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人教版 (2019)选择性必修3第3节 基因工程的应用背景图课件ppt
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这是一份人教版 (2019)选择性必修3第3节 基因工程的应用背景图课件ppt，共55页。PPT课件主要包含了课前自主预习案，课堂互动探究案，抗虫功能，真菌等，降解或抵抗某种除草剂，外源生长激素，肠乳糖酶，基因改造，药用蛋白，启动子等内容，欢迎下载使用。
知识梳理·填准记牢——自主·预习·先知知识点一 基因工程在农牧业方面的应用1．转基因抗虫植物(1)技术方法：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)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。2．转基因抗病植物(1)技术方法：将来源于_______________的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。(2)实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
3．转基因抗除草剂植物(1)技术方法：将___________________的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。(2)实例：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)技术方法：将______________________编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。(2)实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
必需氨基酸含量多的蛋白质
5．提高动物的生长速率(1)技术方法：将____________基因导入动物体内，提高动物的生长速率。(2)实例：转基因鲤鱼。6．改善畜产品的品质(1)技术方法：将_________基因导入奶牛基因组。(2)实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。
知识点二 基因工程在医药卫生领域的应用(1)技术方法①对微生物或动植物的细胞进行________，使它们能够生产药物。②利用乳腺生物反应器生产药物：将________基因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，培育出的转基因动物通过________生产所需要的药物。③培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种________抑制________基因的表达或设法除去________基因，然后再结合__________技术，培育出不会引起__________反应的转基因克隆器官。(2)实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。
知识点三 基因工程在食品工业方面的应用(1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用________、________和________等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过________生产凝乳酶。(2)实例：淀粉酶、脂肪酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。
知识应用·强化落实——效果·检测·定向判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)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．基因工程在医药卫生领域的例子有生产重组人工扰素、淀粉酶、血小板生成素。( )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。( )
× 提示：害虫仍会对抗虫作物产生抗性。
× 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．利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。( )6．乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。( )7．基因工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。( )8．动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能。( )
× 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，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中。
课程标准举例说明基因工程在农业、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。 素养达成1.举例说出植物基因工程、动物基因工程成果及其给人类带来的影响。(社会责任)2．展开想象的翅膀，用图画或文字创造等，畅想基因工程的未来。(科学思维)
设疑激趣我国转基因水稻的研究处于国际领先水平。除了转基因抗虫水稻(如图)，我国科学家还自主研发出能生产“人血清白蛋白”的转基因水稻、可造福于高血压患者的“血管紧张素转化酶抑制剂”转基因水稻、有利于减肥的“高抗性淀粉”转基因水稻等新品种，都是我国在国际生物育种领域有重要影响的创新性成果。进入21世纪后，转基因技术已经得到广泛应用，你知道基因工程在农业、食品工业、医药等领域有哪些重要成果吗？基因工程对改善人类生活品质作出了哪些贡献？
夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂学习主题一 基因工程在农牧业方面的应用活动1 阅读下列材料，思考回答下列问题：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，成功地将某种细菌编码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170万公顷发展到2017年的1.898亿公顷，20年间增加了100多倍。请讨论回答下列问题。
1．植物基因工程主要用于哪些方面？ 2．大量使用农药的负面作用有哪些？
提示：培育转基因抗虫植物、转基因抗病植物、转基因抗除草剂植物，改良农作物的品质，利用植物生产药物等。
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：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。
活动2 思考回答下列问题：1．转基因抗虫水稻能抗病毒、细菌、真菌吗？ 2．从环境保护角度出发，分析转基因抗虫水稻与普通水稻相比，在害虫防治方面有哪些优越性？ 3．转基因育种与传统育种方法相比较有哪些优点？
提示：由于抗虫基因表达产生的物质作用特点具有专一性，所以抗虫水稻不能抗病毒、细菌和真菌。
提示：可减少化学农药的使用量，降低环境污染。
提示：①目的性强，可定向改造生物性状；②能克服远缘杂交不亲和的障碍；③育种周期短。
[易错提醒]转基因作物中的目的基因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。
1．(学业水平一、二)我国转基因抗虫棉是在棉花细胞中转入Bt毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。下列叙述错误的是( )A．Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离的B．Bt毒蛋白基因可借助花粉管通道进入棉花细胞中C．培育的转基因棉花植株需要做抗虫的接种实验D．用DNA聚合酶连接经切割的Bt毒蛋白基因和载体
解析：Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因；Bt毒蛋白基因可借助花粉管通道进入棉花细胞中；培育的转基因棉花植株需要做抗虫的接种实验，以在个体水平检测目的基因的表达；切割得到的Bt毒蛋白基因和载体的连接是靠DNA连接酶来完成的。
2．(学业水平三、四)北极比目鱼中有抗冻基因，其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。如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，
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，要将重组质粒转入农杆菌才能进行筛选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
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进行人工化学合成，需要的酶是逆转录酶和限制酶，A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错误；检测目的基因是否导入受体细胞，通常是用DNA探针进行检测，即所谓DNA分子杂交技术，D正确。
学习主题二 基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用活动 阅读下列材料，思考并回答下列问题：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．干扰素是糖蛋白，科学家用基因工程的方法分别从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得的干扰素，二者的生物活性是否相同？ 2．选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？
提示：(1)不相同。大肠杆菌是原核生物，只有核糖体，没有其他细胞器，酵母菌是真核细胞，细胞内含有内质网、高尔基体等多种细胞器，能对蛋白质进行加工处理，因此这两种干扰素的生物活性不同。
提示：细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产能力大等。
3．要确保干扰素基因在乳腺细胞中特异性表达，构建基因表达载体时有什么要求？ 4．培养乳腺生物反应器转基因动物时为什么要选用乳腺中特异性表达的基因的启动子？
提示：要将干扰素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。
提示：乳腺生物反应器通过分泌的乳汁提取相应的基因表达的产品，乳腺中特异性表达的启动子可让目的基因在乳腺细胞中表达。
5．利用动物乳腺生物反应器生产药物有什么优点与缺陷？
提示：优点是产量高、质量好、成本低、易提取。缺陷是该方法必须培育雌性动物，利用其乳腺分泌乳汁获取药物，因此受动物性别和年龄的限制。
6．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成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？
提示：应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋白较容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。
[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)高产青霉菌是诱变育种产生的，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。
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比较
1．(学业水平一、二)转基因技术可以改良动物品种，生产人类需要的药用蛋白。下列符合生产药用蛋白的是( )A．养殖含生长激素基因鲑鱼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
解析：养殖含生长激素基因的转基因鲑鱼只能获得体积更大的鲑鱼，A错误；养殖能抗口蹄疫病毒的转基因兔，只能获得具有能抗口蹄疫病毒能力的兔，B错误；养殖含乳糖酶基因的转基因牛，只能使牛乳汁中乳糖含量降低，C错误；从牛乳汁中获得人血清白蛋白，血清白蛋白可用于治疗失血性休克、脑水肿、肾病等，属于药用蛋白，D正确。
2．(学业水平一、二)下面有关基因工程的叙述，正确的是( )A．利用基因工程技术可分别从大肠杆菌和青霉菌体内获取基因工程药品胰岛素和青霉素B．用大肠杆菌作受体细胞时，可用NaCl处理大肠杆菌C．启动子也称为起始密码子，终止子也称为终止密码子D．由大肠杆菌工程菌获得的人的干扰素不能直接利用
解析：青霉菌产生青霉素是一种自身基因的正常表达，故从青霉菌体内获得的青霉素不属于基因工程药品，A错误；用大肠杆菌作受体细胞时，可用CaCl2处理大肠杆菌，B错误；启动子和终止子都是一段特殊的DNA序列，负责调控基因的转录，而起始密码子和终止密码子都存在于mRNA上，分别决定翻译的起始和终止，C错误；大肠杆菌是原核生物，无内质网和高尔基体，因此由大肠杆菌工程菌生产的干扰素不具备天然活性，需经过人工加工处理后才能利用，D正确。
3．(学业水平三、四，不定项选择)动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺进行大规模生产可用于治疗人类疾病或保健的活性蛋白质的现代生物技术成果。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要医药产品。大致过程如图所示。
下列有关说法错误的是( )A．通过③形成的重组质粒只具有人的药用蛋白基因、终止子和标记基因B．④通常采用Ca2＋处理法C．人的药用蛋白基因在转基因雌牛的乳腺细胞中得以表达，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
解析：要让人的药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并得到含药用蛋白的乳汁，重组质粒上还必须具有牛的乳腺蛋白基因的启动子等调控组件，A错误；培育转基因动物时通常利用的受体细胞是受精卵，采用显微注射技术将重组质粒导入受精卵，B错误；人的药用蛋白基因在转基因雌牛的乳腺细胞中得以表达，因此转基因雌牛分泌的乳汁中含有该药用蛋白，C正确；该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取，D正确。
4．(学业水平三、四，不定项选择)利用基因工程生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示，下列叙述正确的是( )A．过程①是在小菜蛾细胞的细胞核中进行的B．过程②获取的CarE基因中不含有启动子C．过程③进行前需要用Ca2＋处理大肠杆菌D．过程④后只有部分工程菌含有CarE基因
解析：过程①表示通过逆转录法合成目的基因，该过程在体外进行，不在小菜蛾细胞内进行，A错误；过程②表示利用PCR技术对目的基因进行扩增，由于模板cDNA中不含有启动子，所以CarE基因中也不含有启动子，B正确；过程③进行前需用Ca2＋处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，C正确；工程菌指的是能使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系，过程④的转化率不是100%，只有部分工程菌含有CarE基因，D正确。
强化落实·学业达标——归纳·提升·素养
高效课堂·实践运用——随堂·巩固·达标1.抗病毒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
解析：由于外源抗病毒基因具有特异性，因而其表达产物具有特异性或局限性，只能抵抗某种或某类病毒，不可能抵抗所有病毒，更不能抗害虫。目的基因导入受体细胞后，可以随受体内的自身遗传物质稳定遗传，也会同自身遗传物质一样发生变异。
2．下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是( )A．动物基因结构与人类基因结构相同B．乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的C．可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物D．乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用
解析：乳腺生物反应器生产的药物在自然界中可以找到，只不过在转基因动物体内更容易提取到较大量的药物。
3．应用基因工程的方法，可将酵母菌制造成“工程菌”，用于生产乙肝疫苗，在制造该“工程菌”时，应向酵母菌中导入( )A.乙肝病毒的表面抗原B．抗乙肝病毒抗体的基因C．抗乙肝病毒的抗体D．乙肝病毒的表面抗原的基因
解析：利用基因工程生产乙肝疫苗时，应该向酵母菌中导入乙肝病毒的表面抗原基因。
4．下列不属于基因工程成果的是( )A．乳腺生物反应器生产药用蛋白B．从大肠杆菌体内获得白细胞介素C．从大肠杆菌体内获得生长激素D．用高产青霉菌生产青霉素
解析：乳腺生物反应器是用转基因动物生产药物，属于基因工程成果，A不符合题意；从大肠杆菌体内获得白细胞介素及从大肠杆菌体内获得生长激素都是将相关基因转入大肠杆菌，从而得到的基因工程药物，属于基因工程成果，B、C不符合题意；用高产青霉菌生产青霉素是利用基因突变的原理进行的诱变育种，不属于基因工程的范畴，D符合题意。
5．转基因小鼠的过表达模型和基因敲除模型在人类疾病机理与治疗研究领域得到了广泛应用。研究表明，阿尔茨海默病(AD)发病与淀粉样前体蛋白(APP)基因突变等有关。请回答下列问题：(1)通过________方法将APP基因导入小鼠受精卵中，即可获得APP基因过表达的转基因小鼠模型。 (2)sgRNA可识别与之互补配对的DNA片段，可利用__________为模板设计sgRNA，再利用该sgRNA引导限制酶____________，从而获得APP基因敲除的转基因小鼠模型。 (3)能否用抗原—抗体杂交的方法证明已获得APP基因敲除的转基因小鼠？________。请说明理由：__________________________________________________________________________________________________________。
抗原—抗体杂交方法是用抗体去检测目的基因是否表达，细胞中含有APP基因也不一定表达，无论APP基因是否敲除，都可能不出现杂交带
解析：(1)常通过显微注射法将目的基因导入动物受精卵中。(2)可以利用APP基因为模板设计sgRNA，由于sgRNA可识别与之互补配对的DNA片段，故可以利用该sgRNA引导限制酶切除APP基因，从而获得APP基因敲除的转基因小鼠模型。(3)抗原—抗体杂交方法是用抗体去检测目的基因是否表达，细胞中含有APP基因也不一定表达，无论APP基因是否敲除，都可能不出现杂交带，故不能证明已获得APP基因敲除的转基因小鼠。
(4)经研究得知，某DNA存在一个能控制转录过程的特殊区段。科学家通过PCR技术获得了大量该区段。该技术操作流程的三个重要步骤是______________。 (5)人们发现小型猪的器官可用来替代人体器官进行移植，但小型猪器官表面的某些抗原决定蛋白仍可引起免疫排斥反应。科学家正试图利用基因工程对小型猪的器官进行改造，在改造中导入的小型猪基因组中的一些调节因子属于基因工程中的________，作用是抑制______________的表达。
解析：(4)PCR一般可分为变性、复性、延伸三步。(5)在改造中导入的小型猪基因组中的一些调节因子属于目的基因，导入后可以抑制抗原决定基因的表达，从而降低免疫排斥反应。
疑难解答·名师指津——释疑·解惑·教材(一)从社会中来提示：可以让学生结合学过的知识和自己的生活经历，如使用过用转基因技术生产的产品来进行说明。(二)到社会中去1．提示：截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。2．提示：根据实际情况回答。
知识梳理·填准记牢——自主·预习·先知知识点一 基因工程在农牧业方面的应用1．转基因抗虫植物(1)技术方法：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)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。2．转基因抗病植物(1)技术方法：将来源于_______________的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。(2)实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
3．转基因抗除草剂植物(1)技术方法：将___________________的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。(2)实例：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)技术方法：将______________________编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。(2)实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
必需氨基酸含量多的蛋白质
5．提高动物的生长速率(1)技术方法：将____________基因导入动物体内，提高动物的生长速率。(2)实例：转基因鲤鱼。6．改善畜产品的品质(1)技术方法：将_________基因导入奶牛基因组。(2)实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。
知识点二 基因工程在医药卫生领域的应用(1)技术方法①对微生物或动植物的细胞进行________，使它们能够生产药物。②利用乳腺生物反应器生产药物：将________基因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，培育出的转基因动物通过________生产所需要的药物。③培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种________抑制________基因的表达或设法除去________基因，然后再结合__________技术，培育出不会引起__________反应的转基因克隆器官。(2)实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。
知识点三 基因工程在食品工业方面的应用(1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用________、________和________等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过________生产凝乳酶。(2)实例：淀粉酶、脂肪酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。
知识应用·强化落实——效果·检测·定向判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)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．基因工程在医药卫生领域的例子有生产重组人工扰素、淀粉酶、血小板生成素。( )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。( )
× 提示：害虫仍会对抗虫作物产生抗性。
× 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．利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。( )6．乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。( )7．基因工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。( )8．动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能。( )
× 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，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中。
课程标准举例说明基因工程在农业、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。 素养达成1.举例说出植物基因工程、动物基因工程成果及其给人类带来的影响。(社会责任)2．展开想象的翅膀，用图画或文字创造等，畅想基因工程的未来。(科学思维)
设疑激趣我国转基因水稻的研究处于国际领先水平。除了转基因抗虫水稻(如图)，我国科学家还自主研发出能生产“人血清白蛋白”的转基因水稻、可造福于高血压患者的“血管紧张素转化酶抑制剂”转基因水稻、有利于减肥的“高抗性淀粉”转基因水稻等新品种，都是我国在国际生物育种领域有重要影响的创新性成果。进入21世纪后，转基因技术已经得到广泛应用，你知道基因工程在农业、食品工业、医药等领域有哪些重要成果吗？基因工程对改善人类生活品质作出了哪些贡献？
夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂学习主题一 基因工程在农牧业方面的应用活动1 阅读下列材料，思考回答下列问题：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，成功地将某种细菌编码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170万公顷发展到2017年的1.898亿公顷，20年间增加了100多倍。请讨论回答下列问题。
1．植物基因工程主要用于哪些方面？ 2．大量使用农药的负面作用有哪些？
提示：培育转基因抗虫植物、转基因抗病植物、转基因抗除草剂植物，改良农作物的品质，利用植物生产药物等。
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：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。
活动2 思考回答下列问题：1．转基因抗虫水稻能抗病毒、细菌、真菌吗？ 2．从环境保护角度出发，分析转基因抗虫水稻与普通水稻相比，在害虫防治方面有哪些优越性？ 3．转基因育种与传统育种方法相比较有哪些优点？
提示：由于抗虫基因表达产生的物质作用特点具有专一性，所以抗虫水稻不能抗病毒、细菌和真菌。
提示：可减少化学农药的使用量，降低环境污染。
提示：①目的性强，可定向改造生物性状；②能克服远缘杂交不亲和的障碍；③育种周期短。
[易错提醒]转基因作物中的目的基因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。
1．(学业水平一、二)我国转基因抗虫棉是在棉花细胞中转入Bt毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。下列叙述错误的是( )A．Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离的B．Bt毒蛋白基因可借助花粉管通道进入棉花细胞中C．培育的转基因棉花植株需要做抗虫的接种实验D．用DNA聚合酶连接经切割的Bt毒蛋白基因和载体
解析：Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因；Bt毒蛋白基因可借助花粉管通道进入棉花细胞中；培育的转基因棉花植株需要做抗虫的接种实验，以在个体水平检测目的基因的表达；切割得到的Bt毒蛋白基因和载体的连接是靠DNA连接酶来完成的。
2．(学业水平三、四)北极比目鱼中有抗冻基因，其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。如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，
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，要将重组质粒转入农杆菌才能进行筛选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
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进行人工化学合成，需要的酶是逆转录酶和限制酶，A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错误；检测目的基因是否导入受体细胞，通常是用DNA探针进行检测，即所谓DNA分子杂交技术，D正确。
学习主题二 基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用活动 阅读下列材料，思考并回答下列问题：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．干扰素是糖蛋白，科学家用基因工程的方法分别从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得的干扰素，二者的生物活性是否相同？ 2．选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？
提示：(1)不相同。大肠杆菌是原核生物，只有核糖体，没有其他细胞器，酵母菌是真核细胞，细胞内含有内质网、高尔基体等多种细胞器，能对蛋白质进行加工处理，因此这两种干扰素的生物活性不同。
提示：细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产能力大等。
3．要确保干扰素基因在乳腺细胞中特异性表达，构建基因表达载体时有什么要求？ 4．培养乳腺生物反应器转基因动物时为什么要选用乳腺中特异性表达的基因的启动子？
提示：要将干扰素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。
提示：乳腺生物反应器通过分泌的乳汁提取相应的基因表达的产品，乳腺中特异性表达的启动子可让目的基因在乳腺细胞中表达。
5．利用动物乳腺生物反应器生产药物有什么优点与缺陷？
提示：优点是产量高、质量好、成本低、易提取。缺陷是该方法必须培育雌性动物，利用其乳腺分泌乳汁获取药物，因此受动物性别和年龄的限制。
6．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成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？
提示：应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋白较容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。
[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)高产青霉菌是诱变育种产生的，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。
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比较
1．(学业水平一、二)转基因技术可以改良动物品种，生产人类需要的药用蛋白。下列符合生产药用蛋白的是( )A．养殖含生长激素基因鲑鱼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
解析：养殖含生长激素基因的转基因鲑鱼只能获得体积更大的鲑鱼，A错误；养殖能抗口蹄疫病毒的转基因兔，只能获得具有能抗口蹄疫病毒能力的兔，B错误；养殖含乳糖酶基因的转基因牛，只能使牛乳汁中乳糖含量降低，C错误；从牛乳汁中获得人血清白蛋白，血清白蛋白可用于治疗失血性休克、脑水肿、肾病等，属于药用蛋白，D正确。
2．(学业水平一、二)下面有关基因工程的叙述，正确的是( )A．利用基因工程技术可分别从大肠杆菌和青霉菌体内获取基因工程药品胰岛素和青霉素B．用大肠杆菌作受体细胞时，可用NaCl处理大肠杆菌C．启动子也称为起始密码子，终止子也称为终止密码子D．由大肠杆菌工程菌获得的人的干扰素不能直接利用
解析：青霉菌产生青霉素是一种自身基因的正常表达，故从青霉菌体内获得的青霉素不属于基因工程药品，A错误；用大肠杆菌作受体细胞时，可用CaCl2处理大肠杆菌，B错误；启动子和终止子都是一段特殊的DNA序列，负责调控基因的转录，而起始密码子和终止密码子都存在于mRNA上，分别决定翻译的起始和终止，C错误；大肠杆菌是原核生物，无内质网和高尔基体，因此由大肠杆菌工程菌生产的干扰素不具备天然活性，需经过人工加工处理后才能利用，D正确。
3．(学业水平三、四，不定项选择)动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺进行大规模生产可用于治疗人类疾病或保健的活性蛋白质的现代生物技术成果。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要医药产品。大致过程如图所示。
下列有关说法错误的是( )A．通过③形成的重组质粒只具有人的药用蛋白基因、终止子和标记基因B．④通常采用Ca2＋处理法C．人的药用蛋白基因在转基因雌牛的乳腺细胞中得以表达，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
解析：要让人的药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并得到含药用蛋白的乳汁，重组质粒上还必须具有牛的乳腺蛋白基因的启动子等调控组件，A错误；培育转基因动物时通常利用的受体细胞是受精卵，采用显微注射技术将重组质粒导入受精卵，B错误；人的药用蛋白基因在转基因雌牛的乳腺细胞中得以表达，因此转基因雌牛分泌的乳汁中含有该药用蛋白，C正确；该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取，D正确。
4．(学业水平三、四，不定项选择)利用基因工程生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示，下列叙述正确的是( )A．过程①是在小菜蛾细胞的细胞核中进行的B．过程②获取的CarE基因中不含有启动子C．过程③进行前需要用Ca2＋处理大肠杆菌D．过程④后只有部分工程菌含有CarE基因
解析：过程①表示通过逆转录法合成目的基因，该过程在体外进行，不在小菜蛾细胞内进行，A错误；过程②表示利用PCR技术对目的基因进行扩增，由于模板cDNA中不含有启动子，所以CarE基因中也不含有启动子，B正确；过程③进行前需用Ca2＋处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，C正确；工程菌指的是能使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系，过程④的转化率不是100%，只有部分工程菌含有CarE基因，D正确。
强化落实·学业达标——归纳·提升·素养
高效课堂·实践运用——随堂·巩固·达标1.抗病毒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
解析：由于外源抗病毒基因具有特异性，因而其表达产物具有特异性或局限性，只能抵抗某种或某类病毒，不可能抵抗所有病毒，更不能抗害虫。目的基因导入受体细胞后，可以随受体内的自身遗传物质稳定遗传，也会同自身遗传物质一样发生变异。
2．下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是( )A．动物基因结构与人类基因结构相同B．乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的C．可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物D．乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用
解析：乳腺生物反应器生产的药物在自然界中可以找到，只不过在转基因动物体内更容易提取到较大量的药物。
3．应用基因工程的方法，可将酵母菌制造成“工程菌”，用于生产乙肝疫苗，在制造该“工程菌”时，应向酵母菌中导入( )A.乙肝病毒的表面抗原B．抗乙肝病毒抗体的基因C．抗乙肝病毒的抗体D．乙肝病毒的表面抗原的基因
解析：利用基因工程生产乙肝疫苗时，应该向酵母菌中导入乙肝病毒的表面抗原基因。
4．下列不属于基因工程成果的是( )A．乳腺生物反应器生产药用蛋白B．从大肠杆菌体内获得白细胞介素C．从大肠杆菌体内获得生长激素D．用高产青霉菌生产青霉素
解析：乳腺生物反应器是用转基因动物生产药物，属于基因工程成果，A不符合题意；从大肠杆菌体内获得白细胞介素及从大肠杆菌体内获得生长激素都是将相关基因转入大肠杆菌，从而得到的基因工程药物，属于基因工程成果，B、C不符合题意；用高产青霉菌生产青霉素是利用基因突变的原理进行的诱变育种，不属于基因工程的范畴，D符合题意。
5．转基因小鼠的过表达模型和基因敲除模型在人类疾病机理与治疗研究领域得到了广泛应用。研究表明，阿尔茨海默病(AD)发病与淀粉样前体蛋白(APP)基因突变等有关。请回答下列问题：(1)通过________方法将APP基因导入小鼠受精卵中，即可获得APP基因过表达的转基因小鼠模型。 (2)sgRNA可识别与之互补配对的DNA片段，可利用__________为模板设计sgRNA，再利用该sgRNA引导限制酶____________，从而获得APP基因敲除的转基因小鼠模型。 (3)能否用抗原—抗体杂交的方法证明已获得APP基因敲除的转基因小鼠？________。请说明理由：__________________________________________________________________________________________________________。
抗原—抗体杂交方法是用抗体去检测目的基因是否表达，细胞中含有APP基因也不一定表达，无论APP基因是否敲除，都可能不出现杂交带
解析：(1)常通过显微注射法将目的基因导入动物受精卵中。(2)可以利用APP基因为模板设计sgRNA，由于sgRNA可识别与之互补配对的DNA片段，故可以利用该sgRNA引导限制酶切除APP基因，从而获得APP基因敲除的转基因小鼠模型。(3)抗原—抗体杂交方法是用抗体去检测目的基因是否表达，细胞中含有APP基因也不一定表达，无论APP基因是否敲除，都可能不出现杂交带，故不能证明已获得APP基因敲除的转基因小鼠。
(4)经研究得知，某DNA存在一个能控制转录过程的特殊区段。科学家通过PCR技术获得了大量该区段。该技术操作流程的三个重要步骤是______________。 (5)人们发现小型猪的器官可用来替代人体器官进行移植，但小型猪器官表面的某些抗原决定蛋白仍可引起免疫排斥反应。科学家正试图利用基因工程对小型猪的器官进行改造，在改造中导入的小型猪基因组中的一些调节因子属于基因工程中的________，作用是抑制______________的表达。
解析：(4)PCR一般可分为变性、复性、延伸三步。(5)在改造中导入的小型猪基因组中的一些调节因子属于目的基因，导入后可以抑制抗原决定基因的表达，从而降低免疫排斥反应。
疑难解答·名师指津——释疑·解惑·教材(一)从社会中来提示：可以让学生结合学过的知识和自己的生活经历，如使用过用转基因技术生产的产品来进行说明。(二)到社会中去1．提示：截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。2．提示：根据实际情况回答。
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