯度高、生产成本低、生产效率高。
自我检测1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造,使它们能够生产药物,判断下列有关基因工程在医药卫生领域的应用的表述是否正确。(1)利用转基因微生物可生产人的胰岛素等某些激素。( √ )(2)基因工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。( √ )(3)动物和微生物可以生产基因工程药物,植物不能。( × )(4)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。( √ )
2.科学家运用基因工程技术,将人凝血因子基因导入山羊的DNA中,培育出羊乳腺生物反应器,使羊乳汁中含有人凝血因子。以下有关叙述正确的是(　　)A.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵B.在该转基因羊中,人凝血因子存在于乳腺细胞,而不存在于其他细胞C.人凝血因子基因开始转录后,DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNAD.科学家将人凝血因子基因与山羊乳腺蛋白基因重组在一起,从而使人凝血因子基因只在山羊乳腺细胞中特异表达
答案 A解析 将目的基因导入受精卵中,获得的转基因羊的体细胞中都含有目的基因,A项正确,B项错误;转录过程是由RNA聚合酶参与催化的,DNA聚合酶催化DNA复制过程,C项错误;将山羊乳腺蛋白基因的启动子与人凝血因子基因重组在一起,从而使人凝血因子基因只在山羊乳腺细胞中特异表达,D项错误。
[情境创设] 随着科学技术的发展,化学农药的产量和品种逐年增加,但害虫的抗药性也不断增强,对农作物危害仍然很严重。农科院开展“转基因抗虫棉”的科技攻关研究,成功地将某种细菌产生抗虫蛋白的抗虫基因导入棉花细胞中,得到的棉花新品种对棉铃虫的毒杀效果高达80%以上。全球转基因作物的种植面积从1996年的1.7×106 hm2发展到2017年的1.898×108 hm2,20年间增加了100多倍。1.植物基因工程主要用于哪些方面?提示 提高农作物的抗逆能力,改良农作物的品质,利用植物生产药物等。
2.大量使用农药的负面作用有哪些?提示 大量使用农药不仅造成严重的环境污染,损害了人类健康,而且大大增加了生产成本。3.植物的抗逆性包括哪些内容?请举例说明在基因工程中的应用。提示 植物抗逆性有抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱、抗盐碱等。盐碱和干旱对作物的危害与细胞内渗透压调节有关,可利用基因工程将可以调节细胞渗透压的基因导入农作物,培育转基因抗盐碱和抗干旱的农作物,来提高农作物的抗盐碱和抗干旱能力;利用基因工程技术将抗除草剂基因导入农作物,培育转基因抗除草剂作物,可在喷洒除草剂时,杀死杂草,而农作物不受伤害。
[归纳提升]转基因植物培育过程
[探究应用]1.抗病毒的转基因植物成功表达后,以下说法正确的是(　　)A.抗病毒转基因植物可以抵抗所有的病毒B.抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C.抗病毒转基因植物可以抗害虫D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传,不会变异
答案 B解析 每一种抗病毒的基因只能抗一种病毒,即抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性,A项错误,B项正确;抗病毒转基因植物能抵抗某种病毒,但不能抗害虫,C项错误;抗病毒转基因植物可以稳定遗传,也会发生变异,D项错误。
知识拓展 基因工程在农牧业方面的应用举例(1)植物基因工程:抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。(2)抗虫基因:Bt基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因。(3)抗病转基因植物①抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因。②抗真菌基因:几丁质酶基因、抗毒素合成基因。(4)抗逆基因:调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因。(5)改良品质的优良性状基因:提高某种必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的植物基因、与花青素代谢有关的基因。
2.北极比目鱼中有抗冻基因,该基因编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,下列有关叙述正确的是(　　)
A.过程①是获取抗冻基因的过程,用到的酶只有限制酶B.在重组质粒上,抗冻基因首端和末端一定具有启动子和终止子,启动和终止翻译的进程C.过程②用到的质粒是农杆菌的Ti质粒,将重组质粒转入农杆菌的目的是筛选重组质粒D.根据抗冻基因制作的DNA探针,可以用来检测转基因抗冻番茄植株中目的基因是否存在
答案 D解析 据题图可知,该转基因技术操作中,获取目的基因的方法是利用抗冻基因(目的基因)的mRNA逆转录合成cDNA,进而获取目的基因,需要的酶有逆转录酶和限制酶等,A项错误;目的基因首端和末端的启动子和终止子均是DNA片段,分别启动和终止转录的进程,B项错误;重组质粒转入农杆菌的目的是通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄细胞中,C项错误;检测目的基因是否导入受体细胞,通常是用目的基因制作DNA探针进行检测,D项正确。
3.我国有大量的盐碱地,科学家利用耐盐碱植物中的耐盐基因,培育出了耐盐水稻新品系。下图是培育过程简图,请回答下列的问题。
(1)目的基因的获取需要　　　　　　　　　　　　酶,阶段Ⅰ的核心是　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)为保证耐盐基因的正常转录,b上耐盐基因的两端应含有　　　　　　　　　。 (3)对耐盐基因转录和表达产物的检测应分别提取转基因水稻的　　　　　　、　　　　　　进行检测。 (4)由耐盐水稻细胞培育成了耐盐水稻植株,说明植物细胞具有　　　　　　。 
答案 (1)限制性内切核酸　构建耐盐基因表达载体 (2)启动子、终止子　(3)mRNA　蛋白质　(4)全能性解析 (1)目的基因的获取需要限制性内切核酸酶,基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。(2)为保证耐盐基因的正常表达,需要专门的调控序列启动子和终止子。(3)对耐盐基因转录产物的检测和翻译产物的检测应分别提取转基因水稻的mRNA和蛋白质。(4)由植物细胞发育成完整植株,则体现了植物细胞具有全能性。
[流程分析] 干扰素是治疗癌症的重要药物,每300 L人血中只能提取1 mg,所以从血液中提取的干扰素价格昂贵。美国加利福尼亚的某生物制药公司用如下方法生产干扰素(如下图所示)。
1.什么是干扰素?有何作用?用什么方法可大量生产干扰素?提示 干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染,它是一种抗病毒的特效药。用基因工程的方法利用大肠杆菌及酵母菌细胞大量生产干扰素。2.什么叫工程菌?利用工程菌可生产哪些药物?提示 用基因工程的方法,使外源基因得到高效率表达的菌类一般称为工程菌。工程菌生产的药物有细胞因子、抗体、疫苗、激素等。3.基因工程药物与传统意义上的药物相比,有何优点?提示 基因工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。
4.培育转基因动物,为什么不选用体细胞而选用受精卵作为受体细胞?提示 动物已分化的体细胞全能性受到限制,而受精卵分化程度低,全能性容易表达。5.异体器官移植会产生什么反应?主要由哪种特异性免疫引起?现在科学家有何设想来改变这种现状?提示 免疫排斥反应。主要由细胞免疫引起。科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造,采用的方法是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,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。
[归纳提升]1.转基因动物的培育过程(以转基因牛培育过程为例)
2.转基因微生物的培育过程(以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例)
3.乳腺生物反应器培育过程
4.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别(在生产人的药物蛋白方面)
易错提醒 基因工程应用的四个易混点(1)动物基因工程的目的主要是改良畜产品的品质或者是用转基因动物生产药物。(2)高产青霉菌是诱变产生的,不属于基因工程菌。(3)乳腺生物反应器的操作过程中,构建基因表达载体时,目的基因首端要连接乳腺蛋白基因的启动子等调控组件,否则目的基因在乳腺上皮细胞中不能转录。将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体细胞均含有目的基因(如药用蛋白基因),但该基因只在乳腺上皮细胞中表达。
(4)与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器的优点是从转基因动物一出生就可以收集产物,不用考虑动物的性别和是否正处于生殖期。膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。
[探究应用]1.下图表示利用乳腺生物反应器生产人抗凝血酶Ⅲ的过程,①②③为相关操作步骤,下列叙述错误的是(　　)A.雌雄动物的乳腺生物反应器中均可生产人抗凝血酶ⅢB.早期胚胎与代孕羊子宫建立的生理和组织联系不影响移入胚胎的遗传特性C.①需要将人抗凝血酶Ⅲ基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起D.通过该操作步骤得到的转基因羊乳腺细胞中含有人抗凝血酶Ⅲ基因
答案 A解析 乳腺生物反应器是从动物的乳汁中获得人抗凝血酶,故只有雌性动物可生产人抗凝血酶Ⅲ,A项错误;早期胚胎与代孕羊子宫建立生理和组织联系后,受体只是为胚胎的发育提供相应的环境和发育过程所需要的各种营养物质,不影响移入胚胎的遗传特性,B项正确;①需要将人抗凝血酶Ⅲ基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起,使目的基因只在乳腺组织中表达,C项正确;通过乳腺生物反应器获得的转基因羊的每个有核细胞都含有人抗凝血酶Ⅲ基因,故转基因羊乳腺细胞中含有人抗凝血酶Ⅲ基因,D项正确。
2.(2021山东潍坊高二期中)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。下列说法正确的是(　　)A.利用膀胱生物反应器生产人的生长激素属于蛋白质工程的应用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
答案 D解析 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项错误;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与尿血小板溶素基因的启动子等重组在一起,B项错误;导入成功的人生长激素基因存在于小鼠的所有有核细胞中,但只在膀胱组织细胞中才表达,C项错误;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,若证明该技术成功,则需要检测到成功表达的人的生长激素,可通过抗原—抗体杂交技术进行检测,D项正确。
3.应用基因工程技术可以获得人们需要的生物新品种或新产品。请根据下列材料回答问题。材料一　蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”,有着超强的抗张度,可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因蜘蛛羊。
材料二　注射疫苗往往会在儿童和部分成年人身上引起痛苦。将疫苗藏身水果、蔬菜中,人们在食用这些转基因植物的同时也获得免疫力,因而无须免疫接种,这一新概念将引起疫苗研究的一场革命。