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，系统涵盖农牧业（抗虫、抗病等转基因作物与动物）、医药卫生（药物生产、器官移植供体）、食品工业等领域，通过情景导入（如转基因作物种植数据）和学习支架（表格归纳、流程图示），衔接基因工程原理与实际应用。 其亮点在于以大量实例（如抗虫棉花、乳腺生物反应器）和数据驱动科学思维，通过“思考”问题引导探究实践，结合伦理讨论渗透态度责任。采用案例教学与表格小结，助学生构建生命观念，教师可高效开展教学，提升学生综合素养。

人教版 选择性必修3 第3章 第3节 1 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。 一、基因工程在农牧业方面的应用 【情景1】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8.2% 作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元 一、基因工程在农牧业方面的应用 美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。 2017年，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。 ★ 排名前5的转基因作物： 大豆、玉米、棉花、油菜、苜蓿 一、基因工程在农牧业方面的应用 【情景2】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 一、基因工程在农牧业方面的应用 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。 思考：转基因作物有哪些优点？ 减少化学杀虫剂使用量（生物防治） 增加作物产量、增加经济效益 改良动植物品种等 一、基因工程在农牧业方面的应用 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。 转基因抗虫植物 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 改良植物的品质 改良作物的品质： 改良动物的品质： 一、基因工程在农牧业方面的应用 提高作物的抗逆能力： 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。 一、基因工程在农牧业方面的应用 1.转基因抗虫植物 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 一、基因工程在农牧业方面的应用 1.转基因抗虫植物 普通水稻 抗虫水稻 转基因抗虫棉（右） 已问世的转基因抗虫植物有 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 优点： 减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、降低生产成本、提高产量。 一、基因工程在农牧业方面的应用 2.转基因抗病植物 植物病害是多种多样的，从根茎叶到花和果实都有病害发生。 许多栽培作物自身缺少抗病基因。 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。 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 抗病毒基因 抗真菌基因 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 一、基因工程在农牧业方面的应用 3.转基因抗除草剂植物 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。 杂草对除草剂产生抗性，残留除草剂对人体有危害。 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。 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 改良植物的营养价值、观赏价值等 例1：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。 将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。 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 改良植物的营养价值、观赏价值等 例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。 5.利用转基因提高动物的生长速率 一、基因工程在农牧业方面的应用 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。 转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。 一、基因工程在农牧业方面的应用 6.改善畜产品的品质 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。 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，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。 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。 一、基因工程在农牧业方面的应用 6.改善畜产品的品质 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 思考：转基因奶牛的制备用到哪些技术手段？ 基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。 ▲ 2012年4月24日，内蒙古农业大学生命科学院生物制造重点实验室培育的世界首例转乳糖分解酶基因奶牛“拉克斯”诞生。 抗虫基因 抗病毒基因、抗真菌基因 降解或抵抗某种除草剂的基因 优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、与植物花青素代谢相关的基因 生长激素基因 肠乳糖酶基因 抗虫棉花、玉米、大豆、马铃薯、水稻等 抗病毒烟草、番木瓜、甜椒等 抗除草剂的大豆、玉米、油菜和甜菜等 高赖氨酸玉米、新花色矮牵牛 转基因鲤鱼 转肠乳糖酶基因奶牛 一、基因工程在农牧业方面的应用 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.（多选题）基因工程自20世纪70年代以来，在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域得到了广泛的应用。下列关于基因工程应用的叙述错误的是( ) A.我国科学家培育的抗虫棉对棉铃虫具有较强的抗性 B.我国科学家将赖氨酸合成酶基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米 C.我国科学家将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的延熟番茄储存时间大大延长 D.将人的抗凝血酶基因导入大肠杆菌，大肠杆菌可产生有正常生理功能的抗凝血酶 BCD 随堂演练 2.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 随堂演练 【资料1】胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。 【资料2】干扰素是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白。干扰素治疗病毒感染简直是“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提取，300L血才提取1mg！ 【资料3】将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%! 科学家利用基因工程，从1kg细菌培养液中可20-40mg干扰素。 二.基因工程在医药卫生领域的应用 二.基因工程在医药卫生领域的应用 1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： 用_________的方法，使_________得到_________的菌类，一般称为基因工程菌。 基因工程 外源基因 高效表达 二.基因工程在医药卫生领域的应用 1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： 常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 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。 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。 1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： 资料卡 干扰素是人体或动物受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，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，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。 ①干扰素的化学本质是什么？ ②干扰素的作用机理是怎样的？ ③干扰素用于哪些疾病的治疗？ 糖蛋白 干扰病毒复制 病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等 ④传统生产干扰素的方法是什么？ 从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。 1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： ⑤目前大量生产干扰素的方法是什么？ 二.基因工程在医药卫生领域的应用 1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： 与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？ 酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。 2、让转基因哺乳动物批量生产药物 实例1： 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 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 受精卵 转基因动物 乳汁中含有药物蛋白 目的基因 让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达（启动子具有物种和组织的特异性） 乳腺生物反应器 使药用蛋白基因存在于转基因动物的几乎所有细胞中 显微注射法 胚胎培养 胚胎移植 移植前进行性别鉴定，保留雌性胚胎 【思考1】乳腺生物反应器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动物 实例1： 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 【思考2】药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？为什么？ 几乎所有细胞。 【思考3】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？ 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。 缺点： 受性别和时间限制 因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的。 实例1： 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 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！ 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别（在生产人的药物蛋白方面） 哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同。 细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异。 与天然蛋白质完全相同。 细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性。 哺乳动物的受精卵 微生物细胞 显微注射法 Ca2+处理法（感受态细胞法） 不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大。 需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件。 从动物乳汁中提取，相对简单。 （一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂。 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。 小资料 膀胱生物反应器 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特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。 实例2： 膀胱生物反应器 利用转基因动物的尿液生产药用蛋白 ①可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否处于生殖期。 ②从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。 优点：不受动物的性别、生长发育时期的限制，提取简单高效 2、让转基因哺乳动物批量生产药物 3、用转基因动物作为器官移植的供体 二.基因工程在医药卫生领域的应用 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。” 3、用转基因动物作为器官移植的供体 二.基因工程在医药卫生领域的应用 问题 人体移植器官短缺是世界性难题 解决 寻求可替代的移植器官，如利用基因工程对猪的器官进行改造，来解决人类器官移植的来源问题。 猪的优点 ①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似； 3、用转基因动物作为器官移植的供体 二.基因工程在医药卫生领域的应用 ②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。 最大的难题： 存在免疫排斥反应。 3、用转基因动物作为器官移植的供体 二.基因工程在医药卫生领域的应用 在人体所有细胞膜的表面，都有作为身份标签的一组蛋白质(主要组织相容性复合体MHC)，能被自身的免疫细胞识别。其他生物的细胞也带有各自的身份标签(相当于抗原)，当它们入侵人体后，能被免疫细胞识别出来，引起免疫排斥。 最大的难题： 存在免疫排斥反应。 3、用转基因动物作为器官移植的供体 二.基因工程在医药卫生领域的应用 如何解决免疫排斥？ (1)在器官供体基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达； (2)或设法除去抗原决定基因，然后结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 3、用转基因动物作为器官移植的供体 二.基因工程在医药卫生领域的应用 假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，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。 1.生物反应器是利用生物体所具有的生物功能，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 随堂演练 2.利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时，下列说法错误的是（ ） A．利用显微注射法将人的生长激素基因导入受体哺乳动物体内 B．需要将乳腺中特异表达的基因的启动子与目的基因重组在一起 C．动物必须是雌性才能满足要求 D．动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂” A 随堂演练 3.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 随堂演练 三、基因工程在食品工业方面的应用 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。 甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产 转化糖浆（淀粉酶）、烘烤食物（脂酶）。通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产。产物纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。 用于奶酪生产，凝聚固化奶中的蛋白质。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组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。 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。 1.环境监测 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、荧光基团等示踪剂。 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 四.基因工程在其他方面的应用 3.生产清洁能源 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 例：生物乙醇的生产流程 生物乙醇 生物柴油 课堂小结 Lavf58.51.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.15 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.1 Lavf58.51.100 $