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

该高中生物学教学设计聚焦“基因工程的应用”，核心知识点涵盖农牧业、医药卫生、食品工业及环保领域。课堂导入通过胰岛素生产案例，对比传统提取法的高成本与基因工程技术的突破，结合我国重组人胰岛素成果，激发兴趣并衔接基因工程原理前序知识。 此资料特色在于深度融合核心素养，生命观念通过黄金大米、乳腺生物反应器等实例体现结构与功能观，科学思维借助对比表格分析乳腺生物反应器与基因工程菌差异，社会责任通过我国基因工程药物成就及器官移植伦理讨论培养担当。采用资料分析、视频观看、思维训练等学科方法，助学生理性认知科技价值，为教师提供丰富实例与活动设计，提升教学效率。

课题 第3章 第3节 基因工程的应用 时间 教材分析 学情分析 教学目标 1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。（生命观念、科学思维） 2.认同基因工程的应用价值。（生命观念、社会责任） 3.关注基因工程的进展。（社会责任） 教学重难点 1.教学重点 基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。 2.教学难点 乳腺生物反应器。 教学内容及流程 学习任务 教学过程 备注 新课导入 【教师讲述】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、牛等动物的胰腺中提取。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药物 —— 重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。 自 20 世纪 70 年代基因工程兴起后，得到飞速发展，展示出广阔前景。 引导学生主动联系生活中的实例，感受基因工程带来的影响，激发他们的学习兴趣。 引发学生对基因工程的应用的学习兴趣，用我国重组人胰岛素的科研成果激发学生的民族自豪感。 基因工程在农牧业方面的应用 【教师讲述】转基因作物相关资料 资料一、基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996—2017 年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从 1.7×10⁶ hm² 发展到 1.898 ×10⁸ hm²。据 2016 年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了 8.2%，作物产量增加了 6.6×10⁸t，增加经济收益近 1.3 万亿元。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花。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。 资料二、在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段。2015 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。 资料三、黄金大米资料 普通水稻不含维生素 A，以稻米为主食的一些发展中国家，就可能由于维生素 A 的缺乏导致严重的健康问题。人们将有关酶的基因导入水稻中，并诱导它们在水稻细胞中得以表达，使水稻中的双香叶素－二磷酸能转化成 β- 胡萝卜素。含有 β- 胡萝卜素的大米颜色金黄，被形象地称为 “金米”。 人们食用这种 “金米” 后，其中的 β- 胡萝卜素会在人体内转化成维生素 A，为深受维生素 A 缺乏症之苦的人们带来了 “金色希望”。 ·转化路径：双香叶素 - 二磷酸→（酶 - 1）八氢番茄红素→（酶 - 2）番茄红素→（酶 - 3）β- 胡萝卜素 【教师讲述】具体应用类型： 1.转基因抗虫植物 从某些生物中分离出抗虫基因，将它导入作物中，培育出具有抗虫性的作物。例：Bt 抗虫蛋白基因。实例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯。 2.转基因抗病植物 将某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，培育出转基因抗病植物。实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草。优点：减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量。 3.转基因抗除草剂植物 大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。目前已经获得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 利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。 实例 1：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高 30%。 实例 2：将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，提升观赏价值。 实例3：转基因抗软化番茄：转入抗多聚半乳糖醛酸酶基因，其转录的 mRNA 与原基因 mRNA 互补配对，抑制酶的合成，番茄耐储存。 5.提高动物的生长速率 将外源生长激素基因导入动物体内，提高生长速率。实例：转基因鲤鱼生长速率比非转基因鲤鱼提高 42%～115%、“超级小鼠”。 培育流程：构建外源生长激素基因的表达载体→显微注射→受精卵→培养→早期胚胎→胚胎移植→代孕母体→分娩→转基因动物 6.改良畜产品的品质 有些人乳糖不耐受，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低，其他营养成分不受影响。 让学生基于教材进行梳理、总结，认同转基因技术在农牧业上有广阔的应用前景。 基因工程在医药卫生领域的应用 【教师讲述】 1. 改造细胞生产药物 常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 干扰素：人体受病毒侵染后产生的细胞因子，可干扰病毒复制，治疗病毒感染、肿瘤等。 ·例如干扰素：传统生产：从人血液白细胞提取，300L 血液仅提 1mg。现代生产：干扰素基因→质粒→重组质粒→大肠杆菌 / 酵母菌→大量生产干扰素，1Kg 培养物可得 20—40mg。我国 1993 年批准生产重组人干扰素 α-1b，为首个基因工程药物。 【表格呈现】部分利用基因工程技术生产的医用多肽和蛋白质类产品 ·拓展：酵母菌生产乙肝疫苗过程： ①用 PCR 扩增乙肝病毒抗原蛋白基因； ②将基因插入质粒，构建基因表达载体； ③将表达载体导入酵母菌（醋酸锂处理制备感受态）； ④检测鉴定，筛选成功转化的酵母菌，发酵培养、分离提纯获乙肝病毒抗原蛋白。 2. 转基因哺乳动物批量生产药物 启动子：基因上游，RNA 聚合酶结合位点，分组成型、组织特异性、诱导性启动子。 思考1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物 思考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？让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达，药用蛋白基因存在于转基因动物的所有细胞中 思考3：科学家还培育出了膀胱生物反应器，与乳腺生物反应器相比，有何特点？不受性别和发育时期的限制；且尿液蛋白质少，更容易分离药用蛋白 3. 转基因动物作为器官移植供体 人体器官移植难题：器官短缺、免疫排斥。 选择猪作为供体原因：内脏构造、大小、血管分布与人相似；组织相容性抗原同源性高；致病病毒少于灵长类。 改造方法： ①导入调节因子，抑制抗原决定基因表达； ②除去抗原决定基因，结合克隆技术，培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官。 【观看视频】了解器官移植 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。 激发学生的爱国情感。 让学生认同基因工程在制药领域具有广阔的发展前景。 通过分析让学生感受到社会需求对技术创新有推动作用，技术创新促进了生产力的提高。 绘制流程图可以帮助学生巩固和综合运用所学的知识。 引导学生认识到基因表达的时空特异性可由启动子决定。 基因工程在食品工业方面的应用 【教师讲述】基因工程菌 概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。 步骤：基因工程构建基因工程菌→工业发酵批量生产。 应用：生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 实例1：阿斯巴甜：由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，两种氨基酸可通过基因工程大规模生产。 实例2：凝乳酶：传统从小牛第四胃黏膜提取；基因工程将牛凝乳酶基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌，发酵批量生产。 实例3：淀粉酶、脂酶：基因工程菌生产，纯度高、成本低、效率高，用于糖浆加工、烘烤食物加工。 四、环保领域的应用 1.环境监测：DNA 探针可灵敏检测环境中病毒、细菌污染，1t 水中 10 个病毒也可检出。 2.净化污染环境：培育 “超级细菌”，可同时分解多种烃类、转化重金属、分解 DDT 等有害物质。 【观看视频】了解超级细菌净化污染环境 思维训练：乳腺生物反应器 vs 基因工程菌生产药物比较表格。 联系食品工业实际，让学生进一步体会基因工程在生产和生活中的应用价值。 转基因作物的好处可能不仅仅是提高经济效益，还能减少污染，保护环境。培养学生理性看待基因工程对农业生产的影响。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 3.3基因工程的应用 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 随着基因工程的发展，基因工程的应用越来越多地影响着我们的生活。运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物，生产药物等。这节课用充分、翔实的事例讲述了基因工程在多个方面影响人类的生活和生命健康，使学生了解基因工程在现代社会中的成果和作用，进而对基因工程的成就做出理性判断。 通过让学生搜集资料、整理资料，让学生学会在教材之外、课堂之外搜集整理信息、形成自己观点的能力，培养积极正确的生命观念，用自己的科学知识积极影响周围的人，承担相应的社会责任。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $