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的应用，涵盖农牧业（转基因抗虫抗病植物、改良动物生长与品质）、医药卫生（药物生产、乳腺生物反应器、器官移植供体）、食品工业（基因工程菌）及环境等领域，通过联系前序基因工程原理，以数据和实例搭建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于以黄金大米、转基因三文鱼等实例为依托，融合科学思维（分析抗除草剂植物培育逻辑）与探究实践（课堂小测中抗草甘膦矮牵牛实验设计），结合伦理讨论渗透态度责任。采用案例教学与问题驱动，学生能深化生命观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

第3章 基因工程 第3节 基因工程的应用 一、基因工程在农牧业方面的应用 年份 1996 2017 全世界转基因作物 种植面积/（×106 hm2） 0 100 200 189.8 1.7 【植物方面】1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍。 eg. 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（后排）和正常鲑鱼（前排） 【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。 一、基因工程在农牧业方面的应用 年份 1996 2017 全世界转基因作物 种植面积/（×106 hm2） 0 100 200 189.8 1.7 【植物方面】1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍。 【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。 转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排） 1. 转基因生物有哪些优点？ ①能减少化学杀虫剂使用量 ②改良动植物品种 ③提高作物和畜产品的产量 一、基因工程在农牧业方面的应用 1. 转基因抗虫植物 (1)方法： 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。 (2)意义： 是目前防治作物虫害的一种发展趋势 (3)成果： 棉花 玉米 大豆 水稻 马铃薯 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 一、基因工程在农牧业方面的应用 2. 转基因抗病植物 (1)方法： 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。 (2)抗病基因 抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因 (3)成果： 抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因 甜椒 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 番木瓜 烟草 一、基因工程在农牧业方面的应用 3. 转基因抗除草剂植物 (1)问题： 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。 玉米 大豆 油菜 甜菜 (2)方法： 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。 (3)成果： 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 一、基因工程在农牧业方面的应用 4. 改良植物的品质 (1)目的： ②提高花卉的观赏价值 我国科学家将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有 的颜色变异， 大大提高了它 的观赏价值。 ①改良植物的营养价值 将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。 科学家培育的某 种转基因玉米中 赖氨酸含量比对 照提高30%。 一、基因工程在农牧业方面的应用 4. 改良植物的品质 (2)成果： ①使食品的营养成分均衡 ②丰富花品颜色，提高观赏价值 普通大米不含维生素A 黄金大米含有 β-胡萝卜素，会在 人体内转化成维生素A 转基因蓝玫瑰 植入三色紫罗兰基因 (自然玫瑰无蓝调基因) 一、基因工程在农牧业方面的应用 5. 提高动物的生长速率 (1)方法： 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 (2)成果： 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 正常鲤鱼 转生长激素 基因“超级小鼠” 正常小鼠 一、基因工程在农牧业方面的应用 6. 改善畜产品的品质 (1)问题： 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，这称为乳糖不耐受。我国约有1/3 的成年人对乳糖不耐受。 (2)对策： 科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 (3)结果： 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。 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 二、基因工程在医药卫生领域的应用 1. 对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物 (1)常见药物类型： 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 通常是蛋白质 (2)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。 (3)实例： 二、基因工程在医药卫生领域的应用 1. 对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物 (4)干扰素 化学本质： 作用机理： 临床应用： 传统生产： 基因工程生产： 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 从人血液中的白细胞内提取（每300L血液只能提取出1mg干扰素） 病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病 干扰病毒复制 从大肠杆菌及酵母菌（有活性的蛋白质）细胞内获得干扰素 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 ≠ 抗生素 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 转基因牛(转人抗凝血酶基因) (1)实例： 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 (2)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 早期胚胎 转基因动物 药物 早期胚胎 培养 胚胎移植 泌乳期 分泌乳汁 胚胎移植前应做鉴定性别，保留雌性 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 (3)成就： 目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺 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。 转基因的山羊奶富含更高浓度的溶菌酶 2. 乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？ 不是，指的就是这个转基因动物 3. 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 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 (3)成就： 目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺 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。 转基因的山羊奶富含更高浓度的溶菌酶 4. 药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？ 几乎所有细胞 5. 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？ 生产的蛋白质活性高，更稳定； 产物直接经乳汁分泌，易提取 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供体 (1)问题： 人体移植器官短缺是世界性难题 (2)对策： 寻找可代替的移植器官 (3)原因： ②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物 利用基因工程技术对猪的器官进行改造 ①猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似 (4)最大的难题： 免疫排斥 ①在器官供体的基因组中导入调控基因表达的DNA序列（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. 用转基因动物作为器官移植供体 (5)利用基因工程技术改造猪的器官的方法： 或设法除去抗原决定基因， ②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。 目的基因 基因敲除 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供体 6. 假如某位心脏病病人换上经过改造的猪的心脏后，过上了健康人的生活。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后重获了健康，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。 实例1：阿斯巴甜 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。 三、基因工程在食品工业方面的应用 1. 概念 (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。 2. 步骤 基因工程构建基因工程菌 → 工业发酵批量生产 3. 应用 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。 一种普遍使用的甜味剂 19 实例2：凝乳酶 三、基因工程在食品工业方面的应用 杀死未断奶的小牛，将它的第四胃的黏膜取出来进行提取。 传统制备方法 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。 基因工程技术 凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质 (基因工程菌) 20 实例3：淀粉酶、脂肪酶 三、基因工程在食品工业方面的应用 加工转化糖浆需要用淀粉酶 加工烘烤食品需要用脂肪酶 应用 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。 优点 (基因工程菌) 21 四、基因工程在其他方面的运用 1. 环境监测 基因工程做成的基因探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。 2. 净化污染的环境 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”。 有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质 3. 利用经过基因改造的微生物来生产能源…… 课堂小测 1、将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是（ ） 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瞟吟和尿嘧啶的含量相等 C 课堂小测 2、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。草甘麟没有选择性，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麟的作物。 (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 等处理含有目的基因的DNA片段和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用草甘麟同时喷洒转基因植株和普通植株。 限制酶和DNA连接酶 矮牵牛 课堂小测 2、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。草甘麟没有选择性，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麟的作物。 (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。 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： 。 (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？ 矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性 对照组1为导入空载体的矮牵牛； 对照组2为非转基因矮牵牛 课堂小测 2、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。草甘麟没有选择性，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麟的作物。 (2)请思考并回答下列问题。 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。 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。 思路：将 分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较 。 不同拷贝数的EPSP合酶基因 它们对草甘膦抗性的差异 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.15 $