3.3基因工程的应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦基因工程的应用，系统阐述其在农牧业（抗虫/抗病/抗除草剂植物、动物生长速率改良等）、医药卫生（基因工程菌与乳腺生物反应器生产药物）、食品工业（酶与氨基酸生产）等领域的实例及原理，通过我国首个基因工程药物重组人干扰素α-1b导入，衔接基因工程基本流程，以任务驱动（任务一、任务二）和合作探究为支架，引导学生构建知识网络。 其亮点在于深度融合核心素养：以基因工程菌构建步骤、乳腺生物反应器与工程菌比较表格等，培养科学思维中的分析与建模能力；通过“转基因抗除草剂作物的效益与环境担忧”讨论，渗透态度责任中的社会责任；结合干扰素生产流程图、膀胱生物反应器设计等探究实践活动，强化科学探究能力。采用实例教学与当堂训练（含不定项及探究题），学生能深化生命观念中的结构与功能观，教师可借助清晰框架提升教学效率。

第3节　基因工程的应用 第3章 基因工程 生物学 学习目标 1.通过举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等多个领域的具体应用，理解其基本原理，意识到基因工程在改善人类生活方面的重要意义。（生命观念、社会责任） 2.通过对生物反应器及工程菌的了解，体会科学研究的思路，初步建立工程思维，能依据基因工程的基本流程，自己设计方案并加以完善。（科学思维、科学探究） 3.能够主动关注基因工程领域的最新进展，培养对科学探索和创新的持续兴趣，能够从社会发展的角度评价基因工程的重要性。（社会责任） 学习重难点 重点： 理解基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业方面的具体应用实例及价值。 难点： 乳腺生物反应器和工程菌的构建原理及优势。 导入新课 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。 利用乳腺生物反应器和基因工程菌生产药物 新课讲授 任务一 新课讲授 【合作探究】：科学家可以通过对微生物或动植物的细胞进行基因改造，构建基因工程菌或乳腺生物反应器，使它们能够生产药物，是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域。某生物制药公司生产干扰素的方法如下图所示： [任务一]：利用乳腺生物反应器和基因工程菌生产药物 新课讲授 结合教材P90～91基因工程在医药卫生领域的应用，回答下列问题： 1.什么叫基因工程菌？从图中工程菌与大肠杆菌细胞内的获得的干扰素，二者的生物活性是否相同？为什么？ 用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌。 基因工程 外源基因 高效表达 否。大肠杆菌是原核生物，只有核糖体，缺乏内质网、高尔基体等真核细胞特有的膜结构细胞器。酵母菌是真核生物，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，因此两者的生物活性不同。 2．选用细菌或酵母菌等作为受体细胞工程菌的优点有哪些？ 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。 1.基因工程菌 细菌拟核 质粒 质粒 重组质粒 核酸切割 送入细胞 重组细菌 插入质粒 2.利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等 产物 应用 阿斯巴甜 主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产 凝乳酶 科学家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，再通过工业发酵批量生产凝乳酶 淀粉酶、 酯酶 通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产 新课讲授 3.利用乳腺反应器生产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？这样做的目的是什么？ 构建基因表达载体时，需要将干扰素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。这样做的目的是利用乳腺蛋白基因启动子的特异性，使干扰素基因仅在乳腺细胞中转录，从而实现干扰素在乳腺中的特异性表达。 利用转基因哺乳动物批量生产药物 (1)实例： 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 (2)培育过程： 药用蛋白基因 乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件 基因表达载体 显微注射 受精卵 泌乳期分泌乳汁 转基因动物 药物 注意：启动子具有物种和组织的特异性 早期胚胎培养 胚胎移植 早期胚胎 代孕母体 分娩 利用转基因哺乳动物批量生产药物 含有人凝血因子Ⅸ的转基因羊 人治疗性抗体转基因奶牛 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-抗胰蛋白酶等重要医药产品。 (3)应用： 比较内容 乳腺生物反应器 基因工程菌 含义 指让外源基因在哺乳动物的乳腺 中特异表达,利用动物的____________生产药物蛋白 指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 受体基因结 构与人类基 因结构差异 动物基因结构与人类的基因结构________ 细菌和酵母菌的基因结构与人类有____________ 表达产物 活性 合成的药物蛋白与天然蛋白质____ 细菌合成的药物蛋白可能____活性 受体细胞 ___________________ 微生物细胞 乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较 新课讲授 乳腺组织 基本相同 较大差异 相同 没有 动物受精卵 乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较 比较内容 乳腺生物反应器 基因工程菌 导入方法 ____________________ ____________________ 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、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物________提取 从_________________中提取 生产设备 畜牧业生产、提取设备 工业生产,设备精良 感受态细胞法 乳汁中 微生物细胞或其培养液 显微注射法 【合作探究】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。请同学们联系前面学过的细胞工程和基因工程的相关内容，设计流程图并思考与乳腺生物反应器的相同和不同点？ 新课讲授 新课讲授 膀胱生物反应器生产生长激素流程图 新课讲授 [任务一]：利用乳腺生物反应器和基因工程菌生产药物 收集药用蛋白较容易，且不会对动物造成伤害。 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。 相同点： 不同点： 基因工程的应用 新课讲授 任务二 活动一：阅读教材15分钟，查找资料，以小组为单位，在黑板上写下三大方面的应用实例，小组派代表上讲台讲解实例的具体作用及原理。 基因工程的应用 农牧业 医药卫生 食品工业 实例（具体作用及原理、优点及潜在争议）     新课讲授 [任务二]基因工程的应用 基因工程在农牧业中的应用 原理： 1.转基因抗虫植物 从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因导入作物中 实例： 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯等。 基因工程在农牧业中的应用 原理： 2.转基因抗病植物 从某些病毒、真菌中分离出抗病毒的基因导入作物中 实例： 转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草等。 基因工程在农牧业中的应用 原理： 3.转基因抗除草剂植物 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物中，喷洒除草剂时杂草被杀死而作物不受损伤。 实例： 抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 基因工程在农牧业中的应用 原理： 4.改良植物的品质 将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高必需氨基酸的含量，提高营养价值。 实例： 转基因玉米。 原理： 将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛，使它呈现出自然界没有的颜色变异，提高观赏价值。 实例： 转基因矮牵牛。 基因工程在农牧业中的应用 原理： 5.提高动物的生长速率 将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。 实例： 转基因鲤鱼、转基因三文鱼。 基因工程在农牧业中的应用 原理： 6.改善农畜产品的品质 将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组，使获得转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 实例： 转基因奶牛。 　　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 　　包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 　　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基因工程药物均已投放市场。 　　基因工程在医药卫生领域的应用 　　2．利用基因工程技术让哺乳动物批量生产药物 （1）实例:乳腺生物反应器或乳房生物反应器。 （2）培育过程 　 　　 （3）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-抗胰蛋白酶等重要医药口.. 　　基因工程在医药卫生领域的应用 　　3．用转基因动物作为器官移植的供体，建立移植器官工厂 　　（1）人体器官移植的难题 　　_____________ 　　（2）解决途径 　　寻求可替代的移植器官，如利用基因工程对猪的器官进行改造，来解决人类器官移植的来源问题。 器官短缺 基因工程在食品工业方面的应用 一些酶的生产也可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。 啤酒糖化用淀粉酶（水解淀粉） 烘烤食品中用脂酶膨胀、增白 基因工程获得的工业用酶纯度更高、生产成本显著降低、生产效率高。 基因工程在食品工业方面的应用 基因工程培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”，处理环境污染。 自然界原有一种假单孢杆菌,能分解石油中一种烃类，科学家采用转基因手段创造出的同时分解四种烃类的假单孢杆菌，称"超级细菌"。 新课讲授 [任务二]基因工程的应用 【思维提升】将抗性植株的基因转入到大豆植株，增加它们对除草剂的抗性。喷洒除草剂后，杂草被杀死，而作物不受影响。思考：可能会带来什么影响？你还能列举转基因技术应用的事例吗？ 新课讲授 [任务二]基因工程的应用 提示：将抗性基因转入大豆植株，使其具备对除草剂的耐受性，在农业效益方面，减少了劳动力投入，提高了农业生产效率。然而，转基因技术也可能引发环境方面的担忧。抗除草剂作物的广泛种植导致除草剂用量的增加，进而对土壤和水体造成污染。同时，这些杂草对除草剂产生抗性，使得除草工作变得更加困难，甚至可能威胁到生态平衡。此外，转基因作物对非目标生物也可能产生影响，造成基因污染。综上所述，转基因技术在为农业生产带来革命性变革的同时，也伴随着诸多挑战与争议。在推动转基因技术发展的过程中，我们应充分权衡其利弊，加强安全评估和监管，确保其在为人类带来福祉的同时，不损害环境和健康。 【练习1】 当堂训练 下列关于基因工程应用的叙述，错误的是（    ） A．可利用来源于某些病毒、真菌等的抗病基因培育转基因抗病甜椒 B．将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是显微注射法 C．将必需氨基酸含量多的蛋白质基因导入农作物，可提高农产品品质 D．在转基因抗虫玉米周围种植非抗虫玉米可以降低抗虫基因的突变率 D 【练习2】 下列有关基因工程应用的叙述错误的是（    ） A．因牲畜的胃液呈酸性，且消化道细胞无Bt抗虫蛋白的受体，转基因抗虫棉对牲畜的影响较害虫小 B．将外源生长激素基因导入鲤鱼受精卵获得的转基因鲤鱼生长速率显著提高 C．将乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量增加，营养价值提高 D．重组人工干扰素α-1b，具有干扰病毒复制的作用，被广泛应用于治疗病毒感染性疾病 当堂训练 C 【练习3】 当堂训练 人凝血酶Ⅲ是一种分泌蛋白，可预防和治疗急（慢）性血栓。重组人凝血酶Ⅲ是世界上首个上市的动物乳腺生物反应器生产的重组蛋白药物。下列叙述正确的是（    ） A．可从人细胞中提取RNA后直接利用PCR技术获取目的基因 B．将目的基因与乳腺细胞中特异表达基因的启动子重组在一起 C．用显微注射技术将表达载体导入乳腺细胞来获得转基因动物 D．若用大肠杆菌作为受体细胞容易获得活性高的重组人凝血酶Ⅲ B 【练习4】 （不定项）干扰素是机体细胞在被病毒感染后产生的一种糖蛋白，具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫及抗肿瘤的作用。科研人员利用基因工程技术实现干扰素批量生产的两种途径如图所示。下列叙述错误的是（　　） A．用基因工程技术生产干扰素的核心步骤为过程Ⅱ B．途径甲在构建重组载体时必须添加乳腺蛋白基因启动子 C．过程Ⅱ中，将重组质粒导入受体细胞A和B时，受体细胞均要用Ca2+进行处理 D．通过途径甲和乙直接获得的干扰素的结构和功能相同 ACD 当堂训练   1.除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。 （1）下面是探究"转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦"的流程，请补充完整。 ①用______________________等处理含有目的基因的DNA片段和Ti质粒，构建重组Ti质粒; ②将重组Ti质粒转入农杆菌中; ③利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染_________细胞，再通过培育得到转基因植株; ④用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。 结果∶对照组植株死亡，转基因植株存活，但也受到了影响。 结论∶________________________________________________。 限制酶、DNA连接酶 矮牵牛 转入外源EPSP合酶基因使矮牵牛在一定程度上能抗草甘膦 当堂训练 【练习5】 除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。 （2）请思考并回答下列问题。 ①在该实验中，对照组是怎样设计的? 。 ② 如果增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘膦的抗性是否会增加?请你给出进一步探究的思路。 对照组未做任何处理，为正常的植株 可能会增加。 探究的思路：将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。 当堂训练 【练习5】 课堂小结 请结合本节内容完善思维导图。 基因工程在农牧业方面的应用 基因工程的应用 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 基因工程在医药卫生领域的应用 基因工程在食品工业方面的应用 1.对微生物或动植物的细胞进行________，使它们能 够生产药物。 2.利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药物， 如______________。 3.用转基因动物作器官移植的等____。 构建__________生产食品工业用__、氨基酸、维生素 基因改造 乳腺生物反应器 供体 酶 基因工程菌 谢谢大家 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.45 $$