第三章——基因工程新人教版高中生物選擇性必修3第3節(jié)基因工程的應(yīng)用【情景】1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物

的種植面積增加了一百多倍轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)殺蟲劑施用量減少了8.2%作物產(chǎn)量增加了6.6×108t，增加經(jīng)濟(jì)收益近1.3萬億元【情景】轉(zhuǎn)基因動物方面的成果正在進(jìn)入實(shí)用化

和商業(yè)化開發(fā)的階段2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準(zhǔn)上市轉(zhuǎn)基因鮭魚縮短了其成長周期，因此它受到的污染和體內(nèi)聚集的有毒物質(zhì)殘留比普通鮭魚少得多思考：轉(zhuǎn)基因作物有哪些優(yōu)點(diǎn)？減少化學(xué)殺蟲劑使用量（生物防治）增加作物產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益改良動植物品種主要的抗蟲基因：Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制劑基因淀粉酶抑制劑基因植物凝集素基因等1轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒常用的抗病基因：病毒外殼蛋白(coatprotein，CP)基因病毒的復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因噴灑除草劑時(shí)，殺死田間的雜草而不損傷作物。轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米2轉(zhuǎn)基因抗病植物3轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物優(yōu)良基因成果

的蛋白質(zhì)編碼基因富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米與植物花青素代謝相關(guān)的基因____________必需氨基酸含量多轉(zhuǎn)基因矮牽牛轉(zhuǎn)基因矮牽牛轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因的大米4改良植物的品質(zhì)拓展：病毒外殼蛋白基因的抗病毒機(jī)理一種假說認(rèn)為：CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說認(rèn)為：植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認(rèn)為抗性機(jī)理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。1）哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？鹽堿、干旱、低溫和澇害等2）鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)3）我國西北地區(qū)的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是年降雨量小，從而影響糧食

的產(chǎn)量，如果從基因工程的角度考慮，如何避免糧食減產(chǎn)？思考·討論:可以用基因工程技術(shù)培育抗旱作物（篩選獲取抗旱基因）培育方法：將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。實(shí)例：轉(zhuǎn)基因鯉魚、轉(zhuǎn)基因小鼠。解決問題：有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，稱之為乳糖不耐受。實(shí)例：轉(zhuǎn)基因牛(乳汁中乳糖的含量大大降低)。目的基因：外源生長激素基因。目的基因：腸乳糖酶基因。5提高動物的生長速率6改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)1.從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，分析轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性有哪些？減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用量，降低了環(huán)境污染；降低生產(chǎn)成本。2.種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉若干年后，害蟲會不會對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)生抗性？為什么？會。害蟲會因遺傳物質(zhì)發(fā)生改變產(chǎn)生對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗性。3.為什么將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M能降低牛奶中的乳糖含量？腸乳糖酶基因在奶牛乳腺細(xì)胞中表達(dá)出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。思考·討論:1.(2022·天津一中高二期末)轉(zhuǎn)基因抗蟲植物含有Bt毒蛋白，對人體無毒，但是鱗翅目昆蟲幼蟲的腸道細(xì)胞含有Bt蛋白的受體，Bt蛋白與受體結(jié)合導(dǎo)致腸道壁穿孔，使幼蟲死亡。下列敘述錯(cuò)誤的是A.促進(jìn)Bt蛋白的合成有助于提高植物的抗蟲效果B.通過DNA分子雜交技術(shù)可以檢測Bt蛋白基因是否表達(dá)C.將Bt蛋白基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法可以使用花粉管通道法或農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)

化法D.將植物材料和農(nóng)桿菌共同培養(yǎng)之前，需要對植物材料進(jìn)行消毒處理√2.下列有關(guān)目的基因的操作能夠改善產(chǎn)品品質(zhì)的是A.將草魚的生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)B.將腸乳糖酶的基因?qū)肽膛５幕蚪MC.將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胗衩譊.將Bt抗蟲蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實(shí)現(xiàn)表達(dá)√基因工程艾滋病疫苗基因工程干擾素重組人胰島素1基因改造微生物或動植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物干擾素動物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，廣泛用于治療病毒感染性疾病，對某些癌癥也有一定療效。1980~1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素。1993年，我國批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素ɑ-1b，是我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物。1.干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？2.干擾素的作用機(jī)理是怎樣的？3.干擾素用于哪些疾病的治療？4.目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？糖蛋白干擾病毒復(fù)制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等思考·討論:用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得2讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物概念科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。乳腺生物反應(yīng)器關(guān)鍵將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起。小組活動：閱讀P90第二段，結(jié)合基因工程和胚胎工程的過程，

構(gòu)建乳腺生物反應(yīng)器動物的過程示意圖？藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植早期胚胎優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取缺點(diǎn)容易受時(shí)間和性別的限制過程示意圖比較項(xiàng)目乳腺（房）生物反應(yīng)器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物受體細(xì)胞導(dǎo)入方式生產(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異與天然蛋白質(zhì)完全相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性哺乳動物的受精卵微生物細(xì)胞顯微注射法Ca2+處理法（感受態(tài)細(xì)胞法）不需要嚴(yán)格的滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件從動物乳汁中提取，相對簡單（一般經(jīng)過工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細(xì)胞（或發(fā)酵液）中提取，相對復(fù)雜構(gòu)建膀胱生物反應(yīng)器是將目的基因插入含將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動子重組，從而指導(dǎo)目的基因表達(dá)產(chǎn)物分泌在尿中，其原理是根據(jù)膀胱尿乳頭頂端表面可表達(dá)一組稱之為尿血小板溶素的膜蛋白。膀胱生物反應(yīng)器具有周期短、不受性別和年齡的限制，易收集和提純更高。優(yōu)點(diǎn)：3轉(zhuǎn)基因動物作為器官供體（1）選用豬作為器官供體的原因①豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似。②與靈長類動物相比，豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要少得多。（2）最大難題是免疫排斥。（3）器官改造方法：在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定

基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)培育出不會引

起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。2022年1月7日，馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院進(jìn)行了世界首例活人成功植入基因編輯豬心臟的手術(shù)，57歲的心臟病患者大衛(wèi)·貝內(nèi)特（DavidBennett）接受了一顆經(jīng)過基因編輯的豬心臟以挽救生命。醫(yī)生用一只1歲大、240磅重的小豬心臟替換了Dave原本的心臟。而這只小豬，是Revivicor公司專門為異種移植進(jìn)行基因編輯和培育的。2022年3月8日，大衛(wèi)·貝內(nèi)特因病情惡化而不幸去世，這顆豬心臟讓他延長了2個(gè)月壽命。他的家人表示：感謝每一個(gè)創(chuàng)新時(shí)刻，每一個(gè)瘋狂的夢想，每一個(gè)不眠之夜，感謝每一分努力。希望這個(gè)故事成為希望的開始，而不是結(jié)束。3.(2022·吉林長春高二期中)下列關(guān)于用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植供體的研究的敘述，不正確的是A.人體移植器官短缺和免疫排斥是目前制約人體器官移植的兩大難題B.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小和血管分布與人的極為相似C.靈長類動物體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒少于豬D.無論以哪種動物作為供體，都需要在其基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，

以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因√4.動物乳腺生物反應(yīng)器是一項(xiàng)利用轉(zhuǎn)基因動物的乳腺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生物發(fā)酵，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質(zhì)的現(xiàn)代生物技術(shù)?？茖W(xué)家已在牛和羊等動物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要藥品，其大致過程如圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是A.通過③形成的重組質(zhì)粒具有

人的藥用蛋白基因、啟動子、

終止子和標(biāo)記基因即可B.④通常采用顯微注射技術(shù)C.在轉(zhuǎn)基因母牛的乳腺細(xì)胞中

人的藥用蛋白基因才會得以表達(dá)，因此可以從乳汁中提取藥物D.該技術(shù)生產(chǎn)藥物的特點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、易提取√基因工程外源基因高效表達(dá)基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)概念：步驟：應(yīng)用：用___________的方法，使___________得到__________的菌類，一般稱為基因工程菌利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等1基因工程菌將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶編碼牛凝乳酶的基因?qū)嵗槊笐?yīng)用：相關(guān)基因：具體操作：奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)純度更高、生產(chǎn)成本顯著降低、生產(chǎn)效率較高實(shí)例——淀粉酶、脂酶具體操作：基因工程獲得的工業(yè)用酶的優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針檢測出來2環(huán)境監(jiān)測

有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。基因工程將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時(shí)分解四種烴類的“超級細(xì)菌”。3凈化污染的環(huán)境1.與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的胰島素有什么優(yōu)勢？酵母菌為真核生物，有生物膜系統(tǒng)，可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體對產(chǎn)生的胰島素進(jìn)行加工和修飾，從而產(chǎn)生有活性的胰島素。2.培育乳腺生物反應(yīng)器時(shí)為什么要選用乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件與藥用蛋白基因重組在一起？目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)。3.與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比，用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)勢有哪些？(1)動物乳腺有完整的蛋白質(zhì)翻譯后修飾系統(tǒng)，生產(chǎn)的蛋白質(zhì)活性高，更穩(wěn)定。(2)產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌，易提取。思考·討論:3.(2022·北京西城區(qū)高二期末)1998年，我國科研人員用兩個(gè)機(jī)理不同的抗蟲基因(CryIA和Cpti)構(gòu)建融合基因表達(dá)載體，導(dǎo)入棉花細(xì)胞培育出雙價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。自主知識產(chǎn)權(quán)抗蟲棉的推廣在提高經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的同時(shí)，也保護(hù)了中國棉花產(chǎn)業(yè)的安全。下列敘述錯(cuò)誤的是A.基因表達(dá)載體中融合基因位于啟動子與終止子之間B.該融合基因必須整合到棉花細(xì)胞的基因組DNA中C.可用DNA探針檢測融合基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNAD.雙價(jià)抗蟲棉比單價(jià)抗蟲棉選擇抗性棉鈴蟲的速率更快√轉(zhuǎn)基因抗蟲植物基因工程的應(yīng)用農(nóng)牧業(yè)方面醫(yī)藥衛(wèi)生方面轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)提高動物的生長速率改良植物的品質(zhì)讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物建立移植器官工廠食品工業(yè)方面生產(chǎn)食品工業(yè)用酶構(gòu)建基因工程菌一、概念檢測1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長激素的基因后，重新導(dǎo)入大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列相關(guān)敘述正確的是（

）A.轉(zhuǎn)錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標(biāo)記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等C2.基因工程應(yīng)用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應(yīng)用的是（

）A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物C.制造一種能降解石油的“超級細(xì)菌"D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌A二、拓展應(yīng)用除草劑的有效成分草甘膦能夠?qū)Ｒ坏匾种艵PSP合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導(dǎo)致植物死亡。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時(shí)也會使作物受損。解決這個(gè)問題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。（1）下面是探究“轉(zhuǎn)入外源EPSP合酶基因能否使矮牽?？共莞熟ⅰ钡牧鞒?，請補(bǔ)充完整。①用