基因工程应用2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

开学第一课本学期教学计划新课部分：选必3蛋白质工程、细胞工程、生物技术安全；

一轮复习：必修一、必修二；考试范围：期中——选必3；期末——选必3+必修一+必修二（部分）。一、基因工程在农牧业方面的应用从某些生物中分离出具有抗虫功能基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性①实例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻②优点：减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量例：Bt抗虫蛋白基因转基因抗虫植物思考：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？转基因番木瓜番木瓜环斑病毒感染的番木瓜将某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物①实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草抗病基因：病毒复制酶基因抗毒素合成基因②优点：减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量。转基因抗病植物一、基因工程在农牧业方面的应用①实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜、甜菜施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田种植转基因抗除草剂大豆的农田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。转基因抗除草剂植物②优点：减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量。一、基因工程在农牧业方面的应用实例2：转基因矮牵牛

将与植物花青素代谢有关的基因导入植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色，大大提高了它的观赏价值。实例1：我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米改良植物的品质一、基因工程在农牧业方面的应用（1）提高动物的生长速率科学家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，如朱作言等育成了转基因鲤鱼（冠鲤）。但冠鲤至今并未获得审批。非转基因鲤鱼（上）与转生长激素基因鲤鱼（下）改良动物的品质一、基因工程在农牧业方面的应用（2）改善畜产品的品质改良动物的品质将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组，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。方法：实例：1.该转基因动物，肠乳糖酶基因在什么细胞中表达？乳腺细胞乳糖酶分泌少乳糖不耐受牛奶富含蛋白质、乳糖2.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。优点：避免食物过敏、腹泻等不适。一、基因工程在农牧业方面的应用1）对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物二、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；药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。应用：实例：2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。传统生产方法：从人血液中的白细胞提取。现代生产方法：干扰素基因质粒重组质粒大肠杆菌或酵母菌大量可以生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌构建导入培养二、基因工程在医药卫生领域的应用化学本质作用机理目前已经在牛、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。实例：乳腺生物反应器培育过程：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哺乳期分泌乳汁转基因动物药物应用：2）让转基因哺乳动物批量生产药物二、基因工程在医药卫生领域的应用发育1.乳腺生物反应器指的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生物2.乳腺生物反应器中的目的基因是什么？药用蛋白基因4.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？让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？体细胞均有5.乳腺生物反应器的优点和缺点分别是什么？优点：缺点：产量高、成本低；产品质量好，易提取受性别和是否处于哺乳期限制乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别乳腺生物反应器:基因工程菌生产药物：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2由于人体移植器官短缺是世界性难题，人们不得不寻找可替代的移植器官。猪的优点：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。最大的难题：

能否用猪的器官来解决人类器官移植短缺的问题呢？存在免疫排斥反应。利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等产物应用阿斯巴甜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凝乳酶科学家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淀粉酶、酯酶通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产阿斯巴甜苯丙氨酸残基天冬氨酸残基三、基因工程在食品工业方面的应用小结定位分布基因互作提高产量提高品质基因工程制药异种器官移植疾病动物模型基因治疗生产添加剂制造食物生产清洁能源治理环境污染医药食品农牧业环保科研科学、客观、理性看待转基因技术，面对转基因技术的利弊，应该趋利避害，而不能因噎废食。海南番木瓜种植受番木瓜环斑花叶病毒病(PRSV)侵害，严重地影响了番木瓜的生产。番木瓜与PRSV转基因番木瓜“Rainbow”1998年，美国转基因番木瓜“Rainbow”通过安全性评价被批准商业化，具体来说是利用转基因技术在番木瓜中转入病毒的外壳蛋白（CP）基因请用“图形+文字”表示转基因番木瓜的制备过程。要求：写出工具酶种类和相应的方法。实例一：我国转基因抗病毒番木瓜的制备和改良RNAcDNACP木瓜检测与鉴定逆转录酶PCR限制酶DNA连接酶Ca2+处理法大肠杆菌农杆菌农杆菌转化法分子/个体1.结合图1解释转基因番木瓜能够抵抗病毒侵害的原因图1“Rainbow”夏威夷的PRSV（HA株系）√

我国的PRSV（YS株系）×PRSV的RNA复制酶基因（RP）

2.请中国科学家以PRSV的RNA复制酶基因RP作为目的基因，成功培育出具有广谱抗性的华农1号抗病毒番木瓜新品种。请推测测“Rainbow”对我国PRSV抗性不强，而“华农1号”具有广谱抗性的原因。不同株系的CP基因差异较大，但是复制酶基因RP在不同株系间差异不大。“华农1号”广谱抗性①BgII、②SalI、③BamHI图24.转基因番木瓜对PRSV的抗性仅有20%。为使番木瓜具有更高效的抗PRSV能力，我国科研人员设计引物向RP基因两端引入两个酶切位点，并和中间载体1连接构建中间载体2，利用同样的方法构建出中间载体3（图2）。最后用限制酶将融合基因从中间载体3上切下，构建表达载体，导入番木瓜中。请在图2的①、②、③处写出恰当的限制酶。5.结合图1、图2阐述利用该过程构建的转基因番木瓜比直接导入RP基因的转基因番木瓜抗病毒效果更好的机理。融合基因中两段RP基因转录的mRNA可以互补配对形成双链RNA，启动RNA沉默机制。图2图1

实例二：设计基因工程生产人干扰素方案问题1：阅读干扰素资料，思考生产人干扰素的方法干扰素：是人和动物细胞（如白细胞、成纤维细胞、病毒感染的组织细胞、活化的T细胞）分泌的一种微量的、具有高度生物活性的糖蛋白。干扰素可增强机体的免疫能力，不仅能治疗肝炎、流行性感冒等常见病毒性疾病，又能通过多种机制抗癌细胞增殖，其中IFN-α是用于肿瘤治疗时间最长的纪录保持者，已在40多个国家得到广泛使用，用于治疗14种以上类型的癌症。干扰素生产方案产量低：1gIFN-α，需要3亿ml人血白细胞来源困难，工艺复杂，收率低，价格昂贵潜在的血源性病毒污染的可能性体外诱导生产干扰素制备工艺：基因工程方案1.目的基因

的筛选与获取4.目的基因的检测与鉴定3.将目的基因导入受体细胞2.基因表达载体的构建问题2：体外诱导产生干扰素方案的缺点有什么？活动1：请设计基因工程生产人干扰素的方案第一步：目的基因（人干扰素基因）的筛选与获取IFNα-2b基因序列,501bp，166个氨基酸被病毒刺激的白细胞提取总RNA逆转录cDNA根据核苷酸序列设计引物PCR逆转录酶ATGTGATCTGCCT………….AGTTTAAGTAAGGAATGATACACTAGACGGA………….TCAAATTCATTCCTTACT5’--5’3’--3’Taq酶第一步：目的基因（人干扰素基因）的筛选与获取P1P3P2P4根据DNA片段的碱基序列，请写出对应的引物序列P1（F）:5’-ATGTGATCTG-3’P4（R）:5’-TCATTCCTTA-3’5’--5’3’--3’ATGTGATCTGCCT………….AGTTTAAGTAAGGAATGATACACTAGACGGA………….TCAAATTCATTCCTTACT被病毒刺激的白细胞提取总RNA逆转录cDNA根据核苷酸序列设计引物PCR第二步：基因表达载体的构建人干扰素序列酶切位点分析表达载体（ampr氨苄青霉素抗性基因）设计引物PCR目的基因限制酶表达载体DNA连接酶ATGTGATCTGCCT………….AGTTTAAGTAAGGAATGA-3’TACACTAGACGGA………….TCAAATTCATTCCTTACT5’--5’3’-依据限制酶种类请修订引物序列引物1：5’-CGAATTCATGTGATCTG-3’引物2：5’-CGGGATCCCGTCATTCCTTA-3’5’-CGAATTCATGTGATCTG-3’3’-ATTCCTTACTGCCCTAGGGC-5’CGAATTCATGTGATCTGCCT………AGTTTAAGTAAGGATGACGGGATCCCG-3’GCTTAAGTACACTAGACGGA………TCAAATTCATTCCTACTGCCCTAGGGC5’--5’3’-目的基因同种限制酶表达载体DNA连接酶第三步：将目的基因导入受体细胞Ca2+处理法大肠杆菌细胞重组大肠杆菌生产人干扰素，干扰素不能在大肠杆菌内准确折叠，工艺相对复杂。如何解决呢？改变受体细胞：真核细胞——酵母菌、动物细胞尝试设计转基因动物来生产人干扰素讨论：1.受体细胞选什么细胞？2.用什么方法将目的基因导入受体细胞？3.转基因细胞通过什么技术可以培育出转基因动物?利用哺乳动物生产干扰素人干扰素基因提供受精卵显微注射代孕转基因羊干扰素乳汁载体含有乳腺细胞中特异性表达基因的启动子什么器官能成为人干扰素理想的表达场所呢？优点：产量高、质量好、成本低、易提取乳腺生物反应器

注意：

雌性个体才能生产药物有没有更理想的表达场所呢？血液、膀胱……第三步：将目的基因导入受体细胞Ca2+处理法微生物细胞（大肠杆菌、酵母菌）显微注射法动物细胞（受精卵）乳腺发生器膀胱发生器转化率低怎么办？第二步：基因表达载体的构建设计引物PCR目的基因限制酶克隆载体DNA连接酶克隆载体同种限制酶DNA连接酶表达载体和克隆载体的区别：克隆载体：通常采用从病毒、质粒或高等生物细胞中获取的DNA作为克隆载体自