高中生物选修3精品学案：1.3 基因工程的应用

1.3 基因工程的应用学习目标1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。

(重难点)2.关注基因工程的进展。

(重点)3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。

(重点)|基础知识|植物基因工程的成果1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。

(1)抗虫转基因植物①杀虫基因种类：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。

②成果：抗虫植物：棉、玉米、马铃薯、番茄等。

(2)抗病转基因植物①植物的病原微生物：病毒、真菌和细菌等。

②抗病基因种类：a.抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。

b.抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因。

③成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。

(3)抗逆转基因植物①抗逆基因：调节细胞渗透压基因使作物抗碱、抗旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因，使作物抗除草剂。

②成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。

(4)利用转基因改良植物品质①优良基因：必需氨基酸的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因。

②成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。

2.动物基因工程的成果(1)提高动物的生长速度①生长基因：外源生长激素基因。

②成果：转基因绵羊、转基因鲤鱼。

(2)改善畜产品的品质①优良基因：肠乳糖酶基因。

②成果：转基因牛产生的牛奶，乳糖含量少。

(3)用转基因动物生产药物①基因来源：药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子。

②成果：乳腺生物反应器。

(4)用转基因动物作器官移植的供体①器官供体：抑制或除去抗原决定基因。

②成果：利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。

3.基因工程药物(1)来源：转基因工程菌。

(2)成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

4.基因治疗(1)概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。

(2)成果：将腺苷酸脱氧酶基因导入患者的淋巴细胞。

|自查自纠|1.科学家利用转基因技术培育了抗玉米螟玉米，种植该玉米的农田就不需要进行防虫管理了。

(×)2.利用转基因改良植物品质，目的基因一定是控制该性状的基因。

(×)3.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。

(√)4.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。

(√)5.通过基因工程生产干扰素与传统的生产方法相比较，患者的治疗费用大大提高了。

(×)6.某遗传病患者通过基因治疗获得的正常性状能够在后代个体中表现。

(×)|图解图说|★转基因玉米我国西北地区的气候主要特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食的减产？提示：可以用基因工程技术培育抗旱作物，适应干旱环境。

★转基因鲑鱼归纳1.基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，且是体细胞。

2.基因治疗的策略主要有基因置换、基因修复、基因增补等。

基因治疗虽然在技术上的难题需要解决，但对遗传病等不治之症的根治带来了福音。

探究点一植物基因工程1.植物基因工程中的目的基因主要有哪些？提示抗虫基因、抗病基因、抗逆基因和一些能改良作物质量的基因。

2.抗虫作物可防治害虫，与化学农药防治相比有什么优点？提示可减少环境的污染，有利于人体健康。

3.引起植物生病的病原体主要有哪些？植物抗病基因主要有哪些？提示病毒、真菌和细菌。

主要的抗病基因有病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、几丁质酶基因和抗毒素合成基因。

4.植物的抗逆性主要包括哪些方面？提示包括抗干旱、抗盐碱、抗低温和抗涝害等。

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【典例1】科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶蛋白。

以下有关该基因工程的叙述错误的是()A.人工种植的转基因马铃薯种群的人奶蛋白基因频率将不会发生改变B.基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C.马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D.用同一种限制酶处理质粒和含有目的基因的DNA，可产生相同的黏性末端[解析]人工种植的转基因马铃薯种群的人奶蛋白基因频率会因突变或自然选择作用而发生改变，A错误；基因非编码区包括启动子和终止子，调控基因的转录开始与结束，B正确；马铃薯的叶肉细胞全能性较高，可作为基因工程的受体细胞，C正确；同一种限制酶识别并切割的脱氧核苷酸序列相同，处理质粒和含有目的基因的DNA，可产生相同的黏性末端，D正确。

[答案] A【跟踪训练】1.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt毒蛋白基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，保护农业生态环境。

根据以上信息，下列叙述正确的是()A.Bt毒蛋白基因的化学成分是蛋白质B.Bt毒蛋白基因中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毒蛋白基因D.转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物[解析]本题中的叙述为培育转Bt毒蛋白基因的油菜，将Bt毒蛋白基因转入油菜中，并且在油菜中表达，产生对菜青虫有毒性作用的蛋白质，而Bt毒蛋白基因的本质为具有遗传效应的DNA片段。

[答案] C探究点二动物基因工程1.提高动物生长速度的基因工程中，目的基因是什么？将该基因导入的受体细胞一般是什么细胞？为什么？提示生长激素基因。

受精卵，因为受精卵体积较大，操作容易；含营养物质丰富；且没有分化，具有细胞全能性。

2.如何通过基因工程降低牛奶中的乳糖？提示以乳糖酶基因为目的基因，导入奶牛基因组。

乳糖酶基因可表达出乳糖酶，乳糖酶可催化乳糖的分解。

3.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？提示乳腺蛋白基因的启动子。

动物基因工程的应用目的基因作用受体生物说明提高动物生长速度生长激素基因促进生长、提高生长速率鲤鱼、绵羊不能导入生长素基因转基因动药用蛋白通过分泌的乳牛、山羊已生产出的药品有抗凝物生产药物(乳房生物反应器)基因汁来生产所需要的药品血酶、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调节抗原决定基因的某些因子①抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因；②不能合成相应抗原猪选择猪的器官做人器官替代品的原因：①其内脏构造、大小、血管分布与人极为相似；②体内隐藏的致病病毒要远远少于灵长类动物【典例2】利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂，用于降解某种农药的残留，基本流程如图。

下列叙述正确的是()A.过程①的反应体系中需要加入逆转录酶和核糖核苷酸B.过程②需使用限制酶和DNA聚合酶，是基因工程的核心步骤C.过程③需要使用NaCl溶液制备感受态的大肠杆菌细胞D.过程④可利用DNA分子杂交技术鉴定CarE基因是否成功导入受体细胞[解析]过程①为逆转录过程，反应体系中需要加入逆转录酶和脱氧核苷酸，A 错误；过程②为基因表达载体的构建，需使用限制酶和DNA连接酶，B错误；过程③需要使用CaCl2溶液制备感受态的大肠杆菌细胞，C错误；鉴定CarE基因是否成功导入受体细胞，可利用基因探针进行DNA分子杂交，D正确。

[答案] D【跟踪训练】2.科学家将含有人体α－抗胰蛋白酶基因的表达载体注射到羊的受精卵中，该受精卵发育的雌羊乳汁中含有α－抗胰蛋白酶。

上述过程一般不会发生()A.α－抗胰蛋白酶基因与载体间基因重组B.α－抗胰蛋白酶基因在乳腺细胞中大量扩增C.RNA聚合酶识别乳腺特异表达基因的启动子D.乳腺细胞中高尔基体的数量相对较多[解析]该过程中需要构建基因表达载体，因此会发生α－抗胰蛋白酶基因与载体间基因重组，A正确；乳腺细胞已经高度分化，不再分裂，因此α－抗胰蛋白酶基因不能在乳腺细胞中大量扩增，只能在乳腺细胞中大量表达，B错误；RNA 聚合酶识别乳腺特异表达基因的启动子，并与之结合进而启动转录过程，C正确；α－抗胰蛋白酶是一种分泌蛋白，动物细胞中高尔基体与分泌物的形成有关，因此乳腺细胞中高尔基体数量较多，D正确。

[答案]B知识脉络要点晨背1.培育抗虫植物中的目的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因和植物凝集素基因等。

2.培育抗病植物中的目的基因一般是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。

3.抗逆植物具有抗干旱、抗盐碱、抗低温和抗涝害等特性。

4.利用动物基因工程可以提高动物的生长速度、改善畜产品的品质、生产药物及制备器官移植供体等。

5.基因工程药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

1.将甜菜碱、海藻糖等有机小分子的合成基因转入烟草细胞中，会使烟草的抗旱性增强。

下列关于这类转基因烟草及其培育过程的说法，错误的是()A.细胞中甜菜碱等有机小分子的合成量增加B.细胞液渗透压增大，避免细胞过度失水C.将抗旱基因导入烟草细胞中常用农杆菌转化法D.在干旱条件下筛选出成功导入抗旱基因的烟草细胞[解析]根据题意可知，将甜菜碱等有机小分子的合成基因转入烟草细胞中，会使烟草细胞中甜菜碱等有机小分子的合成量增加，A正确；烟草细胞中甜菜碱、海藻糖等有机小分子的合成增加，会使细胞液的渗透压增大，可避免细胞过度失水，使烟草的抗旱性增强，B正确；将目的基因导入植物细胞中常用农杆菌转化法，C正确；可利用基因表达载体中的标记基因来筛选成功导入抗旱基因的烟草细胞，在干旱条件下可筛选出成功导入抗旱基因的烟草植株，D错误。

[答案] D2.番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜。

普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶的控制基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。

科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了抗软化番茄。

下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是()A.运载工具可以是质粒B.受体细胞是番茄细胞C.目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因D.目的基因的表达延缓了细胞的软化[解析]根据题干信息可知，运载工具可以是质粒，则抗软化番茄的培育过程如下：以质粒作为载体，将目的基因(抗多聚半乳糖醛酸酶基因)与质粒结合形成重组DNA，利用含重组DNA的农杆菌去感染普通番茄，使目的基因进入普通番茄细胞中的染色体DNA上，从而抑制多聚半乳糖醛酸酶的作用。

[答案] C3.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，错误的是()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[解析]猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物；为解决免疫排斥问题，科学家正试图除去抗原决定基因，或在其基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达。