【生物】基因工程的应用课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

新课标核心素养1.举例说出基因工程在农牧业医药卫生和食品工业等方面的应用。2.认同基因工程的应用价值。3.关注基因工程的进展。1.生命观念——举例说出植物基因工程、动物基因工程的成果及其给人类带来的影响。2.社会责任——用基因工程培育优良品种或细胞产品，造福人类。第3节基因工程的应用第3章基因工程从社会中来

胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。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。我国拥有自主知识产权的基因工程物---重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。

除了生产胰岛素，基因工程还有那些应用呢？重组人胰岛素注射液

抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素、促红细胞生成素等。医药卫生领域食品工业方面农牧业方面基因工程的应用基因工程在以上三方面有哪些具体应用呢？1.应用概况一、基因工程在农牧业方面的应用全世界转基因作物种植面积呈增加趋势。2017年，我国商业化种植的转基因作物有棉花、番木瓜。①转基因农作物改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量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（相关基因），导入作物，使其具有抗虫性，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。已问世的的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（被害虫侵害的黄色植株）一、基因工程在农牧业方面的应用优点：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。2.应用实例2.转基因抗病植物

科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。一、基因工程在农牧业方面的应用3.转基因抗除草剂植物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。将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田一、基因工程在农牧业方面的应用种植转基因抗除草剂大豆的农田4．改良植物的品质(1)培育方法：(2)实例：利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。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，大大提高观赏价值。高赖氨酸玉米出现原本没有的花色变异，提升观赏价值转基因大豆，改善粮食作物的营养成分（必需氨基酸）含量高抗癌抗衰老的紫色西红柿黄金大米1.下列关于转基因大豆的叙述,错误的是(

)A.培育过程中可能用到抗病、抗虫等抗性基因B.目的基因的受体细胞可以是大豆受精卵,也可以是体细胞C.转基因大豆的种植过程中减少了农药等的使用量,生产成本更低D.固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一D解析:豆科植物可与含固氮基因的根瘤菌共生,故固氮基因并非必需的目的基因。2.下列关于抗病毒的转基因植物成功表达后的说法,正确的是(

)A.抗病毒的转基因植物可以抵抗所有病毒B.抗病毒的转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C.抗病毒的转基因植物可以抗害虫D.抗病毒的转基因植物可以稳定遗传,不会变异B解析:抗病毒的转基因植物只能抵抗某种或某类病毒,不可能抵抗所有病毒,更不能抗害虫,A、C两项错误。目的基因导入受体细胞后,可以随受体细胞内的遗传物质稳定遗传,也会发生变异,D项错误。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）②转基因动物1、用于提高动物生长速率原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快转入外源生长激素基因的“超级小鼠”

2.应用实例思考：

我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）2、用于改善畜产品的品质低乳糖奶牛（1）导入肠乳糖酶基因的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低。（2）优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。二、基因工程在医药卫生领域的应用

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。

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；1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物（1）药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。（2）用途：（3）成果：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？4.传统生产干扰素的方法是什么？5.目前大量生产干扰素的方法是什么？6.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、慢性丙型肝炎等思考讨论：抗生素≠干扰素抗生素：抗细菌药物干扰素：抗病毒药物阅读P90资料卡片

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2.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培育过程：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泌乳期分泌乳汁转基因动物药物③应用：注意：启动子具有物种和组织的特异性胚胎移植早期胚胎培养早期胚胎1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？2.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？3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达几乎所有细胞不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物思考比较项目乳腺（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。乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较典例剖析动物基因工程前景广阔,可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,如利用转基因动物生产人的生长激素。科学家培育转基因动物使其成为乳腺生物反应器时(

)A.仅利用了基因工程技术B.不需要乳腺蛋白基因的启动子C.利用农杆菌转化法将人的生长激素基因导入受精卵中D.转基因动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”D学以致用下列有关利用乳腺生物反应器与大肠杆菌生产药物的叙述,错误的是(

)A.前者在乳汁中提取药物,后者可在细胞中提取药物B.前者生产药物的过程不需要严格灭菌,后者需要严格灭菌C.前者合成的蛋白质可加工成熟,后者合成的蛋白质一般不能加工成熟D.两者的基因结构与人类的基因结构均相同D思考讨论：乳腺生物反应器的优缺点受性别和年龄的限制,只有雌性动物哺乳期才能获得相应产物

优点

缺点A.产量高,易获得目标产品B.目标产品质量好C.产品成本低D.乳汁中重组蛋白的提取和纯化相对容易补充：膀胱生物反应器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。7.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,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题。(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用的方法是

。

(2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入动物的

中,原因是

。

(3)通常采用

技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。

(4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的

细胞中特异性表达。

显微注射法受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中表达PCR膀胱上皮a.在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；

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。3.用转基因动物作为器官移植的供体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：a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似b.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猪的优点：最大难题：免疫排斥③改造方法：b.设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。3.下列有关动物基因工程的说法,错误的是(

)A.将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物的生长速率B.将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中,使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低C.利用基因工程技术得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要药物的生产问题D.用转基因动物作为器官移植的供体时,导入的是调节因子,而不是目的基因,因此无法抑制抗原的合成D（一）基因工程菌

概念:用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。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。（二）实例1.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。三、基因工程在食品工业方面的应用2.凝乳酶（二）实例

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。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。②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。三、基因工程在食品工业方面的应用

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。（3）淀粉酶、脂酶：①应用：②制备方法：加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶。构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。③优点：（4）其他：①培育可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染；②利用经过基因改造的微生物来生产能源。3种淀粉酶基因组成的复合基因海底热泉古生菌玉米乙醇单位产量的利润提高了8%~15%到社会中去

目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？

截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。练习与应用（书本P92）一、概念检测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嘌呤和尿嘧啶的含量相等√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√二、拓展应用

1.除草剂的有效成分草甘麟能够专一地抑制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