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3.3基因工程的应用学案
【预习新知】
（一）基因工程在农牧业方面的应用
1．改良植物品种
(1) 转基因抗虫植物
a.方法：从某些生物中分离出具有 的基因导入作物中。
b.实例：转基因抗虫 、玉米、大豆、 和马铃薯等。
(2)转基因抗病植物
a.方法：将来源于某些 等的抗病基因导入植物。
b.实例：转基因抗病毒 、番木瓜和烟草等。
(3)转基因抗除草剂植物
a.方法：将 的基因导入作物。
b.实例：转基因抗除草剂 、 、油菜和甜菜等。
(4)改良植物的品质
a.提高营养价值
方法：将必需氨基酸含量多的 编码基因导入植物
实例： 含量提升30%的转基因玉米
b.提高观赏价值
方法：将与植物 代谢相关的基因导入矮牵牛
实例：转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异
2.改良动物品种
(1)提高动物的生长速率
a.方法：将外源生长激素基因导入 。
b.实例： 提高42%-115%的转基因鲤鱼。
(2)改善畜产品的品质
a.方法：将 基因导入奶牛基因组。
b.实例：大降低牛奶中 的含量，解决乳糖不耐受问题。
（二）基因工程在医药卫生领域的应用
1.基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物
（1）常见药物类型：________、抗体、疫苗和激素等。
（2）应用：可以用来____和____人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。
（3）实例：我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等。
【资料卡·干扰素】干扰素是一种具有____________作用的________，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980—1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到20～40mg干扰素。1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
（1）实例：将________基因与乳腺中____________________等调控元件重组在一起，通过____________的方法导入哺乳动物的________中，由这个________发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
（2）应用：目前，已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
3.用转基因动物作为器官移植的供体
（1）实例：人体移植器官_____是世界性难题。由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物，若用猪的器官来解决器官的来源问题，实现的最大难题是__________。
（2）改造方法：在器官供体的基因组中导入某种__________，以_____抗原决定基因的表达；或设法_____抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起__________反应的转基因克隆猪器官。
【思考】假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？
（三）基因工程在食品工业方面的应用
基因工程在食品工业方面的应用
生产食品工业用酶：如 、 、 等
生产 ：如阿斯巴甜
生产
2.基因工程生产工业用酶的优点：工业用酶的 更高，而且它的生产成本 ，生产效率
【巩固训练】
1.基因工程是一项过程复杂、方法多样的系统工程，“筛选”是基因工程中常用的技术手段。下列说法错误的是( )
A.pmi基因编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长，可用于含目的基因细胞的筛选
B.构建乳腺生物反应器需先将目的基因与乳腺中特异性表达基因的启动子连接到质粒上
C.对转基因抗虫棉进行个体水平的鉴定时，需用PCR技术或抗原—抗体杂交的方法
D.基因工程中完成转化后，利用标记基因可以将含有目的基因的受体细胞筛选出来
2.下列关于植物基因工程应用的说法，错误的是( )
A.将动物的某种蛋白质基因导入植物体中用来生产该蛋白质
B.植物基因工程可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物
C.利用基因工程可以改造植物细胞的基因，使其能够生产人类所需要的药物
D.通过植物基因工程培育的抗虫植物必然可以抗病毒
3.苏云金杆菌会合成Bt抗虫蛋白，在棉铃虫的碱性肠道环境中，Bt抗虫蛋白在特定酶的作用下产生毒性，导致棉铃虫死亡。我国科学家利用花粉管通道法成功培育出转Bt基因的抗虫棉。下列说法错误的是( )
A.可根据苏云金杆菌的DNA特定序列设计引物，用PCR技术扩增获得Bt基因B.需要构建含Bt基因的基因表达载体，然后将基因表达载体导入棉花细胞
C.Bt基因可以整合到棉花染色体上，抗虫棉自交后代不会发生性状分离
D.Bt抗虫蛋白具有高度专一性，对害虫天敌、人畜均无毒性，在环境中易分解
4.中国科学家将黄肥尾蝎的神经毒素基因（AaIT基因）导入能寄生在许多害虫体内的绿僵菌中，增强了绿僵菌致死害虫的效应，从而可有效控制虫害；将长穗偃麦草的Fhb7基因导人小麦，其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染。下列说法错误的是( )
A.将Fhb7基因导入小麦，可采用农杆菌转化法
B.将Fhb7基因导入小麦，可影响赤霉菌对小麦的寄生能力
C.只有将目的基因导人防治对象，才能达到生物防治目的
D.用绿僵菌工程菌减少虫害，不改变绿僵菌与害虫的种间关系
5.下列关于基因工程在食品工业方面的应用的叙述，错误的是( )
A.用于形成阿斯巴甜的主要氨基酸可以通过基因工程大规模生产
B.基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌的基因组中
C.相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度较低
D.生产淀粉酶和脂酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产
6.科学家培养的转基因奶牛的乳腺细胞能够合成并分泌人凝血因子，这是动物乳腺生物反应器研究的重大进展。下列叙述正确的是( )
A.在该转基因牛中，人凝血因子基因只存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
B.“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人凝血因子基因
C.人凝血因子基因开始转录后，DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA
D.转基因奶牛需要进入泌乳期才能批量生产人凝血因子
7.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述,错误的是( )
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.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
8.下列生物技术操作对遗传物质的改造，不会遗传给子代的是( )
A.将胰岛素基因表达载体转入大肠杆菌，筛选获得基因工程菌
B.将花青素代谢基因导入植物体细胞，经组织培养获得花色变异的植株
C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，培育出产低乳糖牛乳的奶牛
D.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者体内，进行基因治疗
9.有关基因工程的成果及应用的说法,错误的是( )
A.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
B.基因工程可提高动物的生长速率是由于外源生长激素基因的表达
C.外源基因在乳腺细胞中表达可让哺乳动物批量生产药物
D.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、品质优良和具有抗逆性的农作物
10.黑曲霉广泛分布于土壤、空气中，可引起谷物和果蔬等腐败变质，但在发酵工程和基因工程中，黑曲霉得到了泛的应用。下列说法错误的是( )
A.通过黑曲霉发酵生产的柠檬酸，是一种广泛应用的食品酸度调节剂
B.以大豆为主要原料，可利用黑曲霉发酵制成酱油产品
C.在中性和弱碱性条件下，可利用黑曲霉发酵得到谷氨酸，进一步制成味精
D.将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉的基因组中，经发酵可批量生产牛凝乳酶
参考答案
1.答案：C
解析：pmi基因编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长，说明pmi基因是标记基因，可用于含目的基因细胞的筛选，A正确；构建乳腺生物反应器需先将目的基因与乳腺中特异性表达基因的启动子连接到质粒上，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，B正确；对转基因抗虫棉进行个体水平的鉴定时，通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定B基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度，C错误；基因工程中完成转化说明重组质粒导入了受体细胞中，可以利用标记基因将含有目的基因的受体细胞筛选出来，D正确。
2.答案：D
解析：所有生物共用一套遗传密码，因此将动物的某种蛋白质基因导入植物体中可生产该蛋白质，A正确；可以将抗逆性强、高产等基因导入植物体内，培育出具有相应优良性状的作物，B正确；利用基因工程可以改造植物细胞的基因，使其能够生产人类所需要的药物，例如紫草宁等，C正确；通过基因工程培育的抗虫植物只能抗某种或某类虫害，不能抗病毒，D错误。
3.答案：C
解析：苏云金杆菌会合成Bt抗虫蛋白，所以可以根据苏云金杆菌的DNA特定序列设计引物，用PCR技术扩增获得Bt基因，A正确；为了使Bt基因能够表达和发挥作用，需要构建基因表达载体，然后将基因表达载体导入棉花细胞，B正确；Bt基因可以整合到棉花染色体上，由于只有1条染色体上含有抗虫基因，因此该抗虫棉自交后代会发生性状分离，C错误;Bt抗虫蛋白在特定酶的作用下产生毒性，具有高度专一性，对害虫天敌、人畜均无毒性，其本质是蛋白质，所以在环境中易分解，D正确。
4.答案：C
解析：将Fhb7基因导入小麦可用农杆菌转化法，A正确；将Fhb7基因导入小麦，其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染，所以影响了赤霉菌对小麦的寄生能力， B正确；要想达到生物防治的目的，不一定要将目的基因导入防治对象，如题干所述，可将目的基因导入能寄生在多种害虫体内的绿僵菌中，这种方法同样可以达到生物防治的目的，C错误；生物的种间关系是协同进化的结果，通过绿僵菌工程菌减少虫害，不改变绿僵菌与害虫的种间关系，D正确。
5.答案：C
解析：阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可以通过基因工程大规模生产，A正确；基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌，如大肠杆菌、黑曲霉等的基因组中，B正确；相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度较高，C错误；生产淀粉酶和脂酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产，D正确。
6.答案：D
解析：根据题意，在该转基因工程中，人凝血因子基因导入的受体细胞是牛的受精卵，由该受精卵发育形成的个体的各种体细胞（成熟的红细胞除外）中都存在人凝血因子基因，A错误；“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞合成更多的人凝血因子，B错误；人凝血因子基因开始转录后，RNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA，C错误；转基因奶牛需要进入泌乳期才能批量生产人凝血因子，D正确。
7.答案：C
解析：猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物,C错误;为解决免疫排斥问题,科学家正试图除去器官供体基因组中的抗原决定基因,或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,D正确。
8.答案：D
解析：将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌，获得的工程菌中含有相应的遗传物质并可以遗传给后代，A符合题意；将花青素代谢基因导入植物体细胞，获得的植株花色变异，说明花青素代谢基因成功表达，此性状可通过无性繁殖遗传给后代，B符合题意；向奶牛受精卵中导入肠乳糖酶基因，培育出的奶牛可合成乳糖酶，并分解乳糖，使牛乳中乳糖含量降低，说明乳糖酶基因成功表达，该基因也能遗传给子代，C符合题意；将腺苷酸脱氨酶基因导入淋巴细胞，不影响生殖细胞中的基因，故不能遗传给后代，D不符合题意。
9.答案：A
解析：用基因工程方法培育的抗虫植物只能抗虫，不能抗病毒，A错误；可将外源生长激素基因导入动物细胞内，使动物细胞合成、分泌生长激素，从而提高动物的生长速率，B正确；将外源基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起可制得乳腺生物反应器，转基因动物进入泌乳期后，外源基因在乳腺细胞中可以表达，产生相应的基因产物，从而使哺乳动物本身变为“批量生产药物的工厂”，C正确；基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物，满足人类的生产生活需要，D正确。
10.答案：C
解析：柠檬酸是一种应用广泛的食品酸度调节剂，可以淀粉为原料，通过黑曲霉发酵制得，A正确；以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉），将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后经淋洗、调制可以制成酱油产品，B正确；在中性和弱碱性条件下，可利用谷氨酸棒状杆菌发酵得到谷氨酸，进一步制成味精，C错误；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，通过工业发酵可批量生产牛凝乳酶，D正确。

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