3.3基因工程的应用课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3节 基因工程的应用 第3章 基因工程 1 1．转基因抗虫植物 (1)过程：从某些生物中分离出__________的基因，将它导入作物中培育出具有__________的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。 (2)成果：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯等。 抗虫功能　 抗虫性　 基因工程在农牧业方面的应用 2．转基因抗病植物 (1)过程：将来源于某些病毒、真菌等的____________导入植物中，培育出转基因抗病植物。 (2)成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草等。 3．转基因抗除草剂植物 (1)过程：将______________________的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。 (2)成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 抗病基因　 降解或抵抗某种除草剂　 第3章　基因工程 生物学　选择性必修3　配人教版 课前·新知导学 课堂·素养初培 课堂·延伸提分 小练·素养达成 课后提能集训 4．改良作物的品质 (1)将_________________________编码基因导入植物中，可以提高这些氨基酸的含量。如科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量提高30% (2)将____________________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。 5．提高动物的生长速率 (1)过程：将____________基因导入动物体内，以提高动物的生长速率 (2)成果：转基因超级鲤鱼。 6．改善畜产品的品质 (1)乳糖不耐受：有些人由于________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。 (2)解决措施：将__________基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 必需氨基酸含量多的蛋白质　 与植物花青素代谢　 外源生长激素　 乳糖酶　 肠乳糖酶　 第3章　基因工程 生物学　选择性必修3　配人教版 课前·新知导学 课堂·素养初培 课堂·延伸提分 小练·素养达成 课后提能集训 1．利用微生物或动植物的细胞作为受体细胞生产药物 (1)方法：对微生物或动植物进行__________，使它们能够生产药物。 (2)药物种类：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 (3)用途：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。 基因改造　 基因工程在医药卫生领域的应用 2．利用哺乳动物批量生产药物 (1)过程：将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的________等调控元件重组在一起，通过____________的方法导入哺乳动物的 中，由这个受精卵发育成的转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药物，这称为_______ _________。 (2)成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等。 启动子　 显微注射　 乳腺生物反应器或乳房生物反应器　 受精卵 第3章　基因工程 生物学　选择性必修3　配人教版 课前·新知导学 课堂·素养初培 课堂·延伸提分 小练·素养达成 课后提能集训 3．器官移植 (1)器官移植面临的问题：器官短缺和__________。 (2)解决措施：在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制________________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_______________的转基因克隆器官。 免疫排斥　 抗原决定基因　 免疫排斥反应　 基因工程在食品工业方面的应用 (1)基因工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类 (2)成果：生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 (3)甜味剂阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，可以通过基因工程实现大规模生产。 (4)奶酪的生产：将编码牛__________的基因导入____________、黑曲霉或酵母菌的基因组中，通过工业发酵批量生产凝乳酶。 (5)淀粉酶、脂酶也可以通过构建______________，然后用发酵技术生产 　 凝乳酶　 大肠杆菌　 基因工程菌　 第3章　基因工程 生物学　选择性必修3　配人教版 课前·新知导学 课堂·素养初培 课堂·延伸提分 小练·素养达成 课后提能集训 例、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 思考：1.干扰素的化学本质是什么？作用机理是怎样的？ 2.传统生产干扰素的方法是什么？ 3.目前大量生产干扰素的方法是什么？ 4.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 干扰病毒核酸和蛋白质复制，从而抑制病毒繁殖； 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。 阅读教材90，《资料卡》思考以下问题： 例．干扰素是一种抗病毒的特效药，它是一种糖蛋白。传统的生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300 L血液只能提取出1 mg干扰素，所以干扰素的价格非常昂贵。现在某基因公司用下图所示方法生产干扰素，请回答下列相关问题。             (1)从人的淋巴细胞中提取出____________，使它与质粒相结合，然后导入酵母菌体内 (2)科学家成功地把人的干扰素基因插入烟草的DNA分子上，使烟草获得了抗病毒的能力，试分析回答下列问题。 ①人的基因之所以能移入植物体内，其物质基础是___________________________。 ②烟草有了抗病毒的能力，这表明烟草体内产生了________。烟草植株产生这种新性状(变异性状)的来源属于__________。 ③要检测干扰素基因是否进入烟草细胞，可采用的方法是__________；若要检测干扰素基因是否表达出干扰素，可采用_________________的方法 干扰素基因 不同生物的DNA结构基本相同 干扰素 基因重组 PCR技术 抗原—抗体杂交 【解析】(1)通过基因工程构建“工程菌”的方法：从淋巴细胞中提取出干扰素基因，使它与质粒结合形成重组质粒，然后将重组质粒导入酵母菌中，通过相应的检测与鉴定方法得到成功转入了重组质粒的酵母菌，再培养这种酵母菌，使之合成大量的干扰素。(2)基因工程的理论基础：不同生物的DNA结构基本相同，不同生物间能进行基因的移接。基因工程的原理是基因重组。若要检测干扰素基因是否进入烟草细胞，可采用的方法是PCR技术；若要检测干扰素基因是否表达出干扰素，可采用抗原—抗体杂交的方法。 8 思考： 1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？所用的受体细胞是？ 2.为什么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？ 3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？ 4.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？ 5.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因*？ 6.用生物反应器生产药物的优点？ 让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达 几乎所有细胞 不局限于性别与生长期（乳腺生物反应器必须是雌性，泌乳期才会分泌） 将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组 ①产物容易提取；②产品质量好；③成本低等 不是。转基因动物 阅读教材P90《乳腺生物反应器》，思考以下问题： 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所需药物 受精卵 例1、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 药用蛋白基因 哺乳动物的受精卵 受体（孕育） 转基因动物 （泌乳期分泌的乳汁中含有药用蛋白） 乳腺生物反应器 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 例2．蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”，有着超强的抗张强度，可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法，不正确的是( ) A．将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成表达载体 B．将含有丝蛋白基因的表达载体导入动物乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器 C．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛 D．转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因 B 例3.下列有关乳腺生物反应器与大肠杆菌生产药物的叙述错误的是(　) A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中或细胞产物中提取 B．前者生产药物的过程不需要严格灭菌，后者需要严格灭菌 C．前者合成的蛋白质可加工成熟，后者合成的蛋白质一般未加工成熟 D．两者的基因与人类基因结构均相同 D 【解析】乳腺生物反应器生产药物从乳汁中提取，大肠杆菌生产药物从细胞或细胞产物中提取，A正确；乳腺生物反应器生产药物是在动物体内合成的，不需要严格灭菌，大肠杆菌生产药物涉及微生物的培养，需要严格灭菌，B正确；乳腺生物反应器生产的药物是在真核生物细胞内进行的，蛋白质药物可加工成熟，大肠杆菌生产药物是在大肠杆菌细胞内进行的，大肠杆菌属于原核生物，无内质网和高尔基体，不能对其合成的蛋白质进行加工，C正确；动物基因的结构与人类基因的结构基本相同，大肠杆菌基因的结构与人类基因的结构不同，D错误。 【解析】该过程需要将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成表达载体，再通过显微注射导入受精卵中，A正确；将含有丝蛋白基因的表达载体导入动物受精卵中才可获得乳腺生物反应器，B错误；与乳腺生物反应器(只能选雌性)相比，膀胱生物反应器不受性别、时间等限制，受体来源更广泛，C正确；转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因，因为体细胞中含有药用蛋白基因，D正确。 12 比较项目 乳腺（房）生物反应器 基因工程菌生产药物 受体细胞 受体基因结构与人类基因结构的比较 表达产物 目的基因导入方式 是否需要灭菌处理 产物提取 基本相同 较大差异 与天然蛋白质完全相同 可能不具有生物活性 动物受精卵 微生物细胞 显微注射法 感受态细胞法 不需要 需要 从动物乳汁中提取 从微生物细胞（或发酵液）中提取 细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质 13 通过基因治疗救助镰状细胞贫血的治疗方案 正常基因 克隆人体中编码血红蛋白的正常基因 载体基因 将正常基因插入到载体中 骨髓 携带人正常基因的载体感染造血干细胞 载体 造血干细胞 载体插入到造血干细胞的染色体中，其中包含有正常的基因 将经基因工程改造的造血干细胞回输到病人的骨髓中，以产生正常的血细胞 小结 ＊ ＊ ＊ ＊ 课堂练习、苏云金杆菌含抗虫蛋白基因和抗虫蛋白，寄生在棉铃虫体内时会导致棉铃虫死亡。科学家从苏云金杆菌中提取抗虫蛋白基因并导入棉花细胞而成功培育出转基因抗虫棉。有人为验证转基因抗虫棉的抗虫效果与棉铃虫种群密度的关系，设计了以下实验。请你把实验补充完整。 (1)实验目的是_________ _____。 (2)实验中自变量是____ ____，因变量是________________。 (3)实验步骤。 ①实验组：将一定数量的___ _的棉铃虫幼虫放养在5株转基因抗虫棉上。 ②对照组：将__ 相同的同种棉铃虫幼虫放养在等量且长势相同的_____ 上。 (4)实验结果及结论。 ①实验结果：实验组___ _____，对照组______________________。 ②实验结论：_________________________ ___。 验证转基因抗虫棉能使棉铃虫种群密度降低 供棉铃虫采食的棉花植株的种类　 棉铃虫种群的密度 未接触过转基因抗虫棉　 等量、生理状况　 普通棉花植株 棉铃虫种群密度降低　 棉铃虫种群密度基本不变　 转基因抗虫棉可杀死棉铃虫的幼虫，从而使棉铃虫种群密度降低 具体步骤： 1．判断实验的类型 根据实验的目的或结果判断，若实验目的或结果已知则为验证性实验；若实验目的或结果未知则为探究性实验。 2．确定实验的自变量和因变量 一般根据实验的目的就可以确定自变量和因变量。 3．实验步骤的设计 实验步骤的设计要遵循对照原则、等量原则、单一变量原则和科学性原则等，有数据测量的实验还要遵循平行重复原则。具体步骤一般分为三步：第一步是取材、分组、编号。为排除无关变量的干扰，取材要具有统一性，分组要具有随机性。第二步是施加实验变量。自变量施加时要注意“等量”。第三步是培养观察。为排除无关变量的干扰，实验组和对照组应该在相同且适宜条件下培养；观察时要确立可观可测的观察指标。 4．实验结果和结论的预测 实验结果就是对实验现象的描述，实验结论是由特殊的实验结果推测出的具有一般性的结论。验证性实验的结果与结论是唯一的；探究性的结果与结论有多种可能，注意不能遗漏，一个可能的实验结果对应一个可能的实验结论。书写时注意先写实验结果，再写实验结论。 16 谢谢 思考： 1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？ 2.为什么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？ 3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？ 4.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？ 5.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因*？ 6.用生物反应器生产药物的优点？ 阅读教材P90《乳腺生物反应器》，思考以下问题： 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所需药物 药用蛋白基因 哺乳动物的受精卵 受体（孕育） 转基因动物 （泌乳期分泌的乳汁中含有药用蛋白） 乳腺生物反应器 $