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

第三章 基因工程 第3节 基因工程的应用 本节聚焦: 基因工程的应用有哪些？ 怎样理性看待基因工程在生产和生活中的应用？ 羊产出蜘蛛丝——动物转基因技术 自20世纪70年代兴起后，基因工程得到飞速发展，展示出广阔前景。 农牧业方面 食品工业 医疗卫生领域 3 任务1：自主阅读P88-89，总结基因工程应用于农牧业的6个具体内容 完成《金版》P85的填空 《金版》P86 任务2：自主阅读P90-91，总结基因工程在医药卫生领域和食品工业方面的应用 完成《金版》P86的填空 中国干扰素之父---侯云德院士 改造微生物或动植物细胞生产药物 基因工程在医疗卫生领域的应用 二 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 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 干扰素 资料卡 干扰素的化学本质是 ，其为抗 药物； 抗生素为抗 药物。 糖蛋白 病毒 细菌 干扰素生产过程： 干扰素基因 质粒 重组质粒 大肠杆菌 大量可生产干扰素的大肠杆菌 培养 导入 构建 改造微生物或动植物细胞生产药物 基因工程在医疗卫生领域的应用 二 用转基因哺乳动物批量生产药物 乳汁中含有人凝血因子Ⅸ的转基因羊 乳汁中含有人生长激素的转基因牛 基因工程在医疗卫生领域的应用 二 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 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 发育 11 任务　乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 【情境】利用基因工程生产人胰岛素有两种方法: 方法一:将胰岛素基因转入细菌细胞,进行微生物培养,提取胰岛素; 方法二:将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵,培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。 (1)方法一中,为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞,应用　　　　处理细菌细胞,目的是使细胞处于一种　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 Ca2+ (2)方法二中,将目的基因导入受体细胞常用的方法是　　　　　　。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达,应该采取的措施是在人胰岛素基因的首端加上　　　　　　　　　　　　等调控组件。  (3)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌,该类工程菌的优点是 　　　　　　　　(至少答出两点)。  (4)上述两种方法中,哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性?试解释其原因。 乳腺蛋白基因的启动子 单细胞、繁殖快 方法一。方法一中的受体细胞是细菌,其细胞内无内质网和高尔基体,无法对胰岛素进行加工和修饰。 显微注射法 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别（在生产人的药物蛋白方面） Differences between mammary gland bioreactor and engineered bacteria in drug production 比较项目 乳腺（房）生物反应器 基因工程菌生产药物 基因结构 基因产物 受体细胞 导入方式 生产条件 产物提取 哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同。 细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异。 与天然蛋白质完全相同。 细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性。 哺乳动物的受精卵 微生物细胞。 显微注射法 Ca2+处理法（感受态细胞法） 不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大。 需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件。 从动物乳汁中提取，相对简单。 （一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂。 《金版》P88 《金版》P88 《金版》P88 人体移植器官短缺 寻求可代替的移植器官 猪的内脏与人相似 培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官 抑制抗原决定基因表达 或除去抗原决定基因 在器官供体基因组中导入某种体调节因子 用转基因动物做器官移植的供体 基因工程在医疗卫生领域的应用 二 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等 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。 细菌拟核 质粒 质粒 重组质粒 核酸切割 送入细胞 重组细菌 插入质粒 基因工程在食品工业方面的应用 三 18 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中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。 传统制作 杀死未断奶的小牛，然后将它的第四胃的黏膜取出来提取凝乳酶来固化奶中的蛋白质。 基因工程制作 奶酪的制作 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等 基因工程在食品工业方面的应用 三 一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种 氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。 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 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。 ①概念： ②应用： 2.实例： ①阿斯巴甜： ②凝乳酶： A.应用： 奶酪生产中用来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 B.制备方法： 基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。 ③淀粉酶、脂酶： 应用： 制备方法： 加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶 构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产 3.优点： 03 基因工程在食品工业方面的应用 培养出可以降解多种污染物的“超级细菌”，处理环境污染；用经过基因改造的微生物来生产生物能源。 基因工程在其他方面的应用 三 第3节 基因工程的应用 一、概念检测 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 C 练习与应用（P92） 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 A 二、拓展应用 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： 。 限制酶和DNA连接酶 矮牵牛 矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。 二、拓展应用 (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麟的抗性是否会增加？请你给出进一步探究的思路。 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，比较它们对草甘膦抗性的差异。 25 FormatFactory : www.pcfreetime.com 减少 营养价值、 观赏价值 某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码 降解或抵抗某种除草剂 抗病 抗虫 增加 1.转基因作物。 阅读教科书“基因工程在农牧业方面的应用”相关内容,认同基因工程在农作物中的应用改善了人类的生活品质。 应用 措施 成果 转基因抗虫植物 将具有 功能的基因,导入作物中培育出具有抗虫性的作物 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 转基因抗病植物 将 基因导入植物中,培育出转基因抗病植物 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 转基因抗除草剂植物 将 的基因导入作物,培育出抗除草剂的作物品种 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等 改良植物的品质 将 1 1 基因导入植物中,可以提高这种氨基酸的含量 改良植物的 1 1 等 优点 化学杀虫剂的施用量 ,作物产量 ,经济效益 1 增加 乳糖 肠乳糖酶 外源生长激素 2.转基因动物。 阅读教科书相关内容,概述如何通过基因工程提高动物的生长速率和改善畜产品的品质。 (1)提高动物的生长速率。 ①措施:将 基因导入动物体内,提高动物的生长速率。 ②成果:转基因鲤鱼。 (2)改善畜产品的品质。 ①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, 的含量大大降低,而其他营养成分不受影响。 ②解决问题: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。 乳糖酶 【例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,不耐储藏。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细胞的软化 答案: C 特异表达的基因的启动子 显微注射 受精卵 (3)建立移植器官工厂。 ①器官移植的最大难题: 。 ②措施:在器官供体的基因组中导入某种调节因子,以 1 1 。 免疫排斥 抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因 1.基因工程在医药卫生领域的应用。 分析教科书“资料卡”,并阅读相关内容,自主分析、总结基因工程在医药卫生领域的研究成果。 (1)对微生物或动植物的细胞进行基因改造。 ①目的:使它们能够 。 ②产品:细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 (2)让哺乳动物批量生产药物。 ①目的:批量生产药物。 ②措施:将药用蛋白基因与乳腺中 等调控元件重组在一起。 ③受体细胞: 。 ④导入方法: 。 生产药物 Lavf58.51.100 【例3】动物基因工程前景广阔,最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器,以生产所需要的药物,如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养哺乳动物成为乳腺生物反应器时 (　　) A.仅仅利用了基因工程技术 B.不需要乳腺中特异表达的基因的启动子 C.利用Ca2+转化法将人的生长激素基因导入受精卵中 D.需要进入泌乳期才能成为批量生产药物的“工厂”　 答案: D 【例4】(2022·大连)研究人员仿照制备乳腺生物反应器的思路,制备了一种膀胱生物反应器,用其获得人体特殊功能蛋白W的基本过程如下页左上图所示。下列有关叙述正确的是(　　) A.步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、早期胚胎培养 B.步骤③一般选择发育良好、形态正常的桑葚胚或原肠胚 C.转基因动物乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的遗传信息不同 D.膀胱生物反应器将会受到转基因动物的性别和年龄的限制 答案:A Lavf57.58.101 Lavf58.51.100 $