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

这是一份高中生物学同步教学课件，聚焦第3章第3节“基因工程的应用”，内容涵盖农牧业（抗虫、抗病、抗除草剂植物及动物生长速率改善等）、医药卫生（干扰素生产、乳腺生物反应器等）、食品工业和环保领域，设置实例解析、思考问题及课堂检测等学习支架。 资料特色突出，以“从社会中来”引入激发兴趣，结合重组人胰岛素、转基因抗虫棉等实例，通过对比大肠杆菌与酵母菌生产胰岛素的优势培养科学思维，设计乳腺生物反应器技术流程等思考问题促进探究实践，环保应用渗透态度责任，助力学生构建生命观念，为教师提供丰富教学素材，提升教学效果。高二学生学习时，需联系基因工程原理理解应用实例，关注升学考试中技术与实际结合的分析题。

第3章 基因工程 第3节 基因工程的应用 从社会中来 传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。 上千头牛提取的胰岛素 一位糖尿病病人使用一年 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。 基因工程还有哪些应用呢？ 一、基因工程在农牧业中的应用 植物方面 基因工程技术广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等。 转基因抗虫植物 转基因抗病植物 转基因抗虫棉花 转基因木瓜 转基因抗除草剂植物 种植转基因抗除草剂大豆的农田 转基因改良植物品质 更高观赏价值的转基因牵牛 从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。 Bt毒蛋白基因 淀粉酶抑制剂基因 蛋白酶抑制剂基因 植物凝集素基因 阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。 导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。 产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。 可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。 常见抗虫目的基因种类 实例：转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。 优点：减少化学杀虫剂使用而造成的环境污染、减少对人类健康的损害（生物防治）； 增加作物产量；增加经济收益。 转基因抗虫植物 优点：减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、降低生产成本、提高产量。 将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。 抗病毒 抗真菌 病毒外壳蛋白基因（CP基因）、病毒的复制酶基因 几丁质酶基因、抗毒素合成基因 常见抗病基因 实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 转基因抗病植物 甜椒枯顶病毒病植株 转基因抗病植株 带有环斑病毒的 非转基因木瓜 转基因木瓜 优点：减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、降低生产成本、提高产量。 病毒外壳蛋白基因的抗病毒机理 拓展提升 假说1： CP基因（病毒外壳蛋白基因）在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。 假说2： 植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。 最近研究表明： 如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。 转基因抗除草剂植物 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。 实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 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 优点：在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。 转基因改良植物品质 将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。 实例：我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米； 与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，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。 赖氨酸含量提高30%的转基因玉米 更高观赏价值的转基因牵牛 一、基因工程在农牧业中的应用 动物方面 提高动物生长速率 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。 转生长激素基因鲤鱼（下） 与非转基因鲤鱼（上） 转入外源生长激素基因的“超级小鼠” 我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。 改善畜产品品质 原因：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。 乳糖耐受 （有乳糖酶） 乳糖不耐受 （无乳糖酶） 肠道内渗透压增高，刺激胃肠蠕动增加 科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组。 思考：转基因奶牛的制备用到哪些技术手段？ 肠乳糖酶基因 牛受精卵 代孕母体 转基因奶牛 显微注射 分娩 早期胚胎 移植 培养 载体 基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。 二、基因工程在医药卫生领域的应用 对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物 药物类型 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 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 成果 我国生产的重组人类干扰素、血小板生成素、促进红细胞生成素和粒细胞击落刺激等基因工程药物均已投放市场 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。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。 大肠杆菌或酵母菌 大量可以生产干扰素的 大肠杆菌或酵母菌 培养 干扰素基因 质粒 重组质粒 构建 导入 抗生素≠干扰素 ①抗生素：抗细菌药物 ②干扰素：抗病毒药物 基因工程方法： 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。 与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？ 酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。 思考 转基因哺乳动物批量生产药物 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 实例：2000年我国首例转人α－抗胰蛋白酶基因羊诞生，产出的羊奶可以提取α－抗胰蛋白酶。 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。 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 药用蛋白基因 早期胚胎 显微 注射 早期胚胎培养 受精卵 胚胎 移植 转基因动物 泌乳期 分泌乳汁 药物 蛋白 胚胎移植前应做DNA分析，鉴定性别，保留雌性。 思考1：乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？ 思考2：药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？为什么？ 几乎所有细胞。 不是，指的就是这个转基因动物 因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的 思考3：与利用细菌生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势是什么？ ①动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定； ②产物直接经乳汁分泌，易提取。 15 1.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？ 将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。 2.膀胱生物反应器相比乳腺生物反应器的优点是什么？ 从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。 可从动物一出生就收集产物，不受性别、年龄的限制 拓展提升 继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。 小资料 膀胱生物反应器 16 转基因动物作为器官移植的供体 由于人体移植器官短缺是世界性难题，人们不得不寻找可替代的移植器官。 猪作为移植器官的优点： ①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似； ②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。 存在免疫排斥反应 ②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猪器官。 ①在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达； 改造方法： 三、基因工程在食品工业方面的应用 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。 产物 应用 阿斯巴甜 甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产 凝乳酶 用于奶酪生产，凝聚固化奶中的蛋白质。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。 淀粉酶、酯酶 转化糖浆（淀粉酶）、烘烤食物（脂酶）。通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产。产物纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。 利用经过基因改造的微生物生产清洁能源 其他应用：环保领域的应用 培育可以降解多种污染物的“超级细菌”治理环境污染 (1)从苏云金杆菌中分离出Bt基因导入棉花中，可培育出抗虫棉。( ) (2)将与叶绿素代谢相关的基因导入矮牵牛，可培育出自然界没有的颜色变异。( ) 提示：将与花青素代谢相关的基因导入矮牵牛，可培育出自然界没有的颜色变异。 (3)将植物生长素基因导入鲤鱼，培育出的转基因鲤鱼生长速率大大提高。( ) 提示：植物激素无法对动物起作用，应导入外源生长激素基因。 √ × × 课 堂 检 测 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. 制造一种能降解石油的“超级细菌” D. 制造一种能产生干扰素的基因工程菌 A 课 堂 检 测 $