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“从社会中来”环节，以传统胰岛素生产高成本问题切入，对比1978年基因工程生产案例，搭建新旧知识联系的学习支架，引导学生系统掌握应用方向。 其亮点在于结合转基因抗虫棉、乳腺生物反应器、基因编辑猪心脏移植等实例，通过问题驱动（如抗虫棉环保优势分析）和流程图示（如乳腺生物反应器步骤），培养科学思维与态度责任。学生能直观理解技术价值，教师可借助结构化内容提升教学效率。

第3章 第3节 基因工程的应用 学习目标 01 举例说出基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业等方面的应用 02 认同基因工程的成果丰硕、应用广泛；理性看待基因工程的应用 03 关注基因工程的进展 01 问题探讨 01 从社会中来 传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中获取。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。 过渡 除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢? 02 基因工程在农牧业方面的应用 1. 发展现状 基因工程在农牧业中的应用发展迅速。 ①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。 ②转基因作物的种植使化学农药的施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t,增加经济效益1.3万亿。 ③美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。棉花、玉米、大豆种植比例都超过90%。 ④2017年，我国转基因作物的种植面积居世界第八位。商业化种植的有棉花、番木瓜。 02 基因工程在农牧业方面的应用 ⑤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。 目前，基因工程技术已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。 ①缩短了生长周期。 ②都是雌性而且不育，避免了野生鲑鱼杂交的风险。 转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排） 转基因大西洋鲑的优点： 1. 发展现状 基因工程在农牧业中的应用发展迅速。 02 基因工程在农牧业方面的应用 转基因抗虫植物 农牧业方面的应用 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改良畜产品的品质 抗逆性 基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。 02 基因工程在农牧业方面的应用 转基因抗虫植物 转基因抗虫棉 转基因抗虫水稻(绿色植株)与对照(被害虫侵害的黄色植株) (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)成果： 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 问题1：从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性。 减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低了生产成本。 02 基因工程在农牧业方面的应用 (1)背景： 许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种 (2)方法： 科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物 (3)成果： 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 转基因抗病植物 转基因抗病毒烟草 转基因抗病毒甜椒 转基因抗病毒番木瓜 02 基因工程在农牧业方面的应用 (1)背景： 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 (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 转基因抗除草剂植物 种植转基因抗除草剂大豆的农田 用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田 02 基因工程在农牧业方面的应用 优良基因 成果 某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因 富含赖氨酸的转基因玉米 与植物花青素代谢相关的基因 转基因矮牵牛 改良植物的品质 转基因矮牵牛 富含赖氨酸的转基因玉米 02 基因工程在农牧业方面的应用 提高动物的生长速率 (1)基因： 外源生长激素基因 (3)成果： 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)培育方法： 转生长激素基因鲤鱼（下） 与非转基因鲤鱼（上） 转入外源生长激素基因的“超级小鼠” 02 基因工程在农牧业方面的应用 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的成年人乳糖不耐受。 科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的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。 （1）基因： 肠乳糖酶基因 （2）成果： 改善畜产品的品质 02 基因工程在农牧业方面的应用 思考：为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？ 肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶，可以分解乳汁中的乳糖。 肠乳糖酶基因 牛受精卵 代孕母体 转基因奶牛 显微注射 胚胎移植 分娩 人 载体 早期胚胎 培养 (3)流程： 03 基因工程在医药卫生领域的应用 改造微生物或动植物细胞生产药物 （1）常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 （2）应用：可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。 （3）实例：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。 03 基因工程在医药卫生领域的应用 【资料2】： 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，是治疗病毒感染的“万能灵药”！对癌症也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血中的白细胞内提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。 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细菌培养液中可20～40mg干扰素。 资料卡——干扰素 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 构建 导入 培养 03 基因工程在医药卫生领域的应用 让转基因哺乳动物批量生产药物 ①实例： 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 ②应用： 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。 03 基因工程在医药卫生领域的应用 ——乳腺生物反应器的生产过程 药用蛋白基因（如血清蛋白基因、人生长激素基因等） （将目的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） （显微注射法） （进入泌乳期后，从分泌的乳汁中获得所需的药物） 获取目的基因 构建基因表达载体 导入哺乳动物受精卵 形成胚胎 将胚胎送入母体动物 发育成转基因动物 让转基因哺乳动物批量生产药物 03 基因工程在医药卫生领域的应用 思考：获得乳腺生物反应器的步骤与培育普通转基因动物的步骤有什么区别？ 培育乳腺生物反应器时要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起，目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。 思考：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；目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。 (1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统,生产的蛋白质活性高,更稳定。 (2)产物直接经乳汁分泌，易提取。 思考：与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？ 03 基因工程在医药卫生领域的应用 用转基因动物作为器官移植的供体 寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题 (1)人体器官移植的难题： 人体移植器官短缺是世界性难题 (2)解决途径： 猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似 猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物 ①猪的优点： ②最大难题： 免疫排斥 03 基因工程在医药卫生领域的应用 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调节因子 (3)改造方法： 用转基因动物作为器官移植的供体 04 基因工程在食品工业方面的应用 04 基因工程在食品工业方面的应用 2022年1月7日，马里兰大学医学院进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（David Bennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。 医生用一只1岁大、240磅重的小猪心脏替换了Dave原本的心脏。而这只小猪，是Revivicor公司专门为异种移植进行基因编辑和培育的。 2022年3月8日，大卫·贝内特因病情恶化而不幸去世，这颗猪心脏让他延长了2个月寿命。他的家人表示：感谢每一个创新时刻，每一个疯狂的梦想，每一个不眠之夜，感谢每一分努力。希望这个故事成为希望的开始，而不是结束。 04 基因工程在食品工业方面的应用 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。 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。 应用：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等 （1）氨基酸： 04 基因工程在食品工业方面的应用 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。 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。 基因工程制作 奶酪的制作 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。 （2）酶： 04 基因工程在食品工业方面的应用 淀粉酶、脂酶 加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。 优点： 相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。 05 基因工程在其他方面的应用 基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源…… 基因工程在环保领域的应用 06 课堂小结 转基因抗虫植物 基因工程的应用 农牧业方面 医药卫生领域 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改善畜产品的品质 提高动物的生长速率 改良植物的品质 利用哺乳动物批量生产药物：乳腺生物反应器 建立移植器官工厂 食品工业方面 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素 利用微生物或动植物细胞生产药物 07 课堂小测 1.下列关于基因工程在食品工业方面的应用的叙述，错误的是( ) A.用于形成阿斯巴甜的主要氨基酸可以通过基因工程大规模生产 B.通过基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌的基因组中 C.相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度较低 D.生产淀粉酶和脂肪酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产 C 解析：阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可以通过基因工程大规模生产，A正确；基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌，如大肠杆菌、黑曲霉等的基因组中，B正确；天然产物中酶的种类多，相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度较高，C错误；生产淀粉酶和脂酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产，D正确。 07 课堂小测 2.下列关于基因工程在食品工业方面的应用的叙述，错误的是( ) A.用于形成阿斯巴甜的主要氨基酸可以通过基因工程大规模生产 B.通过基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌的基因组中 C.相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度较低 D.生产淀粉酶和脂酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产 C 解析：阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可以通过基因工程大规模生产，A正确；基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌，如大肠杆菌、黑曲霉等的基因组中，B正确；天然产物中酶的种类多，相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度较高，C错误；生产淀粉酶和脂酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产，D正确。 07 课堂小测 3.科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊，以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子IX医用蛋白，其技术路线如图所示(成纤维细胞可增殖)。下列叙述错误的是( ) A.过程②常用的方法是显微注射法 B.代孕母羊要注射免疫抑制剂防止发生免疫排斥反应使移植胚胎死亡 C.卵母细胞去核的目的是保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞 D.整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养从而获得大量的细胞群 B 解析：通常采用显微注射法将目的基因导入动物细胞,A正确;受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,B错误;卵母细胞去核的目的是保证遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞,C正确; 整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养,获得大量的细胞群, D正确。 感谢指正 Thanks To Correct Me Lavf58.46.101 Lavf58.51.100 $