第3章　基因工程\n第3节　基因工程的应用\n课标要求核心素养1.结合具体实例了解基因工程的应用。(生命观念、社会责任)2．联系当地生产、生活中的具体实例，思考用基因工程的方法解决实际问题。(社会责任)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．认同基因工程的应用价值。3．关注基因工程的进展。\n知识导图\n学霸记忆•素养积累训练巩固•课堂达标新知预习•双基夯实课内探究•名师点睛指点迷津•拨云见日\n新知预习•双基夯实\n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。抗虫功能病毒、真菌等\n3．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%。降解或抵抗某种除草剂必需氨基酸含量多的蛋白质\n5．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。外源生长激素肠乳糖酶\n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__________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。基因改造药用蛋白启动子显微注射分泌乳汁\n(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。调节因子抗原决定抗原决定克隆免疫排斥\n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、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。酶氨基酸维生素工业发酵\n1．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．利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。()5．乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。()活学巧练×√×√×\n思考：1．为了生产药物，常把药用蛋白基因构建的表达载体导入大肠杆菌或酵母菌细胞中构建工程菌，选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？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。\n2．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。\n学霸记忆•素养积累\n1．将来源于某些病毒、真菌的抗病基因导入植物中，培育转基因抗病植物。2．将外源生长激素基因导入鲤鱼，可提高鲤鱼的生长速度。3．将药用蛋白基因导入大肠杆菌或酵母菌构建工程菌可生产药物。\n4．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成表达载体导入哺乳动物的受精卵中可构建乳腺生物反应器。5．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，然后结合克隆技术，可培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。\n课内探究•名师点睛\n知识点基因工程在农牧业方面主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)、改良农作物的品质提高动物生长速度和改善畜产品的品质等方面。1．转基因抗虫植物：用于转基因植物的抗虫基因主要有Br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．转基因抗病植物：抗病转基因植物使用最多的目的基因是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。基因工程在农牧业方面的应用\n3．转基因抗逆植物：相关的基因有抗除草剂基因、抗冻蛋白基因、抗盐碱基因、抗旱基因等。由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，目前科学家正在利用一些可以调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗干旱的能力。4．利用转基因改良植物的品质：必需氨基酸只能从食物中获得。科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物中或者改变这些氨基酸合成途径中某些关键酶的活性，以提高必需氨基酸的含量。\n5．用于提高动物生长速度：将外源生长激素基因导入动物体内，提高转基因动物的生长速度。6．用于改善畜产品的品质：如将肠乳糖基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低，而其他营养成分不受影响。\n目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，下列说法正确的是()A．苏云金芽孢杆菌的Bt抗虫蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达B．抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状稳定遗传下去C．标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因D．连续种植转基因抗虫棉不会改变棉铃虫的抗性典例1典例剖析C\n解析：重组质粒形成后需要通过农杆菌转化法等方法导入棉花的叶肉细胞；如果抗虫基因导入棉花叶肉细胞的细胞质中，转基因棉花的花粉中不含该基因，如果导入细胞核基因中，该转基因植株相当于杂合子，后代会发生性状分离；抗虫棉的选择作用使具有抗性突变的棉铃虫生存下来，经过长时间积累，棉铃虫的抗性会增强。\n1．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()变式训练\nA．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的存在答案：D\n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。\n知识点1．用转基因动物(植物、微生物)生产药物：目前在牛、山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、生长激素和α－抗胰蛋白酶等医药产品。基因工程在医药卫生领域的应用\n2．用转基因动物作器官移植的供体科学家试图用猪的器官来解决人类器官的来源问题。原因是猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似，而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于其他灵长类动物；另外一个原因是猪的生产效率高，能很快繁殖，产下众多的仔猪。供体器官可利用基因工程方法进行改造，采用的方法是将器官供体基因组导入某种调节因子，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，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。\n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()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典例2典例剖析C\n解析：目前，人体移植器官短缺是一个世界性难题。要实现器官移植最大的难题是免疫排斥，A项正确。猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多，B项正确，C项错误。目前，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，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，D项正确。\n2．(多选)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。大致过程如下图所示。变式训练\n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．在转基因雌牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因得以表达，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AB\n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项错误；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项错误；转基因雌牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因得以表达，因此转基因雌牛分泌的乳汁中含有该药用蛋白，C项正确；该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取，D项正确。\n指点迷津•拨云见日\n乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较名称乳腺生物反应器工程菌含义是指使外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异\n名称乳腺生物反应器工程菌基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法(Ca2＋处理法)生产条件不需严格灭菌，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药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取\n下列有关利用乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述，错误的是()A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中提取B．两者都是基因工程在医药卫生领域的应用C．前者合成的蛋白质可加工成熟，后者合成的蛋白质一般不能加工成熟D．动物和微生物的基因结构与人体的基因结构均相同典例3典例剖析D\n解析：乳腺生物反应器和微生物生产药物都是基因工程在医药卫生领域的应用；前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中提取；前者合成的蛋白质可加工成熟，工程菌一般是原核生物，合成的蛋白质一般不能加工成熟；真核生物基因的编码区有内含子和外显子之分，原核生物基因的编码区无内含子与外显子。\n解疑答惑从社会中来⇨P87提示：在农牧业方面生产转基因抗虫植物、转基因抗病植物、转基因抗除草剂植物、改良植物的品质、提高动物的生长速率、改善畜产品的品质。在医药卫生领域，除生产胰岛素外，还生产干扰素、抗凝血酶等药物。在食品工业方面，生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。\n异想天开⇨P91提示：可能会遭到他人歧视。这就需要人们调整自己的观念，适应科技、社会的发展、进步。(开放性问题，答案合理即可)\n到社会中来⇨P921．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。\n练习与应用⇨P92一、概念检测1．C提示：生长激素基因在转录时需要RNA聚合酶，不需要解旋酶和DNA连接酶，A项错误；发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的次生代谢物，B项错误；通过基因工程技术可以将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，并且能稳定的遗传，C项正确；大肠杆菌质粒标记基因中嘌呤与嘧啶含量相等，并且质粒为DNA，DNA中不含尿嘧啶，D项错误。2．A提示：用人工诱变获得青霉菌突变菌株大量生产青霉素，不属于基因工程的应用。\n二、拓展应用1．提示：(1)①限制酶、DNA连接酶③矮牵牛④转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。(2)①对照组为非转基因矮牵牛。②理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。思路：将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。\n2．提示：开放性题目，自由想象！例如，基因工程目前来说是对基因片段进行剪接和采取，但是也已经能够在一定程度上改变生物的基本性状。科学家们认为，在未来只要我们能够突破微观层面的操作，就能够对人类的基因从具体的氨基酸状态进行重组。如果真的做到这样，那么人类可就了不起了，因为我们能够再一次选择我们的基本状态。例如，我们可能并不是一个漂亮的人，但是可以通过基因技术进行重组再造。通过对特定基因的选择，可以决定人的性状突变，也就是说，未来完全可以做到人人都是俊男美女。只要掌握了基因工程技术，这一切都不是问题。\n训练巩固•课堂达标\n1．科学家已能运用基因工程技术，让羊的乳腺合成并分泌人体的某些抗体，以下叙述不正确的是()A．该技术可导致定向变异B．表达载体中需要加入乳腺蛋白基因的特异性启动子C．目的基因是抗原合成基因D．受精卵是理想的受体细胞C\n解析：由题意分析可知该技术为基因工程技术，将目的基因导入受体细胞，可以定向改变生物性状，故A项正确；运用基因工程技术，让羊的乳腺生产抗体，则表达载体中目的基因上游要加入羊乳腺蛋白基因的启动子，故B项正确；目的基因是人体内控制某些抗体合成的基因，故C项错误；受精卵常作为动物基因工程的受体细胞，故D项正确。\n2．下列关于培育转基因抗虫棉的叙述，正确的是()A．DNA连接酶能把Bt抗虫蛋白基因与噬菌体相连接B．Bt抗虫蛋白基因可借助花粉管通道进入受体细胞C．Bt抗虫蛋白对害虫和人都有不同程度的毒害作用D．需制备好相应抗原来检测Bt抗虫蛋白B\n解析：培育转基因植物常用农杆菌转化法，可用DNA连接酶将编码Bt抗虫蛋白的基因与农杆菌的Ti质粒相连接，构建基因表达载体，A项错误；在植物细胞基因工程中，可利用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞，也可以利用花粉管通道法将目的基因导入受精卵中，B项正确；Bt抗虫蛋白对哺乳动物无毒害作用，C项错误；要检测目的基因是否成功翻译，可用抗原—抗体杂交技术进行检测，目的基因翻译的蛋白质作为抗原，故需制备好相应抗体来检测Bt抗虫蛋白，D项错误。\n3．近年来基因工程的发展非常迅猛，下列不属于基因工程应用的是()A．克隆猴“中中”和“华华”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工程菌A\n解析：克隆猴“中中”和“华华”应用了动物细胞核移植技术，A项符合题意；利用乳腺生物反应器生产药物，这属于动物基因工程的应用，B项不符合题意；制造一种能分解石油的“超级细菌”，这属于基因工程的应用，C项不符合题意；制造一种能产生干扰素的工程菌，这属于基因工程的应用，D项不符合题意。\n4．(不定项)科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。下列说法错误的是()A．将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，可以用花粉管通道法B．人的生长激素基因只存在于在小鼠的膀胱上皮细胞中C．进行基因转移时，要将目的基因转入小鼠受精卵中D．采用抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否插入了小鼠的基因组ABD\n解析：花粉管通道法用于将目的基因导入植物细胞，A项错误；培育转基因动物时，因为受精卵的全能性最高，所以进行基因转移时通常将目的基因转入受精卵中，小鼠的体细胞是由同一个受精卵分裂和分化来的，核遗传物质相同，故人的生长激素基因存在于小鼠所有体细胞中，B项错误，C项正确；检测目的基因是否插入了小鼠的基因组通常采用DNA分子杂交法，D项错误。\n5．据报道，我国海水稻试种成功，并获得喜人的收成。如果能够在更多的盐碱地里种植海水稻，将会养活更多的人。回答下列问题。(1)人们可以利用基因工程技术培育转基因海水稻，将耐盐基因导入高产水稻细胞内培育耐盐水稻。将耐盐基因导入水稻细胞之前必须先构建_____________，要大量获得耐盐基因可采用_____技术扩增该基因。(2)将目的基因(耐盐基因)导入水稻细胞常用的方法是______________；检测耐盐基因是否在水稻细胞内表达相应蛋白质，通常采用________________技术；要进一步鉴定水稻植株是否具有耐盐特性，可采用的方法是_________________________________________________________。基因表达载体PCR农杆菌转化法抗原—抗体杂交将该转基因水稻种植在用海水灌溉的土壤中，观察其生长状况\n(3)据了解，海水稻的产量还比较低。目前，以袁隆平院士为首的科研团队正在进行高产攻关，利用杂种优势提高产量。杂交育种和基因工程依据的遗传学原理都是__________，但二者的操作水平不同，基因工程技术相对于杂交育种的突出优点是____________________________________________________________。基因重组能克服远缘杂交不亲和障碍，可按照人们的意愿定向改变生物性状\n解析：(1)为了使目的基因在受体细胞中稳定存在并发挥作用，将耐盐基因导入水稻细胞之前必须先构建基因表达载体；PCR技术是基因体外扩增的有效途径。(2)将目的基因(耐盐基因)导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法；检测目的基因是否在受体细胞内表达相应蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交技术；要进一步鉴定水稻植株是否具有耐盐特性，可将水稻种在海水灌溉的土壤中或盐碱地中，观察其生长状况。(3)杂交育种和基因工程育种依据的遗传学原理都是基因重组；杂交育种的局限性是不能跨越种的障碍，对性状的改造也是在原有性状之上重新组合，基因工程技术相对于杂交育种的突出优点是能克服远缘杂交不亲和障碍，可按照人们的意愿定向改变生物性状。