第三章 第3节 基因工程的应用-【创新教程】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程五维课堂同步课件PPT（人教版）

该高中生物学课件聚焦基因工程在农牧、医药及食品工业的应用，通过抗虫棉培育过程图示、基础诊断题等导入，衔接基因工程原理与应用实例，借助表格总结（如转基因植物外源基因及实例）、疑难点解析（如“抗虫”与“抗病”区别）搭建学习支架。 其亮点在于融合生命观念（如转基因成果对人类生活的影响）、科学思维（通过表格对比、互动探究分析问题）和探究实践（设计评价能力、课时达标训练），实例包括乳腺生物反应器原理分析、工程菌生产药物等。学生能提升知识应用与探究能力，教师可利用同步资源、检测工具提高教学效率。

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课时评价提能力 第3节　 基因工程的应用 课标内容要求 核心素养对接 举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质 生命观念：举例说出植物基因工程、动物基因工程成果及其给人类带来的影响 社会责任：用图画、文字或音乐创造等，畅想基因工程的未来 ◆[基础梳理] 1．基因工程在农牧业方面的应用 (1)转基因抗虫植物 ①技术方法：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。 ②实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。 (2)转基因抗病植物 ①技术方法：将来源于　病毒、真菌　等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。 ②实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 (3)转基因抗除草剂植物 ①技术方法：将　降解或抵抗某种除草剂　的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。 ②实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 (4)改良植物的品质 ①技术方法：将　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。 ②实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。 (5)提高动物的生长速率 ①技术方法：将　外源生长素　基因导入动物体内，提高动物的生长速率。 ②实例：转基因鲤鱼。 (6)改善畜产品的品质 ①技术方法：将　肠乳糖酶　基因导入奶牛基因组。 ②实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。 2．基因工程在医药卫生领域的应用 (1)技术方法 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利用乳腺生物反应器生产药物：将　药用蛋白　基因与乳腺中特异表达的基因的　启动子　等调控元件重组在一起，通过　 显微注射的方法　导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物通过　分泌乳汁　生产所需要的药物。 ③培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种　调节因子　抑制　抗原决定　基因的表达或设法除去　抗原决定　基因，然后再结合　克隆　技术，培育出不会引起　免疫排斥　反应的转基因克隆器官。 (2)实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。 3．基因工程在食品工业方面的应用 (1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用　酶、氨基酸　和　_维生素　等。例如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　生产凝乳酶。 (2)实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。 ◆[基础诊断] (1)“转基因抗虫植物”也可以用于抵抗各种植物疾病。( × ) (2)基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。( × ) (3)利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。( √ ) (4)基因工程所需目的基因只能来源于微生物。( × ) (5)转基因生物的目的基因来自不同的物种，可见，基因工程可以打破物种间的生殖隔离。( √ ) 疑难点一　基因工程在农牧业方面的应用 1．转基因植物的外源基因及实例 外源基因类型 成果举例 转基因 抗虫植物 抗虫基因 抗虫棉花、抗虫玉米、大豆、马铃薯 转基因 抗病植物 抗病毒基因、抗真菌基因 抗病毒烟草、抗病毒番木瓜、抗病毒甜椒 转基因抗 除草剂植物 降解或抵抗某种除草剂的基因 抗除草剂的大豆、玉米、油菜和甜菜 改善植 物的品质 优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、与植物花青素代谢有关的基因 高赖氨酸玉米、新花色矮牵牛 提高动物的 生长速率 生长激素基因 转基因鲤鱼 改善畜产 品品质 肠乳糖酶基因 转肠乳糖酶基因的奶牛 2.转基因作物中的目的基因的三点提醒 (1)目的基因并非都来自微生物：目的基因都是来自其他生物的能表现出优良性状的外源基因，并不都是来自细菌、病毒等微生物，如抗冻蛋白基因来自鱼类。 (2)目的基因对性状的控制：有的目的基因通过控制蛋白质的合成，直接控制生物的某种性状，这反映了基因与性状的直接关系；有的目的基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物的性状，这体现的是基因和性状的间接关系。 (3)注意“抗虫”和“抗病”的区别，二者可以分别通过害虫接种和病毒接种来进行个体水平的检测。 ◆[互动探究] 下图为通过基因工程培育抗虫棉的过程，请回答： 1．图示的转化方法是那一种？其有何特点？ 提示：农杆菌转化法。将目的基因整合到受体细胞染色体上，可稳定遗传。 2．抗虫棉能抗病毒、细菌和真菌吗？为什么？ 提示：不能。抗虫基因具有专一性。 3．从环境保护角度岀发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性？ 提示：减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。 4．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？ 提示：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。 ◆[对点训练] 1．下列不属于基因工程在植物中的应用的是(　　 ) A．培育转基因抗虫植物 B．培育转基因抗病植物 C．获得多倍体植物 D．培育转基因抗除草剂植物 解析：C　[通过基因工程，可以培育转基因抗虫植物、培育转基因抗病植物、培育转基因抗除草剂植物，获得多倍体植物可用秋水仙素处理植物的芽尖分生组织等。] 2．我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是(　　 ) A．抗虫基因的提取和运输都需要专用的工具和运载体 B．重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失 C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染 D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的 解析：D　[抗虫基因的提取和运输都需要工具酶(限制酶和DNA连接酶)和运载体，A正确；重组DNA分子中增加一个碱基对，会引起基因突变，但由于密码子的简并性等原因，基因突变不一定会导致毒蛋白的毒性丧失，B正确；抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘物种，从而造成近缘物种也有抗虫基因，该近缘物种再通过授粉会造成基因进一步扩散和污染，C正确；转基因棉花是否具有抗虫特性，应该直接用害虫来食用棉花叶片，做毒性检测；抗生素抗性检测往往用于对标记基因进行检测，以确定外源基因是否导入受体细胞，D错误。] 疑难点二　基因工程在医药卫生领域和食品工业方面的应用 1．基因工程在医疗卫生领域的应用 目的基因 作用 说明 生产药物 人干扰素 基因，抗 体基因 用于疾病治疗 细胞因子、抗体、疫苗、激素等 转基因动 物生产药 物(乳腺生 物反应器) 药用蛋白基因 通过分泌的乳汁来生产所需要的药品 已生产出的药品有抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α－抗胰蛋白酶等 转基因动 物作器官 移植的供 体 抗原决定基因 (1)抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因； (2)不能合成相应抗原 选择猪的器官作人器官替代品的原因：(1)其内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似；(2)体内隐藏的致病病毒要远远少于灵长类动物 2.乳腺生物反应器 项目 乳腺生物反应器 含义 指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 受体基因结构与人 类基因结构的差异 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 受体细胞 动物受精卵 目的基因导入方式 显微注射法 药物提取 从动物乳汁中提取 3.基因工程在食品工业方面的应用 用途 实例 生产氨基酸、维生素 天冬氨酸、苯丙氨酸 生产发酵奶制品 将编码牛凝乳酶的基因导入微生物，通过工业发酵生产凝乳酶 生产工业用酶 构建基因工程菌，生产淀粉酶，脂酶 ◆[互动探究] 基因工程在医药卫生领域和食品工业方面有广泛的应用。请分析回答下列问题： 1．为什么生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时必须把药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起？ 提示：只有连接了乳腺蛋白基因的启动子，才能保证相应的目的基因在其乳腺细胞内得以表达。 2．乳腺生物反应器的优点有哪些？ 提示：乳腺生物反应器的优点有产量高、质量好、成本低、易提取等。 3．什么叫工程菌？利用工程菌可生产哪些药物？ 提示：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。药物有：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 ◆[对点训练] 1．生物世界广泛存在着变异，人们研究并利用变异可以培育高产、优质的作物新品种。下列关于作物育种的描述，不合理的是(　　) A．选择育种虽然可选择范围是有限的，但是也能培育出许多优良的作物新品种 B．杂交育种的目的可能是获得纯合子，也可能是获得杂合子以利用其杂种优势 C．用病毒处理大豆进行诱变育种，从诱变的后代中可选出抗病性强的优良品种 D．将从某植物提取的抗虫基因导入高产水稻的体细胞中，可获得抗虫高产的水稻 解析：D　[选择育种是在自己的生产中挑选品质好的个体传种，可选择的范围有限，要经过长期选择，因而育种周期长，A正确；杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，培养出新品种的方法，因而可能是获得纯种，也可能是获得杂合子以利用杂种优势，B正确；用病毒处理大豆进行诱变育种，使大豆细胞发生基因突变，从而产生新的基因，可从诱变后代中选出抗病性强的优良品种，C正确；将抗虫基因导入水稻细胞之前，需要先构建基因表达载体而不能直接将相关基因导入，D错误。] 2．能打破物种间的界限、定向改造生物遗传性状来培育优良品种的生物技术是(　　) A．基因工程　　　　　 B．诱变育种 C．杂交育种 D．组织培养 解析：A　[基因工程技术能有效打破物种界限、定向改造生物的遗传性状、培育新品种，A正确；诱变育种技术能产生新基因，形成新的性状，但不能打破物种间的界限，同时基因突变具有不定向性，不能定向改造生物的性状，B错误；杂交育种不能打破物种间的界限，局限于同种物种之间的交配，C错误；组织培养属于无性繁殖，可保留亲本的遗传特性，不能定向改造生物的遗传性状，D错误。] ◆[知识拓展] 乳腺生物反应器和膀胱生物反应器 1．动物乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。 2．膀胱生物反应器的原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白，将目的基因插入其基因组内，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中。其具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯等优点。 1．番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜。普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶的控制基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了抗软化番茄。下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是(　　 ) A．运载工具可以是质粒 B．受体细胞是番茄细胞 C．目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因 D．目的基因的表达延缓了番茄的软化 解析：C　[根据题干信息可知，运载工具可以是Ti质粒，抗软化番茄的培育过程如下：以质粒作为载体，将目的基因(抗多聚半乳糖醛酸酶基因)与质粒结合形成重组DNA，利用含重组DNA的农杆菌去感染普通番茄，使目的基因整合到普通番茄细胞中的染色体DNA上，目的基因的表达可抑制多聚半乳糖醛酸酶的作用。] 2．“工程菌”是指(　　 ) A．用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系 B．用遗传工程的方法，把相同种类不同株系的菌类通过杂交得到的新细胞株系 C．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 D．从自然界中选取的能迅速增殖的菌类 解析：C　[“工程菌”是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。] 3．关于乳腺生物反应器生产药物的叙述，下列错误的是(　　) A．构建乳腺生物反应器过程需要乳腺蛋白基因的启动子 B．构建乳腺生物反应器过程用到显微注射法 C．可从具有目的基因的转基因雄性动物乳汁中提取药物 D．乳腺生物反应器具有成本低、产量高、易提取等优点 解析：C　[构建乳腺生物反应器过程需要乳腺蛋白基因的启动子，使目的基因在乳腺组织细胞中表达，A正确；乳腺生物反应器是通过基因工程技术，将目的基因通过显微注射法转入哺乳动物受精卵获得的，B正确；乳腺生物反应器生产药物在转基因雌性动物泌乳期产生的乳汁中提取，C错误；乳腺生物反应器使动物的乳腺可以产生和分泌出人们所需要的某些物质，可以节省建设厂房和购买仪器设备费用，产量高，药物在乳汁中，易提取，D正确。] 4．某些膀胱上皮细胞可以产生一种称为尿血小板溶素的膜蛋白。科学家将人的生长激素基因插入小鼠基因组内制成膀胱生物反应器，使小鼠膀胱可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。下列说法正确的是(　　 ) A．利用膀胱生物反应器生产人的生长激素属于蛋白质工程的应用 B．需要将尿血小板溶素基因与生长激素基因的启动子重组在一起 C．转基因小鼠中，人的生长激素基因只存在于膀胱上皮细胞中 D．只在小鼠细胞中检测到人的生长激素基因，不能说明该技术已获得成功 解析：D　[利用膀胱生物反应器生产人的生长激素，属于基因工程的应用，A错误；在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异表达，故应将尿血小板溶素基因(目的基因)与膀胱组织基因的启动子等调控组件重组在一起，B错误；导入成功的人生长激素基因存在于小鼠的所有细胞中，但只在膀胱组织细胞中才表达，C错误；只在小鼠细胞中检测到人的生长激素基因，不能说明该技术已获得成功，若证明该技术成功，则需要检测到成功表达的尿血小板溶素，可通过抗原－抗体杂交技术进行检测，D正确。] 5．胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示β－半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题： (1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是　________　。 (2)图1中启动子是　________　酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是　____________________________________________　。 (3)构建基因表达载体时必需的工具酶有　____________________　。 (4)β－半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于____________ (5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，且β－半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为__________________________________ __________________________________________________。 (6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是　________　，理由是__________________________________________________________ ________________________________________________。 解析：(1)基因表达载体中应具有启动子、目的基因、终止子、标记基因和复制原点。 (2)启动子是转录过程中RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达。图中的氨苄青霉素抗性基因充当了标记基因，可用含有氨苄青霉素的培养基筛选含有重组质粒的大肠杆菌。 (3)构建基因表达载体时，需要用同种限制酶分别切割目的基因和载体，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接。 (4)胰岛素肽链上具有蛋白酶的切割位点，会导致胰岛素被菌体内的蛋白酶降解，而通过融合表达将切割位点隐藏在内部可防止胰岛素的A、B链被菌体内的蛋白酶降解。 (5)根据溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，并结合β－半乳糖苷酶被切成多个肽段，获得了完整的胰岛素A链、B链这一信息，可以推测β－半乳糖苷酶中必然含有多个甲硫氨酸，胰岛素A链、B链不含甲硫氨酸。 (6)每一条肽链的两个末端分别含有一个氨基和一个羧基，某些氨基酸的R基中也含有氨基。 答案：(1)终止子　(2)RNA聚合　作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来　(3)限制酶和DNA连接酶　(4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解　(5)β－半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸　(6)至少2个　两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基 $