3.3 基因工程的应用（导学案）-【新教材】2021-2022学年高二生物下学期同步备课（人教版2019选择性必修3）.docx

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1、第三章 第3节基因工程的应用学习目标1.基于基因工程应用的事实，参与有关推广和应用基因工程产品的讨论，并理性做出决策（社会责任）2.认同基因工程给农牧、食品及医药等行业带来了深刻变化，产生了巨大的社会效益和经济效益（社会责任）课前自主探究1、 基因工程在农牧业方面的应用应用目的基因成果举例转基因抗虫植物具有的 基因转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等转基因抗病植物某些病毒、真菌等的 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等转基因抗除草剂植物降解或抵抗某种除草剂的基因 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等改良植物的品质具有营养价值、观赏价值等优良性状的基因富含赖氨酸的玉米、新花色的牵牛花等 提高

2、动物的生长速率将 基因基因导入动物体内，提高动物的生长速率转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼速率提高了42%115%改善畜产品的品质将 基因导入奶牛基因组转基因奶牛乳汁中乳糖含量大大降低二、基因工程在医药卫生领域的应用技术方法对微生物或动植物的细胞进行 ，使它们能够生产药物。利用乳腺生物反应器生产药物：将 基因与乳腺中特异表达的基因的 等调控元件重组在一起，通过的 方法导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物通过 生产所需要的药物。培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种 ,抑制 基因的表达，或设法除去 基因，然后再结合 技术，培育出不会引起 反应的转基因克隆器官。实例重组人干扰素、促红细

3、胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等三、基因工程在食品工业方面的应用技术方法利用基因工程菌生产食品工业用 和 等。例如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，再通过 生产凝乳酶实例凝乳酶、淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。( )2培育转基因抗病植物的目的基因主要来源于病毒、真菌。( )3基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。( )( )4利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。 ( )5乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。( )课堂合作探究探究一.基因工程在农牧业方面

4、的应用【合作探究】：(1)转基因抗虫水稻能抗病毒、细菌、真菌吗？(2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫水稻与普通水稻相比，在害虫防治方面有哪些优越性？ (3)转基因育种与传统育种方法相比较有哪些优点？ 探究二、基因工程在医药卫生领域的应用【情境探究】基因工程在医药卫生领域有着非常广泛的应用，成果丰硕。比如干扰素是动物或人体细胞受病毒感染后产生的一类糖蛋白，具有抗病毒、抑制肿瘤及免疫调节等多种生物活性，科学家可以通过构建基因工程菌的办法生产，也可利用乳腺生物反应器进行生产。利用基因工程技术还可以建立移植器官工厂，解决移植器官短缺的世界性难题。(1) 干扰素是糖蛋白，科学家用基因工程的方法分别从

5、大肠杆菌及酵母菌细胞内获得的干扰素，二者的生物活性是否相同？ (2) 选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？（3）要确保干扰素基因在乳腺细胞中特异性表达，构建基因表达载体时有什么要求？ (4)培养乳腺生物反应器转基因动物时为什么要选用乳腺中特异性表达的基因的启动子？(5)利用动物乳腺生物反应器生产药物有什么优点与缺陷？(6)继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？(7)建立器官移植工厂

6、可能会解决器官短缺的世界性难题，如何避免免疫排斥？【归纳总结】1.乳腺生物反应器（1） 乳腺生物反应器：让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。外源基因：药用蛋白基因。表达条件：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子。受体细胞：哺乳动物的受精卵。（2）乳腺生物反应器的操作过程（3）乳腺生物反应器与膀胱生物反应器乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，二者的优点是：产量高、质量好、成本低、易提取，且不必对动物造成伤害。乳腺生物反应器需是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长

7、期的雌雄动物均可生产。2工程菌(1)概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。(2)外源基因：控制合成抗体、疫苗、激素等的基因。(3)受体细胞：微生物细胞。(4)特点：细菌内没有内质网、高尔基体等，产生的药物可能没有活性。(5)药物提取：从微生物细胞中提取。3.乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的比较比较内容乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因结构与人类的基因结构基本相同细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌合成的药物蛋白可能没有活性生产条件不需严格灭菌;温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌;严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外

8、界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞或其培养液中提取第三章 第3节基因工程的应用答案课前自主探究一.抗虫功能 抗病基因 外源生长激素 肠乳糖酶 二、基因改造 药用蛋白 启动子 显微注射 分泌乳汁 调节因子 抗原决定 抗原决定 克隆 免疫排斥三、酶 氨基酸 维生素 工业发酵 基础诊断 课堂合作探究探究一. (1)转基因抗虫水稻能抗病毒、细菌、真菌吗？(1)提示：由于抗虫基因具有专一性，所以抗虫水稻不能抗病毒、田菌、真菌。(2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫水稻与普通水稻相比，在害虫防治方面有哪些优越性？(2)提示：可减少化学农药的使用量，降低环境污染。(3)转基因育种与传统育种方法相比

9、较有哪些优点？(3)提示：目的性强，可定向改造生物性状；能克服远缘杂交下亲和的障碍；育种周期短。探究二、(1)干扰素是糖蛋白，科学家用基因工程的方法分别从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得的干扰素，二者的生物活性是否相同？提示：(1)大肠杆菌是原核生物，只有核糖体，没有其他细胞器，酵母菌是真核细胞，细胞内含有内质网、高尔基体等多种细胞器，能对蛋白质进行加工处理，因此这两种干扰素的生物活性不同。(2)选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？提示：(2)细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产能力大等。(3) 要确保干扰素基因在乳腺细胞中特异性表达，构建基因表达载体时有什么要求？提示：(3)

10、要将干扰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。 (4)培养乳腺生物反应器转基因动物时为什么要选用乳腺中特异性表达的基因的启动子？提示：(4)乳腺生物反应器通过分泌的乳汁提取相应的基因表达的产品，乳腺中特异性表达的启动子可让目的基因在乳腺细胞中表达。(5)利用动物乳腺生物反应器生产药物有什么优点与缺陷？提示：(5)优点是产量高、质量好、成本低、易提取。缺陷是该方法必须培育雌性动物，利用其乳腺分泌乳汁获取药物，因此受动物性别限制。(6)继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液

11、中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？提示：(6)应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋白较容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。(7)建立器官移植工厂可能会解决器官短缺的世界性难题，如何避免免疫排斥？提示：(7)科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是在器官供体的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，然后结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。第10页,共10页