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

该高中生物学课件聚焦基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业等领域的应用，通过情景视频“基因工程的应用解密”和“脑洞大开”环节导入，结合基因工程基本操作，帮助学生构建前后知识联系，搭建学习支架。 其亮点是以转基因抗虫棉、乳腺生物反应器等实例为核心，融合科学思维（分析应用原理）、探究实践（抗草甘膦作物实验设计）和态度责任（调查转基因作物安全证书）。采用问题驱动与实例分析的教学方法，课堂小结系统梳理应用领域，助力学生提升科学思维与探究能力，为教师提供丰富实例和结构化教学资源。

授课课题：基因工程的应用 本节课难点：乳腺生物反应器 本节课素养目标： 1.举例说明基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。（科学思维） 2.认同基因工程的应用价值。 3.关注基因工程的进展。 第3章 基因工程 第3节 基因工程的应用 本节课重点：基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用 脑洞大开： 根据基因工程的原理我们可以利用下面这些基因培育什么样的个体呢？ 抗病毒基因 鱼类的抗冻蛋白基因 萤火虫的荧光基因 乌龟的长寿基因 人类胰岛素的合成基因 富含赖氨酸的蛋白质合成基因 植物花青素（花色）代谢有关的基因 ...... 受体细胞 = 导入 基因工程自20世纪70年代兴起后， 得到了飞速的发展， 展示出广阔的前景。 情景视频： 基因工程的应用解密（视频） 医药 卫生 农牧业 食品 工业 【情景一】1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍！ 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 【情景二】转基因动物方面的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转基因鲑鱼缩短了其成长周期，因此它受到的污染和体内聚集的有毒物质残留比普通鲑鱼少得多 转基因作物应用的优点 减少化学杀虫剂的施用量，减少环境污染 增加作物产量 增加经济效益 一、基因工程在农牧业方面的应用 阅读课本87页，了解基因工程在农牧业方面应用的规模。 问题: 请举出基因工程在农牧业方面运用的其他实例 阅读课本88和89页，明确基因工程在农牧业上的具体应用有哪些？ 一、基因工程在农牧业方面的应用 1.转基因抗虫植物从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物，我国已批准的商业化品种有转基因抗虫棉（水稻未获审批）。 2.转基因抗病毒植物 将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，培育出转基因抗病毒植物，我国已批准的商业化品种有转基因抗病毒番木瓜、辣椒。 3.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品种。我国的抗除草剂大豆品种已于2019年打开了阿根廷市场。 4.改良植物的品质： 转基因玉米、水稻（提高赖氨酸等必需氨基酸的含量）。变色矮牵牛，科学家最早希望通过转入花青素基因获得花色更深的矮牵牛，却因为RNA干扰，获得了许多变色矮牵牛。 5.提高动物的生长速率 科学家将生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率，如我国科学家朱作言等育成了转基因鲤鱼（冠鲤）。但冠鲤至今并未获得审批。 转基因小鼠 6.改良畜产品的品质 将乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得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。内蒙古农业大学育成了世界上第一例转基因低乳糖牛，其所产牛奶中乳糖含量低，是众多乳糖不耐受患者的福音。 原因： 方法： 成果： 世界上每年因虫害而造成农产品大量损失。 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 转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。 1.转基因抗虫植物 一、基因工程在农牧业方面的应用 原因： 方法： 成果： 许多栽培作物自身缺少抗病基因。 科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。 抗病毒基因 抗真菌基因 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 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 一、基因工程在农牧业方面的应用 2.转基因抗病植物 原因： 方法： 成果： 杂草常常危害农业生产，而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，可以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。 3.转基因抗除草剂植物 一、基因工程在农牧业方面的应用 4.利用转基因改良植物品质 原因： 方法： 成果： 提高植物的营养价值、观赏价值等。 科学家们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。 ①我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米。（营养价值） ②将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。（观赏价值） 一、基因工程在农牧业方面的应用 原因： 方法： 成果： 科学家们发现外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得很快。 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。 科学家们将外源生长激素基因，导入动物体内，以提高动物生长速率。例如,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%。 转生长激素基因鲤鱼（下） 与非转基因鲤鱼（上） 一、基因工程在农牧业方面的应用 5.利用转基因提高动物的生长速率 原因： 方法： 成果： 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。 获得的转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组。 一、基因工程在农牧业方面的应用 6.用来改善畜产品的品质 含乳糖酶基因的表达载体 牛受精卵 早期胚胎 代孕母体 转基因奶牛（雌性） 显微注射 培养 胚胎移植 分娩 重难点突破：转基因植物培育过程 转基因植物的制备用到的技术主要有？ 思考 基因工程、植物组织培养技术。 重难点突破：转基因动物培育过程 转基因动物的制备用到的技术主要有？ 思考 基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。 1.下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是（ ） A.将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内 B.将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组 C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米 D.将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达 B 提高生长速率 转基因抗除草剂植物 提高植物的抗虫能力 习题巩固 阅读课本90页和91页第1段，明确基因工程在医药卫生领域的应用有哪些方面？ 二、基因工程在医药卫生领域的应用 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基因工程药物均已投放市场。 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 (1)常见药物类型： (2)应用： 预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等 (3)实例： 1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： 疫苗 激素 细胞因子 抗体 通过基因工程得到的药物通常其化学本质是什么？ 通常是蛋白质 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： 侯云德（2017年全国最高科学技术成就奖获得者）等成功研制了我国第一个基因工程药物——重组人干扰素α-1b 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。传统产生干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300mL血液只能提取出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。 资料卡 思考：基因工程获得可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌的过程是怎样的？ 二、基因工程在医药卫生领域的应用 干扰素基因 质粒 重组质粒 大肠杆菌或 酵母菌 可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌 构建 导入 筛选 培养 1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： 思考：基因工程获得可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌的过程是怎样的？ 与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？ 产生有活性的胰岛素 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： 概念 科学家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，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。 关键 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。 乳腺生物反应器的生产过程 人生长激素基因 提供受精卵 显微注射 代孕 转基因牛 生长激素 牛奶 载体含有乳腺细胞中特异表达基因的启动子 注意 应选择 个体，且 才会分泌。 雌性 泌乳期 思考：能否获得膀胱生物反应器？ 乳腺生物反应器 缺点： 受性别和是否处于哺乳期限制 膀胱生物反应器：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。 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 等调控元件重组在一起。 药用蛋白基因 膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件 基因表达载体 受精卵 转基因动物 药物 早期胚胎培养 早期胚胎 显微注射 胚胎移植 培育过程 尿液 2.膀胱生物反应器与乳腺生物反应器相比的优点是什么？ 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 特异表达的基因的启动子 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： 成果： 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。 我产的奶不是一般的奶！ 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： 二、基因工程在医药卫生领域的应用 3.建立移植器官工厂： 2021年底在美国纽约，科学家通过基因编辑，敲除了猪体内会导致人体免疫反应的基因，然后将基因编辑猪的肾脏移植入人体（已脑死亡并发肾衰竭，家属知情同意），病人的肾脏又继续工作了2个月。（注：人类胚胎的基因编辑仍不属于法律许可范畴） 基因编辑 胚胎 代孕母猪 基因编辑猪 胸腺 肾脏 方法: (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; 二、基因工程在医药卫生领域的应用 3.建立移植器官工厂： 器官改造方法 (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.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是（ ） A.人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题 B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似 C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪 D.无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入某种调节因子， 以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因 C 习题巩固 二、基因工程在医药卫生领域的应用 3.建立移植器官工厂： 三、基因工程在食品工业方面的应用 阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成的甜味剂。 凝乳酶用于奶酪生产； 淀粉酶用于糖浆生产； 酯酶；脂肪酶等用于烘培食品 阅读课本91页第2--5段，明确基因工程可以在食品工业方面有哪些应用？优点有哪些？ 基因工程技术制备方法： 传统制备方法： 杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。 将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。 1.利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 基因工程技术获得的工业用酶纯度高，成本低，生产效率较高。 探针 目的基因 四、基因工程在其他方面的应用 　　基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。 1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来 通过基因工程手段（如基因文库）获取目标生物的特异性核酸片段，经克隆、扩增后制备成单链DNA探针，并标记放射性同位素或荧光基团等示踪剂。 1.环境监测 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能源...... 四、基因工程在其他方面的应用 　有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。 基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。 “超级细菌”降解泄漏的原油 2.净化污染的环境 生物乙醇 生物柴油 植物 淀粉/纤维素 提取 可发酵糖 糖化 微生物 乙醇 发酵 微生物 淀粉酶/纤维素酶 生物乙醇的生产流程： 不与人争粮 3.生产清洁能源 四、基因工程在其他方面的应用 “超级细菌”研究视频 四、基因工程在其他方面的应用 转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查： 1. 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？ 到社会中去 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。 课堂小结： 基因工程在农牧业方面的应用 基因工程的应用 1.转基因抗虫植物 2.转基因抗病植物 3.转基因抗除草剂植物 4.改良植物的品质 5.提高动物的生长速率 6.改善畜产品的品质 基因工程在医药卫生领域的应用 基因工程在食品工业方面的应用 1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能 够生产药物。 2.利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药物， 如乳腺生物反应器。 3.用转基因动物作器官移植的供体等。 构建基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素 练习与应用（课本92页） 二、拓展应用 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“转入外源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________________________等处理含有目的基因的DNA片段和T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 转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。 （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？请你给出进一步探究的思路。 （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？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。 Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 $