3.3 基因工程的应用 课件 高中生物新人教版选择性必修3（2022-2023学年）

第三章——基因工程新人教版高中生物选择性必修3第3节基因工程的应用【情景】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了8.2%作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元【情景】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主要的抗虫基因：Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因等1转基因抗虫植物转基因抗病毒甜椒常用的抗病基因：病毒外壳蛋白(coatprotein，CP)基因病毒的复制酶基因几丁质酶基因抗毒素合成基因喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物。转基因抗除草剂玉米2转基因抗病植物3转基因抗除草剂植物优良基因成果

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____________必需氨基酸含量多转基因矮牵牛转基因矮牵牛转基因玉米转入维生素A合成酶基因的大米4改良植物的品质拓展：病毒外壳蛋白基因的抗病毒机理一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。1）哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等2）盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节3）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？思考·讨论:可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）培育方法：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。实例：转基因鲤鱼、转基因小鼠。解决问题：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，称之为乳糖不耐受。实例：转基因牛(乳汁中乳糖的含量大大降低)。目的基因：外源生长激素基因。目的基因：肠乳糖酶基因。5提高动物的生长速率6改善畜产品的品质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有哪些？减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低生产成本。2.种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。3.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。思考·讨论:1.(2022·天津一中高二期末)转基因抗虫植物含有Bt毒蛋白，对人体无毒，但是鳞翅目昆虫幼虫的肠道细胞含有Bt蛋白的受体，Bt蛋白与受体结合导致肠道壁穿孔，使幼虫死亡。下列叙述错误的是A.促进Bt蛋白的合成有助于提高植物的抗虫效果B.通过DNA分子杂交技术可以检测Bt蛋白基因是否表达C.将Bt蛋白基因导入植物细胞的方法可以使用花粉管通道法或农杆菌转

化法D.将植物材料和农杆菌共同培养之前，需要对植物材料进行消毒处理√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√基因工程艾滋病疫苗基因工程干扰素重组人胰岛素1基因改造微生物或动植物的细胞生产药物干扰素动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，广泛用于治疗病毒感染性疾病，对某些癌症也有一定疗效。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。1993年，我国批准生产重组人干扰素ɑ-1b，是我国批准生产的第一个基因工程药物。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.目前大量生产干扰素的方法是什么？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思考·讨论:用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得2让转基因哺乳动物批量生产药物概念科学家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，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器关键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。小组活动：阅读P90第二段，结合基因工程和胚胎工程的过程，

构建乳腺生物反应器动物的过程示意图？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早期胚胎培养胚胎移植早期胚胎优点产量高、质量好、成本低、易提取缺点容易受时间和性别的限制过程示意图比较项目乳腺（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，相对复杂构建膀胱生物反应器是将目的基因插入含将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。膀胱生物反应器具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯更高。优点：3转基因动物作为器官供体（1）选用猪作为器官供体的原因①猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似。②与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。（2）最大难题是免疫排斥。（3）器官改造方法：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，或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。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（DavidBennett）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.(2022·吉林长春高二期中)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√4.动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已在牛和羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品，其大致过程如图所示。下列有关说法不正确的是A.通过③形成的重组质粒具有

人的药用蛋白基因、启动子、

终止子和标记基因即可B.④通常采用显微注射技术C.在转基因母牛的乳腺细胞中

人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物D.该技术生产药物的特点是产量高、质量好、易提取√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概念：步骤：应用：用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌利用基因工程菌，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1基因工程菌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编码牛凝乳酶的基因实例——凝乳酶应用：相关基因：具体操作：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质纯度更高、生产成本显著降低、生产效率较高实例——淀粉酶、脂酶具体操作：基因工程获得的工业用酶的优点：构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产

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2环境监测

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”。3净化污染的环境1.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.培育乳腺生物反应器时为什么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。3.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？(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·讨论:3.(2022·北京西城区高二期末)1998年，我国科研人员用两个机理不同的抗虫基因(CryIA和Cpti)构建融合基因表达载体，导入棉花细胞培育出双价转基因抗虫棉。自主知识产权抗虫棉的推广在提高经济和环境效益的同时，也保护了中国棉花产业的安全。下列叙述错误的是A.基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间B.该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中C.可用DNA探针检测融合基因是否转录出mRNAD.双价抗虫棉比单价抗虫棉选择抗性棉铃虫的速率更快√转基因抗虫植物基因工程的应用农牧业方面医药卫生方面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让哺乳动物批量生产药物建立移植器官工厂食品工业方面生产食品工业用酶构建基因工程菌一、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C2.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二、拓展应用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。草甘膦没有选择性，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膦的作物。（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