人教版高中生物学选择性必修3生物技术与工程精品课件 第3章 基因工程 第3节 基因工程的应用 (5)

因结构基本相同
有较大差异
合成的药物蛋白与天然蛋 细菌合成的药物蛋白可能没有活
白质相同
性
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
从动物乳汁中提取
工程在医药卫生领域的应用 1.(2021辽宁沈阳期中)下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙 述,不正确的是( C ) A.人体移植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的极为相似 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.无论以哪种动物作为供体,都需要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,或设法除去抗原决定基因
重难探究•能力素养全提升
主题一 基因工程在农牧业方面的应用
【情境探究】
资料1 草甘膦是全球使用量最大的除草剂,草甘膦没有选择性,它在除掉 杂草的同时也会使作物受损。为培育抗草甘膦的转基因大豆,科学家从农 杆菌中分离出CP4基因,将其导入大豆细胞中,选育出了抗草甘膦的大豆品 种。其原理是CP4基因表达后,原本对除草剂敏感的某种酶活性不易受到 除草剂的影响。 资料2 2015年11月,美国食品药品管理局批准第一种供食用的转基因动 物上市,也就是一种生长快速的转基因三文鱼。大西洋鲑是市场上最常见 的三文鱼,为了让大西洋鲑快速生长,科学家将体型大的大鳞大马哈鱼的生 长激素基因转给了大西洋鲑。普通三文鱼需要养36个月才能上市,而转基 因三文鱼仅需18个月。
解析 利用动物乳腺生物反应器生产药物要受动物性别和发育期的限制,若 从尿液中获取药物,则无论是雌性还是雄性个体,在任何发育期都可以产生 所需药物。
3.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 )
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。
旁栏边角想一想 与大肠杆菌相比,用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势? 提示 酵母菌为真核生物,有生物膜系统,可通过内质网和高尔基体对产生 的胰岛素进行加工和修饰,从而产生有活性的胰岛素。
结论语句辨一辨 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。( √ )
视角2 乳腺(膀胱)生物反应器的制备及特点 2.从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单,甚至可直接饮用治病。如果 将药用蛋白基因转入动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中,从转基因牛、羊尿 液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于( D ) A.技术简单 B.膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白 C.膀胱上皮细胞全能性较高 D.无论是雌性还是雄性个体,在任何发育时期都可以产生所需药物
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
2.基因工程在食品工业方面的应用 (1)生产氨基酸:利用转基因生物合成阿斯巴甜的原料——_天__冬__氨__酸___和 _苯__丙__氨__酸___。 (2)生产酶:利用转基因生物获得生产奶酪需要的___凝__乳_____酶;利用转基 因生物生产加工转化糖浆需要的___淀__粉_____酶;利用转基因生物生产加工 烘烤食品要用到的____脂__肪____酶等。 (3)生产维生素等。 3.其他方面的应用:利用“超级细菌”来处理_环__境__污__染___,利用经过基因改造 的微生物来生产___能__源_____。
(3)可能使建立移植器官工厂的设想成为现实 ①方法: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,然后再结合_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。 ②优点:解决人体移植器官短缺问题;避免_免__疫__排__斥___反应。
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。
【方法突破】
转基因植物的培育过程
【视角应用】
1.抗病毒的转基因植物成功表达后,以下说法正确的是( B ) 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 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。
第三章 第3节 基因工程的应用
内
01 基础落实•必备知识全过关
容
索
02 重难探究•能力素养全提升
引
课程标准
1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面 的应用。 2.探讨乳腺生物反应器的制备。
基础落实•必备知识全过关
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)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。
旁栏边角想一想 转基因植物和转基因动物的制备,常用的受体细胞分别是什么? 提示 转基因植物利用体细胞;转基因动物利用受精卵。
结论语句辨一辨 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。
请根据上述资料讨论回答下列问题。 1.培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子 等调控元件与药用蛋白基因重组在一起? 提示 目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。 2.与工厂化生产药用蛋白相比,用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优 势有哪些? 提示 (1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统,生产的蛋白质活性高, 更稳定。(2)产物直接经乳汁分泌,易提取。 3.异体器官移植往往会产生免疫排斥反应,科学家正尝试利用基因工程技 术对猪的器官进行改造,请尝试提出改造思路。 提示 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。
解析 人体移植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,A项正确;猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似,且猪体内隐 藏的、可导致人类疾病的病毒远少于灵长类动物,B项正确,C项错误;无论 以哪种动物作为供体,都需要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,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动物器官,D项正确。
【方法突破】
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)
比较内容 基因结构 基因表达
生产条件 药物提取
乳腺生物反应器
工程菌
动物基因结构与人类的基 细菌和酵母菌的基因结构与人类
4.基因工程在农牧业方面的作用 (1)改良植物的品质
优良基因
成果
__必__需__氨__基__酸__含__量__多____的蛋白质编码基因 富含赖氨酸的转基因玉米
与植物花青素代谢相关的基因
_转__基__因__矮__牵__牛___
(2)提高动物的生长速率 ①基因:外源生长激素基因。 ②成果:___转__基__因__鲤__鱼____。 (3)改善畜产品的品质 ①基因:__肠__乳__糖__酶__基__因___。 ②成果:转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不 受影响。
2.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__________。
主题二 基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用
【情境探究】
资料1 干扰素是治疗癌症的重要药物,每300 L 人血液中只能提取出1 mg 干扰素,所以从血液中提取的干扰素价格昂贵。某生物制药公司用如下方 法生产干扰素(如下图所示)。
资料2 科学家将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,由这个受 精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后,可以通过分泌乳汁来生产所需 要的药物,这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。目前,科学家已经在 牛、山羊等动物乳腺生物反应器中,获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长 激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
请根据上述资料讨论回答下列问题。 1.请写出培育抗草甘膦大豆的基本步骤。 提示 从农杆菌中获取和扩增CP4基因→将CP4基因与载体结合构建基因 表达载体→将重组表达载体导入大豆细胞中→对大豆细胞中CP4基因的 存在和表达情况进行鉴定,并进行除草剂喷洒实验。 2.培育转基因三文鱼所选的目的基因、受体细胞和导入方法分别是什么? 提示 大鳞大马哈鱼的生长激素基因、大西洋鲑的受精卵、显微注射法。
( ×) 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。( √ )
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)对微生物或动植物的细胞进行基因改造来生产药物 成果:_细__胞__因__子___、抗体、疫苗、激素等。 (2)利用哺乳动物生产药物 ①构建乳腺生物反应器。 a.目的基因:_药__用__蛋__白___基因。 b.启动子:乳__腺__中__特__异__表__达__的__基__因__的启动子。 c.受体细胞:__受__精__卵____。 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。