資源簡介

高二 年級 生物 學科 選擇性必修三 課時教學設計
課題 基因工程的應用 課時 2
主備 輔備
課型 新授課 □復習課 □習題/試卷講評課 □實踐活動課
一、教學內容分析
課程標準要求： 1.基于基因工程應用的事實，參與有關推廣和應用基因工程產品的討論，并理性做出決策。 2.認同基因工程給農牧、食品及醫藥等行業帶來了深刻變化，產生了巨大的社會效益和經濟效益。 （二）核心素養要求： 1.文化基礎：基因工程在農牧業、醫藥衛生和食品工業等方面的應用。 2.自主發展：基因工程的應用及價值。 3.社會參與：關注基因工程的發展，認同基因工程的價值。 （三）前后知識聯系： 學生已經學過(重組DNA技術的工具)，本節課的內容就是在此基礎上的發展。由于它還與后面的(蛋白質工程)有聯系,所以在本學科中的作用是（承上啟下）。
二、學情分析
在本節課的教學中，學生可能遇到的問題（或困難、障礙）是：（不能正確理解基因工程的應用），產生這一問題的原因是（基因工程的應用比較難），解決的關鍵辦法是（理論聯系生活實際，多使用多媒體，激發學生的興趣。）
三、重點難點分析
1.教學重點是(基因工程在農牧業、醫藥衛生和食品工業等方面的應用)，解決重點的關鍵是(在教學中要善于聯系生活，從生活中來，到生活中去 )。 2.教學難點是說出基因表達載體的組成(乳腺生物反應器的應用)，解決難點的關鍵是( 運用圖示和演示實驗等方法闡釋，以及利用生活實際中的問題與生物知識相聯系)。
四、教學活動設計 基于問題解決的設計 □講授式設計 □自主探究式設計 □合作交流式設計
活動程序一 【深度學習】 課前自學、導學（用時5分鐘內）
師生 活動 教師對上次課限時訓練講評。 圖文情境導入： 展示醫學中重組胰島素產品，介紹分析胰島素的發展過程。 胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統生產胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經生產供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產的成本非常高。1978年，科學家將鳊碼人胰島素的基因導入大腸桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產權的基因工程藥物——重組人胰島素已經研制成功并得到廣泛應用。 展示學習目標： 4、學生自主梳理本課知識，發現問題：
【設計意圖】
活動程序二 【深度學習】即本課學習 教師根據本次課教學需要組合選用自學、互學、模仿等相關環節，用時25-40分鐘。
大問題一（請列出具體學習任務簡稱）：通過情境導入和新課知識初步了解，形成必要的知識儲備。
呈現知識小問題串或情境或知識清單 問題1 轉基因抗蟲水稻能抗病毒、細菌、真菌嗎？ 問題2 從環境保護角度出發，分析轉基因抗蟲水稻與普通水稻相比，在害蟲防治方面有哪些優越性？ 問題3 轉基因育種與傳統育種方法相比較有哪些優點？
【模仿變通】變式、訓練 例題一 1．農業害蟲不會對轉基因抗蟲作物產生抗性。 ( ) 2．培育轉基因抗病植物的目的基因主要來源于病毒、真菌。 ( ) 3．基因工程中，要培育轉基因植物和動物，選用的受體細胞都是受精卵。( ) ( ) 4．利用工程菌可生產人的胰島素等某些激素。 ( ) 5．乳腺反應器就是把藥用蛋白基因導入動物的乳腺細胞中。 ( ) 變式題二(2020·陜西咸陽實驗中學高二期中)下列關于培育轉基因抗蟲棉的敘述,正確的是(　　) A.DNA連接酶能把Bt抗蟲蛋白基因與噬菌體相連接 B.Bt抗蟲蛋白基因可借助花粉管通道進入受體細胞 C.Bt 抗蟲蛋白對害蟲和人都有不同程度的毒害作用 D.需制備好相應抗原來檢測 Bt 抗蟲蛋白 答案B 解析培育轉基因植物常用農桿菌轉化法,可用DNA連接酶將編碼Bt 抗蟲蛋白的基因與農桿菌的Ti質粒相連接,構建基因表達載體,A項錯誤;在植物細胞基因工程中,可利用農桿菌轉化法將目的基因導入受體細胞,也可以利用花粉管通道法將目的基因導入受精卵中,B項正確;Bt 抗蟲蛋白對哺乳動物無毒害作用,C項錯誤;要檢測目的基因是否成功翻譯,可用抗原—抗體雜交技術進行檢測,目的基因翻譯的蛋白質作為抗原,故需制備好相應抗體來檢測Bt 抗蟲蛋白,D項錯誤
【師生活動】任務一：學生自主閱讀課本，完成下列問題。 （一）閱讀課本87、88和89頁，了解基因工程在農牧業方面應用的規模，明確基因工程在農牧業上的具體應用有哪些？ ⊙ 美國是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超過90%。 ⊙ 2017年，我國轉基因作物的種植面積位居世界第八位，商業化種植的轉基因作物有棉花和番木瓜。 ⊙ 2015年11月，第一種用于食用的轉基因動物——大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準上市。 PPT展示相關的轉基因作物并進行簡介。 轉基因抗蟲植物（水稻） 從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，將它導入作物中培育出具有抗蟲性的作物，我國已批準的商業化品種有轉基因抗蟲棉（水稻未獲審批）。 轉基因抗病毒植物（番木瓜） 將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因導入植物，培育出轉基因抗病毒植物，我國已批準的商業化品種有轉基因抗病毒番木瓜、辣椒。 轉基因抗除草劑植物（玉米） 將降解或抵抗某種除草劑的基因導入作物，可以培育出抗除草劑的品種。我國的抗除草劑大豆品種已于2019年打開了阿根廷市場。 改良植物的品質 轉基因玉米、水稻（提高賴氨酸等必需氨基酸的含量）。變色矮牽牛，科學家最早希望通過轉入花青素基因獲得花色更深的矮牽牛，卻因為RNA干擾，獲得了許多變色矮牽牛。 提高動物的生長速率 科學家將生長素基因導入動物體內，以提高動物的生長速率，如朱作言等育成了轉基因鯉魚（冠鯉）。但冠鯉至今并未獲得審批。改良畜產品的品質 內蒙古農業大學育成了世界上第一例轉基因低乳糖牛，其所產牛奶中乳糖含量低，是眾多乳糖不耐受患者的福音。
【設計意圖】從實例中概括概念，培養學生溝通、交流能力，增強團隊合作意識，提升學生的概括總結能力。
大問題二（請列出具體學習任務簡稱）：基因工程在醫藥衛生領域的應用有哪些？
呈現知識小問題串或情境或知識清單 問題1 干擾素是糖蛋白，科學家用基因工程的方法分別從大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得的干擾素，二者的生物活性是否相同？ 問題2 選用細菌或酵母菌作為受體細胞的優點有哪些？ 問題3 要確保干擾素基因在乳腺細胞中特異性表達，構建基因表達載體時有什么要求？培養乳腺生物反應器轉基因動物時為什么要選用乳腺中特異性表達的基因的啟動子？
【模仿變通】變式、訓練 例題2.(2020·河北邢臺一中高二期末)科學家已能運用基因工程技術,讓羊的乳腺合成并分泌人體的某些抗體,以下敘述不正確的是(　　) A.該技術可導致定向變異 B.表達載體中需要加入乳腺蛋白基因的特異性啟動子 C.目的基因是抗原合成基因 D.受精卵是理想的受體細胞 答案C 解析由題意分析可知該技術為基因工程技術,將目的基因導入受體細胞,可以定向改變生物性狀,故A項正確;運用基因工程技術,讓羊的乳腺生產抗體,則表達載體中目的基因上游要加入羊乳腺蛋白基因的啟動子,故B項正確;目的基因是人體內控制某些抗體合成的基因,故C項錯誤;受精卵常作為動物基因工程的受體細胞,故D項正確。 變式題2.(2020·山東夏津第一中學高二期中)近年來基因工程的發展非常迅猛,下列不屬于基因工程應用的是(　　) A.克隆猴“中中”和“華華” B.利用乳腺生物反應器生產藥物 C.制造一種能分解石油的“超級細菌” D.制造一種能產生干擾素的工程菌 答案A 解析克隆猴“中中”和“華華”應用了動物細胞核移植技術,A項符合題意;利用乳腺生物反應器生產藥物,這屬于動物基因工程的應用,B項不符合題意;制造一種能分解石油的“超級細菌”,這屬于基因工程的應用,C項不符合題意;制造一種能產生干擾素的工程菌,這屬于基因工程的應用,D項不符合題意。
【師生活動】任務二：學生自主閱讀課本，完成下列問題。 （一）閱讀課本90頁和91頁第1段，明確基因工程在醫藥衛生領域的應用有哪些方面？ 1.利用微生物或動植物生產藥物 【資料卡】 干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，感染素對治療乳腺癌、淋巴癌、多發骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。傳統產生干擾素的方法是從人血液中的白細胞內提取，每300mL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打大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，從1kg培養物中可以得到20～40mg干擾素。1993年，我國批準生產重組讓你干擾素α-1b，它是我國批準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.利用哺乳動物生產藥物 PPT展示“乳腺生物反應器”生產含有生長激素的牛奶流程圖。 向學生補充嵌合抗體的制作和其優點。 抗體恒定區（C區）在不同物種中存在差異，因此鼠源單抗會被人體免疫系統識別為抗原。科學家設法將鼠源抗體的恒定區 （C區）替換成人的，或者只保留鼠源抗體中對抗原識別起決定性作用的部分（CDRs）。這兩類的抗體都可以通過設計嵌合基因通過基因工程來實現工業化生產。不過，最安全的還是全人源化抗體。 免疫系統的“自我”識別是胚胎發育階段發展出來的。在小鼠免疫系統發展出自我識別之前替換成人的抗體生成基因，就可以產生出全人源化抗體（并被小鼠識別為自我）。 3.建立移植器官工廠 2021年底在美國紐約，科學家通過基因編輯，敲除了豬體內會導致人體免疫反應的基因，然后將基因編輯豬的腎臟移植入人體（已腦死亡并發腎衰竭，家屬知情同意），病人的腎臟又繼續工作了2個月。 （注：人類胚胎的基因編輯仍不屬于法律許可范疇） 任務三：學生自主閱讀課本，完成下列問題。 （一）閱讀課本91頁第2--5段，明確基因工程可以在食品工業方面有哪些應用？優點有哪些？ 分析兩種凝乳酶的制備方法 傳統制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。 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，再通過工業發酵批量生產凝乳酶。 Ⅰ.利用基因工程菌生產酶、氨基酸和維生素等，應用于食品工業 1.氨基酸用作甜味劑 ● 阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成 ● 凝乳酶用于奶酪生產；淀粉酶用于糖漿生產；酯酶；脂酶等用于烘培食品 Ⅱ.基因工程技術獲得的工業用酶純度高，成本低，生產效率更高 【到社會中去】 轉基因技術自誕生以來，發展迅速，研發對象已涵蓋至少35科、200多種的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。請調查： 1. 目前我國批準發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？ 截至2019年年底，我國批準發放過轉基因耐儲藏番茄、轉基因抗蟲棉、改變花色的轉基因矮牽牛、轉基因抗病辣椒、轉基因抗病番木瓜、轉基因抗蟲水稻、轉植酸酶基因玉米以及轉基因耐除草劑大豆的生產應用安全證書；批準了轉基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進口安全證書，但我國進口的基本上是轉基因棉花的纖維，其他進口轉基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國沒有批準任何一種轉基因糧食作物種子進口到我國境內商業化種植。 2. 你或你的親朋好友在日常生活中使用的生物產品，哪些在生產過程中用到了轉基因技術？ 提示：根據實際情況回答
【設計意圖】通過問答式教學引發學生求知欲望，通俗易懂 理解到位
活動程序三【學以致用】：檢測反饋 約占本次課的10分鐘內
【目標檢測題】 1．抗病毒轉基因植物成功表達后，以下說法正確的是(　B　) A．抗病毒轉基因植物可以抵抗所有病毒 B．抗病毒轉基因植物對病毒的抗性具有局限性或特異性 C．抗病毒轉基因植物可以抗害蟲 D．抗病毒轉基因植物可以穩定遺傳，不會變異 2．下列有關乳腺生物反應器的敘述錯誤的是(　B　) A．動物基因結構與人類基因結構相同 B．乳腺生物反應器生產的藥物是自然界沒有的 C．可從具有目的基因的轉基因雌性動物乳汁中提取藥物 D．乳腺生物反應器是轉基因技術在畜牧業中的應用 3.糖尿病已經成為危害人類健康的嚴重疾病之一，注射胰島素是目前治療糖尿病最為有效的途徑和手段。如何生產優質而不昂貴的人胰島素，是當下醫藥界急需攻克的科學難題。下圖為利用基因工程技術生產人胰島素的操作過程示意圖，請回答： (1)在基因表達載體中，________是RNA聚合酶識別和結合的部位，有了它才能驅動基因轉錄出mRNA。 (2)圖中細胞1是________細胞。過程②必需的酶是________。過程③④⑤為利用________技術擴增目的基因，此過程必需的酶是________。過程③斷開的是________鍵，在體外進行PCR操作時，實現該過程的處理方法是________。能否利用人的皮膚細胞來完成過程①，為什么？__________________________。 (3)為便于重組DNA的鑒定和選擇，圖中C的組成必須有________；為使過程⑧更易進行，可用________處理大腸桿菌。
活動程序四 【課堂小結】用時5分鐘內
基因工程的應用 基因工程在農牧業方面的應用 轉基因抗蟲、抗病、抗除草劑植物 改良植物的品質、提高動物的生長速率 改良畜產品的品質 基因工程在醫藥衛生領域的應用 基因工程在食品工業方面的應用
【學以致用】作業設計之限時訓練 分ABC三層，學生選擇AB或BC題做。用時30-45分鐘，限時完成
A組題 1．葡萄糖異構酶(GI)在工業上應用廣泛，為提高其熱穩定性，我國科學家運用蛋白質工程把其第138位甘氨酸(Gly)替換為脯氨酸(Pro)，由于脯氨酸側鏈的吡咯環填充了第138位氨基酸附近的空洞，使酶的熱穩定性明顯提高。下列敘述正確的是（ ） A．改造后的葡萄糖異構酶是自然界已存在的蛋白質 B．蛋白質工程和基因工程的根本區別是操作對象的差異 C．獲得改造葡萄糖異構酶的過程不需要基因工程參與 D．根據蛋白質的氨基酸序列推測出的DNA的堿基序列不是唯一的 【答案】D 【分析】1、蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質）。 2、蛋白質工程的基本途徑：從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）以上是蛋白質工程特有的途徑。 【詳解】A、葡萄糖異構酶的改造過程屬于蛋白質工程 ，蛋白質工程的實質是定向改造或生產人類所需蛋白質，故蛋白質工程可以獲得滿足人類生產和生活需求的蛋白質，改造后的葡萄糖異構酶不是自然界已存在的蛋白質，A錯誤； B、蛋白質工程和基因工程都要對基因進行操作，其操作對象相同，B錯誤； C、蛋白質工程要通過基因工程實施，需要限制酶、DNA連接酶和運載體作為工具，C錯誤； D、一種氨基酸可能對應多種密碼子，所以根據蛋白質的氨基酸序列推測出的mRNA的堿基序列不是唯一的，D正確。 故選D。 2．科學家將螢火蟲的熒光素基因轉入煙草植物細胞中，獲得高水平的表達。長成的植物通體光亮。這一研究成果表明①螢火蟲與煙草植物的DNA 結構基本相同 ②螢火蟲與煙草植物共用一套密碼子 ③煙草植物體內合成了熒光素 ④螢火蟲和煙草植物合成蛋白質的原理基本相同（ ） A．①③ B．②③ C．①④ D．①②③④ 【答案】D 【分析】1、基因工程又叫DNA重組技術，是指按照人們的意愿，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。基因工程技術的原理是基因重組。 2、不同生物的基因之所以能拼接，基礎是生物的基因都具有相同的結構，都是具有雙螺旋結構的DNA。 【詳解】①科學家將螢火蟲的熒光素和熒光酶基因轉入煙草細胞后，相關基因需整合到煙草細胞的染色體的DNA上才能在植物體不同細胞得以表達，使植物通體光亮，說明螢火蟲與煙草的DNA結構基本相同，①正確； ②熒光素和熒光酶基因轉入煙草細胞后能成功表達，說明這兩種生物共用一套遺傳密碼子，②正確； ③將螢火蟲的熒光素基因轉入煙草植物細胞中，煙草植物通體光亮，說明在煙草體內合成了熒光素和熒光酶，③正確； ④熒光素和熒光酶基因轉入煙草細胞后能成功表達，說明螢火蟲和煙草合成蛋白質的方式基本相同，都是先轉錄再翻譯形成蛋白質，④正確。 綜上所述，即ABC錯誤，D正確。 故選D。 3．番茄中的PG基因控制合成的多聚半乳糖醛酸酶，能破壞細胞壁使番茄軟化。科學家將抗PG基因導入番茄細胞，其合成的mRNA能與PG基因合成的mRNA相結合，從而培育出抗軟化的轉基因番茄。下列敘述錯誤的是（ ） A．PG基因與抗PG基因的區別是模板鏈的堿基序列不同 B．利用PCR技術可檢測抗PG基因是否正常轉錄 C．轉基因番茄可能會由于花粉擴散導致基因污染問題 D．抗PG基因通過抑制PG基因的轉錄使其mRNA無法合成 【答案】D 【分析】真核細胞基因的表達包括轉錄和翻譯，轉錄指的是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程，翻譯指的是以mRNA為模板合成蛋白質的過程。 【詳解】A、根據題干信息可知，抗PG基因合成的mRNA與PG基因合成的mRNA相結合，因此可以推測，PG基因和抗PG基因是同一段DNA分子序列，轉錄時模板鏈不同，所以轉錄產生的mRNA能發生堿基互補配對，A正確； B、可以提取RNA，進行逆轉錄形成DNA，再進行PCR擴增，最后通過電泳檢測PCR產物來判斷抗PG基因是否正常轉錄，B正確； C、若抗PG基因整合到染色體DNA上，則花粉中可能含有抗PG基因，轉基因番茄可能會由于花粉擴散到其他植物導致基因污染問題，C正確； D、抗PG基因合成的mRNA與PG基因合成的mRNA相結合，從而阻止了PG基因的mRNA的翻譯過程，使細胞不能合成PG蛋白，D錯誤。 故選D。 4．我國是農業大國，在科學研究上育種技術正處于傳統育種向生物育種的快速轉變。下列有關育種說法正確的是（ ） A．雜交育種與基因工程育種原理相同，后者可以實現不同物種的基因交流 B．單倍體育種均可得到穩定遺傳的純合子 C．多倍體育種原理是染色體變異，所得植株其生長周期短 D．誘變育種處理大量實驗材料，就能得到所需新品種 【答案】A 【分析】雜交育種是將兩個或多個品種的優良性狀通過交配集中在一起，再經過選擇和培育，獲得新品種的方法。通俗地說，基因工程就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向改造生物的遺傳性狀。單倍體育種常用的方法是花藥離體培養。人工誘導多倍體最常用而且最有效的方法是用秋水仙素處理萌發的種子或幼苗。誘變育種是指利用物理因素或化學因素來處理生物，使生物發生基因突變。 【詳解】A、雜交育種與基因工程育種的原理都是基因重組，后者可以打破生殖隔離，實現不同物種的基因交流，A正確； B、單倍體育種，若其花藥來自二倍體植株，則培育的新品種是可穩定遺傳的純合子；若其花藥來自多倍體植株，則培育得到的新品種不一定是穩定遺傳的純合子，B錯誤； C、多倍體育種原理是染色體變異，所得植株其生長周期延長，C錯誤； D、誘變育種的原理是基因突變，由于基因突變是不定向的、低頻率的，需要處理大量實驗材料，經過篩選培育才能得到所需新品種，D錯誤。 故選A。 5．科學家運用基因工程技術，將人血清白蛋白基因導入山羊的受精卵中，培育出羊乳腺生物反應器，使羊乳汁中含有血清白蛋白。以下相關敘述正確的是（ ） A．該轉基因羊中的血清白蛋白基因只存在于乳腺細胞中 B．可用顯微注射技術將含有目的基因的表達載體導入羊的乳腺細胞中 C．血清白蛋白基因需要與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件進行重組 D．利用乳腺生物反應器生產藥物不受性別和生殖期的限制 【答案】C 【分析】轉基因動物生產藥物： （1）基因來源：藥用蛋白基因+乳腺組織特異性表達的啟動子（原理：基因的選擇性表達）。 （2）成果：乳腺生物反應器。 （3）過程：將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，導入哺乳動物的受精卵中，最終培育的轉基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌的乳汁生產所需要的藥物。 【詳解】A、本過程是把人血清白蛋白基因導入山羊的受精卵中，因此在山羊的各個細胞中都含有血清白蛋白基因，A錯誤； B、以動物細胞作為受體細胞時，常采用顯微注射技術將含有目的基因的表達載體導入羊的受精卵（全能性高）中，B錯誤； C、若想血清白蛋白基因在乳腺中表達，則應將血清白蛋白基因需要與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件進行重組，C正確； D、由于只有雌性動物在哺乳期才會分泌乳汁，因此藥物的生產會受到轉基因動物性別和年齡的限制，D錯誤。 故選C。 B組題 6．人們對轉基因生物安全性的關注，隨著轉基因成果的不斷涌現而與日俱增。下列有關轉基因成果的敘述，錯誤的是（　　） A．對微生物的基因改造是基因工程取得實際應用成果最多的領域 B．利用轉基因小鼠Ⅰ型糖尿病模型可以模擬該病的發生和發展過程 C．啤酒酵母雙乙酰濃度過高會影響啤酒的風味和口感，利用轉基因工程菌可以減少它的生成 D．種植的轉基因作物中大豆和棉花最多，其次是玉米和油菜 【答案】D 【分析】轉基因生物的安全性問題：食物安全(滯后效應、過敏源、營養成分改變)、生物安全(對生物多樣性的影響)、環境安全(對生態系統穩定性的影響)。對待轉基因技術的利弊，正確的做法應該是趨利避害，不能因噎廢食。 【詳解】A、微生物具有生理結構和遺傳物質簡單、生長繁殖快、對環境因素敏感、容易進行遺傳物質操作等優點，對微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最廣泛和取得實際應用成果最多的領域，A正確； B、利用轉基因小鼠Ⅰ型糖尿病模型可以模擬該病的發生和發展過程，屬于基因工程的應用，B正確； C、啤酒酵母雙乙酰濃度過高會影響啤酒的風味和口感，利用轉基因工程菌可以減少它的生成，縮短啤酒的發酵周期，屬于基因工程的應用，C正確； D、種植的轉基因作物中大豆和玉米最多，其次是棉花和油菜，D錯誤。 故選D。 7．下列關于發酵工程的應用，敘述不正確的是（　　） A．在弱堿性條件下會積累谷氨酸 B．在青貯飼料中添加乳酸菌，可提高飼料的品質，動物食用后還能提高免疫力 C．可以將乙型肝炎病毒的抗體基因轉入酵母菌，通過發酵工程制備乙型肝炎疫苗 D．蘇云金桿菌不僅能防治棉鈴蟲，還能防治多種農林害蟲 【答案】C 【分析】利用青貯原料上存在的乳酸菌等微生物，通過厭氧呼吸將青貯原料中的碳水化合物轉化成有機酸，抑制有害菌的生長，從而實現長期保存飼料及其營養物質的目的。同時，微生物的活動使青貯飼料帶有芳香酸甜的味道，提高了家畜的適口性。 【詳解】A、谷氨酸的發酵生產在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺，A正確； B、在青貯飼料中添加乳酸菌，通過乳酸菌的發酵，可以提高飼料品質，使飼料保鮮，同時提高動物免疫力，B正確； C、可以將乙型肝炎病毒的抗原基因轉入酵母菌，通過發酵工程制備乙型肝炎疫苗，C錯誤； D、通過發酵工程生產的蘇云金桿菌可制成微生物農藥，用來防治多種農林蟲害，這屬于生物防治的實例，D正確。 故選C。 8．家蠶細胞具有高效表達外源基因的能力，將人干擾素基因導入家蠶細胞并大規模培養，可以提取干擾素用于制藥，但是獲得的干擾素在體外不易保存。下列說法錯誤的是（ ） A．可從免疫細胞中提取干擾素基因的mRNA，經逆轉錄獲取目的基因 B．可用質粒和目的基因構建重組載體后導入家蠶的受精卵 C．檢驗干擾素基因是否已經導入家蠶細胞時，可使用PCR技術 D．利用蛋白質工程對干擾素進行改造時，應從干擾素的氨基酸序列出發 【答案】D 【分析】1、基因工程的基本操作步驟主要包括四步：①目的基因的獲取；②基因表達載體的構建；③將目的基因導入受體細胞；④目的基因的檢測與鑒定。 2、蛋白質工程的過程：預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有氨基酸序列→找到對應的脫氧核苷酸序列（基因）。 3、雜交瘤細胞的特點：既能大量增殖，又能產生特異性抗體。 【詳解】A、干擾素是在人體中是由免疫細胞合成并分泌的一種糖蛋白，可從健康人體的外周靜脈血分離能合成干擾素的免疫細胞，從中提取mRNA，經反轉錄（逆轉錄）獲取目的基因，A正確； B、受精卵具有表達全能性的物質，則質粒和目的基因構建重組載體后導入家蠶的受精卵，B正確； C、可使用PCR技術，檢驗干擾素基因是否已經導入家蠶細胞，C正確； D、利用蛋白質工程對干擾素進行改造時，應從預期的蛋白質功能出發，D錯誤。 故選D。 9．異丁醇是一種新型能源。科研人員研究了釀酒酵母的異丁醇合成途徑（如圖1），嘗試對其進行改造，以期實現大規模生產（如圖2）。其中，質粒pUC18可實現目的基因在真核、原核細胞中過表達。 注：Ampr為氨芐青霉素抗性基因，氨芐青霉素可抑制細菌細胞壁的形成，對真核生物生長無影響his為組氨酸合成酶基因，組氨酸是微生物生長所必需限制性內切核酸酶識別序列及切割位點：BamHI：5’-G↓GATCC-3’ XhoI：5’-C↓TCGAG-3’ Sau3AI：5’-↓GATC-3’ SacI：5’-GAGCT↓C-3’ (1)為實現異丁醇大規模生產，可選取的目的基因是____。 A．酶A基因 B．酶B抑制基因 C．酶E基因 D．酶F抑制基因 (2)若選用XhoI和Sau3AI對質粒pUC18進行切割，為實現其與目的基因的連接，可在目的基因兩端添加 。（編號選填） ①XhoI和Sau3AI的識別序列 ②XhoI和BamHI的識別序列 ③SacI和Sau3AI的識別序列 ④SacI和BamHI的識別序列 (3)下列關于培養基I~ III的敘述正確的是____。 A．培養基I是鑒別培養基 B．培養基II可形成單個菌落 C．培養基I和II的營養成分相同 D．培養基I和III的營養成分相同 (4)啟動子的表達具有物種特異性，為了大量獲得重組質粒并高效篩選異丁醇生產菌種，圖10中的大腸桿菌和釀酒酵母需具備的特點是____。 A．氨芐青霉素抗性大腸桿菌 B．氨芐青霉素敏感大腸桿菌 C．組氨酸合成正常釀酒酵母 D．組氨酸合成缺陷釀酒酵母 (5)線性化后的重組質粒可隨機整合到釀酒酵母的染色體DNA中并穩定表達。經上述流程獲得的異丁醇生產菌種在適宜條件下培養，異丁醇產量較野生型釀酒酵母減少，試分析此類菌種異丁醇產量減少的原因。 。 為初步篩選異丁醇高產菌種，科研人員構建了相關載體，并導入異丁醇生產菌種，載體的部分序列及篩選原理如圖3。 (6)已知BmoR基因的編碼鏈序列為5’-GTGTTAATAT······GATTCATGAA-3’，若將其編碼的亮氨酸替換為天冬氨酸，可提高BmoR蛋白與異丁醇的結合能力。現利用PCR技術定點突變改造BmoR蛋白，需設計的引物的序列是 。（編號選填）（密碼子：亮氨酸5’-UUA-3’，天冬氨酸5’-GAC-3’） ①5’- ATATGTCCAC -3’ ②5’-GTGGACATAT -3’ ③5’- GATTCATGAA -3’ ④5’-TTCATGAATC -3’ (7)結合圖3及所學知識，分析利用上述載體篩選異丁醇高產菌種的原理 。 (8)發酵罐是發酵工程中常用的生物反應器，其主要作用是____。 A．隔絕外界空氣 B．模擬微生物細胞代謝所需環境 C．殺滅微生物的芽孢 D．提供液體環境便于收集發酵液 【答案】(1)AD (2)①② (3)C (4)BD (5)線性化質粒隨機整合到釀酒酵母的染色體DNA的過程中可能破壞了釀酒酵母的正常基因（包括異丁醇合成途徑中的關鍵酶基因、釀酒酵母正常生長代謝需表達的基因），使釀酒酵母正常的新陳代謝（正常生長發育、正常合成異丁醇）受損，異丁醇產量降低 (6)②④ (7)少量異丁醇與BmoR蛋白結合無法激活啟動子，大量異丁醇與BmoR蛋白結合可激活啟動子，進而使熒光蛋白GFP基因表達，產生熒光蛋白。故可通過檢測異丁醇生產菌種中是否有熒光（或熒光強度）來篩選高產菌種。 (8)B 【分析】基因工程技術的基本步驟： （1）目的基因的獲取：方法有從基因文庫中獲取、利用PCR技術擴增和人工合成。 （2）基因表達載體的構建：是基因工程的核心步驟，基因表達載體包括目的基因、啟動子、終止子和標記基因等。 （3）將目的基因導入受體細胞：根據受體細胞不同，導入的方法也不一樣。 （4）目的基因的檢測與鑒定。 【詳解】（1）據圖分析可知：丙酮酸一方面在A酶、B酶、C酶、D酶的作用下生成異丁醇，另一方面，丙酮酸分別在E酶、F酶的作用下生成乙醇，因此為實現異丁醇大規模生產，可選取的目的基因是酶A基因、酶F抑制基因，AD正確，BC錯誤。 故選AD。 （2）若選用XhoI和Sau3AI對質粒pUC18進行切割后，為切出相同的黏性末端并且防止目的基因自身環化，應選用了XhoI和Sau3AI或XhoI和BamHI的識別序列對目的基因所在DNA進行切割，因此，可在人APP基因兩端分別添加XhoI和Sau3AI或XhoI和BamHI的識別序列，即①②。 （3）A、培養基I是選擇培養基，A錯誤； B、培養基II并不能形成單個菌落，B錯誤； C、培養基I和II的營養成分相同，都具備水、碳源、氮源、無機鹽，C正確； D、培養基I用來培養大腸桿菌，培養基III用來培養酵母菌，因此培養基I和III的營養成分不同，D錯誤。 故選C。 （4）啟動子的表達具有物種特異性，為了大量獲得重組質粒并高效篩選異丁醇生產菌種，圖10中的大腸桿菌和釀酒酵母需具備的特點是氨芐青霉素敏感大腸桿菌、組氨酸合成缺陷釀酒酵母，AC錯誤，BD正確。 故選BD。 （5）線性化質粒隨機整合到釀酒酵母的染色體DNA的過程中可能破壞了釀酒酵母的正常基因（包括異丁醇合成途徑中的關鍵酶基因、釀酒酵母正常生長代謝需表達的基因），使釀酒酵母正常的新陳代謝（正常生長發育、正常合成異丁醇）受損，異丁醇產量降低。 （6）BmoR基因的編碼鏈序列為5’-GTGTTAATAT······GATTCATGAA-3’，現將其編碼的亮氨酸替換為天冬氨酸，又因為密碼子：亮氨酸5’-UUA-3’，天冬氨酸5’-GAC-3’，因此利用PCR技術定點突變改造BmoR蛋白，需設計的引物的序列是5’-GTGGACATAT -3’， 5’-TTCATGAATC -3’，即②④。 （7）少量異丁醇與BmoR蛋白結合無法激活啟動子，大量異丁醇與BmoR蛋白結合可激活啟動子，進而使熒光蛋白GFP基因表達，產生熒光蛋白。故可通過檢測異丁醇生產菌種中是否有熒光（或熒光強度）來篩選高產菌種。 （8）發酵罐是發酵工程中常用的生物反應器，其主要作用是模擬微生物細胞代謝所需環境，ACD錯誤，B正確。 故選B。 C組題
六、課后教學反思

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