3.2基因工程的应用价值课件-2025-2026学年高二下学期生物苏教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦基因工程在农牧业、食品业和医药业的应用价值，通过“从社会中来”提问引发思考，结合“积极思维”对比传统育种与基因工程突破生殖隔离的优势，搭建前后知识学习支架。 其亮点在于以“华农1号”番木瓜、转基因抗虫棉等实例，渗透生命观念中的结构与功能观，通过乳腺生物反应器制备步骤分析培养科学思维。课堂小结系统梳理知识框架，随堂小测强化理解，助力学生掌握应用价值，教师可高效开展教学。

第二节 基因工程的应用价值 第三章 基因工程 学习目标 1.举例说出基因工程在农牧业、医药业和食品业等方面的应用价值 2.阐明乳腺生物反应器的制备过程 从社会中来 从人类认识基因到基因工程的迅猛发展只有短短一个多世纪，这期间无数科学家取得了卓著的研究成果，这些成果已经造福于人类。基因工程给了人们无限遐想的空间，而它的不断发展又将人类带入了实现梦想的年代。想一想，基因工程会有哪些应用价值呢？ 事实1 从远古时代的植物驯化到 20 世纪初植物育种学的建立，人类无时无刻不在努力进行动植物的遗传改良，希望能让它们更好地为人类服务 积极思维：基因工程有哪些应用价值？ 野生稻 事实2 传统的育种方法从遗传学本质上讲，是以自然条件下的基因突变体为种质基础，以有性杂交为基因导入手段，以选择优良基因型重组体为目的的植物性状改良过程。例如，我国祖先利用野生稻逐渐培育出栽培水稻的过程，依靠的就是传统育种方法 事实3 由于远缘杂交会受到生殖隔离的影响，传统的育种方法一般难以在短时间内获得新的突破 事实4 基因工程开辟了一条基因在植物、动物、微生物等不同生物之间的“交流”新途径 基因工程让人类的某些遐想早就成为现实。目前，我国批准了番木瓜、棉花的转基因品种的种植，也批准进口转基因大豆、油菜、玉米等作为加工原料。更多的转基因产品正在实验过程中。那么，基因工程在农牧业、食品业和医药业中到底具有哪些应用价值呢？ 积极思维：基因工程有哪些应用价值？ 目录 1.基因工程在农牧业中的应用价值 2.基因工程在食品业中的应用价值 3.基因工程在医药业中的应用价值 基因工程在农牧业中的应用价值 转基因生物 利用基因工程技术培育的、能稳定遗传外源基因所决定的性状的生物称为转基因生物 这些可改造的生物既可以是微生物，也可以是植物或动物，所以，基因工程的应用是非常广泛的。 基因工程在农牧业中的应用价值 1.转基因抗病植物 番木瓜环斑病在全球的番木瓜产地都有发生，在中国南方的多个省份也广泛流行。番木瓜环斑病毒是一种变异性很强的 RNA 病毒，不同地区的毒株感染番木瓜的能力差异较大。 —— 番木瓜环斑病 在中国的番木瓜主要产地——华南地区，发现了 4 个番木瓜环斑病毒毒株，其中“黄点花叶”株是优势毒株。科学家将这个毒株的复制酶基因转入番木瓜细胞内，培育出具有很强抗病性能的转基因品系——“华农 1 号”。 转基因抗病毒木瓜与对照 基因工程在农牧业中的应用价值 近年来，科学家利用基因工程技术，将一些特定的基因，如病毒的复制酶基因和衣壳蛋白基因以及几丁质酶基因、植物抗毒素基因导入小麦、甜椒或番茄等作物，获得了抗病的小麦、甜椒或番茄等新品种。 转基因抗病毒甜椒 抗条锈病小麦（右） 基因工程在农牧业中的应用价值 2.转基因抗虫植物 科学家已将从苏云金杆菌中分离出来的编码苏云金杆菌 Bt 毒蛋白的基因导入棉细胞，培育出了转基因抗虫棉。转基因抗虫棉对棉铃虫等具有很强的抗性。 此外，转基因抗虫水稻、玉米、大豆、马铃薯、烟草、番茄、苹果、核桃、杨树和菊花等抗虫品种也相继问世。 —— 转基因抗虫棉 非抗虫棉叶 抗虫棉叶 基因工程在农牧业中的应用价值 3.转基因抗逆植物 （1）转基因抗冻番茄 科学家已经成功地将抗冻基因转入番茄细胞，培育出转基因抗冻番茄。这类番茄由于具有抗冻性状，保鲜期和贮藏期都大为延长。 （2）抗盐碱、抗干旱 盐碱和干旱因影响细胞的渗透压和水分供应而危害作物，科学家已成功地向某些作物（如烟草）转入一些可以调节细胞渗透压的基因来提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力。 基因工程在农牧业中的应用价值 4.动物基因工程 （1）改善畜牧产品的品质 ω－3脂肪酸去饱和酶基因 成果：培育成可产生较多ω－3脂肪酸的转基因猪 （2）提高动物的生长速度 外源生长激素基因 成果：转基因绵羊和转基因三文鱼 基因工程改良动植物品种的优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限 基因工程在食品业中的应用价值 1.植物品质改良 主要包括植物蛋白质、糖类、脂肪品质的改良以及维生素种类和含量的改良等方面 【例】 将与淀粉合成有关的基因转入水稻，以改善其蒸煮品质和食味品质 将与脂质合成有关的基因转入大豆、油菜，以改善油脂品质 通过改变植物代谢过程，培育出富含 β-胡萝卜素的水稻、高赖氨酸含量的玉米等作物 基因工程在食品业中的应用价值 2.基因工程在氨基酸、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产，以及广泛应用于食品制造业的淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶的大规模生产方面也大显身手 【例】阿斯巴甜 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 基因工程在食品业中的应用价值 【例】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 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 基因工程技术：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 基因工程在食品业中的应用价值 【例】淀粉酶、脂肪酶 加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。 【优点】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 基因工程在医药业中的应用价值 1.基因工程药物 （1）利用转基因工程菌生产药物 【例】重组人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等 【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 基因工程在医药业中的应用价值 （2）利用生物反应器生产药物 【类型】乳腺生物反应器、膀胱生物反应器、输卵管生物反应器等 【例】乳腺生物反应器的构建 优点：产量高、质量好、成本低、易提取 药用蛋白基因 转基因动物 乳腺中特异表达的基因的启动子 代孕母体 重组载体 哺乳动物受精卵 早期胚胎 乳汁中含有药物蛋白 培养 显微注射 分娩 胚胎移植 基因工程在医药业中的应用价值 2.基因治疗 （1）概念 指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，包括基因诊断、基因分离、载体构建、目的基因导入等多项技术 广义的基因治疗包括所有从 DNA 水平采取的治疗某些疾病的措施和技术 与动物转基因技术不同的是，人体基因治疗因受伦理和法律的约束，目前主要限于体细胞功能缺陷的矫正 基因诊断是采用多种方法确定和定位病变基因的过程 基因工程在医药业中的应用价值 基因治疗 种类 概念 体内基因治疗 将分离出来的带有治疗作用的基因通过载体转入患者体内的某些细胞，直接纠正或弥补缺陷基因的功能 体外基因治疗 采用转基因技术将带有治疗作用的基因导入病毒基因组，再用病毒感染受体细胞，治疗基因整合到受体基因组后，受体细胞经体外培养、增殖后导入患者体内 基因工程在医药业中的应用价值 比较乳腺生物反应器和工程菌 乳腺生物反应器 工程菌 含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中 特异性表达，利用动物的乳腺组织生产药用蛋白 用基因工程的方法，是外源基因得到 高效表达的微生物 基因表达 合成的药用蛋白与天然蛋白相同 合成的药用蛋白可能没有活性 受体细胞 哺乳动物受精卵 微生物细胞 目的基因 导入方式 显微注射法 Ca2+处理法 生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取 积极思维：如何治愈腺苷脱氨酶基因缺陷症患者？ 事实1 腺苷脱氨酶基因缺陷症是一种罕见的遗传性免疫缺陷疾病，是由于缺少腺苷脱氨酶而引起的。腺苷脱氨酶缺乏者有反复受感染的危险，其中许多人在出生后几个月内就会死亡。如果一名儿童从双亲的一方遗传了有缺陷的基因，从另一方遗传了正常的基因，则这名儿童不会患这种疾病 事实2 1990年9月，美国医生对一名患有该基因缺陷症的 4 岁女孩，进行了人类历史上的首次基因治疗。这次基因治疗的成功标志着基因治疗临床应用阶段的开始。一年之后，科学家们在另一名 9 岁儿童身上又进行了同样的临床实验，也取得了较好的治疗效果 基因工程在医药业中的应用价值 目前，基因治疗在利用造血干细胞以及在靶向肝脏、心脏和视网膜等方面都取得了一定成效。 课堂小结 基因工程的应用 农牧业方面 医药卫生领域 基因治疗 转基因抗虫植物 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素 基因工程药物 改善畜产品的品质 提高动物生长速率 改善植物的品质 转基因抗逆植物 转基因抗病植物 食品工业方面 体内基因治疗 体外基因治疗 随堂小测 1.基因工程技术在农业改良、医疗创新及食品加工等领域展现了巨大的应用潜力。下列相关技术成果及应用中，错误的是( ) A.通过DNA重组技术，可将基因在不同物种间转移，突破生殖隔离的限制 B.利用基因编辑技术敲除供体动物的抗原合成相关基因，可降低器官移植的免疫排斥风险 C.农业领域的核心应用是改良作物抗逆性、提升产量及优化营养组成 D.基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因表达发挥功能，以达到治疗的目的 解析：基因治疗是指用正常基因取代或修补患者细胞中有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的，D错误。 D 随堂小测 2.基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是( ) A.喷施除草剂后，杂草被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤 B.将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可增加乳汁中乳糖含量 C.作为乳腺生物反应器的动物体内只有乳腺细胞含目的基因 D.将牛凝乳酶导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶 解析：A、抗除草剂玉米含有抗性基因，则喷施除草剂后，杂草被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤，A正确；B、将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，乳糖酶可降解乳糖，可降低乳汁中乳糖含量，B错误；C、作为乳腺生物反应器的动物体内所有细胞都含有目的基因，但是只有乳腺细胞才能表达目的基因，C错误；D、将牛凝乳酶基因导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶，D错误。 A 随堂小测 3.生物反应器是模拟生物体的功能，在体外或体内通过生化反应或生物自身的代谢获得目标产物的装置系统、细胞、组织、器官等。由此发展了动物乳腺生物反应器、动物膀胱生物反应器等。下列说法错误的是( ) A.膀胱生物反应器优于乳腺生物反应器的方面包括不受性别、发育时期等的限制 B.制备动物乳腺生物反应器时，需将目标产物的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起 C.为使目的基因能够在膀胱上皮细胞中特异性表达，在构建基因表达载体时需选择膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子 D.将目的基因导入动物细胞常用体细胞作受体细胞，采用显微注射技术进行操作 D 随堂小测 解析：A、雌性动物发育到一定阶段才能产生乳汁，乳腺生物反应器往往受动物生长发育的阶段和性别的限制，而膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制，A正确；B、构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起，以保证药用蛋白基因能在乳腺中正常表达，B正确；C、启动子是RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，它含有RNA聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列，重组表达载体中含有膀胱中特异表达基因的启动子，以便于特异性表达基因的转录与翻译，C正确；D、动物受精卵全能性最高，应用显微注射技术将表达载体导入受精卵来获得转基因动物，D错误。 THANKS 谢谢观看 $