高中生物同步備課系列【備學案】3.3 基因工程的應用 導學案（學生版）-人教2019版選擇性必修3

第3章基因工程第3節(jié)基因工程的應用導學案【生命觀念】1.舉例說出基因工程在農牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應用。2.關注基因工程的進展。【社會責任】認同基因工程的應用價值。【教學重點】基因工程在農牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應用?！窘虒W難點】乳腺生物反應器。一、基因工程在農牧業(yè)方面的應用【資料1】基因工程在農牧業(yè)中的應用發(fā)展迅速。1996-2017年，全世界轉基因作物的種植面積增加了一百多倍，從1.7×106hm2發(fā)展到1.898×108hm2（如圖）。據(jù)2016年世界范圍的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，轉基因作物的種植使化學殺蟲劑施用量減少了8.2%，作物產量增加了6.6×108t，增加經濟收益近1.3萬億元。美國是世界上轉基因作物種植面積最大的國家，轉基因棉花、大豆、玉米的種植面積占相關作物種植面積的比例都超過了90%。2017年，我國轉基因作物的種植面積位居世界第八位，商業(yè)化種植的轉基因作物有棉花和番木瓜?！举Y料2】在轉基因動物方面，近些年幾乎每年都有令人矚目的研究成果報道，有些成果正在進入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。2015年11月，第一種用于食用的轉基因動物——轉基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準上市。1.轉基因抗蟲植物從某些生物中分離出具有________的基因，導入作物，使其具有________，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢。已問世的轉基因抗蟲植物有轉基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。2.轉基因抗病植物科學家將來源于某些____、____等的________導入植物中，培育出轉基因抗病植物。如轉基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。3.轉基因抗除草劑植物大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會損傷作物，導致作物減產。將____或____某種除草劑的基因導入作物，可培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時，田間雜草會被殺死而作物不會受到損傷。目前已經獲得轉基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。4.改良植物的品質利用轉基因技術改良植物的________、________等。例如，將必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因導入植物中，可以提高這種氨基酸的含量，科學家培育的某種轉基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。我國科學家將與植物花青素代謝相關的基因導入矮牽牛中，使它呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。5.提高動物的生長速率科學家將________________導入動物體內，以提高動物的生長速率。例如，我國科學家將________________導入鯉魚，在同等養(yǎng)殖條件下，轉基因鯉魚的生長速率比非轉基因鯉魚提高了42%～115%。6.改善畜產品的品質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，這稱為____________。我國約有1/3的成年人____________。科學家將____________導入奶?；蚪M，使獲得的轉基因牛分泌的乳汁中，________的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用1.基因工程改造微生物或動植物的細胞生產藥物（1）常見藥物類型：________、抗體、疫苗和激素等。（2）應用：可以用來____和____人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關節(jié)炎等。（3）實例：我國生產的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等?！举Y料卡·干擾素】干擾素是一種具有____________作用的________，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。傳統(tǒng)生產干擾素的方法是從人血液中的白細胞內提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980—1982年，科學家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20～40mg干擾素。1993年我國批準生產重組人干擾素α-1b，它是我國批準生產的第一個基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。2.讓轉基因哺乳動物批量生產藥物（1）實例：將________基因與乳腺中____________________等調控元件重組在一起，通過____________的方法導入哺乳動物的________中，由這個________發(fā)育成的轉基因動物在進入泌乳期后，可通過分泌乳汁來生產所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。（2）應用：目前，已經在牛、山羊等動物的乳腺生物反應器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產品。3.用轉基因動物作為器官移植的供體（1）實例：人體移植器官_____是世界性難題。由于豬的內臟構造、大小、血管分布與人極為相似，豬體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物，若用豬的器官來解決器官的來源問題，實現(xiàn)的最大難題是__________。（2）改造方法：在器官供體的基因組中導入某種__________，以_____抗原決定基因的表達；或設法_____抗原決定基因，然后再結合克隆技術，培育出不會引起__________反應的轉基因克隆豬器官?！舅伎肌考偃缒澄恍呐K病病人換上經過改造的豬心臟后，過上健康人的生活，在生活中，他會遭到歧視嗎？對此你怎么看？三、基因工程在食品工業(yè)方面的應用1.基因工程菌：用__________的方法，使__________得到高效表達的菌類。利用基因工程菌除了可以生產藥物，還能生產食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。2.實例：（1）阿斯巴甜：一種普遍使用的甜味劑，主要由__________和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產。（2）凝乳酶：大多數(shù)奶酪的生產需要使用凝乳酶來__________奶中的__________。①傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。②基因工程技術：將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中，再通過__________批量生產凝乳酶。（3）淀粉酶、脂酶：加工轉化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通過構建_______________，然后用發(fā)酵技術大量生產。優(yōu)點：基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更___，生產成本顯著_____，生產效率較___?；蚬こ淌谷藗兏菀着嘤鼍哂衉_________的動植物品種，獲得很多過去難以得到的生物制品，甚至還能培育出可以降解多種污染物的“__________”來處理環(huán)境污染，利用經過__________的微生物來生產能源?！就卣贡容^】比較項目乳腺（房）生物反應器基因工程菌生產藥物基因結構基因產物受體細胞導入方式生產條件產物提取【到社會中去】1.目前我國批準發(fā)放了哪些轉基因作物的生產應用安全證書和進口安全證書？【課堂作業(yè)】1.我國轉基因技術發(fā)展態(tài)勢良好，農業(yè)部依法批準發(fā)放了轉植酸酶基因玉米和轉基因抗蟲水稻的生產安全證書，下列關于轉基因玉米和轉基因水稻的敘述不正確的是（）A.轉植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因，其成功說明生物的性狀是由基因控制的B.轉基因抗蟲水稻減少了化學農藥的使用，減少了環(huán)境污染C.轉基因抗蟲水稻是否具有抗蟲性，可通過飼養(yǎng)卷葉螟進行檢測D.轉基因抗蟲水稻不僅可以抗蟲，還可以抵御病毒侵染2.利用乳腺生物反應器生產藥用蛋白是動物基因工程的重要應用，目前科學家已在牛和山羊等動物乳腺生物反應器中獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等醫(yī)藥產品。下列有關乳腺生物反應器的敘述中，錯誤的是（）A.受體細胞可選用受精卵或胚胎干細胞B.獲得轉基因動物需利用胚胎移植技術C.鑒別藥用蛋白基因是否導入受體細胞一般利用DNA分子雜交法D.轉基因動物產生的生殖細胞可能含有藥用蛋白基因3.關于用轉基因動物做器官移植供體研究的敘述，不正確的是（） A.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.豬的內臟構造、大小和血管分布與人極為相似C.靈長類動物體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒少于豬D.無論以哪種動物作為供體，都需在其基因組中導入某種調節(jié)因子以抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決