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

3-3 基因工程的应用 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、牛等动物的胰腺中获取。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 知识梳理 医药卫生领域 食品工业方面 农牧业方面 基因工程的应用 基因工程的应用 3 知识梳理 一、基因工程在农牧业方面的应用 ①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了一百多倍； ②美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家 ③世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花； （一）基因工程在农牧业方面的应用概述 1 植物方面 4 知识梳理 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概述 1 植物方面 ④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； ⑤转基因作物的优点： 减少化学杀虫剂使用量 增加作物产量 增加经济收益 5 知识梳理 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概述 2 动物方面 ①有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段； ②2015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。 转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排） 6 知识梳理 一、基因工程在农牧业方面的应用 （二）具体应用 基因工程被广泛用于_________________、_________________________等方面。 改良动植物品种 提高作物和畜产品的产量 转基因抗虫植物 农牧业方面的应用 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改良畜产品的品质 改良动植物品种 提高作物和畜产品的产量 7 知识梳理 一、基因工程在农牧业方面的应用 （二）具体应用 1 转基因抗虫植物 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯 具有抗虫功能的基因 1 实例： 2 相关基因： 8 知识梳理 一、基因工程在农牧业方面的应用 （二）具体应用 2 转基因抗病植物 转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草 来源于某些病毒、真菌等的抗病基因 1 实例： 2 相关基因： 9 知识梳理 一、基因工程在农牧业方面的应用 （二）具体应用 3 转基因抗除草剂植物 喷洒除草剂时，杂草会被杀死而作物不会受到损伤 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等 1 培育目的： 2 实例： 3 相关基因： 降解或抵抗某种除草剂的基因 10 知识梳理 一、基因工程在农牧业方面的应用 （二）具体应用 4 改良植物的品质 提高植物的营养价值、观赏价值等 高赖氨酸玉米、转基因矮牵牛花等 1 培育目的： 2 实例： 3 相关基因： 必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、与植物花青素代谢相关的基因等 11 知识梳理 一、基因工程在农牧业方面的应用 （二）具体应用 5 提高动物的生长速率 转基因鲤鱼、转基因鲑鱼 外源生长激素基因 1 实例： 2 相关基因： 12 知识梳理 一、基因工程在农牧业方面的应用 （二）具体应用 6 改善畜产品的品质 转基因牛（分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低） 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，称之为乳糖不耐受。 1 实例： 2 解决问题： 3 相关基因： 肠乳糖酶基因 13 知识梳理 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 基因改造微生物或动植物的细胞生产药物 医药卫生领域的应用 14 知识梳理 二、基因工程在医药卫生领域的应用 1 基因改造微生物或动植物的细胞生产药物 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 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 常见药物类型： 2 应用： 3 实例： 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 15 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。 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。 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。 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。 知识梳理 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 知识梳理 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 根据前面学过的基因工程的操作程序，说出通过基因工程方法用酵母菌生产乙肝疫苗的过程是怎样的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因） 知识梳理 ①用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因； ②将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体； ③将该基因表达载体导入酵母菌(该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不是用Ca2+处理，而是用醋酸锂处理）； ④检测并鉴定，筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养，分离并提纯产物，获得乙肝病毒抗原蛋白。 知识梳理 二、基因工程在医药卫生领域的应用 2 让转基因哺乳动物批量生产药物 乳腺（乳房）生物反应器（牛、山羊） 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。 1 实例： 2 相关基因： 3 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 早期胚胎培养 胚胎移植 早期胚胎 4 过程： 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-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。 19 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. 生物反应器除了用乳腺，还可以用什么器官？ 5. 膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？ 6. 研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？ 7. 用生物反应器生产药物的优点？ 知识梳理 膀胱 不局限于性别与生长期（乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌） 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 产物容易提取 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 不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物 知识梳理 二、基因工程在医药卫生领域的应用 3 用转基因动物作为器官移植的供体 用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题 1 实例： 2 为什么选择猪作为器官供体？ 3 选择猪器官移植给人最大的难题是什么？ ①猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似 ②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 免疫排斥 4 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 转基因克隆助器官 21 知识梳理 思考 假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？ 生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值； 知识梳理 三、基因工程在食品工业方面的应用 1 基因工程菌 用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌。 1 概念： 2 步骤： 3 应用： 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。 高效表达 基因工程 外源基因 基因工程构建基因工程菌 工业发酵批量生产 23 知识梳理 三、基因工程在食品工业方面的应用 2 实例——凝乳酶 奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质 1 应用： 2 相关基因： 3 具体陈操作： 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 编码牛凝乳酶的基因 24 知识梳理 三、基因工程在食品工业方面的应用 2 实例——淀粉酶、脂酶 1 具体操作： 2 基因工程获得的工业用酶的优点： 纯度更高、生产成本显著降低、生产效率较高 构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产 25 到社会中去 目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？ 截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。 小结 转基因抗虫植物 基因工程的应用 农牧业方面 医药卫生方面 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 让哺乳动物批量生产药物 建立移植器官工厂 食品工业方面 生产食品工业用酶 构建基因工程菌 1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导人大肠杆菌的细胞内，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 练习与应用 一、概念检测 C 28 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.制造一种能分解石油的“超级细菌” D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌 练习与应用 一、概念检测 A 29 1.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“转人外源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 等处理目的基因和Ti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； 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： 。 练习与应用 二、拓展应用 限制酶、DNA连接酶 矮牵牛 转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性 30 （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？ 练习与应用 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，比较它们对草甘辟抗性的差异。 31 $