基因工程的应用-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3节

基因工程的应用第3章

基因工程

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。除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢？从社会中来

基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，在农牧业、医药卫生、和食品工业等方面，展示出广阔的应用前景。医药卫生领域食品工业方面农牧业方面基因工程的应用从社会中来【资料1】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【资料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：基因工程在农牧业方面的应用有哪些优点？减少化学杀虫剂使用量（生物防治）提高作物和畜产品产量、增加经济效益改良动植物品种...转基因鲑鱼（后排）和正常鲑（前排）一、基因工程在农牧业方面的运用任务1：阅读教材P88-89，总结归纳基因工程在每种应用中着眼的关键问题和具体办法。应用关键问题具体办法转基因抗虫植物抗虫导入抗性基因转基因抗病植物抗病导入抗性基因转基因抗除草剂植物抗除草剂导入降解/抗性基因改良植物品质提高品质导入优良性状基因提高动物的生长速率生长导入生长激素基因改良畜产品的品质提高品质导入优良性状基因一、基因工程在农牧业方面的运用例如：二、拓展应用

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_____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

用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。

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

转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性(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。

对照组为非转基因矮牵牛将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。二、基因工程在医药卫生领域的运用任务2

阅读教材P90-91，思考以下问题：1.什么是干扰素？如何生产干扰素？2.如何利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物？3.用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题，实现这一目标最大的难题是什么？如何解决这个难题？

干扰素基因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质粒资料卡：干扰素二、基因工程在医药卫生领域的运用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内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。基因工程方法：与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？原核生物真核生物

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。培育过程: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泌乳期分泌乳汁转基因动物显微注射发育受精卵药物蛋白药用蛋白基因乳腺生物反应器或乳房生物反应器二、基因工程在医药卫生领域的运用②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。①在器官供体的基因组中导入调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达；(2)解决方法：基因敲除目的基因二、基因工程在医药卫生领域的运用(1)最大的难题：存在免疫排斥反应利用基因工程技术改造猪器官三、基因工程在食品工业方面的运用任务3

阅读教材P91，思考以下问题：1.什么是基因工程菌？2.如何利用基因工程菌生产食品工业酶？3.利用基因工程技术获得的工业用酶有什么优点？基因工程外源基因高效表达概念：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.基因工程菌三、基因工程在食品工业方面的运用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.应用：具体操作：三、基因工程在食品工业方面的运用2.实例——凝乳酶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、生产效率较高具体操作：基因工程获得的工业用酶的优点：三、基因工程在食品工业方面的运用2.实例——淀粉酶、脂酶构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产其他应用：环保领域的应用利用经过基因改造的微生物生产清洁能源培育可以降解多种污染物的“超级细菌”治理环境污染练习与应用一、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瞟吟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C

A二、拓展应用

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_____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

用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。

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

转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性(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。

对照组为非转基因矮牵牛将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比