2023年人教版高中生物选择性必修3第3章基因工程第3节基因工程的应用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第3节基因工程的应用
【课程标准】
举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。
【素养目标】
1.科学思维:基于基因工程在农牧、医药和食品等行业应用的实例,说明基因工程给社会带来的巨大进步。
2.社会责任: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。
你听说过转基因鲤鱼吗?转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%~115%,它在142天后平均体重达到648 g。
除生长速度快,转基因鲤鱼对饵料的利用率也非常高,这两个因素使得转基因鲤鱼的养殖经济效益比非转基因鲤鱼提高125%。
观看视频《快速生长的转基因黄河鲤鱼》。
思考:
1.提高鲤鱼生长速度的目的基因是什么?
2.你还知道哪些转基因生物?基因工程有哪些方面的应用?
一、基因工程在农牧业方面的应用
连一连:基于基因工程在改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面的应用,将下列转基因生物和选用的目的基因连线。
【警示】转基因抗虫植物与转基因抗病植物是不同的,转基因抗病植物可以抵抗病毒、真菌等,但不能抗虫。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
判一判:基于基因工程在医药卫生领域的成果和应用,判断正误。
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。
(√)
②乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。
(×)
提示:需将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子重组在一起后导入受精卵中。
③转基因动物需要进入泌乳期才能成为“乳腺生物反应器”。
(√)
④用转基因动物做器官移植的供体时,只能通过抑制供体动物抗原决定基因的表达来解决免疫排斥的问题。
(×)
提示:还可以设法除去抗原决定基因。
思考:作为乳腺生物反应器的动物,对性别有怎样的要求?
提示:应为雌性动物。
三、基因工程在食品工业方面的应用
1.基因工程菌:用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类。
2.选一选:以下叙述属于基因工程在食品工业方面应用的是①③。
①生产阿斯巴甜的主要成分天冬氨酸和苯丙氨酸
②将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,获得乳糖含量低的转基因牛
③利用基因工程菌生产转化糖浆需要的淀粉酶
【警示】基因工程在食品工业方面的应用主要是指利用基因工程菌生产人们所需的工业用酶、氨基酸和维生素等。
学习任务:基因工程的应用
【情境探究】
胰岛素是治疗糖尿病的特效药。
以往临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等动物的胰腺中提取,每100 kg胰腺只能提取4~5 g胰岛素。
用该方法生产的胰岛素产量低、价格昂贵,远不能满足社会需求。
1978年,科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组并在大肠杆菌内实现了表达。
1982年,美国一家基因公司将基因工程方法生产的胰岛素投入市场,售价降低了30%~50%。
思考:利用大肠杆菌生产的人的胰岛素具有生物活性吗?为什么?
提示:不具有。
人体细胞中,需经内质网和高尔基体加工才能形成有活性的胰岛素,大肠杆菌是原核生物,细胞中没有内质网和高尔基体,因此利用大肠杆菌生产的人胰岛素没有生物活性。
【能力形成】(科学思维——归纳与概括)
1.受体细胞的选择:
(1)转基因植物:受体细胞可以选择受精卵或体细胞。
选择体细胞做受体细胞时,需结合植物组织培养技术以获得转基因植株。
(2)转基因动物:受体细胞一般选择受精卵,目的基因整合到受精卵染色体DNA 上,发育成的转基因动物的细胞中都含有目的基因。
(3)转基因微生物:基因工程中常用原核生物作为受体细胞,其中以大肠杆菌应用最为广泛。
2.乳腺生物反应器: (1)思路:
让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达,利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。
(2)操作过程:
如人血清白蛋白基因、人生长激素基因等)
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)
显微注射技术)
↓
↓
发育成转基因动物
利用分泌的乳汁生产所需的药品
(3)乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别:
探讨:建立乳腺生物反应器时,为什么要选用乳腺中特异性表达的基因的启动子?
提示:乳腺中特异性表达的启动子可以让目的基因在乳腺细胞中表达,进而可以从乳腺中提取相应产物。
【素养案例】
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 【解题思维】
【解析】选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,A 错误;转基因动物通常利用的受体细胞是受精卵,采用显微注射技术,B 正确;只有母牛进入泌乳期,乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因,进而乳汁中含有药物,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。
【跟踪训练】
1.能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是( ) A.单倍体育种 B.杂交育种 C.基因工程育种
D.多倍体育种
【解析】选C。
要让动物蛋白在植物体内表达,必须将控制动物蛋白合成的相关基因导入植物细胞中并让其表达,因此需要通过基因工程技术才能实现。
2.下列不属于基因工程应用的是( )
A.培育青霉菌并从中提取青霉素
B.利用乳腺生物反应器生产药物
C.制造一种能分解石油的“超级细菌”
D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌
【解析】选A。
青霉素是青霉菌的代谢产物,因此培育青霉菌并从中提取青霉素,没有采用基因工程技术,A错误;利用乳腺生物反应器生产药物,属于动物基因工程的应用,B正确;制造一种能分解石油的“超级细菌”,是基因工程在环保方面的应用,C正确;制造一种能产生干扰素的基因工程菌,是基因工程在医药方面的应用,D正确。
【补偿训练】
应用基因工程的方法,可将酵母菌制造成基因工程菌,用于生产乙肝疫苗,在制造该基因工程菌时,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基因
【解析】选D。
乙肝疫苗是指减毒或灭活的乙肝病毒,利用基因工程生产乙肝疫苗时,应向酵母菌导入目的基因,即乙肝病毒的表面抗原基因。
故选D。
我国研制的重组新冠疫苗目前已在全世界广泛应用。
重组新冠疫苗的制备流程如图所示。
(1)上述过程②③代表什么含义,获得的S蛋白基因中是否含有启动子?
提示:②表示逆转录,③表示通过PCR获得大量S蛋白基因,获得的S蛋白基因中不含启动子。
(2)上述过程中④的目的是什么?
提示:④为基因表达载体的构建,目的是使目的基因在受体细胞中能稳定存在并传递给下一代,同时能表达和发挥作用。
(3)新冠疫苗制备后,经过一段时间,可能起不到良好的预防作用,可能的原因有哪些?
提示:新型冠状病毒的遗传物质为RNA,易发生变异。