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应用，涵盖农牧业（抗虫/抗病/抗除草剂植物、品质改良、动物生长调控）、医药卫生（药物生产、乳腺生物反应器、器官移植供体）、食品工业（基因工程菌生产酶等）等领域，以转基因三文鱼案例导入，通过分点解析、实例佐证、巩固训练构建知识链，帮助学生系统掌握应用逻辑。 其亮点在于结合大量实例（如转基因鲤鱼生长速率提升、干扰素生产效率对比）培养科学思维，通过抗草甘膦矮牵牛实验设计等探究实践活动强化动手能力，同时渗透技术应用的社会责任。采用案例分析、对比表格及分层训练题，学生能深化理解并联系实际，教师可直接利用结构化内容提升教学效率。

第3章 基因工程 我国是棉花的生产和消费大国。棉花在种植过程中，常常会受到一些害虫的侵袭，其中以棉铃虫最为常见。棉铃虫可以使棉花产量减少三分之一，严重时，甚至能使一片棉田绝收。大量施用农药杀虫不仅会提高生产成本，还可能造成农产品和环境的污染。要是能培育出自身就能抵抗虫害的棉花新品种，这一问题就会迎刃而解，我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉就是在这样的背景下产生的。为什么传统的杂交育种方法培育不出抗虫棉，基因工程却可以呢？基因工程是如何进行操作的？它给我们的生产和生活带来了怎样的影响？ 第3节 基因工程的应用 02 认同基因工程的应用价值。 关注基因工程的进展。 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。 目标 01 03 学习目标 3 从社会中来 胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素需要上千头牛，生产的成本非常高。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠 杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程药物---重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。 除了生产胰岛素，基因工程还有那些应用呢？ 重组人胰岛素注射液 基因工程的应用 ×106/hm2 基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍。 一、基因工程在农牧业方面的应用 6 1996—2017年，全世界 转基因作物种植面积变化 1996年 类别 1 1.7 2017年 类别 1 189.8 化学杀虫剂施用量 减少8.2% 作物产量 增加了6.6×108 t 经济收益 增加近1.3万亿元 一、基因工程在农牧业方面的应用 据2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植 ①减少化学杀虫剂的使用量 ②增加作物产量 ③增加经济效益 转基因作物优点 7 90% 10% 棉花 大豆 玉米 美国 美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。 一、基因工程在农牧业方面的应用 销售额 第一季度 第二季度 10 90 2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。 一、基因工程在农牧业方面的应用 9 转基因三文鱼(上)与非转基因三文鱼(下)对比 2015年11月，第一种用于食用的转基因动物 — 转基因大西洋鲑 （俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。 一、基因工程在农牧业方面的应用 10 目前，基因工程技术已被广泛用于： 改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等 转基因抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 一、基因工程在农牧业方面的应用 11 一、基因工程在农牧业方面的应用 转基因马铃薯 非转基因马铃薯 转基因 抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。已问世的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。 转基因抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因 抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物，如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 一、基因工程在农牧业方面的应用 一、基因工程在农牧业方面的应用 转基因抗虫植物 转基因 抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。 目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田 种植转基因抗除草剂大豆的农田 转基因抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等，利用转基因技术可以改良这些品质。 某种必需氨基酸（赖氨酸）的含量比较低 对策： 将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。 结果： 科学家培育的某种转基因玉 米中赖氨酸的含量比对照高30%。 一、基因工程在农牧业方面的应用 转基因抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等，利用转基因技术可以改良这些品质。 一、基因工程在农牧业方面的应用 将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。 转基因抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。 对照 转基因 我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42% 〜 115%。 一、基因工程在农牧业方面的应用 一、基因工程在农牧业方面的应用 转基因抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。 我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42% 〜 115%。 对照 转基因 一、基因工程在农牧业方面的应用 转基因抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 乳糖不耐受: 有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的 乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状， 对策： 科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组。 结果： 转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等 转基因抗虫植物 转基因抗除草剂植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 一、基因工程在农牧业方面的应用 20 1.下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是（ ） A.将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内 B.将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组 C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米 D.将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达 巩固训练 B 2．抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是(　　) A．抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒 B．抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性 C．抗病毒转基因植物可以抗害虫 D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异 巩固训练 B 3.我国转基因技术发展态势良好，农业部依法批准发放了转植酸酶 基因玉米和转基因抗虫水稻的生产安全证书，下列关于转基因玉 米和转基因水稻的叙述不正确的是（ ） A.转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因，其成功说明生物 的性状是由基因控制的 B.转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减少了环境污染 C.转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可通过饲养卷叶螟进行检测 D.转基因抗虫水稻不仅可以抗虫，还可以抵御病毒侵染 巩固训练 D 4.1998年，我国科研人员用两个机理不同的抗虫基因(CryIA和Cpti) 构建融合基因表达载体，导入棉花细胞培育出双价转基因抗虫棉。 自主知识产权抗虫棉的推广在提高经济和环境效益的同时，也保 护了中国棉花产业的安全。下列叙述错误的是( ) A.基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间 B.该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中 C.可用PCR等技术检测融合基因是否转录出mRNA D.双价抗虫棉比单价抗虫棉选择抗性棉铃虫的速率更快 巩固训练 D 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。 可以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； 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 (1) 药物类型： 细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 (2) 用途： (3) 成果： 二、基因工程在医药卫生领域应用 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、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。 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。 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1Kg培养物中可以得到20—40mg干扰素。 传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。 1.干扰素的化学本质是什么？ 2.干扰素的作用机理是怎样的？ 3.干扰素用于哪些疾病的治疗？ 4.传统生产干扰素的方法是什么？ 5.目前大量生产干扰素的方法是什么？ 6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？ 用于治疗哪些疾病？ 糖蛋白 干扰病毒复制 病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。 从人血液中的白细胞内提取。 用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得。 重组人干扰素α-1b， 主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。 思考讨论： 抗生素≠干扰素 抗生素：抗细菌药物 干扰素：抗病毒药物 发育 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 2、让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 (3) 应用： 注意：启动子具有物种 和组织的特异性 二、基因工程在医药卫生领域的应用 二、基因工程在医药卫生领域的应用 3、基因工程技术还可能使建立移植器官工厂的设想成为现实 a.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； 寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。 (1) 人体器官移植的难题： 人体移植器官短缺是一个世界性难题 (2) 解决途径： a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似。 b.猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物。 ①猪的优点： ②实现这一目标的最大难题： 免疫排斥 解决方法 b.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。 二、基因工程在医药卫生领域的应用 3、基因工程技术还可能使建立移植器官工厂的设想成为现实 应用 基因来源或处理 成果 转基因微生物或动植物细胞生产药物 对微生物或动植物的细胞进行________改造 生产包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等的药物 乳腺（或乳房）生物反应器生产药物 ____________基因+乳腺中特异表达的基因的_________ 生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和 <m>α−</m> 抗胰蛋白酶等 转基因动物作器官移植的供体 抑制__________基因的表达或除去_________基因 结合克隆技术培育出不会引起__________反应的转基因克隆猪器官 基因 药用蛋白 启动子 抗原决定 抗原决定 免疫排斥 二、基因工程在医药卫生领域的应用 32 5.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是( ） A.人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题 B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似 C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪 D.无论以哪种动物作为供体，都需要在其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 巩固训练 C 6.下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述，错误的是(　　) A.需要将编码药用蛋白的基因与能在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 B.可以使用感受态细胞转化法将基因表达载体导入受体细胞 C.需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物 D.药物的生产会受到转基因动物性别和年龄的限制 巩固训练 B 7.利用乳腺生物反应器生产药用蛋白是动物基因工程的重要应用，目前 科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中获得了抗疑血酶、血清 白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等医药产品。下列有关乳腺生物 反应器的叙述中，错误的是（ ） A.受体细胞可选用受精卵或胚胎干细胞 B.获得转基因动物需利用胚胎移植技术 C.鉴别药用蛋白基因是否导入受体细胞一般利用PCR等技术 D.转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因 巩固训练 A 8．下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是(　　) A．动物基因结构与人类基因结构相同 B．乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的 C．可从具有目的基因的转基因雌性动物乳汁中提取药物 D．乳腺生物反应器是转基因技术在畜牧业中的应用 巩固训练 B 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 三、基因工程在食品工业方面的应用 1、应用： 一种普遍使用的甜味剂， 主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。 (1)阿斯巴甜 (2)凝乳酶 ①应用: ③基因工程制备： ②传统制备方法： 奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质 杀死未断奶的小牛，将它的第四胃的黏膜 取出来进行提取。 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。 三、基因工程在食品工业方面的应用 2、实例： (3)淀粉酶、脂肪酶 ①应用: ③优点： ②制备方法： 加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂肪酶。 通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。 基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。 三、基因工程在食品工业方面的应用 2、实例： 2、利用经过基因改造的微生物来生产能源。 四、基因工程在其他方面的应用 1、培育可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染； 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基因改造，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， 如乳腺生物反应器。 3.用转基因动物作器官移植的供体等。 课堂小结 构建基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素 练习与应用 42 练习与应用 1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌 的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙 述正确的是（ ） A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶 B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物 C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传 D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等 C 一、概念检测 练习与应用 2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（ ） A.培育青霉菌并从中提取青霉素 B.利用乳腺生物反应器生产药物 C.制造一种能降解石油的“超级细菌" D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌 A 一、概念检测 练习与应用 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T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； 限制酶和DNA连接酶 二、拓展应用 矮牵牛 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：___________________________________ （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。 练习与应用 转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。 二、拓展应用 对照组为非转基因矮牵牛 理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶 的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。 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。 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 47 Lavf58.51.100 Lavf57.58.101 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.51.100 $