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第3章
第3节　基因工程的应用
基因工程
学习目标 素养目标
1．举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用(重点)； 2．了解乳腺生物反应器(难点) 生命观念：认同基因工程的应用价值；引导学生通过调查活动，搜集和处理相关信息，关注基因工程的进展，让学生体会到科学技术是不断发展的；
社会责任：通过相关实例，感受科学技术为人类服务的魅力，树立学习科学技术报效祖国的志向
核心概念
1．[连线] 基因工程在农牧业方面的应用
内容
目的基因
①转基因抗虫植物
②转基因抗病植物
③转基因抗除草剂植物
④改良植物的品质
⑤提高动物的生长速率
⑥改善畜产品的品质
A．外源生长激素基因
B．肠乳糖酶基因
C．植物花青素代谢相关的基因
D．降解某种除草剂的基因
E．源于病毒、真菌的抗病基因
F．抗虫基因
2．基因工程在医药卫生领域的应用
(1)对微生物或动植物的细胞进行____________，使它们能够生产药物，如细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
(2)利用哺乳动物生产药物(________生物反应器)，如抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α－抗胰蛋白酶等。
(3)建立移植器官工厂。优点：解决人体移植器官短缺问题；避免____________反应。
基因改造
乳腺
免疫排斥
3．基因工程在食品工业方面的应用：利用转基因生物可以生产氨基酸、酶、维生素等。
4．其他方面的应用：利用“____________”来处理环境污染；利用经过基因改造的微生物来生产________。
超级细菌
能源
[概 念 辨 析]
(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快。 (　　)
提示：生长素是植物激素，促进动物生长的是生长激素。
(2)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌。 (　　)
提示：抗虫棉能抵抗棉铃虫的侵害，提高棉花的产量和品质，但不能抵抗病毒、细菌、真菌。
(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物。 (　　)
提示：体细胞中出现了新基因的植物不一定是转基因植物，基因突变也可能产生新基因。
×
×
×
(4)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性。 (　　)
(5)药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有。 (　　)
提示：药用蛋白基因存在于转基因动物几乎所有细胞中，只在乳腺细胞中才会表达，原因是药用蛋白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。
(6)用基因工程技术生产工业酶的优点是纯度高、生产成本低、生产效率高。 (　　)
√
×
√
目标导学
基因工程在农牧业方面的应用
1
目标
一
教材P88图文——转基因作物的实例
(1)抗虫、抗病、抗除草剂这些特性属于__________。
(2)
转基因抗虫植物相关基因：______________________
转基因抗病植物相关基因：来源于__________________等的____________
转基因抗除草剂植物相关基因：_______或_______某种_________的基因
抗逆性
具有抗虫功能的基因
某些病毒、真菌
抗病基因
降解
抵抗
除草剂
(3)转基因抗除草剂植物培育目的是什么？
______________________________________________________。
提示：喷洒除草剂时，杂草会被杀死而作物不会受到损伤
(4)我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？
_____________________________________________________。
(5)转基因作物的优点：
①__________________________________；
②________________；
③________________。
提示：用基因工程技术培育抗旱作物(筛选获取抗旱基因)
减少化学杀虫剂使用量(生物防治)
增加作物产量
增加经济收益
　　　下列有关转基因植物的说法，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
D．引起植物生病的病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等
1
B
素养养成——能力迁移、社会责任
2025年，全球生物技术行业持续迈入高速增长期，生物技术在医疗、农业等领域的应用不断深化。下列关于生物技术的应用的叙述，错误的是 (　　)
A．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
B．利用放线菌产生的井冈霉素防治水稻枯纹病是生物防治的重要手段
C．可通过多倍体育种、紫外线定向诱导等方法，培育出含糖量更高的“奇异果”
D．可采用农杆菌转化法将抗某种除草剂的基因导入农作物细胞
C
解析：多倍体育种通过染色体数目变异(如秋水仙素处理)可提高含糖量，但紫外线属于基因突变育种，基因突变具有不定向性，C错误。
基因工程在医药卫生领域的应用
1
目标
二
1．教材P90“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__________、淋巴癌、多发性骨髓瘤和某些__________等也有一定的疗效。
传统生产干扰素的方法是从____________________内提取，每300 L血液只能提取1 mg干扰素。
1980—1982年，科学家用____________方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1 kg培养物中可以得到20～40 mg干扰素。
1993年，我国批准生产______________________，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________________、丙型肝炎等。
干扰病毒复制
糖蛋白
乳腺癌
白血病
人血液中的白细胞
基因工程
重组人干扰素α－1b
慢性乙型肝炎
2．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
利用基因工程生产人胰岛素有两种方法：
方法一：将胰岛素基因转入细菌细胞，进行微生物培养，提取胰岛素；
方法二：将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵，培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。
阅读上述材料，回答问题：
(1)方法一中，为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞，应用________处理细菌细胞，目的是使细胞处于一种________________________________________。
(2)方法二中，受体细胞是动物的__________，将目的基因导入受体细胞常用的方法是______________。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达，应该采取的措施是将人胰岛素基因与________________________________等调控元件重组在一起。
Ca2+
能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
受精卵
显微注射法
乳腺中特异表达的基因的启动子
(3)方法一从______________或其培养液中提取药物，方法二从动物________中提取药物。
(4)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌，该类工程菌的优点是__________________(至少答出两点)。
(5)上述两种方法中，哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性？试解释其原因。
提示：方法一。方法一中的受体细胞是细菌，其细胞内无内质网和高尔基体，无法对胰岛素进行加工和修饰。
微生物细胞
乳汁
单细胞、繁殖快
3．教材P91正文——实现建立器官移植工厂的设想
(1)为什么选择猪作为器官供体？
提示：猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
(2)选择猪器官移植给人最大的难题是____________。
(3)对猪的器官进行改造的方法：在器官供体的__________中导入调控_______ _________________，以抑制________________的表达，或设法除去_____________ _____，再结合________技术，培育出不会引起________________的转基因克隆猪器官。
免疫排斥
基因组
基因
表达的DNA序列
抗原决定基因
抗原决定基
因
克隆
免疫排斥反应
　　　我国科学家敲除猪的糖抗原合成基因(β4GalNT2)，转入相应的调节基因后，将基因编辑猪的单个肾移植给猕猴，同时切除猕猴的自体双肾，最终移植肾存活184 d。在移植成功5个月内，猕猴的移植肾功能完全正常，之后出现逐渐加重的蛋白尿。下列说法正确的是 (　　)
A．基因编辑猪的成功体现了动物细胞的全能性
B．出现蛋白尿的原因主要是肾小管细胞凋亡
C．猪和猕猴肾脏的差异体现了基因的选择性表达
D．敲除β4GalNT2能改变膜蛋白种类，降低免疫排斥反应
D
2
解析：基因编辑猪的成功属于基因工程的应用范畴，其原理不是细胞的全能性，A错误；出现蛋白尿的原因主要是肾小球通透性增强，不是肾小管细胞凋亡，B错误；猪和猕猴肾脏的差异体现了不同遗传物质对性状的决定，不是基因选择性表达的体现，因为猪和猕猴肾脏不是来源于同一物种，更不是同一细胞的后代，C错误；β4GalNT2是糖抗原合成基因，因而敲除β4GalNT2能改变膜蛋白种类，进而降低免疫排斥反应，D正确。
随堂内化
一、 知识自主构建
抗病
生长速率
乳腺
器官移植
二、 学情随堂评价
1．(六安阶段练改编)基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是 (　　)
A．喷施除草剂后，杂草被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤
B．将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的延熟番茄储存时间大大延长
C．山羊作为膀胱生物反应器时，只在膀胱细胞中含有目的基因
D．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可增加乳汁中乳糖含量
A
解析：抗除草剂玉米因转入抗除草剂基因，能抵抗除草剂作用，喷施除草剂后杂草死亡，而玉米不受损伤，A正确；若将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的转基因番茄能合成更多的乙烯，使得果实成熟加快，不利于储存，B错误；作为膀胱生物反应器的山羊体内所有细胞都含有目的基因，但是只有在膀胱细胞中才能表达目的基因，C错误；肠乳糖酶分解乳糖，导入其基因会减少乳汁中乳糖含量，而非增加，D错误。
2．下表有关基因表达的选项中，不可能的是 (　　)
D
解析：兔成熟红细胞没有细胞核和众多细胞器，无法表达兔的血红蛋白，D不可能。
选项 基因 表达的细胞 表达产物
A 细菌抗虫蛋白基因 抗虫棉叶肉细胞 细菌抗虫蛋白
B 人酪氨酸酶基因 正常人皮肤细胞 人酪氨酸酶
C 动物胰岛素基因 大肠杆菌工程菌细胞 动物胰岛素
D 兔血红蛋白基因 兔成熟红细胞 兔血红蛋白
3．(淮北期中)抗凝血酶是一种药物，目前科学家可以在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中获得。下列说法错误的是 (　　)
A．需要将抗凝血酶基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子结合
B．用显微注射法将抗凝血酶基因直接注入哺乳动物的乳腺细胞中
C．乳腺生物反应器产品的获得受年龄和性别的限制
D．将抗凝血酶基因导入大肠杆菌内可能不能产生有正常生理功能的酶
B
解析：为了在乳汁中能获得目的蛋白质，需要让目的基因在乳腺细胞中特异性表达，故需要将抗凝血酶基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子结合，A正确；用显微注射法将凝血酶基因构建的基因表达载体注入哺乳动物的受精卵中，而不是直接将基因注入哺乳动物的乳腺细胞中，B错误；乳腺生物反应器产品的获得受年龄和性别的限制，只有雌性动物处于泌乳期时才能获得所需蛋白质，C正确；大肠杆菌为原核生物，无内质网和高尔基体，对于转入其体内的真核生物的基因表达出来的肽链无法进行修饰和加工，故将抗凝血酶基因导入大肠杆菌，可能不能产生有正常生理功能的酶，D正确。
4．部分肠道细菌能够分泌外膜囊泡(OMV)，OMV能穿越肠道上皮屏障，活化肠黏膜内的免疫细胞。研究人员通过构建ClyA-Ag-mFc融合蛋白基因表达载体(见图)，转化大肠杆菌来制备工程菌。下列相关叙述错误的是 (　　)
注：ClyA指OMV表面特异蛋白的基因；Ag指肿瘤细胞表面特异性抗原基因；mFc的表达产物与树突状细胞表面的受体特异性结合。
A．ClyA表达产物可以将融合蛋白定位到OMV表面
B．Ag表达产物可以激活机体的特异性免疫反应
C．mFc表达产物可以提高T细胞摄取OMV的能力
D．利用该大肠杆菌可制备预防肿瘤的口服疫苗
C
解析：mFc的表达产物能够与树突状细胞表面的特异性受体结合，进而提高树突状细胞(而非T细胞)识别、摄取和传递抗原信息的能力，C错误；利用该大肠杆菌可制备预防肿瘤的口服疫苗，属于基因工程在免疫方面的应用，D正确。第3节　基因工程的应用
1．下列不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
2．基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面展示出了广阔的应用前景。下列叙述错误的是(　　)
A．将植物或花青素代谢相关基因导入矮牵牛中，可使其呈现自然界没有的颜色
B．将肠乳糖酶基因导入奶牛乳腺细胞，可培育出产低乳糖牛乳的奶牛
C．通过构建基因工程菌，可利用发酵技术大量生产加工转化糖浆所需的淀粉酶
D．膀胱生物反应器优于乳腺生物反应器的方面包括不受性别、发育时期等限制
3．下列关于生物技术、物质或工程在生产生活中的应用，对应错误的是(　　)
A．CRISPR/Cas9系统——对特定基因进行编辑或敲除
B．磷脂分子脂质体——运载药物或RNA疫苗进入细胞
C．沼气发酵工程——生产燃料、作物肥料并减轻污染
D．逆转录酶抑制剂——治疗HIV等各种RNA病毒感染
4．利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(　　)
A．应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体
B．通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代
C．通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞
D．山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶
5．(滁州调研)目前常用的生物反应器有乳腺生物反应器和膀胱生物反应器。采用基因工程将人凝血因子基因导入山羊受精卵，成功培育出了人凝血因子只存在于乳汁中的转基因羊。下列相关说法错误的是(　　)
A．构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺中特异表达的基因的启动子等重组在一起
B．在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的细胞中不含有药用蛋白基因
C．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制
D．用显微注射技术将表达载体导入受精卵细胞来获得转基因动物
6．(宣城期末)基因在不同生物间转移的研究，推动了遗传学的发展。下列叙述错误的是(　　)
A．肺炎链球菌的转化实验，可证明DNA在同种生物不同个体之间转移
B．质粒作为基因工程的载体可将外源基因导入受体细胞，实现物种间基因交流
C．我国转基因抗虫棉的成功培育，实现了基因由植物向微生物的定向转移
D．噬菌体侵染细菌实现了基因转移，实现了外源基因在原核细胞中的表达
7．(六安期末)从直接提取胰岛素到化学合成人胰岛素，再到利用基因工程生产重组人胰岛素及胰岛素类似物，人们不曾停下研发胰岛素和优化胰岛素生产的脚步。下列有关利用基因工程生产人胰岛素的分析，错误的是(　　)
A．转基因技术除了用于生产药物，还可以增强植物抗虫、抗病等特性
B．可以采用PCR技术大量扩增人胰岛素基因，该技术需要用到引物
C．可以根据编码人胰岛素基因的功能在胰岛B细胞中寻找目的基因
D．利用大肠杆菌和酵母菌生产重组人胰岛素的过程完全相同
8．(芜湖一中)如图是生产转基因抗虫棉技术的流程图，已知卡那霉素抗性基因(KanR)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长，下列叙述正确的是(　　)
A．利用CaCl2处理的大肠杆菌将重组质粒导入离体棉花叶片组织细胞
B．培育抗虫棉需要采用基因工程技术和植物组织培养技术
C．卡那霉素抗性基因(KanR)中不可能存在限制酶的酶切位点
D．转基因抗虫棉是否具有抗虫特性是通过检测棉花对卡那霉素抗性来确定的
9．下图为利用奶牛乳汁生产血清白蛋白的过程，下列分析错误的是(　　)
A．①经胰蛋白酶处理可得到③
B．图中涉及基因工程、细胞核移植、胚胎分割和胚胎移植等技术
C．常用PCR技术扩增②
D．若要获得同卵双胎或多胎，只能分割桑葚胚细胞
10．人类复合型免疫缺陷症患者体内缺失腺苷酸脱氨酶(ADA)基因，导致体内缺乏腺苷酸脱氨酶。随着基因工程的不断发展，科学家利用基因治疗治愈了人类复合型免疫缺陷症，过程如下图所示。下列说法错误的是(　　)
A．图中MoMLV病毒作为载体将人正常ADA基因送入T细胞甲
B．进行细胞体外培养除提供常规的营养、环境条件外，还需要添加血清等天然成分
C．与异体移植造血干细胞相比，体外基因治疗的优点是不会出现免疫排斥反应
D．经过基因治疗康复的病人产生的生殖细胞中存在正常的ADA基因
11．为使水稻获得抗除草剂性状，科研人员将除草剂草甘膦抗性基因转入水稻植株，获得抗草甘膦转基因水稻。
(1)将草甘膦抗性基因作为________，与Ti质粒构建基因表达载体。
(2)用________处理农杆菌后获得感受态细胞，将其与基因表达载体混合完成________后，在添加潮霉素的培养基中，经筛选1得到含基因表达载体的农杆菌。
(3)取某品种水稻的幼胚，先进行________处理，然后接种到培养基中，水稻幼胚细胞发生________形成愈伤组织。用含基因表达载体的农杆菌侵染该愈伤组织。
(4)利用PCR技术可以鉴定被侵染的愈伤组织中是否含有草甘膦抗性基因。草甘膦抗性基因的部分序列如下：
5′ ATGGCT……AGGAAC 3′
3′ TACCGA……TCCTTG 5′
根据上述序列应选择引物________(填字母)进行PCR。
A．引物：5′ TACCGA 3′
B．引物：5′ GTTCCT 3′
C．引物：5′ AUGGCU 3′
D．引物：5′ ATGGCT 3′
(5)除了鉴定愈伤组织中是否含有目的基因以外，还可以利用GUS基因表达产物的鉴定进行图中的筛选2，以确定目的基因是否________。两次筛选后得到的转基因愈伤组织经过细胞的________过程，获得转基因水稻。
12．(亳州二中)水中E物质污染会导致鱼类雌性化异常。将绿色荧光蛋白(GFP)基因、Gal4蛋白基因等转入斑马鱼，可用于监测水体E物质，下图中ERE和UAS是两种诱导型启动子，分别被E物质—受体复合物和Gal4蛋白特异性激活，启动下游基因表达。下列叙述错误的是(　　)
A．根据题意可知，斑马鱼的某些细胞存在E物质的受体
B．用ERE直接驱动GFP基因表达可提高监测的灵敏度
C．用于监测E物质污染的转基因斑马鱼最好是不育的
D．基因表达载体最好以显微注射法导入斑马鱼受精卵
13．生长激素可用于治疗垂体性侏儒症，但人体内含量微少，提取困难。下图是利用大肠杆菌通过基因工程生产人生长激素的过程。请回答问题：
图1
图2
图3
(1)图1中过程②是________；过程③可以利用________技术大量扩增目的基因A。过程④在基因工程的操作步骤中表示________________________________________________________________________________，步骤⑤中常先用________处理大肠杆菌。
(2)由图3可知，扩增目的基因A时需要选择的一对引物是________________。为防止目的基因反向连接，可在目的基因两端添加不同的限制酶识别序列，分析图2和图3可知，在目的基因的上、下游应分别添加________________(填图2中限制酶名称)的识别序列。
(3)若要利用牛乳腺生物反应器生产人的生长激素，应该把A基因与________________________________________________________________________基因的启动子等调控元件重组在一起。
(4)科学家还尝试构建了膀胱生物反应器来生产人生长激素。与乳腺生物反应器相比，利用膀胱生物反应器生产人生长激素的优点是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(写出1点即可)。
第3节　基因工程的应用
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12
答案 C B D C B C D B D D B
1．C
2．B　解析：将花青素代谢相关基因导入矮牵牛中，可以表达出自然界没有的颜色，提高其观赏价值，A正确；将肠乳糖酶基因导入奶牛乳腺细胞无法直接培育出稳定产低乳糖牛乳的个体，正确方法是将该基因与乳腺特异性启动子连接后导入受精卵，使转基因奶牛在乳汁中表达乳糖酶，B错误；淀粉酶可将淀粉水解为葡萄糖，用于生产转化糖浆，构建基因工程菌通过发酵技术生产淀粉酶是可行技术，C正确；膀胱生物反应器可从尿液中收集产物，不受性别和发育阶段限制，而乳腺反应器收集产物仅限雌性哺乳期，D正确。
3．D　解析：CRISPR Cas9系统是一种基因编辑技术，它能够通过向导RNA识别特定的DNA序列，然后利用Cas9蛋白对特定基因进行编辑或敲除，A正确；磷脂分子可以形成脂质体，脂质体具有和细胞膜类似的结构，能够运载药物或RNA疫苗等物质进入细胞，B正确；沼气发酵工程是利用微生物在无氧条件下分解有机物产生沼气，沼气可作为燃料，发酵后的沼渣、沼液可以作为作物肥料，同时还能够减少有机废弃物造成的污染，C正确；并非所有的RNA病毒都是逆转录病毒，只有逆转录RNA病毒才依赖逆转录酶进行复制，对于非逆转录RNA病毒，逆转录酶抑制剂没有治疗作用，D错误。
4．C　解析：要得到转基因山羊乳腺生物反应器，在构建基因表达载体时需要乳腺中特异表达的基因的启动子，使目的基因只在乳腺细胞中表达，A正确；通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊受精卵，C错误；山羊乳腺细胞含有内质网和高尔基体，可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶，D正确。
5．B　解析：构建乳腺生物反应器过程：将药用蛋白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，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，A、D正确；药用蛋白基因存在于该转基因动物所有细胞中，只是在乳腺细胞或膀胱上皮细胞中选择性表达，B错误；乳腺生物反应器需要在泌乳期才能产生乳汁，受年龄和性别(雌性)的限制，而膀胱生物反应器从动物一出生就可收集产物，不受动物的性别和年龄(是否正处于生殖期)限制，C正确。
6．C　解析：肺炎链球菌的转化实验中，S型菌DNA可以将R型活细菌转化为S型菌，可证明DNA在同种生物不同个体之间转移，A正确；质粒作为基因工程的载体可将外源基因导入受体细胞，受体细胞与供体细胞可能属于不同物种，从而实现物种间基因交流，B正确；我国转基因抗虫棉的成功培育，是将来自苏云金杆菌的抗虫基因导入棉花细胞中，实现了基因由微生物向植物的定向转移，C错误；噬菌体侵染细菌时，将噬菌体自身的DNA注入细菌细胞内，实现了基因转移，且噬菌体的基因能在细菌细胞内表达，最终组装出新的子代噬菌体，即实现了外源基因在原核细胞中的表达，D正确。
7．D　解析：人胰岛素属于分泌蛋白，需要内质网、高尔基体的加工，与大肠杆菌(原核生物)相比，酵母菌(真核生物)含有内质网和高尔基体，酵母菌可对核糖体合成的蛋白质进行加工，合成有活性的人胰岛素，D错误。
8．B　解析：将重组质粒导入微生物细胞时常采用感受态细胞法，即先用Ca2+处理农杆菌，使之成为易于吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞，然后将重组质粒转入感受态细胞，再将农杆菌导入植物细胞完成转化，A错误；培育抗虫棉需要采用基因工程技术将目的基因(抗虫基因)导入受体细胞，再用植物组织培养技术获得转基因植株，B正确；卡那霉素抗性基因中也可能存在限制酶的酶切位点，C错误；转基因抗虫棉是否具有抗虫特性是通过检测棉花对害虫的抗性来确定的，D错误。
9．D　解析：若要获得同卵双胎或多胎，可分割桑葚胚或囊胚，D错误。
10．D　解析：基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等，MoMLV病毒可作为载体将人正常ADA基因送入T细胞甲，A正确；动物细胞体外培养需营养、气体、适宜的温度和pH等条件，还需添加血清等天然成分，B正确；体外基因治疗是将患者细胞取出改造再回输，不会出现免疫排斥(自身细胞)，C正确；基因治疗只改造了T细胞，生殖细胞未改造，故生殖细胞中无正常ADA基因，D错误。
11．(1)目的基因　(2)CaCl2(或Ca2+)　转化　(3)消毒　脱分化　(4)BD　(5)表达　再分化
解析：已知草甘膦抗性基因的部分序列，由于PCR技术中，子链合成的方向是从5′到3′，因此应选择引物B、D进行PCR。
12．B　解析：将绿色荧光蛋白(GFP)基因、Gal4蛋白基因等转入斑马鱼，可用于监测水体E物质，推测斑马鱼的某些细胞存在E物质的受体，A正确；结合题图，ERE诱导Gal4转录，其翻译产物Gal4蛋白与USA结合驱动GFP基因表达可提高监测的灵敏度，这是一个间接驱动过程，B错误；用于监测E物质污染的转基因斑马鱼最好是不育的，避免因有性生殖带来的基因污染，C正确；基因表达载体最好以显微注射法导入斑马鱼受精卵，受精卵全能性高，基因成功表达的概率大，D正确。
13．(1)逆转录　PCR　基因表达载体的构建　Ca2+(或氯化钙)　(2)引物2和引物3　AluⅠ、HindⅢ　(3)乳腺中特异性表达的　(4)不受性别限制，不受年龄限制，产量更高，收集更方便高效
解析：(1)图1中过程②是以生长激素mRNA为模板合成DNA的过程，这一过程是逆转录。PCR技术是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，过程③可以利用PCR技术大量扩增目的基A。过程④是将目的基因与载体结合形成重组DNA分子的过程，在基因工程的操作步骤中表示基因表达载体的构建。步骤⑤是将重组DNA分子导入大肠杆菌细胞，常先用Ca2+(或氯化钙)处理大肠杆菌，使大肠杆菌细胞处于感受态，易于吸收外源DNA。(2)引物与模板的3′端结合，图示—OH端是3′端，故扩增目的基因时需要选择的一对引物是2和3；分析图可知，转录方向是向右的，所以A基因在连接图2载体时，上游应该靠近启动子，下游靠近终止子，而图2中不能选EcoRⅠ切割质粒，会破坏复制原点，为了防止目的基因的反向连接，所以应该在目的基因上游添加AluⅠ识别序列，下游添加Hind Ⅲ识别序列。(3)目的基因要只在乳腺细胞表达，需要在目的基因上游添加乳腺中特异性表达的启动子，即应该把A基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。(4)与乳腺生物反应器相比，利用膀胱生物反应器生产人生长激素的优点是不受性别限制，不受年龄限制，产量更高，收集更方便高效。第3节　基因工程的应用
学习目标 素养目标
1． 举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用(重点)； 2． 了解乳腺生物反应器(难点) 生命观念：认同基因工程的应用价值；引导学生通过调查活动，搜集和处理相关信息，关注基因工程的进展，让学生体会到科学技术是不断发展的； 社会责任：通过相关实例，感受科学技术为人类服务的魅力，树立学习科学技术报效祖国的志向
1．[连线] 基因工程在农牧业方面的应用
2．基因工程在医药卫生领域的应用
(1)对微生物或动植物的细胞进行________，使它们能够生产药物，如细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
(2)利用哺乳动物生产药物(_______生物反应器)，如抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α－抗胰蛋白酶等。
(3)建立移植器官工厂。优点：解决人体移植器官短缺问题；避免________反应。
3．基因工程在食品工业方面的应用：利用转基因生物可以生产氨基酸、酶、维生素等。
4．其他方面的应用：利用“_______”来处理环境污染；利用经过基因改造的微生物来生产______。
[概 念 辨 析]
(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快。(　　)
(2)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌。(　　)
(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物。(　　)
(4)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性。(　　)
(5)药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有。(　　)
(6)用基因工程技术生产工业酶的优点是纯度高、生产成本低、生产效率高。(　　)
基因工程在农牧业方面的应用
教材P88图文——转基因作物的实例
(1)抗虫、抗病、抗除草剂这些特性属于_________。
(2)
(3)转基因抗除草剂植物培育目的是什么？
(4)我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？
(5)转基因作物的优点：
①_________________________；
②_______________；
③________________。
下列有关转基因植物的说法，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
D．引起植物生病的病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等
素养养成——能力迁移、社会责任
2025年，全球生物技术行业持续迈入高速增长期，生物技术在医疗、农业等领域的应用不断深化。下列关于生物技术的应用的叙述，错误的是(　　)
A．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
B．利用放线菌产生的井冈霉素防治水稻枯纹病是生物防治的重要手段
C．可通过多倍体育种、紫外线定向诱导等方法，培育出含糖量更高的“奇异果”
D．可采用农杆菌转化法将抗某种除草剂的基因导入农作物细胞
基因工程在医药卫生领域的应用
1．教材P90“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_________、淋巴癌、多发性骨髓瘤和某些_______等也有一定的疗效。
传统生产干扰素的方法是从_____________内提取，每300 L血液只能提取1 mg干扰素。
1980—1982年，科学家用_______方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1 kg培养物中可以得到20～40 mg干扰素。
1993年，我国批准生产______________，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_______________、丙型肝炎等。
2．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
利用基因工程生产人胰岛素有两种方法：
方法一：将胰岛素基因转入细菌细胞，进行微生物培养，提取胰岛素；
方法二：将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵，培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。
阅读上述材料，回答问题：
(1)方法一中，为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞，应用________处理细菌细胞，目的是使细胞处于一种_______________。
(2)方法二中，受体细胞是动物的____________，将目的基因导入受体细胞常用的方法是_________。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达，应该采取的措施是将人胰岛素基因与____________________等调控元件重组在一起。
(3)方法一从______________或其培养液中提取药物，方法二从动物__________中提取药物。
(4)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌，该类工程菌的优点是_________(至少答出两点)。
(5)上述两种方法中，哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性？试解释其原因。
3． 教材P91正文——实现建立器官移植工厂的设想
(1)为什么选择猪作为器官供体？
(2)选择猪器官移植给人最大的难题是________。
(3)对猪的器官进行改造的方法：在器官供体的________中导入调控_________，以抑制__________的表达，或设法除去________，再结合__克隆__技术，培育出不会引起________的转基因克隆猪器官。
我国科学家敲除猪的糖抗原合成基因(β4GalNT2)，转入相应的调节基因后，将基因编辑猪的单个肾移植给猕猴，同时切除猕猴的自体双肾，最终移植肾存活184 d。在移植成功5个月内，猕猴的移植肾功能完全正常，之后出现逐渐加重的蛋白尿。下列说法正确的是(　　)
A．基因编辑猪的成功体现了动物细胞的全能性
B．出现蛋白尿的原因主要是肾小管细胞凋亡
C．猪和猕猴肾脏的差异体现了基因的选择性表达
D．敲除β4GalNT2能改变膜蛋白种类，降低免疫排斥反应
一、 知识自主构建
二、 学情随堂评价
1．(六安阶段练改编)基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是(　　)
A．喷施除草剂后，杂草被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤
B．将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的延熟番茄储存时间大大延长
C．山羊作为膀胱生物反应器时，只在膀胱细胞中含有目的基因
D．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可增加乳汁中乳糖含量
2．下表有关基因表达的选项中，不可能的是(　　)
选项 基因 表达的细胞 表达产物
A 细菌抗虫蛋白基因 抗虫棉叶肉细胞 细菌抗虫蛋白
B 人酪氨酸酶基因 正常人皮肤细胞 人酪氨酸酶
C 动物胰岛素基因 大肠杆菌工程菌细胞 动物胰岛素
D 兔血红蛋白基因 兔成熟红细胞 兔血红蛋白
3．(淮北期中)抗凝血酶是一种药物，目前科学家可以在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中获得。下列说法错误的是(　　)
A．需要将抗凝血酶基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子结合
B．用显微注射法将抗凝血酶基因直接注入哺乳动物的乳腺细胞中
C．乳腺生物反应器产品的获得受年龄和性别的限制
D．将抗凝血酶基因导入大肠杆菌内可能不能产生有正常生理功能的酶
4．部分肠道细菌能够分泌外膜囊泡(OMV)，OMV能穿越肠道上皮屏障，活化肠黏膜内的免疫细胞。研究人员通过构建ClyA-Ag-mFc融合蛋白基因表达载体(见图)，转化大肠杆菌来制备工程菌。下列相关叙述错误的是(　　)
注：ClyA指OMV表面特异蛋白的基因；Ag指肿瘤细胞表面特异性抗原基因；mFc的表达产物与树突状细胞表面的受体特异性结合。
A．ClyA表达产物可以将融合蛋白定位到OMV表面
B．Ag表达产物可以激活机体的特异性免疫反应
C．mFc表达产物可以提高T细胞摄取OMV的能力
D．利用该大肠杆菌可制备预防肿瘤的口服疫苗
第3节　基因工程的应用
学习目标 素养目标
1． 举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用(重点)； 2． 了解乳腺生物反应器(难点) 生命观念：认同基因工程的应用价值；引导学生通过调查活动，搜集和处理相关信息，关注基因工程的进展，让学生体会到科学技术是不断发展的； 社会责任：通过相关实例，感受科学技术为人类服务的魅力，树立学习科学技术报效祖国的志向
1．[连线] 基因工程在农牧业方面的应用
2．基因工程在医药卫生领域的应用
(1)对微生物或动植物的细胞进行__基因改造__，使它们能够生产药物，如细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
(2)利用哺乳动物生产药物(__乳腺__生物反应器)，如抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α－抗胰蛋白酶等。
(3)建立移植器官工厂。优点：解决人体移植器官短缺问题；避免__免疫排斥__反应。
3．基因工程在食品工业方面的应用：利用转基因生物可以生产氨基酸、酶、维生素等。
4．其他方面的应用：利用“__超级细菌__”来处理环境污染；利用经过基因改造的微生物来生产__能源__。
[概 念 辨 析]
(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快。(　×　)
提示：生长素是植物激素，促进动物生长的是生长激素。
(2)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌。(　×　)
提示：抗虫棉能抵抗棉铃虫的侵害，提高棉花的产量和品质，但不能抵抗病毒、细菌、真菌。
(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物。(　×　)
提示：体细胞中出现了新基因的植物不一定是转基因植物，基因突变也可能产生新基因。
(4)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性。(　√　)
(5)药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有。(　×　)
提示：药用蛋白基因存在于转基因动物几乎所有细胞中，只在乳腺细胞中才会表达，原因是药用蛋白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。
(6)用基因工程技术生产工业酶的优点是纯度高、生产成本低、生产效率高。(　√　)
基因工程在农牧业方面的应用
教材P88图文——转基因作物的实例
(1)抗虫、抗病、抗除草剂这些特性属于__抗逆性__。
(2)
(3)转基因抗除草剂植物培育目的是什么？
__提示：喷洒除草剂时，杂草会被杀死而作物不会受到损伤__。
(4)我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？
__提示：用基因工程技术培育抗旱作物(筛选获取抗旱基因)__。
(5)转基因作物的优点：
①__减少化学杀虫剂使用量(生物防治)__；
②__增加作物产量__；
③__增加经济收益__。
下列有关转基因植物的说法，不正确的是(　B　)
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
D．引起植物生病的病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等
素养养成——能力迁移、社会责任
2025年，全球生物技术行业持续迈入高速增长期，生物技术在医疗、农业等领域的应用不断深化。下列关于生物技术的应用的叙述，错误的是(　C　)
A．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
B．利用放线菌产生的井冈霉素防治水稻枯纹病是生物防治的重要手段
C．可通过多倍体育种、紫外线定向诱导等方法，培育出含糖量更高的“奇异果”
D．可采用农杆菌转化法将抗某种除草剂的基因导入农作物细胞
解析：多倍体育种通过染色体数目变异(如秋水仙素处理)可提高含糖量，但紫外线属于基因突变育种，基因突变具有不定向性，C错误。
基因工程在医药卫生领域的应用
1．教材P90“资料卡”——干扰素
干扰素是一种具有__干扰病毒复制__作用的__糖蛋白__，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、多发性骨髓瘤和某些__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300 L血液只能提取1 mg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1 kg培养物中可以得到20～40 mg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__、丙型肝炎等。
2．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
利用基因工程生产人胰岛素有两种方法：
方法一：将胰岛素基因转入细菌细胞，进行微生物培养，提取胰岛素；
方法二：将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵，培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。
阅读上述材料，回答问题：
(1)方法一中，为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞，应用__Ca2+__处理细菌细胞，目的是使细胞处于一种__能吸收周围环境中DNA分子的生理状态__。
(2)方法二中，受体细胞是动物的__受精卵__，将目的基因导入受体细胞常用的方法是__显微注射法__。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达，应该采取的措施是将人胰岛素基因与__乳腺中特异表达的基因的启动子__等调控元件重组在一起。
(3)方法一从__微生物细胞__或其培养液中提取药物，方法二从动物__乳汁__中提取药物。
(4)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌，该类工程菌的优点是__单细胞、繁殖快__(至少答出两点)。
(5)上述两种方法中，哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性？试解释其原因。
提示：方法一。方法一中的受体细胞是细菌，其细胞内无内质网和高尔基体，无法对胰岛素进行加工和修饰。
3． 教材P91正文——实现建立器官移植工厂的设想
(1)为什么选择猪作为器官供体？
提示：猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
(2)选择猪器官移植给人最大的难题是__免疫排斥__。
(3)对猪的器官进行改造的方法：在器官供体的__基因组__中导入调控__基因表达的DNA序列__，以抑制__抗原决定基因__的表达，或设法除去__抗原决定基因__，再结合__克隆__技术，培育出不会引起__免疫排斥反应__的转基因克隆猪器官。
我国科学家敲除猪的糖抗原合成基因(β4GalNT2)，转入相应的调节基因后，将基因编辑猪的单个肾移植给猕猴，同时切除猕猴的自体双肾，最终移植肾存活184 d。在移植成功5个月内，猕猴的移植肾功能完全正常，之后出现逐渐加重的蛋白尿。下列说法正确的是(　D　)
A．基因编辑猪的成功体现了动物细胞的全能性
B．出现蛋白尿的原因主要是肾小管细胞凋亡
C．猪和猕猴肾脏的差异体现了基因的选择性表达
D．敲除β4GalNT2能改变膜蛋白种类，降低免疫排斥反应
解析：基因编辑猪的成功属于基因工程的应用范畴，其原理不是细胞的全能性，A错误；出现蛋白尿的原因主要是肾小球通透性增强，不是肾小管细胞凋亡，B错误；猪和猕猴肾脏的差异体现了不同遗传物质对性状的决定，不是基因选择性表达的体现，因为猪和猕猴肾脏不是来源于同一物种，更不是同一细胞的后代，C错误；β4GalNT2是糖抗原合成基因，因而敲除β4GalNT2能改变膜蛋白种类，进而降低免疫排斥反应，D正确。
一、 知识自主构建
二、 学情随堂评价
1．(六安阶段练改编)基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是(　A　)
A．喷施除草剂后，杂草被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤
B．将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的延熟番茄储存时间大大延长
C．山羊作为膀胱生物反应器时，只在膀胱细胞中含有目的基因
D．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可增加乳汁中乳糖含量
解析：抗除草剂玉米因转入抗除草剂基因，能抵抗除草剂作用，喷施除草剂后杂草死亡，而玉米不受损伤，A正确；若将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的转基因番茄能合成更多的乙烯，使得果实成熟加快，不利于储存，B错误；作为膀胱生物反应器的山羊体内所有细胞都含有目的基因，但是只有在膀胱细胞中才能表达目的基因，C错误；肠乳糖酶分解乳糖，导入其基因会减少乳汁中乳糖含量，而非增加，D错误。
2．下表有关基因表达的选项中，不可能的是(　D　)
选项 基因 表达的细胞 表达产物
A 细菌抗虫蛋白基因 抗虫棉叶肉细胞 细菌抗虫蛋白
B 人酪氨酸酶基因 正常人皮肤细胞 人酪氨酸酶
C 动物胰岛素基因 大肠杆菌工程菌细胞 动物胰岛素
D 兔血红蛋白基因 兔成熟红细胞 兔血红蛋白
解析：兔成熟红细胞没有细胞核和众多细胞器，无法表达兔的血红蛋白，D不可能。
3．(淮北期中)抗凝血酶是一种药物，目前科学家可以在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中获得。下列说法错误的是(　B　)
A．需要将抗凝血酶基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子结合
B．用显微注射法将抗凝血酶基因直接注入哺乳动物的乳腺细胞中
C．乳腺生物反应器产品的获得受年龄和性别的限制
D．将抗凝血酶基因导入大肠杆菌内可能不能产生有正常生理功能的酶
解析：为了在乳汁中能获得目的蛋白质，需要让目的基因在乳腺细胞中特异性表达，故需要将抗凝血酶基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子结合，A正确；用显微注射法将凝血酶基因构建的基因表达载体注入哺乳动物的受精卵中，而不是直接将基因注入哺乳动物的乳腺细胞中，B错误；乳腺生物反应器产品的获得受年龄和性别的限制，只有雌性动物处于泌乳期时才能获得所需蛋白质，C正确；大肠杆菌为原核生物，无内质网和高尔基体，对于转入其体内的真核生物的基因表达出来的肽链无法进行修饰和加工，故将抗凝血酶基因导入大肠杆菌，可能不能产生有正常生理功能的酶，D正确。
4．部分肠道细菌能够分泌外膜囊泡(OMV)，OMV能穿越肠道上皮屏障，活化肠黏膜内的免疫细胞。研究人员通过构建ClyA-Ag-mFc融合蛋白基因表达载体(见图)，转化大肠杆菌来制备工程菌。下列相关叙述错误的是(　C　)
注：ClyA指OMV表面特异蛋白的基因；Ag指肿瘤细胞表面特异性抗原基因；mFc的表达产物与树突状细胞表面的受体特异性结合。
A．ClyA表达产物可以将融合蛋白定位到OMV表面
B．Ag表达产物可以激活机体的特异性免疫反应
C．mFc表达产物可以提高T细胞摄取OMV的能力
D．利用该大肠杆菌可制备预防肿瘤的口服疫苗
解析：mFc的表达产物能够与树突状细胞表面的特异性受体结合，进而提高树突状细胞(而非T细胞)识别、摄取和传递抗原信息的能力，C错误；利用该大肠杆菌可制备预防肿瘤的口服疫苗，属于基因工程在免疫方面的应用，D正确。

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