2027届高三生物一轮复习课件 基因工程的应用

该高中生物学高考复习课件聚焦基因工程应用专题，依据高考评价体系覆盖农牧业、医药卫生、食品工业及环保领域核心考点，梳理转基因动植物技术流程、乳腺生物反应器构建等高频考点，归纳实验设计、图表分析等常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于真题训练与素养融合，以抗草甘膦作物实验为案例，指导对照组设计、变量控制，培养科学思维与探究实践能力，解析基因工程菌与乳腺生物反应器比较题型，提供答题模板与易错点警示，助力学生掌握得分技巧，教师可据此精准教学，提升高考冲刺效率。

第3章 基因工程 第3节 基因工程的应用 转基因抗虫棉 转基因鲤鱼 重组人干扰素 第四届花生 从社会中来 思考1：传统生产胰岛素的缺陷？ 思考2：重组胰岛素的生产思路？ 生产成本高 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。 思考3：概括基因工程的应用呢？ 医药卫生领域 食品工业方面 农牧业方面 基因工程的 应用 第四届花生 这些性状获得的思路？优势？ 一、基因工程在农牧业方面的运用：（P87—89） 1.现状： 2.优点： 3.实例： 转基因鲑鱼、正常鲑鱼 （1）1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍。 （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。 （1）减少化学杀虫剂使用量、减少污染； （2）增加作物产量、增加经济效益； （3）改良动植物品种。 第四届花生 转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少8.2% 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。 3.基因工程在农牧业方面的运用实例： 任务：阅读教材P88-89内容，填写表格；总结转基因思路。 主要应用 目的基因 优点 转基因植物 抗虫植物 抗病植物 抗除草剂植物 改良植物品质 转基因动物 提高动物生长速率 改善畜产品品质 ①减少化学农药用量； ②降低生产成本、减少污染； ④改良动植物品种、提高价值。 ③提高作物与畜产品产量； 抗虫基因 抗病基因 降解或抵抗某除草剂的基因 提高必需氨基酸基因 花青素代谢相关 外源生长激素基因 肠乳糖酶基因 第四届花生 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改良植物品质——提高营养价值、观赏价值 提高生长速率 改善品质 转基因抗虫植物 第四届花生 重点——转基因动、植物比较： 基因工程、植物组织培养技术 基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。 第四届花生 1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： 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方面的运用：（P90—91） 第四届花生 1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： （1）常见药物类型： （2）应用： （3）实例： （4）干扰素： （我国）重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素、粒细胞集落刺激因子等基因药物均已投放市场。 细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 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。 通常是蛋白质 第四届花生 促红细胞生成素又称红细胞刺激因子、促红素，是一种人体内源性糖蛋白激素，可刺激红细胞生成。缺氧可刺激促红细胞生成素产生，早已有重组人促红细胞生成素用于临床，用于治疗肾功能不全合并的贫血、获得性免疫缺陷综合征或治疗恶性肿瘤伴发贫血及风湿病贫血等多种贫血。 重组人血小板生成素是高特异性的血小板刺激因子，直接作用于骨髓造血干细胞，调控血小板生成的各个阶段，特异性升高血小板。 拓展了解： 促红细胞生成素又称红细胞刺激因子、促红素，是一种人体内源性糖蛋白激素，可刺激红细胞生成。缺氧可刺激促红细胞生成素产生，早已有重组人促红细胞生成素用于临床，用于治疗肾功能不全合并的贫血、获得性免疫缺陷综合征或治疗恶性肿瘤伴发贫血及风湿病贫血等多种贫血。 重组人血小板生成素是高特异性的血小板刺激因子，直接作用于骨髓造血干细胞，调控血小板生成的各个阶段，特异性升高血小板。 第四届花生 1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物： （4）干扰素： ①化学本质： ②作用机理： ③治疗哪些疾病： ④传统生产方法： ⑤目前大量生产的方法： ⑥我国批准生产的第一个基因工程药物的名称、用于治疗哪些疾病？ 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。 从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。 用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得。 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 【抗病毒药物 ≠抗生素（抗细菌药物】 第四届花生 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、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。 思考1：如何利用基因工程生产干扰素（用流程图表示）？ （4）干扰素： 干扰素基因 质　　粒 重组质粒（基因表达载体） 构建 大肠杆菌或酵母菌 导入 可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌 培养 思考2：酵母菌相对大肠杆菌生产人的基因药物有什么优势？ 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生长激素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。 第四届花生 原核生物不能正常表达出人的蛋白质原因： 1.真、原核细胞的基因结构不同。 ②把真核基因的cDNA导入到原核细胞中表达； 解决：①人工合成内含子缺失的基因。 2.原核细胞没有真核细胞的蛋白质加工系统。 第四届花生 2.让转基因哺乳动物批量生产药物： （1）实例： （2）乳腺生物反应器的培育过程： （3）应用： 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 泌乳期 分泌乳汁 转基因动物 药物蛋白 显微注射法 发育 目前已经在牛、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-抗胰蛋白酶等重要医药产品。 第四届花生 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 泌乳期 分泌乳汁 转基因动物 药物蛋白 显微注射法 发育 关于乳腺生物反应器的几点思考： 思考1：为什么用受精卵作为受体细胞而不是乳腺细胞？ 受精卵分化程度低更易体现全能性→ 药用蛋白基因几乎存在所有细胞 →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（启动子具有物种和组织的特异性）。 第四届花生 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 泌乳期 分泌乳汁 转基因动物 药物蛋白 显微注射法 发育 关于乳腺生物反应器的几点思考： 思考2：受精卵→转基因动物，中间还需经过哪些步骤？ 早期胚胎培养、胚胎移植 →胚胎移植前取滋养层细胞DNA分析，鉴定性别→保留雌性。 第四届花生 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 泌乳期 分泌乳汁 转基因动物 药物蛋白 显微注射法 发育 关于乳腺生物反应器的几点思考： 思考3：乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？ 思考4：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。 第四届花生 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。 思考1.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？写出培育过程。 思考2：膀胱生物反应器相比乳腺生物反应器的优点是什么？ 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 尿液 ①从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。 ②不受性别、年龄的限制。 第四届花生 产品名称 受体细胞 临床应用 重组人胰岛素 大肠杆菌 治疗糖尿病 重组人红细胞生成素 哺乳动物细胞 治疗贫血 重组人生长激素 大肠杆菌 治疗生长缺陷 重组人表皮生长因子 大肠杆菌 治疗烫伤、溃疡等 重组人肿瘤坏死因子 大肠杆菌 治疗肿瘤 重组人干扰素（多种） 酵母菌等 治疗病毒感染、肿瘤等 重组人白细胞介素 大肠杆菌 治疗肿瘤 重组尿激酶原 大肠杆菌 治疗心脏病等 重组人集落刺激因子 哺乳动物细胞 辅助治疗血友病、艾滋病等 重组人抗血友病因子 哺乳动物细胞 治疗血友病 重组人组织型纤溶酶原激活物 哺乳动物细胞 溶解血栓 部分利用基因工程技术生产的医用多肽和蛋白质类产品 第四届花生 3.用转基因动物作为器官移植的供体： （1）问题： （2）解决措施： （3）猪的优点： （4）对猪器官改造的方法： 人体移植器官短缺是世界性难题。 寻找可代替的移植器官。 ①内脏构造、大小、血管分布与人相似； ②体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物。 （存在免疫排斥反应） 第四届花生 3.用转基因动物作为器官移植的供体： （4）对猪器官改造的方法——避免免疫排斥反应： ①在器官供体的基因组中导入 ，以抑制 的表达； ②设法除去 ，再结合 ，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 某种调节因子 抗原决定基因 抗原决定基因 克隆技术 目的基因 基因敲除 第四届花生 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。 如反义基因表达载体：抑制基因表达（具有调控作用的目的基因) 1.基因工程菌： （1）概念： （2）应用： （3）步骤： 2.基因工程菌的应用实例： 三、基因工程在食品工业方面方面的运用：（P91） 生产药物、食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 用________的方法，使________得到________的菌类。 基因工程 外源基因 高效表达 基因工程构建基因工程菌 工业发酵批量生产 第四届花生 2.基因工程菌的应用实例——生产凝乳酶： 凝乳酶 奶中的蛋白质 （凝聚固化） ②基因工程制备方法： ①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。 牛凝乳酶的基因 载体 基因表达载体 大肠杆菌 黑曲霉 酵母菌 凝乳酶 发酵技术 转化 第四届花生 2.基因工程菌的应用实例——生产淀粉酶、脂肪酶： 加工转化糖浆 加工烘烤食物 优势：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。 第四届花生 1.治理环境污染： 四、基因工程在环保领域方面的运用：（P91） “超级细菌”降解泄漏的原油、有的还能吞食转化汞、镉等重金属、分解DDT等毒害物质。 资料：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”。 第四届花生 1.治理环境污染： 2.生产清洁能源： 四、基因工程在环保领域方面的运用：（P91） 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 第四届花生 1.治理环境污染： 2.生产清洁能源： 3.环境监测： 四、基因工程在环保领域方面的运用：（P91） 探针 目的基因 碱基互补配对原则 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 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。 第四届花生 比较项目 乳腺（房）生物反应器 基因工程菌生产药物 基因结构 基因产物 受体细胞 导入方式 生产条件 产物提取 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 第四届花生 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 练习与应用 p92 C p41 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。 RNA聚合酶 次生 A=T 2. 基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是 ( ) A. 培育青霉菌并从中提取青霉素 B. 利用乳腺生物反应器生产药物 C. 制造一种能降解石油的“超级细菌” D. 制造一种能产生干扰素的基因工程菌 A 第四届花生 1. 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 用草甘麟同时除去转基因植株和普通植株。 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 矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。 练习与应用 p92 第四届花生 (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1为导入空载体的矮牵牛。 对照组2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 ，它对草甘膦的抗性会 。 思路：将 分别转入矮牵牛细胞中， 培育转基因植株，比较 。 升高 增强 不同拷贝数的EPSP合酶基因 它们对草甘膦抗性的差异 练习与应用 p92 第四届花生 应用 基因来源或处理 成果 转基因微生物或动植物细胞生产药物 对微生物或动植物的细胞进行________改造 生产包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等的药物 乳腺（或乳房）生物反应器生产药物 _________基因+乳腺中特异表达的基因的________ 生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和 <m>α−</m> 抗胰蛋白酶等 转基因动物作器官 移植的供体 抑制__________基因的表达或除去_________基因 结合克隆技术培育出不会引起__________反应的转基因克隆猪器官 基因 药用蛋白 启动子 抗原决定 抗原决定 免疫排斥 第四届花生 基因工程的应用小结： 基因工程在农牧业方面的应用 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 第四届花生 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.51.100 $