-新人教版-選擇性必修3-基因工程的應(yīng)用-教案

1、第3節(jié)基因工程的應(yīng)用新課標(biāo)核心素養(yǎng)1.概述基因工程的應(yīng)用及取得的豐碩成果。2.理性地看待基因工程在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。1.生命觀念：舉例說出植物基因工程、動(dòng)物基因工程的成果及其給人類帶來的影響。2.社會(huì)責(zé)任：應(yīng)用基因工程培育優(yōu)良品種或細(xì)胞產(chǎn)品，造福人類。知識(shí)點(diǎn)(一)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1轉(zhuǎn)基因抗蟲植物(1)方法：從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，將它導(dǎo)入作物中培育出具有抗蟲性的作物。(2)成果：已問世的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。2轉(zhuǎn)基因抗病植物(1)方法：科學(xué)家將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?，培育出了轉(zhuǎn)基因抗病植物。(2)成果：如轉(zhuǎn)基因

2、抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。3轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物(1)方法：將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可以培育出抗除草劑的作物品種。(2)成果：目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。4改良植物的品質(zhì)(1)方法：利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以改良植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等品質(zhì)。(2)成果：將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，可以提高這種氨基酸的含量。5提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率(1)方法：將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率。(2)成果：我國(guó)科學(xué)家將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長(zhǎng)速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%115%。6改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)將腸乳糖酶基因

3、導(dǎo)入奶牛基因組，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響。(1)目的基因只能來源于微生物()(2)科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育了抗玉米螟玉米，種植該玉米的農(nóng)田就不需要進(jìn)行防蟲管理了()(3)利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)，目的基因一定是控制該性狀的基因()(4)基因工程育種比傳統(tǒng)育種所需的時(shí)間短，并且可以解決遠(yuǎn)緣親本難以雜交的問題()1(科學(xué)思維)基因工程應(yīng)用于提高植物抗逆能力(1)抗蟲棉能抗病毒、細(xì)菌、真菌嗎？為什么？提示：不能?？瓜x基因具有專一性。(2)對(duì)于基因工程生產(chǎn)的抗蟲棉是否取得最后的成功，最簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法是什么？提示：讓害蟲去吃轉(zhuǎn)基因棉花的植株，觀察害蟲的生存狀

4、況。(3)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？提示：減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用量，降低了環(huán)境污染。(4)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉若干年后，害蟲會(huì)不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)生抗性？為什么？提示：會(huì)。害蟲會(huì)因遺傳物質(zhì)發(fā)生改變產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗性。2(社會(huì)責(zé)任)改良植物的品質(zhì)從基因與性狀的關(guān)系角度，思考利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)的途徑(從直接控制法和間接控制法來回答)。提示：直接控制法：導(dǎo)入控制該性狀的結(jié)構(gòu)蛋白基因；間接控制法：導(dǎo)入與該性狀有關(guān)的某種酶的基因。3(社會(huì)責(zé)任)提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率為提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度，需將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，應(yīng)該選擇的受體細(xì)胞是什么？說明理

5、由。提示：受精卵。受精卵體積較大，操作較容易，含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，也能保障發(fā)育成的個(gè)體所有細(xì)胞都含有外源生長(zhǎng)激素基因，全能性較高。4(社會(huì)責(zé)任)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)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？提示：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。1下列屬于植物基因工程實(shí)際應(yīng)用的是()A培育高產(chǎn)植物B培育抗病毒煙草C培育單倍體D生產(chǎn)脫毒植株解析：選B植物組織培養(yǎng)過程中容易發(fā)生突變，通過篩選可獲得高產(chǎn)植物，屬于植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用；培育抗病毒煙草屬于基因工程的應(yīng)用；通過花藥培養(yǎng)可獲得單倍體植株；利用分生區(qū)(如莖尖)細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，形成脫毒苗。2運(yùn)用現(xiàn)代生物

6、技術(shù)的育種方法，將抗菜青蟲的Bt基因轉(zhuǎn)移到優(yōu)質(zhì)油菜中，培育出轉(zhuǎn)基因抗蟲的油菜品種，這一品種在生長(zhǎng)過程中能產(chǎn)生特異的殺蟲蛋白質(zhì)，對(duì)菜青蟲有顯著抗性，能大大減輕菜青蟲對(duì)油菜的危害，提高油菜產(chǎn)量，減少農(nóng)藥使用。據(jù)以上信息，下列敘述正確的是()ABt基因的化學(xué)成分是蛋白質(zhì)BBt基因中有菜青蟲的遺傳物質(zhì)C轉(zhuǎn)基因抗蟲油菜能產(chǎn)生殺蟲蛋白是由于具有Bt基因D轉(zhuǎn)基因抗蟲油菜產(chǎn)生的殺蟲蛋白是無機(jī)物解析：選C基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，因此Bt基因的化學(xué)成分不是蛋白質(zhì)，A錯(cuò)誤；由題干信息可知，Bt基因不是來源于菜青蟲，不含有菜青蟲的遺傳物質(zhì)，B錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)基因抗蟲油菜能產(chǎn)生殺蟲蛋白是由于具有Bt基因，Bt基因能控制殺

7、蟲蛋白的合成，C正確；轉(zhuǎn)基因抗蟲油菜產(chǎn)生的殺蟲蛋白屬于有機(jī)物，D錯(cuò)誤。歸納提升雜交育種和基因工程育種的特點(diǎn)比較類型雜交育種基因工程育種特點(diǎn)所需時(shí)間較長(zhǎng)，無法完成遠(yuǎn)緣親本的雜交所需時(shí)間較短，無遠(yuǎn)緣親本難雜交的限制知識(shí)點(diǎn)(二)基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域及食品工業(yè)方面的應(yīng)用1基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用(1)對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使它們能夠生產(chǎn)藥物。藥物種類：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。(2)利用基因工程技術(shù)，還可以讓哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物。方法：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(dòng)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(dòng)物的受精卵中，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物

8、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。成果：科學(xué)家已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。(3)基因工程技術(shù)還可能使建立移植器官工廠的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。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(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。意義：解決人體移植器官短缺問題。2基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用(1)方法：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。(2)成果：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食品要

9、用到的脂酶等也都可以通過構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。(1)將人的干擾素基因重組到質(zhì)粒后導(dǎo)入大腸桿菌，能獲得產(chǎn)生人干擾素的菌株()(2)通過基因工程生產(chǎn)干擾素與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法相比較，患者的治療費(fèi)用大大提高了()(3)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()(4)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類一般稱為基因工程菌()1(科學(xué)思維)用乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器可大量生產(chǎn)藥物，構(gòu)建這種藥物基因的表達(dá)載體時(shí)，需要怎樣的啟動(dòng)子？提示：乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子。2(社會(huì)責(zé)任)干擾素是一種幾乎能抵抗所有病毒引起感染的糖蛋白，能直接利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生

10、產(chǎn)干擾素嗎？為什么？提示：不能。因?yàn)榇竽c桿菌屬于細(xì)菌，細(xì)菌中只有核糖體，沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等其他細(xì)胞器，不能加工形成有活性的干擾素，需要再加工。1下列關(guān)于基因工程的敘述，正確的是()A若受體大腸桿菌含有構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)用到的限制性內(nèi)切核酸酶，則一定有利于該重組質(zhì)粒進(jìn)入受體并保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定B抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某抗鹽植物獲得2個(gè)穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)基因品系，抗性鑒定為抗除草劑抗鹽和抗除草劑不抗鹽。表明一定是抗鹽性的改變與抗除草劑基因的轉(zhuǎn)入無關(guān)C抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某植物獲得轉(zhuǎn)基因植株，其DNA檢測(cè)均含目的基因，抗性鑒定為抗除草劑和不抗除草劑。表明一定是前者表達(dá)了抗性蛋白而后者只表達(dá)抗性基因RNAD已知不同分子量DN

11、A可分開成不同條帶，相同分子量的為一條帶。用某種限制性內(nèi)切核酸酶完全酶切環(huán)狀質(zhì)粒后，出現(xiàn)3條帶。表明該質(zhì)粒上一定至少有3個(gè)被該酶切開的位置解析：選D若受體大腸桿菌含有構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)用到的限制性內(nèi)切核酸酶，則該限制性內(nèi)切核酸酶可能會(huì)切割重組質(zhì)粒，破壞重組質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)，A錯(cuò)誤；抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某抗鹽植物后，一部分抗鹽植株的抗鹽性消失，說明抗除草劑基因的轉(zhuǎn)入可能導(dǎo)致抗鹽性改變，B錯(cuò)誤；抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某植物后，若DNA檢測(cè)含有目的基因，而抗性鑒定為不抗除草劑，其原因可能是目的基因轉(zhuǎn)錄出RNA但無法翻譯，也可能是目的基因無法轉(zhuǎn)錄，還可能是翻譯出來的蛋白質(zhì)無活性，C錯(cuò)誤；若環(huán)狀質(zhì)粒上有1個(gè)某種限制性內(nèi)切核

12、酸酶的酶切位置，則該環(huán)狀質(zhì)粒被該酶酶切后形成1個(gè)條帶，若要形成2個(gè)條帶，則該環(huán)狀質(zhì)粒上至少有2個(gè)該酶的酶切位置，若要形成3個(gè)條帶，則該環(huán)狀質(zhì)粒上至少有3個(gè)該酶的酶切位置，D正確。2繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研究成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展?？茖W(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答以下問題：(1)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入_中，原因是_。(2)轉(zhuǎn)基因小鼠的膀胱上皮細(xì)胞合成的人的生長(zhǎng)激素的成分是_，此過程包括_和_。(3)在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使外源基因在小鼠的_細(xì)胞中特異表達(dá)。解析：(1)作為動(dòng)物基因工程受體細(xì)胞的通常是受精

13、卵，因?yàn)槭芫洋w積大，便于操作，經(jīng)培養(yǎng)后可直接表達(dá)性狀。(2)人的生長(zhǎng)激素的成分是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的合成過程包括轉(zhuǎn)錄和翻譯。(3)由題干信息可知，膀胱生物反應(yīng)器中得以表達(dá)目的基因的是小鼠的膀胱上皮細(xì)胞。答案：(1)受精卵受精卵體積大，便于操作；受精卵全能性高，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中表達(dá)(2)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯(3)膀胱上皮歸納提升1轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)過程圖解(以轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)過程為例)2轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)過程圖解(以可生產(chǎn)干擾素的酵母菌的培育過程為例)3乳腺生物反應(yīng)器(1)操作過程(2)用乳腺(房)生物反應(yīng)器生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取，但從乳汁中提取蛋白質(zhì)，該轉(zhuǎn)基因個(gè)體必須是雌性的，若

14、利用膀胱生物反應(yīng)器從尿液中提取目的基因的產(chǎn)物則不受性別限制。學(xué)習(xí)小結(jié) 1在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作正確的是()A用限制酶切割煙草花葉病毒的核酸B用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體C重組DNA分子只能導(dǎo)入煙草的受精卵D用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞屬于細(xì)胞水平的檢測(cè)解析：選B限制酶一般只切割DNA分子雙鏈，而煙草花葉病毒的核酸是RNA，A錯(cuò)誤；DNA連接酶連接目的基因和載體，構(gòu)建基因表達(dá)載體，即重組DNA分子，B正確；作為目的基因的受體細(xì)胞，可以是煙草的受精卵，也可以是一般的體細(xì)胞或煙草的原生質(zhì)體，C錯(cuò)誤；用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草屬于個(gè)體生物

15、學(xué)水平的檢測(cè)，D錯(cuò)誤。2轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以改良動(dòng)物品種，生產(chǎn)人類需要的藥用蛋白。下列符合生產(chǎn)藥用蛋白的是()A養(yǎng)殖轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鮭魚B養(yǎng)殖能抗口蹄疫病毒的轉(zhuǎn)基因兔C養(yǎng)殖含乳糖酶基因的轉(zhuǎn)基因牛D從牛乳汁中獲得人血清白蛋白解析：選D養(yǎng)殖含生長(zhǎng)激素基因的轉(zhuǎn)基因鮭魚只能獲得體積更大的鮭魚，A錯(cuò)誤；養(yǎng)殖能抗口蹄疫病毒的轉(zhuǎn)基因兔，只能獲得具有能抗口蹄疫病毒能力的兔，B錯(cuò)誤；養(yǎng)殖含乳糖酶基因的轉(zhuǎn)基因牛，只能使牛乳汁中的乳糖含量降低，C錯(cuò)誤；從牛乳汁中獲得人血清白蛋白，血清白蛋白可用于治療失血性休克、腦水腫、腎病等，D正確。3我國(guó)科學(xué)家覃重軍及其團(tuán)隊(duì)成功地將釀酒酵母的16條染色體“濃縮”為1條染色體，合成的染色體

16、刪除了研究者認(rèn)為無用的DNA片段，加入了人工接頭。該酵母菌能正常生存，可作為染色體疾病、癌癥和衰老等研究的模型。下列敘述錯(cuò)誤的是()A選擇酵母菌為實(shí)驗(yàn)材料的原因之一是它的染色體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于操作B單染色體酵母可以維持酵母菌正常生存說明其他染色體是多余的C合成人工染色體需要氨基酸和脫氧核苷酸作為原料D釀酒酵母在此過程中發(fā)生了染色體變異解析：選B酵母菌是常用的遺傳學(xué)材料，染色體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于操作，A正確；將釀酒酵母的16條染色體“濃縮”為1條染色體，并不能說明其他染色體是多余的，B錯(cuò)誤；染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成，合成人工染色體需要氨基酸(蛋白質(zhì)的原料)和脫氧核苷酸(DNA的原料)作為

17、原料，C正確；釀酒酵母在此過程中發(fā)生了染色體變異，將釀酒酵母的16條染色體“濃縮”為1條染色體是數(shù)目變異，合成的染色體刪除了研究者認(rèn)為無用的DNA片段是結(jié)構(gòu)變異，D正確。4下列有關(guān)動(dòng)物基因工程的說法，錯(cuò)誤的是()A將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)可提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度B將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M中，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低C利用基因工程技術(shù)得到的乳腺生物反應(yīng)器，可以解決很多重要藥品的生產(chǎn)問題D用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體時(shí)，導(dǎo)入的是調(diào)節(jié)因子，而不是目的基因，因此無法抑制抗原的合成解析：選D將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，表達(dá)后產(chǎn)生生長(zhǎng)激素，可以提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度，A正確；將

18、腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M中，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛的乳腺細(xì)胞中乳糖酶含量增多，使分泌的乳汁中乳糖含量大大降低，其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響，B正確；利用基因工程技術(shù)得到的乳腺生物反應(yīng)器，可以解決很多重要藥品的生產(chǎn)問題，C正確；用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體時(shí)，在器官供體動(dòng)物的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子(也可作為目的基因)，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物器官，D錯(cuò)誤。5為了增加油菜種子的含油量，研究人員嘗試將酶D基因與轉(zhuǎn)運(yùn)肽基因相連，一起導(dǎo)入油菜細(xì)胞并獲得了轉(zhuǎn)基因油菜品種。(1)研究人員依據(jù)基因的已知序列設(shè)計(jì)引物，采用_技術(shù)快速擴(kuò)增從陸地棉基因文庫(kù)中獲取的酶D基因和從擬南芥基因文庫(kù)中獲取的轉(zhuǎn)運(yùn)肽基因。所含三種限制酶(Cla 、Sac 、Xba )的切點(diǎn)如圖所示，則用_酶處理兩個(gè)基因后，可得到_(填圖中字母)端相連的融合基因。(2)將上述融合基因插入如圖所示