《创新课堂》第3章第3节 基因工程的应用 讲义（教师版）-高中生物学选择性必修3（人教版）同步讲练测
文档属性
| 名称 | 《创新课堂》第3章第3节 基因工程的应用 讲义（教师版）-高中生物学选择性必修3（人教版）同步讲练测 |
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| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 917.5KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-02-07 00:00:00 | ||
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文档简介
第3节 基因工程的应用
[课标内容]
举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。
一、基因工程在农牧业方面的应用
1．改良植物品种
2．改良动物品种
二、基因工程在医药卫生领域的应用
1．利用转基因微生物或动植物生产药物
(1)利用基因工程生产__________、抗体、疫苗和激素等，用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。
具有干扰病毒复制的作用
(2)我国生产的重组人干扰素、__________________、促红细胞生成素和________等基因工程药物均已投放市场。
2．利用哺乳动物批量生产药物
乳腺(房)生物反应器：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__________法导入哺乳动物受精卵→______________→进入泌乳期后通过分泌乳汁生产医药产品。
其他时期不能生产
3．实现建立移植器官工厂设想
面临的难题是免疫排斥
(1)用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。
(2)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________________的表达，或设法除去________________。
三、基因工程在食品工业方面的应用
1．工业用氨基酸：阿斯巴甜主要由______________和______________形成，这两种氨基酸都可以通过基因工程实现大规模生产。
2．工业用酶
(1)将编码____________的基因导入____________、__________或__________的基因组中，通过工业发酵批量生产凝乳酶。
可用来凝聚固化奶中的蛋白质
(2)通过构建基因工程菌，利用发酵技术大量生产淀粉酶和脂肪酶。
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类
[答案自填] 抗虫功能的基因 抗病基因 降解或抵抗 蛋白质编码基因 花青素代谢相关的基因 外源生长激素基因 肠乳糖酶基因 乳汁 细胞因子 血小板生成素 粒细胞集落刺激因子 药用蛋白 启动子 显微注射 培育成转基因动物 抗原决定基因 抗原决定基因 天冬氨酸 苯丙氨酸 牛凝乳酶 大肠杆菌 黑曲霉 酵母菌
(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)乳腺生物反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。( )
提示：(1)× 农业害虫仍会对转基因抗虫作物产生抗性。
(2)√
(3)× 培育转基因动物时，所选用的受体细胞一般是受精卵；培育转基因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。
(4)√
(5)× 乳腺生物反应器是把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。
【知识框架】
核心点 生物反应器与基因工程菌
材料Ⅰ：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干扰素，下图是某生物制药公司生产干扰素的流程：
材料Ⅱ：科学家已经在牛、山羊等动物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。基因工程技术可能使建立移植器官工厂，解决移植器官短缺的世界性难题的设想成为现实。
(1)与大肠杆菌相比，用酵母菌生产干扰素有什么优势？
(2)培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？
(3)利用动物乳腺生物反应器生产药物有什么优缺点？
(4)膀胱生物反应器在哪些方面优于乳腺生物反应器？
(5)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：(1)酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的干扰素进行加工和修饰，从而产生有活性的干扰素。
(2)让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
(3)优点是药物产量高、质量好、易提取，其过程成本低。缺点是该方法必须培育雌性动物，在其进入泌乳期后利用其乳腺分泌乳汁来获取药物，因此受动物性别和年龄限制。
(4)①正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物。②不受性别限制，受体来源更广泛。③不受年龄限制。
(5)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，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。
1．乳腺(房)生物反应器
2．乳腺(房)生物反应器与基因工程菌生产药物的比较
项目 乳腺(房)生物反应器 基因工程菌
含义 指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类
受体基因结构与人类基因结构的差异 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的基因结构有较大差异
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
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因的导入方式 显微注射法 感受态细胞法
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
1．(2024·四川遂宁高二期中)下列不属于利用基因工程技术制备药物的是( )
A．从大肠杆菌体内获得白细胞介素
B．从酵母菌体内获得干扰素
C．从大肠杆菌体内获得胰岛素
D．从青霉菌体内获得青霉素
解析：选D。青霉素是青霉菌自身基因表达产生的，因此从青霉菌体内提取青霉素不属于利用基因工程制药，D项符合题意。
2．(2024·广东深圳高二检测)动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，大规模生产可用于治疗人类疾病或保健的活性蛋白质的现代生物技术。目前科学家已在牛和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、生长激素等重要的医药产品。大致过程如下图所示：
下列有关说法错误的是( )
A．通过③形成的重组质粒只具有人的药用蛋白基因、终止子和标记基因
B．④通常采用显微注射法
C．在转基因雌牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物
D．该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取
解析：选A。要让人的药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药用蛋白的乳汁，重组质粒上还必须具有乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件，A错误；转基因动物通常利用的受体细胞是受精卵，采用显微注射法将重组质粒导入受精卵，B正确；只有转基因雌牛的乳腺细胞才会表达人的药用蛋白基因，C正确；该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取，D正确。
1．(教材P92“概念检测”T2改编)下列应用不涉及基因工程技术的是( )
A．培育能产生乙肝疫苗的酵母菌
B．培育能生产人类激素的绵羊
C．培育高产、优质的“太空椒”
D．制造能降解石油的“超级细菌”
解析：选C。培育高产、优质的“太空椒”利用的是诱变育种，并没有采用基因工程技术，C符合题意。
2．下列有关转基因植物的说法，错误的是( )
A．科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高农作物的抗盐碱和抗旱的能力
B．因为转基因抗虫棉可以抵抗一切危害棉花植株的害虫，所以转基因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价值
D．利用基因工程技术可以改良农作物的品质
解析：选B。因为盐碱和干旱对农作物的危害与细胞渗透压的调节有关，所以科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高农作物的抗盐碱和抗旱的能力，A项正确；转基因抗虫棉只对棉铃虫有较强的抗性，并不能抵抗所有害虫，B项错误；将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高农作物的营养价值，C项正确；利用基因工程技术可以改良农作物的品质，D项正确。
3．(教材P92“概念检测”T1改编)某实验小组将人生长激素基因导入大肠杆菌以制备工程菌，下列相关叙述错误的是( )
A．人生长激素基因可以下丘脑细胞的mRNA为模板通过逆转录获得
B．将人的生长激素基因导入大肠杆菌，需要处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
C．利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较
D．与人细胞分泌的天然生长激素相比，基因工程菌无法对生长激素进行进一步加工和修饰
解析：选A。人生长激素基因在垂体细胞中表达，在下丘脑细胞中不表达，因此下丘脑细胞中没有生长激素基因转录出的mRNA，A错误；将人的生长激素基因导入大肠杆菌，常用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，B正确；利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较，以确定转基因产品的功能活性是否与天然产品的相同，C正确；大肠杆菌为原核生物，无内质网和高尔基体，因此无法对生长激素进行进一步加工和修饰，D正确。
4．(2024·河南安阳高二检测)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．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可增加乳汁中的乳糖含量
C．作为乳腺生物反应器的动物体内只有乳腺细胞含目的基因
D．将牛凝乳酶导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶
解析：选A。抗除草剂玉米含有抗性基因，喷施除草剂后，杂草会被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤，A项正确；将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，乳糖酶可降解乳糖，可降低乳汁中的乳糖含量，B项错误；作为乳腺生物反应器的动物体内所有细胞中都含有目的基因，但是只有乳腺细胞才能表达目的基因，C项错误；将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶，D项错误。
5．科学家利用基因编辑与克隆技术培育了十余种基因编辑猪，用于异种器官移植研发。下图为基因编辑猪的培育流程，下列相关叙述错误的是( )
A．可以用促性腺激素处理1号猪使其超数排卵
B．用于基因编辑的细胞应培养至减数分裂Ⅱ中期
C．4号猪的DNA绝大多数来自2号猪，少数来自1号猪
D．该项试验的成功给缓解临床移植器官短缺问题带来希望
解析：选B。收集卵母细胞之前，通常要对1号猪用促性腺激素进行超数排卵处理，A项正确；用于基因编辑的细胞应为体细胞，并保证细胞核内的染色体数与体细胞相同，B项错误；4号猪的细胞核基因来自2号猪，细胞质基因来自1号猪，因此4号猪的DNA绝大多数来自2号猪，少数来自1号猪，C项正确；由“科学家利用基因编辑与克隆技术培育了十余种基因编辑猪，用于异种器官移植研发”可知，该项试验的成功给缓解临床移植器官短缺问题带来了希望，D项正确。
[课标内容]
举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。
一、基因工程在农牧业方面的应用
1．改良植物品种
2．改良动物品种
二、基因工程在医药卫生领域的应用
1．利用转基因微生物或动植物生产药物
(1)利用基因工程生产__________、抗体、疫苗和激素等，用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。
具有干扰病毒复制的作用
(2)我国生产的重组人干扰素、__________________、促红细胞生成素和________等基因工程药物均已投放市场。
2．利用哺乳动物批量生产药物
乳腺(房)生物反应器：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__________法导入哺乳动物受精卵→______________→进入泌乳期后通过分泌乳汁生产医药产品。
其他时期不能生产
3．实现建立移植器官工厂设想
面临的难题是免疫排斥
(1)用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。
(2)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________________的表达，或设法除去________________。
三、基因工程在食品工业方面的应用
1．工业用氨基酸：阿斯巴甜主要由______________和______________形成，这两种氨基酸都可以通过基因工程实现大规模生产。
2．工业用酶
(1)将编码____________的基因导入____________、__________或__________的基因组中，通过工业发酵批量生产凝乳酶。
可用来凝聚固化奶中的蛋白质
(2)通过构建基因工程菌，利用发酵技术大量生产淀粉酶和脂肪酶。
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类
[答案自填] 抗虫功能的基因 抗病基因 降解或抵抗 蛋白质编码基因 花青素代谢相关的基因 外源生长激素基因 肠乳糖酶基因 乳汁 细胞因子 血小板生成素 粒细胞集落刺激因子 药用蛋白 启动子 显微注射 培育成转基因动物 抗原决定基因 抗原决定基因 天冬氨酸 苯丙氨酸 牛凝乳酶 大肠杆菌 黑曲霉 酵母菌
(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)乳腺生物反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。( )
提示：(1)× 农业害虫仍会对转基因抗虫作物产生抗性。
(2)√
(3)× 培育转基因动物时，所选用的受体细胞一般是受精卵；培育转基因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。
(4)√
(5)× 乳腺生物反应器是把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。
【知识框架】
核心点 生物反应器与基因工程菌
材料Ⅰ：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干扰素，下图是某生物制药公司生产干扰素的流程：
材料Ⅱ：科学家已经在牛、山羊等动物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。基因工程技术可能使建立移植器官工厂，解决移植器官短缺的世界性难题的设想成为现实。
(1)与大肠杆菌相比，用酵母菌生产干扰素有什么优势？
(2)培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？
(3)利用动物乳腺生物反应器生产药物有什么优缺点？
(4)膀胱生物反应器在哪些方面优于乳腺生物反应器？
(5)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：(1)酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的干扰素进行加工和修饰，从而产生有活性的干扰素。
(2)让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
(3)优点是药物产量高、质量好、易提取，其过程成本低。缺点是该方法必须培育雌性动物，在其进入泌乳期后利用其乳腺分泌乳汁来获取药物，因此受动物性别和年龄限制。
(4)①正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物。②不受性别限制，受体来源更广泛。③不受年龄限制。
(5)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，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。
1．乳腺(房)生物反应器
2．乳腺(房)生物反应器与基因工程菌生产药物的比较
项目 乳腺(房)生物反应器 基因工程菌
含义 指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类
受体基因结构与人类基因结构的差异 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的基因结构有较大差异
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
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因的导入方式 显微注射法 感受态细胞法
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
1．(2024·四川遂宁高二期中)下列不属于利用基因工程技术制备药物的是( )
A．从大肠杆菌体内获得白细胞介素
B．从酵母菌体内获得干扰素
C．从大肠杆菌体内获得胰岛素
D．从青霉菌体内获得青霉素
解析：选D。青霉素是青霉菌自身基因表达产生的，因此从青霉菌体内提取青霉素不属于利用基因工程制药，D项符合题意。
2．(2024·广东深圳高二检测)动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，大规模生产可用于治疗人类疾病或保健的活性蛋白质的现代生物技术。目前科学家已在牛和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、生长激素等重要的医药产品。大致过程如下图所示：
下列有关说法错误的是( )
A．通过③形成的重组质粒只具有人的药用蛋白基因、终止子和标记基因
B．④通常采用显微注射法
C．在转基因雌牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物
D．该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取
解析：选A。要让人的药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药用蛋白的乳汁，重组质粒上还必须具有乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件，A错误；转基因动物通常利用的受体细胞是受精卵，采用显微注射法将重组质粒导入受精卵，B正确；只有转基因雌牛的乳腺细胞才会表达人的药用蛋白基因，C正确；该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取，D正确。
1．(教材P92“概念检测”T2改编)下列应用不涉及基因工程技术的是( )
A．培育能产生乙肝疫苗的酵母菌
B．培育能生产人类激素的绵羊
C．培育高产、优质的“太空椒”
D．制造能降解石油的“超级细菌”
解析：选C。培育高产、优质的“太空椒”利用的是诱变育种，并没有采用基因工程技术，C符合题意。
2．下列有关转基因植物的说法，错误的是( )
A．科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高农作物的抗盐碱和抗旱的能力
B．因为转基因抗虫棉可以抵抗一切危害棉花植株的害虫，所以转基因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价值
D．利用基因工程技术可以改良农作物的品质
解析：选B。因为盐碱和干旱对农作物的危害与细胞渗透压的调节有关，所以科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因来提高农作物的抗盐碱和抗旱的能力，A项正确；转基因抗虫棉只对棉铃虫有较强的抗性，并不能抵抗所有害虫，B项错误；将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高农作物的营养价值，C项正确；利用基因工程技术可以改良农作物的品质，D项正确。
3．(教材P92“概念检测”T1改编)某实验小组将人生长激素基因导入大肠杆菌以制备工程菌，下列相关叙述错误的是( )
A．人生长激素基因可以下丘脑细胞的mRNA为模板通过逆转录获得
B．将人的生长激素基因导入大肠杆菌，需要处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
C．利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较
D．与人细胞分泌的天然生长激素相比，基因工程菌无法对生长激素进行进一步加工和修饰
解析：选A。人生长激素基因在垂体细胞中表达，在下丘脑细胞中不表达，因此下丘脑细胞中没有生长激素基因转录出的mRNA，A错误；将人的生长激素基因导入大肠杆菌，常用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，B正确；利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较，以确定转基因产品的功能活性是否与天然产品的相同，C正确；大肠杆菌为原核生物，无内质网和高尔基体，因此无法对生长激素进行进一步加工和修饰，D正确。
4．(2024·河南安阳高二检测)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．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可增加乳汁中的乳糖含量
C．作为乳腺生物反应器的动物体内只有乳腺细胞含目的基因
D．将牛凝乳酶导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶
解析：选A。抗除草剂玉米含有抗性基因，喷施除草剂后，杂草会被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤，A项正确；将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，乳糖酶可降解乳糖，可降低乳汁中的乳糖含量，B项错误；作为乳腺生物反应器的动物体内所有细胞中都含有目的基因，但是只有乳腺细胞才能表达目的基因，C项错误；将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶，D项错误。
5．科学家利用基因编辑与克隆技术培育了十余种基因编辑猪，用于异种器官移植研发。下图为基因编辑猪的培育流程，下列相关叙述错误的是( )
A．可以用促性腺激素处理1号猪使其超数排卵
B．用于基因编辑的细胞应培养至减数分裂Ⅱ中期
C．4号猪的DNA绝大多数来自2号猪，少数来自1号猪
D．该项试验的成功给缓解临床移植器官短缺问题带来希望
解析：选B。收集卵母细胞之前，通常要对1号猪用促性腺激素进行超数排卵处理，A项正确；用于基因编辑的细胞应为体细胞，并保证细胞核内的染色体数与体细胞相同，B项错误；4号猪的细胞核基因来自2号猪，细胞质基因来自1号猪，因此4号猪的DNA绝大多数来自2号猪，少数来自1号猪，C项正确；由“科学家利用基因编辑与克隆技术培育了十余种基因编辑猪，用于异种器官移植研发”可知，该项试验的成功给缓解临床移植器官短缺问题带来了希望，D项正确。