第3章基因工程第3节基因工程的应用[学习目标] 1.举例说出基因工程在农牧业方面的应用。2.举例说出基因工程在医药卫生方面的应用。3.举例说
出基因工程在食品工业方面的应用。知识自主梳理改良动植物品种提高作物和畜产品的产量某些病毒、真菌等降解或抵抗某种除草剂(4)改良植物
的品质①改良植物的营养价值例如：将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因
玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。②改良观赏价值例如：我国科学家成功地将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没
有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。外源生长激素肠乳糖酶药用蛋白乳腺中特异表达的器官移植抗原决定基因克隆技术免疫排斥反应传染病
食品工业用酶维生素编码牛凝乳酶淀粉酶脂酶更高显著降低较高 转基因抗虫棉的目的基因是什么？从哪种生物获取的？提示：Bt抗虫蛋白
基因。从苏云金杆菌体内提取出来的。 脱毒苗与抗毒苗有何区别？提示：脱毒苗是选择植物的茎尖(刚形成，病毒极少，甚至无病毒)进行
组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。抗毒苗是把某抗病基因导入到受体细胞中，并通过一定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。
动物乳腺生物反应器的优点及限制有哪些？提示：优点：①产量高；②目标产品可以随乳汁分泌而排到动物体外，易收获目标产品；③产品质量好
；④成本低。限制：受性别的限制，若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制。 在培育动物乳腺生物反应器时，为什么将目的基因与
乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起？提示：为了保证目的基因只在乳腺细胞中表达。 干扰素的定义及作用分别是什么？提示：干
扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，它是一种抗病毒的特效药，对治疗某些癌症也有一定疗效。课堂
小结笔记空间 ___________________________________________________ ______
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1．(目标1)下列哪项不是基因工程技术在农牧业方面的应用( )A．提高农作物的抗逆性B．提高动物的生长速率C．改良农作物的品质D
．转基因动物作器官移植的供体解析 提高农作物的抗逆性、提高动物的生长速率、改良农作物的品质均属于基因工程在农牧业方面的应用，A、B
、C不符合题意；转基因动物作器官移植的供体属于基因工程在医药卫生领域的应用，D符合题意。2．(目标1)利用基因工程技术将生长激素基
因导入绵羊体内，转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30%，体型大50%，在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用( )A．
乳腺细胞 B．体细胞 C．受精卵 D．精巢解析 动物体细胞的全能性受到限制，而受精卵具有发育的全能性，且受精卵体积较
大，容易操作，也能保证发育成的个体的所有细胞都含有生长激素基因，C正确。3．(目标2、3)“工程菌”是指( )A．用物理或化学方
法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系B．用遗传工程的方法，使同种不同株系的菌类杂交，得到的新细胞株系C．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D．从自然界中选取的能迅速增殖的菌类解析 “工程菌”的形成有三个特点：①运用的是基因工程方
法；②菌系表达的是外源目的基因，而非菌系自身的基因；③利用的是菌类高效表达基因的能力，C正确。4．(多选)(目标2)下列属于基因工
程药物的是( )A．从大肠杆菌体内获取的白细胞介素B．从酵母菌体内获取的干扰素C．从青霉菌体内获取的青霉素D．从大肠杆菌体内获取
的胰岛素5．(目标1、2)应用生物工程技术获得人们需要的新品种，请据图回答下列问题：(1)基因工程的核心工作是__________
________，目的是让人们感兴趣的基因在宿主细胞中______________________________________
。基因表达载体的构建 稳定存在和高效地表达，并遗传给下一代 (2)在a过程使用的工具酶有________。A．胰蛋白酶和DNA连接
酶B．质粒与DNA连接酶C．限制性内切核酸酶和DNA连接酶D．限制性内切核酸酶和胰蛋白酶(3)b过程常采用________法。(4
)下列相关叙述正确的是________。A．过程e通常需要用氯化钙处理以增加棉花细胞壁的通透性B．过程f需要采用植物组织培养技术C
．抗虫基因一旦整合到棉花细胞的染色体上就能正常表达D．检测抗虫棉是否出现抗虫性状可检测是否出现了相应的mRNAC显微注射 B重点题
型突破题型一 基因工程在农牧业方面的应用考查[例1] 科学家运用转基因技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因DXT转移到大白菜细胞中，培
育出抗虫效果很好的优质大白菜，减少了农药的使用量，减轻了农药对环境的污染。下列说法正确的是( )A．用苏云金芽孢杆菌直接感染大白
菜就可得到转基因大白菜B．DXT基因能在大白菜细胞中正常表达C．转基因大白菜培育的过程中，可以用灭活的病毒作为载体D．转基因大白菜
能抵抗各种病虫害解题分析 转基因植物的产生需要目的基因的获取、基因表达载体的构建等过程，细菌感染并不会把遗传物质传递给被感染生物，
A错误；将抗虫基因DXT转移到大白菜细胞中，培育出抗虫效果很好的优质大白菜，说明DXT基因在大白菜细胞中得到了正常表达，B正确；病
毒可以作为基因工程的载体，但不能灭活，C错误；苏云金芽孢杆菌的抗虫基因编码的蛋白质具有毒杀鳞翅目、双翅目、鞘翅目等昆虫的特性，并不
能抵抗各种病虫害，D错误。[例2] 我国科学家利用基因工程技术将海藻合成酶基因转移到甘蔗体内，获得了抗旱、高产、高糖的甘蔗新品种。
以下关于基因工程的说法，不正确的是( )A．我国转基因抗虫棉是转入了植物凝集素基因培育出来的B．基因工程可用于改良植物的品质C．
基因工程在农牧业方面应用广泛D．提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力，与调节渗透压的基因有关解题分析 我国的转基因抗虫棉是转入了Bt毒蛋
白基因培育出来的，A错误；利用可以调节细胞渗透压的基因，可提高作物抗盐碱和抗干旱的能力，D正确。题型二 乳腺生物反应器的分析[例3
] 动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长
激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时( )A．仅仅利用了基因工程技术B．不需要乳腺蛋白基因的启动子C．利用农杆菌转化法
将人的生长激素基因导入受精卵中D．需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”解题分析 培育转基因动物时，除了利用了基因工程技术之
外，还利用了胚胎和细胞工程技术，A错误；转基因动物成为乳腺生物反应器时，基因表达载体中必须含有乳腺蛋白基因的启动子等调控组件，这样
目的基因才能在乳腺细胞中得以表达，B错误；将目的基因导入动物受精卵中利用的是显微注射法，C错误；乳腺生物反应器生产的药品需从乳汁中
提取，因此转基因动物进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”，D正确。[例4] (多选)下列有关乳腺生物反应器与大肠杆菌生产药物的
叙述正确的是( )A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中或细胞产物中提取B．前者生产药物的过程不需要严格灭菌，后者需要严格灭菌C
．前者合成的蛋白质已加工成熟，后者合成的蛋白质一般没有加工成熟D．两者的基因与人体基因结构均相同解题分析 动物基因的结构与人类基因
的结构基本相同，大肠杆菌基因的结构与人类基因的结构不同，D错误。乳腺生物反应器与工程菌比较题型三 基因工程在食品工业方面的应用[例
5] 天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类，用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用，研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基
因并转入酿酒酵母菌，获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉生产酒精，请回答下列问题：(1)将淀粉酶基因切割下来所用的工具是______
_______________，用____________将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子，下一步将该DNA分子______
____________以完成工程菌的构建。(2)若要鉴定淀粉酶基因是否插入酿酒酵母菌，可采用______________等技术检
测；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用___________ ________________检测。限制性内切核酸酶 DN
A连接酶 导入酿酒酵母菌 PCR 抗原—抗体杂交或淀粉酶活性(3)将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养一定时间后，加入碘
液，工程菌周围出现透明圈，请解释该现象发生的原因。答案 该工程菌产生的淀粉酶可分泌至培养基，淀粉被水解的区域，遇碘不再变蓝色，产生
透明圈。(4)如何进一步鉴定不同的转基因工程菌利用淀粉能力的大小？答案 测定相同培养条件下等量的不同工程菌菌株的淀粉酶活性或酒精产
量。课后课时作业[单项选择题] 知识点一 基因工程在农牧业方面的应用1.下列不属于基因工程技术培育的新品种的是( )A．
抗棉铃虫的转基因抗虫棉B．抗除草剂的大豆C．分泌乳糖含量低的奶牛D．太空椒2．根据基因工程应用的内容，推测抗逆(抗虫、抗病、抗旱等
)转基因作物的培育与推广可以带来的效益是( )①在一定程度上，使作物摆脱土壤和气候条件的限制 ②减少化学农药对环境的污染和人畜的
危害 ③减少化肥的制造和使用量，有利于环境保护 ④使作物在不良环境下更好地生长，提高产量A．①③ B．①②④C．①②③④
D．②③④3．下列说法不正确的是( )A．科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因，来提高作物的抗盐碱和抗旱的能力B．由于抗
虫棉可以抵抗一切危害棉花植株的害虫，所以抗虫棉已经推广应用C．科学家往往将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，以提高农作物
的营养价值D．科学家将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，以提高它的观赏价值解析 由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压的
调节有关，所以可以利用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，A正确；转基因抗虫棉对棉铃虫等鳞翅目昆虫有较强的抗性
，并不是针对所有害虫，B错误。4．下列有关基因工程相关成果的说法，错误的是( )A．将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长
速度B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低C．2015年11月，第一种用于食用的转基因动
物——转基因大西洋鲑(俗称“三文鱼”)在美国获得批准上市D．转基因动物与原动物相比，由于发生了基因突变而使其基因型发生了改变解析
转基因动物与原动物相比，由于发生了基因重组而使其基因型发生了改变，D错误。 知识点二 基因工程在医药卫生领域的应用5.不
是由基因工程方法生产的药物是( )A．某种单克隆抗体 B．血清白蛋白C．抗凝血酶 D．乙肝疫苗6．乳腺生物反应器主要用
于( )A．动物抗病育种 B．增加乳汁分泌量C．生产药用蛋白 D．治疗乳腺疾病7．科学家在牛的乳房生物反应器中获得人
的血清白蛋白，下列相关叙述不正确的是( )A．获得的人血清白蛋白具有生物学活性B．应当以牛的乳腺细胞作为受体细胞C．可用显微注射
法将目的基因导入受体细胞D．受体细胞的性染色体组成是XX解析 乳腺细胞高度分化，难以表达全能性，一般以牛的受精卵作为受体细胞，B错
误。8．下列关于用转基因动物作器官移植供体的叙述不正确的是( )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 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，C错误。
9．动物基因工程技术有可能使建立移植器官工厂的设想成为现实，科学家正试图利用基因工程的方法对猪的器官进行改造，对猪的器官改造后所达
到的要求是( )A．能够提高猪的生长速率B．没有免疫排斥反应C．改善猪器官的品质D．能够生产药物 知识点三 基因工程在
食品工业方面的应用10.凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。运用转基因技术，将奶牛细胞中编码凝乳酶的基因转移到大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌细
胞中，达到大规模生产凝乳酶的目的，下图表示用作载体的质粒和目的基因所在DNA片段，下列说法错误的是( )A．用限制酶BamHⅠ、
PstⅠ和DNA连接酶构建基因表达载体B．用含氨苄青霉素的培养基筛选出的即为导入目的基因的受体细胞C．可用PCR技术大量扩增目的基
因D．用酵母菌作为受体细胞比用大肠杆菌作为受体细胞的优点是酵母菌含有的内质网和高尔基体可对蛋白质进行加工解析 载体和导入目的基因的
载体上都存在氨苄青霉素的抗性基因，因此不能以此来确定筛选出的是否是导入目的基因的受体细胞。 知识点四 基因工程在其他方面
的应用11.甲基对硫磷是常见的农药污染物，科研人员尝试改造并分离得到能够降解甲基对硫磷的微生物，下列操作中不必需的是( )A．构
建含有甲基对硫磷分解酶基因的表达载体B．将甲基对硫磷分解酶基因表达载体导入受体菌C．用甲基对硫磷为唯一碳源的培养基选择所需工程菌D
．提取工程菌的质粒并检测目的基因的含量解析 目的基因的检测和鉴定应重点检测目的基因的插入与否及插入后的表达结果，而非提取工程菌的质
粒并检测目的基因的含量。[多项选择题]12．下列关于植物、动物以及微生物在基因工程应用方面的叙述，正确的是( )A．动物和微生物
可以生产基因工程药物，植物不能B．三类生物在基因工程的技术操作中目的基因导入受体细胞的方式不同C．三类生物在基因工程的技术操作原理
相同D．三类生物在基因工程的技术操作中用到的工具酶相同解析 除基因工程的第三步“将目的基因导入受体细胞”的方法不同外，三类生物在基
因工程的应用中，从原理、使用的工具酶到操作流程等基本一致，B、C、D正确；三类转基因生物都可以用来生产基因工程药物，A错误。13．
下列关于基因工程成果的概述，错误的是( )A．在医药卫生方面，主要用于治疗疾病B．在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗
性的农作物C．在畜牧养殖业上主要用于培育多倍体动物D．在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化解析 基因工程在医药卫生方面
的应用主要是生产药物，而不是治疗疾病，A错误。[非选择题]14．2018年10月，《自然》杂志披露，哈佛大学研究团队对猪器官进行改
造，使它们更适合于人类器官移植的使用。改造的思路是要解决猪内源性逆转录病毒(PERV)带来的问题，可以敲除掉猪体内60个不同的PE
RV聚合酶基因。科学家利用了基因组编辑技术中的CRISPR/Cas9系统实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。该系统由向导RNA和
Cas9蛋白组成，由向导RNA引导Cas9蛋白在特定的基因位点进行切割来完成基因的编辑过程，其工作原理如图所示。(1)基因组编辑技
术属于基因工程的范畴。基因工程的优点是________ _____________________________________
_________________________，该技术中DNA拼接能成功的分子学基础是____________________
________ ________________________________________________________
_。(2)CRISPR/Cas9系统广泛存在于细菌体内，推测该系统在细菌体内的作用是_______________________
___。向导RNA和Cas9蛋白的联合作用类似于________酶的作用。由于Cas9蛋白没有特异性，用CRISPR/Cas9系统
切割PERV聚合酶基因，向导RNA的识别序列应具有的特点是___________ ________________________
_________________________________。目的性强，可按照人们的愿望赋予生物新的遗传特性(定向改造生物的
遗传性状) DNA分子都是由4种脱氧核苷酸组成，遵循碱基互补配对原则，都是双螺旋结构切割外源DNA，保护自身 限制 能与PERV聚
合酶基因特定序列通过碱基互补配对结合 (3)HIV通过识别膜蛋白CCR5侵入宿主细胞。基因组编辑技术中定点敲除基因的方法为艾滋病的
治疗提供的思路是________________________ _______________________。(4)基因组编辑
后通过体细胞克隆得到的数只PERV聚合酶完全缺失猪(A组)，与仅通过基因组编辑多个受精卵得到的数只PERV聚合酶缺失猪(B组)比较
，________(填“A组”或“B组”)更适合做器官移植的供体，理由是_____________________________
_____________________________。利用基因组编辑技术敲除人体内的CCR5基因A组 A组PERV聚合酶完全
缺失，不会对人体产生感染风险(合理即可) 15．淀粉酶在食品加工及轻工业生产中具有广泛用途。研究人员从细菌中克隆了一种淀粉酶基因，
为了获得高产淀粉酶菌株，按下图所示流程进行基因工程操作。(1)将淀粉酶基因与质粒载体重组时需要使用的酶包括____________
__ _________。(2)大肠杆菌经过________处理后，可作为重组载体的宿主(感受态)细胞使用。限制酶和DNA连接酶钙
离子 (3)为了初步筛选高产菌株，研究人员将得到的3个工程菌株接种到以淀粉为唯一碳源的培养基上，经过培养后用稀碘液处理，可观察到由
于淀粉被分解，在平板上形成以菌落为中心的透明圈。测量不同菌株形成的菌落及透明圈直径，结果见下表。①表中菌落直径(C)的大小反映了____________________，透明圈直径(H)的大小反映了__________________________。②根据表中数据，可推断其中淀粉酶产量最高的菌株是________。细菌的增殖速度 细菌分解淀粉的能力 菌株Ⅱ (4)基因工程技术已成功应用于人类生产生活中的诸多方面。请从植物育种或人类疾病预防与治疗方面举一实例，并说明制备该转基因产品的基本技术流程。(限100字以内)答案 实例一：转基因抗虫棉。从细菌中克隆Bt基因，构建重组载体，导入受体棉花细胞后进行组织培养，经对再生植株目的基因的检测，获得转基因棉花。实例二：基因工程生产胰岛素。克隆人的胰岛素基因，构建重组载体，转入大肠杆菌后，检测目的基因，筛选高产菌株并进行培养，生产胰岛素。解析 (2)大肠杆菌经过钙离子处理之后，变成感受态细胞，能够吸收周围环境中的DNA分子。(3)将工程菌接种到以淀粉为唯一碳源的培养基上，培养相同时间形成菌落直径的大小反应了细菌的增殖速度，透明圈直径的大小反应了细菌分解淀粉的能力，要判断菌株产淀粉酶能力是根据其H/C比值，其比值越大证明淀粉酶产量越高。本课结束 |
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