3.3基因工程的应用用课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

第3节基因工程的应用任务一：分析资料，概述基因工程在农牧业方面的应用【资料】Bt毒蛋白基因：当Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。

蛋白酶抑制剂基因：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。

淀粉酶抑制剂基因：产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。

植物凝集素基因：可与害虫肠道黏膜上的某些物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。思考1：

（1）如何获得抗虫植物？

从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状（2）有哪些类型的抗虫基因？（3）转基因抗虫植物有何优点？1.方法：2.主要杀虫基因：从某些生物中分离出

导入作物，使之具有抗虫性状。①Bt毒蛋白基因③淀粉酶抑制剂基因②蛋白酶抑制剂基因④植物凝集素基因抗虫基因(一)转基因抗虫植物一、基因工程在农牧业方面的应用3.

成果：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。4.

优点：①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、②降低生产成本、提高产量。【资料】把病毒外壳蛋白基因（CP基因）导入植物体内，植物表达的CP蛋白与入侵病毒的外壳蛋白竞争性结合病毒RNA，形成非感染性病毒颗粒（无功能外壳包裹），可阻断病毒组装和传播。

导入的病毒CP基因转录为mRNA后，被植物RNA沉默系统识别为“外源核酸”，进而诱导产生小干扰RNA（siRNA）。siRNA与植物体内的RNA诱导沉默复合体结合，特异性切割病毒RNA的同源序列（包括入侵病毒的基因组RNA或mRNA），从而抑制病毒复制。思考2：（1）植物抗病的原理？（2）如何获得抗病植物？

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）病毒的复制酶基因抗病毒基因几丁质酶基因抗毒素合成基因抗真菌基因2.方法：3.抗病基因将来源于某些

等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。病毒、真菌1.成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。(二)转基因抗病植物一、基因工程在农牧业方面的应用【资料】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。思考3：(1）

如何解决这一问题？

（2）简述转基因植物操作的具体过程？（3）此过程中应用了哪些技术？

降解或抵抗除草剂的基因Ti质粒重组Ti质粒农杆菌作物细胞抗除草剂作物基因工程、植物组织培养技术。1.方法：2.成果：将

的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。降解或抵抗某种除草剂（三）转基因抗除草剂植物一、基因工程在农牧业方面的应用2.改良植物的

价值【资料】将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸含量比对照提高30%。

我国科学家成功地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，大大提高了它的观赏价值。思考4：

转基因技术在改良植物品质方面有何贡献？

1.改良植物的

价值营养观赏(四)改良植物的品质一、基因工程在农牧业方面的应用超级小鼠普通转基因【资料】在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。思考5：

如何用转基因技术提高动物的生长速率？1.方法：外源生长激素基因2.成果：转基因鲤鱼比正常鲤鱼生长快42%-115%（五）提高动物的生长速率一、基因工程在农牧业方面的应用【资料】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。思考6：

如何让乳糖不耐受患者也能饮用牛奶？1.方法：导入肠乳糖酶基因2.成果：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（六）改善畜产品的品质一、基因工程在农牧业方面的应用思考7：

（1）简述转基因动物培育过程？（2）转基因动物的制备用到的技术主要有？基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植任务二：分析资料，概述基因工程在医药卫生领域方面的应用思考8：（1）干扰素的化学本质？（2）干扰素的作用机理？（3）传统生产干扰素的方法？（4）

如何解决传统生产干扰素产量低这一问题？【资料】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。传统生产方法：从人血液中白细胞提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。干扰素基因质粒重组质粒大肠杆菌或酵母菌可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌构建导入培养糖蛋白干扰病毒复制从人血液中的白细胞内提取【资料】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药物——重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。思考9：

（1）可否用酵母菌生产人的生长激素？（2）与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的生长激素有什么优势？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生长激素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。大肠杆菌酵母菌二、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基因工程药物均已投放市场。细胞因子、抗体、疫苗和激素等1.常见药物类型：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：（一）对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物（3）药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？【资料】利用乳腺生物反应器获得转基因药物（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？（1）乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？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（4）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越之处有哪些?思考10：(5)培育过程中为什么用受精卵？如果用体细胞需要使用哪种技术才能继续发育为转基因动物？优点：产量高；成本低；产品质量好，易提取。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（二）让转基因哺乳动物批量生产药物1.实例：乳腺生物反应器（乳房生物反应器）2.培育过程：3.应用：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发育二、基因工程在医药卫生领域的应用【资料】2022年1月7日，马里兰大学进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术。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。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。思考11：

（1）其它动物器官移植到人体内，面临最大的问题是什么？（2）用猪的器官有何优点？（3）怎么从根本上消除免疫排斥现象？①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似；②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。（三）用转基因动物作为器官移植的供体移植无免疫排斥的转基因猪的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二、基因工程在医药卫生领域的应用在器官供体的基因组中导入

，以抑制

的表达，或设法除去

，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二、基因工程在医药卫生领域的应用任务三：归纳基因工程在食品工业方面和环保领域的应用三、基因工程在食品工业方面的应用（1）概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。基因工程构建基因工程菌工业发酵批量生产1.基因工程菌（2）步骤：（3）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(4)实例1：生产氨基酸

阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。实例2：生产淀粉酶、脂酶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。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：奶酪凝乳酶奶中的蛋白质（凝聚固化）将

导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过

批量生产凝乳酶。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。实例3：生产凝乳酶编码牛凝乳酶的基因工业发酵【资料】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。DNA探针能十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等。

【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”。“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。思考12：(1)DNA探针检测病毒细菌的原理？（2）基因工程在环保领域有何应用？探针目的基因碱基互补配对原则1.经过基因改造的微生物来生产能源2.利用“超级细菌”处理环境污染3.环境监测四、基因工程在环保领域方面的运用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【拓展应用】（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘腾”的流程，请补充完整。①用

等处理含有目的基因的DNA片段和T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用草甘瞬同时喷酒转基因植株和对照组植株。限制酶和DNA连接酶矮牵牛

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：

。转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性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亡。草甘