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

该高中生物学课件围绕基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业的应用展开，以胰岛素生产的社会案例导入，对比传统提取与基因工程技术差异引出主题，通过转基因抗虫植物、乳腺生物反应器等实例搭建学习支架，衔接前后知识脉络。 资料亮点在于实例丰富且问题驱动，如转基因抗虫棉害虫抗性思考、乳糖酶基因表达部位分析，培养科学思维与探究实践；结合凝乳酶生产、猪器官改造案例渗透生命观念，课堂小结系统梳理，检测题强化应用理解，助力学生联系实际，教师教学高效便捷。

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，基因工程还有哪些应用呢？ 3.3 基因工程的应用 2 学习目标 基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用 干扰素、乳腺生物反应器 目录 一.基因工程在食品工业方面的应用 二.基因工程在医药卫生领域的应用 三.基因工程在食品工业方面的应用 一.基因工程在食品工业方面的应用 基因工程在农牧业方面的应用 从某些生物中分离出具有抗虫功能基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性 ①实例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻 ②优点：减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量 例：Bt抗虫蛋白基因 转基因抗虫植物 思考：种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？ 为什么？ 会。害虫会因遗传物质发生改变，产生对转基因抗虫棉的抗性。 基因工程在农牧业方面的应用 转基因番木瓜 番木瓜环斑病毒感染的番木瓜 将某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物 ①实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草 抗病基因： 病毒复制酶基因 抗毒素合成基因 ②优点：减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量。 转基因抗病植物 基因工程在农牧业方面的应用 ①实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜、甜菜 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 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。 转基因抗除草剂植物 ②优点：减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量。 基因工程在农牧业方面的应用 实例2：转基因矮牵牛 将与植物花青素代谢有关的基因导入植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色，大大提高了它的观赏价值。 实例1：我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米 改良植物的品质 基因工程在农牧业方面的应用 （1）提高动物的生长速率 科学家将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率，如朱作言等育成了转基因鲤鱼（冠鲤）。但冠鲤至今并未获得审批。 非转基因鲤鱼（上）与 转生长激素基因鲤鱼（下） 改良动物的品质 基因工程在农牧业方面的应用 （2）改善畜产品的品质 改良动物的品质 将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组，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。 方法： 实例： 1.该转基因动物，肠乳糖酶基因在什么细胞中表达？ 乳腺细胞 乳糖酶分泌少 乳糖不耐受 牛奶富含蛋白质、乳糖 2.为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？ 肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。 优点：避免食物过敏、腹泻等不适。 二.基因工程在医药卫生领域的应用 让转基因哺乳动物批量生产药物 用转基因动物作为器官移植的供体 对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物 医药卫生领域的应用 二、在医药卫生领域 14 02 1、对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物 二、在医药卫生领域 15 02 1）基因工程药品 —— 胰岛素 　将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%! 　　胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。 二、在医药卫生领域 16 02 　通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素 2）基因工程药品 —— 干扰素 干扰素治疗病毒感染是“万能灵药”！过去从人血提取，300L血才提取1mg！“珍贵”程度自不用多说。 人干扰素α-2b（安达芬） 二、在医药卫生领域 注意：抗生素（抗细菌药物）≠干扰素（抗病毒药物） 17 02 生长激素、乙肝疫苗、人造血液等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。 基因工程肝炎疫苗 重组人生长激素 3）基因工程药品------ 人造血液 二、在医药卫生领域 乳腺生物反应器的生产过程 获取目的基因 构建基因表达载体 导入哺乳动物受精卵 形成胚胎 将胚胎送入母体动物 发育成转基因动物 （如血清蛋白基因、人生长激素基因等） （将目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子如乳腺蛋白基因启动子等调控元件重组） （显微注射法） （利用分泌的乳汁生产所需的药物） 注意：启动子具有物种和组织的特异性 2、让转基因哺乳动物批量生产药物 二、在医药卫生领域 注意：启动子具有物种和组织的特异性 A.动物泌乳期有间隔 B.有些蛋白不能在乳腺里表达 C.某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同 优点 缺点 A.适合于表达高等动物体内的复杂蛋白 B.制备乳腺反应器的方法成熟 C.乳腺是天然的高效合成蛋白质的器官 D.乳汁中重组蛋白的提取和纯化相对容易 膀胱生物反应器（补充） 可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否处于生殖期。（性别、年龄） 从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。 乳腺生物反应器 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 二、在医药卫生领域 02 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人体器官移植的世界性难题： 人体移植器官短缺 ②解决途径： 猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似 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 猪的优点： 最大难题： 免疫排斥 3、用转基因动物作为器官移植的供体 二、在医药卫生领域 ③对猪的器官进行改造的方法：在器官供体的_______中导入某种_________，以______________________，或设法_________________，然后再结合______技术，培育出 ____________________的__________________。 基因组 调节因子 抑制抗原决定基因的表达 除去抗原决定基因 克隆 不会引起免疫排斥反应 转基因克隆猪器官 02 二、在医药卫生领域 三.基因工程在食品工业方面的应用 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。 基因工程构建基因工程菌 工业发酵批量生产 利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。如：一种普遍使用的甜味剂（阿斯巴甜），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.基因工程菌 (1)概念: (2)步骤: (3)应用: 2.基因工程菌的利用 (1)凝乳酶: 大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。 ①传统制备方法： 杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。 ②基因工程技术： 将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。 24 （2）淀粉酶、脂酶 加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。 优点：相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。 2.基因工程菌的利用 (2)淀粉酶、脂酶: 利用经过基因改造的微生物来生产能源 利用“超级细菌”来处理环境污染 3.基因工程在环保领域的应用 转基因抗虫植物 基因工程的应用 农牧业方面 医药卫生领域 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改善畜产品的品质 提高动物的生长速率 改良植物的品质 利用哺乳动物批量生产药物：乳腺生物反应器 建立移植器官工厂 食品工业方面 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素 利用微生物或动植物细胞生产药物 课堂小结 27 1.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 D 课堂检测 2.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DNA分子杂交法 D.转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因 A 3.关于用转基因动物作器官移植供体研究的叙述，不正确的是( ) A.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 4.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，下列相关叙述不正确的是( ) A.人生长激素基因可以通过下丘脑细胞的mRNA为模板逆转录获得 B.将人的生长激素基因导入大肠杆菌，需要处理得到感受态细胞 C.利用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，工程菌无法对生长激素进行正常的加工和修饰 C A $