第七章 第三节 生物技术的应用（课件）-《生物基础》（高教版）同步精品课堂

第七章 生物技术及其应用 第三节 生物技术的应用（2课时） 高等教育出版社第1版 《生物基础》 教学目标 一 掌握生物技术在农业、医药等领域的主要应用； 了解转基因、克隆等核心技术的实际应用案例； 能够分析生物技术解决实际问题的思路。 教学重难点 二 前沿概念的原理理解；引导学生客观、理性地看待生物技术的效益与潜在风险/伦理问题；将具体应用案例与之前学过的技术原理精确对应。 转基因技术在农业和医药领域的核心应用；细胞工程在畜牧业和医学中的应用前景与原理；理解生物技术是多技术集成解决复杂问题的体系。 重点 难点 导入新课 三 问题：生物技术离我们有多远？ 每天吃的米饭可能是超级杂交稻 生病时用的胰岛素来自基因工程菌 穿的衣服可能产自抗虫棉 这些背后都有生物技术的影子 新知讲授 四 一、生物技术在农作物种植上的应用 1. 提高农作物产量和改进农产品品质 案例一：超级杂交水稻 技术：三系法杂交技术+生物技术育种 成就：示范田亩产830.6公斤，达国际超级稻指标 国际影响：推广至20多个国家，累计增产3500亿公斤 案例二：转基因高油酸油菜 技术：基因工程（导入月桂树基因） 效果：油菜籽含月桂酸油达40%，降低生产成本 市场：满足美国3.5亿美元月桂酸油需求 新知讲授 四 一、生物技术在农作物种植上的应用 2. 进行抗逆与抗病虫害育种 抗寒育种突破 技术：基因工程导入鱼抗冻蛋白基因 成果：获得耐寒能力提高的烟草和番茄 意义：扩大农作物种植范围，减少冻害损失 抗虫棉革命 背景：化学杀虫剂滥用导致棉铃虫抗性、环境污染 突破：1987年比利时和美国研发成功抗虫棉 中国地位：全球第二个实现抗虫棉产业化的国家 新知讲授 四 一、生物技术在农作物种植上的应用 3. 培育抗除草剂农作物和生物肥料 抗除草剂大豆 技术：导入抗草甘膦基因 优势：草甘膦易降解、无公害，作物不受影响 数据：2002年全球种植2580万公顷，占转基因作物59% 生物肥料 原理：微生物固氮、解磷、解钾作用 优势：环保、成本低、改良土壤 中国产量：年产量约40万吨，用于大豆、蔬菜及盐碱地改良 新知讲授 四 一、生物技术在农作物种植上的应用 4. 利用转基因植物生产医药品和贵重蛋白 药用蛋白生产 案例1：日本用番茄表达降血压药物，成本降低60-70% 案例2：美国用大豆生产单克隆抗体，制成肿瘤靶向药物 前景：畜牧业疾病防治、促进生长、改善畜产品品质 新知讲授 四 二、生物技术在园艺上的应用 花卉产业升级 市场规模：全球年销售额达1亿美元 技术创新： 花色改造：基因工程培育淡粉红非洲菊、砖红色矮牵牛 花期延长：调控乙烯合成基因，转基因香石竹寿命延长2倍 花香控制：导入花香基因，创造新香型 果树育种革命 微繁殖技术：香蕉、柑橘、荔枝等实现商品化生产 花药培养：获得单倍体，缩短育种时间 原生质体融合：克服远缘杂交障碍，培育猕猴桃、葡萄等新品种 新知讲授 四 三、生物技术在林业上的应用 基因工程林木育种 抗病杨树：导入抗真菌基因，抗叶锈病、叶枯病 抗虫杨树：导入Bt基因，有效防治舞毒蛾 耐盐碱杨树：导入脯氨酸合成酶基因，适应盐碱地 木材改良：降低木质素含量50%，提高生长量30% 1. 培育抗性优异的基因工程林木 新知讲授 四 组织培养工厂化育苗 技术成熟度：近1000种植物实现组织培养再生 中国成就：年产桉树苗250万株、杨树苗150万株 应用：荒漠化治理、速生丰产林建设 三、生物技术在林业上的应用 2. 利用植物组织培养技术快速繁殖林木 师生互动 五 1.我国首创的杂交水稻技术为解决粮食问题做出了巨大贡献。该技术在超级稻育种方面取得的最新成就之一是： A. 在全球四大油料作物中占据70%市场份额 B. 使北粳型超级稻示范田平均亩产达830.6公斤 C. 首次成功将月桂树基因导入油菜 D. 将鱼抗冻蛋白基因导入烟草和番茄 答案：B 解析： 文本在“提高农作物产量和改进农产品品质”部分明确写道：“最近，我国科学工作者利用生物技术进行育种，使中国北粳型超级稻生产示范田平均亩产达830.6 kg”。A项所述市场份额与杂交水稻无关；C项是美国为满足月桂酸油需求进行的基因工程案例；D项是抗寒育种的例子。 师生互动 五 2.通过基因工程培育抗虫植物新品种以控制化学杀虫剂的使用。关于抗虫棉，以下哪项描述是正确的？ A. 它是世界上第一种成功转基因的植物 B. 它是为解决除草剂滥用问题而研发的 C. 我国是世界上第一个实现其产业化的国家 D. 它是在20世纪80年代末由比利时和美国科学家研究成功的 答案：D 解析： 文本在“进行抗逆与抗病虫害育种”中明确指出：“在此背景下，1987年，比利时和美国科学家研究成功抗虫棉”。A项错误，文本提到“油菜是最早成功地进行转基因的植物之一”；B项错误，抗虫棉针对的是虫害而非除草剂；C项错误，文本写明“我国是继美国之后进行抗虫棉产业化的第二个国家”。 师生互动 五 3.关于“生物肥料”，以下哪项不是它的特点或作用？ A. 由多种微生物复合组成，具有固着氮、磷、钾等元素的作用 B. 价格低廉，生产成本低，但使用后会加剧土壤污染 C. 能够促进有益微生物生长，同时阻止有害微生物增殖 D. 在我国，由固氮菌等制成的复合肥料年产量约40万吨，并用于盐碱地改良 答案：B 解析： 文本在“生物肥料”部分详细说明了其特点：“生物肥料……具有不污染环境的特点”、“可避免化学肥料给环境带来的严重污染”。因此，“使用后会加剧土壤污染”与文本描述完全相反。A、C、D三项均为文本明确提到的生物肥料的特点、作用或应用现状。 新知讲授 四 四 、生物技术在畜牧业上的应用 1. 转基因动物 里程碑事件 1980年：首次获得转基因小鼠 1982年："超级小鼠"诞生，生长速度显著提高 1990年：荷兰培育含人乳铁蛋白的转基因牛 三大应用方向 乳腺生物反应器：生产药用蛋白（人凝血因子IX） 器官移植供体：转基因猪肝用于临床支持 动物品种改良："环保猪"（排磷减少20-50%）、"超级泥鳅" 新知讲授 四 四 、生物技术在畜牧业上的应用 2. 克隆技术 关键技术突破 1938年：施佩曼提出核移植设想 1952年：青蛙克隆实验成功 1963年：童第周教授实现金鱼胚胎细胞核移植 1997年：体细胞克隆羊"多莉"诞生 2000年：中国科学家成功克隆成年山羊 应用前景 ✅ 优良畜种培育 ✅ 转基因动物生产 ✅ 干细胞疗法材料 ✅ 濒危物种保护 新知讲授 四 四 、生物技术在畜牧业上的应用 3. 干细胞技术 干细胞技术 特点：自我复制、多向分化潜能 应用：人造器官移植、优良品种快速繁殖 前景：提高器官移植成功率，实现畜牧业工业化生产 新知讲授 四 4. 利用基因工程技术生产疫苗 四 、生物技术在畜牧业上的应用 基因工程疫苗 优势：安全、高效、可大规模生产 对比传统疫苗：克服培养成本高、产量低、安全性问题 进展：畜牧水产疫苗进入试验阶段 新知讲授 四 五 、生物技术在医学等领域中的应用 1.主要基因工程药品 人胰岛素 传统方法：动物胰腺提取，产量低、易过敏 基因工程：大肠杆菌生产，产量大、纯度高、成本低 人生长激素 传统来源：逝者脑垂体，50个脑垂体治疗1名患者/年 基因工程：大规模生产，价格从$82.8/4IU大幅下降 干扰素与细胞因子 分类：α、β、γ干扰素 应用：抗病毒、抗癌药物 其他：白细胞介素、促红细胞生成素等 新知讲授 四 五 、生物技术在医学等领域中的应用 2.疫苗创新：从注射到食用 基因工程疫苗优势 安全性高（无活性病原） 可大规模生产 质量稳定可控 食用疫苗革命 1992年：烟草表达乙肝病毒抗原 进展：马铃薯表达大肠杆菌肠毒素疫苗进入临床试验 目标：番茄、香蕉等可口植物作为疫苗载体 愿景：疫苗沙拉、疫苗饮料走进日常生活 新知讲授 四 五 、生物技术在医学等领域中的应用 3 疾病诊断与治疗新纪元 单克隆抗体技术 原理：B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合 应用：疾病精准诊断、靶向治疗 基因诊断与治疗 现状：开辟医学新纪元 未来：从基因层面根治疾病 师生互动 五 1.标志着生命科学中“转基因动物体系”正式形成的事件是？ A. 1980年，Gordon首次获得转基因小鼠 B. 1982年，Palmiter等人获得“超级小鼠” C. 1990年，荷兰公司培育出含人乳铁蛋白的转基因牛 D. 1997年，Wilmut等人宣布克隆羊“多莉”问世 答案：B 解析： 文本在介绍转基因动物时明确指出：“1982年 Palmiter 等将大鼠生长激素基因导入普通小鼠获得‘超级小鼠’，标志着生命科学中一个新的研究体系——转基因动物体系形成。” A项是首次对哺乳动物进行人工改造的尝试，但未标志体系形成；C、D项是后续应用和另一项技术（克隆）的里程碑事件。 师生互动 五 2.利用转基因动物的乳腺组织作为“生物反应器”生产药用蛋白，其突出的优势不包括下列哪一项？ A. 生产的蛋白质具有完全生物活性 B. 投资少，生产成本低 C. 生产过程对环境无任何污染 D. 可以完全取代所有化学合成药物的生产 答案：D 解析： 文本描述了乳腺生物反应器的优势：“能够生产出具有完全生物活性的药用蛋白，纯化简单，投资少，成本低，对环境无任何污染”。因此A、B、C三项均为其优势。D项“可以完全取代所有化学合成药物的生产”在文本中未被提及，也过于绝对化，不属于其明确优势。 师生互动 五 3.关于克隆技术及其发展，下列哪一项表述与内容相符？ A. 克隆羊“多莉”是世界上第一只通过胚胎分割技术获得的克隆动物 B. 我国科学家童第周在1963年成功实现了鱼类的体细胞克隆 C. 克隆技术只能用于动物的无性繁殖，在医学领域没有应用价值 D. 克隆技术可应用于保存濒危动物物种，是保护生物多样性的一种潜在手段 答案：D 解析： 文本在总结克隆技术应用前景时明确指出，其内容包含“④复制濒危的动物物种，保存和传播动物物种资源”。A项错误，“多莉”采用的是细胞核移植技术，而非胚胎分割；B项错误，童第周教授（1963年）成功的是鱼类胚胎细胞核移植，并非体细胞克隆（体细胞克隆的标志是1997年的“多莉”）；C项错误，文本明确列出克隆技术可用于“生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法”，具有医学应用价值。 巩固练习 八 作业 1. 将外源基因导入植物，使其获得新的性状，如抗虫、抗寒或生产特定化学成分，这主要体现了哪项技术的应用？ A. 发酵工程 B. 基因工程 C. 克隆技术 D. 组织培养 答案：B 解析： 将外源基因导入生物体以改变其遗传性状，是基因工程的核心操作。在农业应用中，培育抗虫棉、抗寒番茄、高油酸油菜等，均是基因工程的典型成果。发酵工程主要涉及微生物培养和代谢产物利用；克隆技术是复制遗传一致的个体；组织培养是植物无性繁殖的一种方法。 巩固练习 八 作业 2. 利用固氮菌、磷细菌等微生物制成的肥料，其主要优势不包括下列哪一项？ A. 能够直接从大气中固氮，为植物提供养分 B. 可以完全取代所有化肥，使作物产量倍增 C. 生产和使用过程对环境造成的污染较小 D. 能够促进土壤中有益微生物的生长 答案：B 解析： 生物肥料（如固氮菌肥）确实具有固氮、环保、促进有益菌生长等优点，但文中并未提及它可以“完全取代所有化肥”或保证“产量倍增”。其价值更在于作为化学肥料的补充或替代品，减少环境污染和改良土壤，而非全面超越并取代。 巩固练习 八 作业 3. 在园艺领域，通过调控植物体内乙烯合成的相关基因，可以实现的主要目标是？ A. 改变花朵的颜色 B. 延长花卉的观赏寿命 C. 让花卉产生特殊的香味 D. 增大花朵的个体形态 答案：B 解析： 乙烯是一种促进植物成熟和衰老的激素。调控其合成或反应的基因，可以延缓衰老过程，从而达到延长花卉瓶插寿命或观赏期的目的。改变花色、花香和花形通常涉及其他色素、香气物质合成或形态发育相关基因的调控。 巩固练习 八 作业 4. 将抗虫Bt基因导入杨树，培育出对舞毒蛾等害虫具有毒杀作用的新品种。这项研究主要属于生物技术在哪个领域的应用？ A. 农业 B. 园艺 C. 林业 D. 畜牧业 答案：C 解析： 杨树是重要的林木树种。将抗虫基因导入杨树，培育抗虫林木新品种，属于林业领域的基因工程育种应用。农业主要针对大田农作物；园艺针对花卉、果树等；畜牧业针对家畜家禽。 巩固练习 八 作业 5. 科学家将人生长激素基因转入泥鳅，培育出生长速度更快的“超级泥鳅”。这属于转基因技术在畜牧业应用中的哪个方向？ A. 动物生物反应器 B. 器官移植供体 C. 动物育种和改良 D. 生产基因工程疫苗 答案：C 解析： 通过转入生长激素基因来加快水生经济动物的生长速度，是直接以“提高生产性能”为目标的动物品种遗传改良，属于转基因技术用于动物育种和改良的范畴。动物生物反应器主要利用动物（如乳腺）生产药用蛋白；器官移植供体涉及跨物种器官来源；生产疫苗是针对病原体抗原基因的操作。 巩固练习 八 作业 6. 以下哪一项是1997年克隆羊“多莉”问世所代表的最重要意义？ A. 证明了青蛙的体细胞也可以被克隆 B. 开创了利用胚胎细胞进行克隆的时代 C. 首次实现了哺乳动物的体细胞克隆 D. 表明克隆技术可以用于所有植物物种 答案：C 解析： “多莉”羊之所以引起全球轰动，关键在于它是第一只成功利用成年动物体细胞（乳腺细胞）通过核移植技术克隆出的哺乳动物。这突破了之前认为已分化的体细胞难以实现全能性的理论，其意义远大于早期的胚胎细胞克隆实验。A项是更早期的成果；B项在“多莉”之前就已实现；D项说法绝对且与“多莉”无关。 巩固练习 八 作业 7. 与传统疫苗相比，基因工程疫苗的一个主要优势是什么？ A. 通常含有活的、减毒的完整病原体，免疫效果更强 B. 生产成本极高，适合个性化定制 C. 利用病原体的一段基因序列生产抗原，安全性更高 D. 必须通过注射方式接种，不能口服 答案：C 解析： 基因工程疫苗仅使用病原体的一段基因（如编码抗原蛋白的基因）来生产抗原，不涉及完整的、具有感染能力的病原体，因此从根本上避免了传统减毒或灭活疫苗可能存在的毒力回复等安全风险。A项描述的是某些传统疫苗的特点；B项错误，基因工程疫苗旨在规模化生产以降低成本；D项错误，文中提到正在研究可食用的转基因植物疫苗。 巩固练习 八 作业 8. 利用转基因烟草或马铃薯来生产可食用的疫苗，这一研究方向的最终理想目标是？ A. 彻底取代所有的注射用疫苗 B. 通过日常饮食就能预防特定疾病 C. 大幅降低烟草的种植面积 D. 证明植物可以合成任何人类蛋白质 答案：B 解析： 利用转基因植物生产食用疫苗（如表达乙肝抗原的马铃薯），其核心设想是让人们通过摄入这些植物或其加工品，就能激发免疫反应，从而达到方便、无痛、易于大规模推广接种的目的。这是对传统免疫接种方式的一种革新探索。A项“取代所有”过于绝对；C、D项不是该研究的主要目标。 课堂小结 六 同学们，今天我们共同完成了一次激动人心的“未来科技巡礼”，深入探索了生物技术如何从实验室走进现实，深刻改变着我们的世界。 我们把目光投向田野，看到了基因工程如何创造“超级水稻”、“抗虫棉”，用更少的土地、更少农药保障了我们的“米袋子”和“菜篮子”；细胞工程让名贵花卉快速绽放，让森林更快地生长。 我们把视线转向牧场和药厂，惊叹于转基因动物不仅能产出更多更优质的肉奶，其乳腺甚至能变成高效的“生物制药工厂”，生产出平价的救命药物。克隆技术和干细胞技术，则为我们描绘了复制优良物种、修复人体组织的壮丽前景。 在守护健康的战场上，基因工程药物（如胰岛素、干扰素）已让无数患者重获新生，“吃疫苗”的梦想也正在萌芽。 然而，这节课也给我们带来了重要的思考。每一项强大的技术都是一把“双刃剑”。我们在拥抱转基因作物带来丰收的同时，也需关注生态安全；在期待克隆技术治疗疾病时，必须严守伦理的边界。科技发展的速度，永远不能超越我们理性思考和人文关怀的脚步。 布置作业 七 作业 1.假如你是生物科技公司的CEO，请选择某一领域（如畜牧业或医药），写一份简短的“未来产品研发计划书”，阐述你想解决什么问题，准备利用什么生物技术，并简要分析其市场前景和社会价值。 感谢观看 $