基因工程的应用课件2025-2026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

选择性必修三：生物技术与工程基因工程

学习目标1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业等方面的应用。2.认同基因工程的成果丰硕、应用广泛；理性看待基因工程的应用。3.关注基因工程的进展。基因工程的应用选择性必修三：生物技术与工程一基因工程在医药卫生领域的应用基因工程在食品工业方面的应用基因工程在农牧业方面的应用二三本节目录内容聚焦

传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中获取。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。过渡除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢?从社会中来一、基因工程在农牧业方面的应用【情景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8.2%作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元内容1基因工程在农牧业方面的应用年份19962017全世界转基因作物种植面积/（×106hm2）0100200189.81.7美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。内容1基因工程在农牧业方面的应用★排名前5的转基因作物：大豆、玉米、棉花、油菜、苜蓿内容1基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用【情景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。内容1基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用

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）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等内容1基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用转基因生物有哪些优点？

目前，基因工程技术已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。转基因抗虫植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物提高动物的生长速率改善畜产品的品质改良植物的品质改良作物的品质：改良动物的品质：提高作物的抗逆能力：内容1基因工程在农牧业方面的应用1.转基因抗虫植物(1)方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。内容1基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用Bt抗虫蛋白基因淀粉酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因植物凝集素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。导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。常见抗虫目的基因种类(2)抗虫基因1.转基因抗虫植物(3)意义：(4)成果：棉花玉米大豆水稻马铃薯转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等内容1基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用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。是目前防治作物虫害的一种发展趋势2.转基因抗病植物(1)方法：将某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，培育出转基因抗病植物。(2)抗病基因抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因(3)成果：抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因甜椒转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等番木瓜烟草内容1基因工程在农牧业方面的应用3.转基因抗除草剂植物(1)问题：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。杂草对除草剂产生抗性，残留除草剂对人体有危害。玉米大豆油菜甜菜(2)方法：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。(3)成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。内容1基因工程在农牧业方面的应用4.改良植物的品质(1)目的：②提高花卉的观赏价值我国科学家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。①改良植物的营养价值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%。内容1基因工程在农牧业方面的应用4.改良植物的品质(2)成果：①使食品的营养成分均衡②丰富花品颜色，提高观赏价值普通大米不含维生素A黄金大米含有β-胡萝卜素，会在人体内转化成维生素A转基因蓝玫瑰植入三色紫罗兰基因(自然玫瑰无蓝调基因)内容1基因工程在农牧业方面的应用5.提高动物的生长速率(1)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(2)成果：我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼，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%转生长激素基因鲤鱼正常鲤鱼转生长激素基因“超级小鼠”正常小鼠内容1基因工程在农牧业方面的应用6.改善畜产品的品质(1)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，这称为乳糖不耐受。我国约有1/3的成年人对乳糖不耐受。(2)对策：科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组(3)结果：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。内容1基因工程在农牧业方面的应用将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组思考：转基因奶牛的制备用到哪些技术手段？基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。▲2012年4月24日，内蒙古农业大学生命科学院生物制造重点实验室培育的世界首例转乳糖分解酶基因奶牛“拉克斯”诞生。内容1基因工程在农牧业方面的应用6.改善畜产品的品质重难点突破：转基因植物培育过程转基因植物的制备用到的技术主要有？思考基因工程、植物组织培养技术。内容1基因工程在农牧业方面的应用重难点突破：转基因动物培育过程转基因动物的制备用到的技术主要有？思考基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植。内容1基因工程在农牧业方面的应用1.（多选题）基因工程自20世纪70年代以来，在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域得到了广泛的应用。下列关于基因工程应用的叙述错误的是()A.我国科学家培育的抗虫棉对棉铃虫具有较强的抗性B.我国科学家将赖氨酸合成酶基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因

玉米C.我国科学家将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的延熟番茄储存时间

大大延长D.将人的抗凝血酶基因导入大肠杆菌，大肠杆菌可产生有正常生理功能

的抗凝血酶BCD习题检测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B习题检测【资料1】胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。【资料2】干扰素是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白。干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！对癌症也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血中提取，300L血才提取1mg！

【资料3】将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!科学家利用基因工程，从1kg细菌培养液中可20-40mg干扰素。二.基因工程在医药卫生领域的应用内容2基因工程在医药卫生领域的应用1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物：用

的方法，使

得到

的菌类，一般称为基因工程菌。基因工程外源基因高效表达内容2基因工程在医药卫生领域的应用二.基因工程在医药卫生领域的应用常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。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。实例：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。内容2基因工程在医药卫生领域的应用1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物：二.基因工程在医药卫生领域的应用资料卡

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。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。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？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④传统生产干扰素的方法是什么？从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。内容2基因工程在医药卫生领域的应用1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物：⑤目前大量生产干扰素的方法是什么？内容2基因工程在医药卫生领域的应用1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物：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。内容2基因工程在医药卫生领域的应用二.基因工程在医药卫生领域的应用1.利用基因改造微生物或动植物的细胞生产药物：2、让转基因哺乳动物批量生产药物实例1：乳腺生物反应器或乳房生物反应器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转基因动物乳汁中含有药物蛋白内容2基因工程在医药卫生领域的应用目的基因让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达（启动子具有物种和组织的特异性）使药用蛋白基因存在于转基因动物的几乎所有细胞中显微注射法胚胎培养胚胎移植移植前进行性别鉴定，保留雌性胚胎内容2基因工程在医药卫生领域的应用实例1：乳腺生物反应器或乳房生物反应器【思考1】乳腺生物反应器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动物【思考2】药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？为什么？几乎所有细胞。【思考3】与利用细菌生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势是什么？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。缺点：受性别和时间限制因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的。内容2基因工程在医药卫生领域的应用实例1：乳腺生物反应器或乳房生物反应器2000年我国首例转人α－抗胰蛋白酶基因羊诞生，产出的羊奶可以提取α－抗胰蛋白酶。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。我产的奶不是一般的奶！内容2基因工程在医药卫生领域的应用实例1：乳腺生物反应器或乳房生物反应器【拓展】乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别（在生产人的药物蛋白方面）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。内容2基因工程在医药卫生领域的应用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，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。膀胱生物反应器1.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？

将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。内容2基因工程在医药卫生领域的应用实例2：膀胱生物反应器利用转基因动物的尿液生产药用蛋白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。优点：不受动物的性别、生长发育时期的限制，提取简单高效内容2基因工程在医药卫生领域的应用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3、用转基因动物作为器官移植的供体内容2基因工程在医药卫生领域的应用二.基因工程在医药卫生领域的应用

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。”内容2基因工程在医药卫生领域的应用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人体移植器官短缺是世界性难题。寻求可替代的移植器官，如利用基因工程对猪的器官进行改造，来解决人类器官移植的来源问题。问题解决猪的优点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。内容2基因工程在医药卫生领域的应用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最大的难题：存在免疫排斥反应。

在人体所有细胞膜的表面，都有作为身份标签的一组蛋白质(主要组织相容性复合体MHC)，能被自身的免疫细胞识别。

其他生物的细胞也带有各自的身份标签(相当于抗原)，当它们入侵人体后，能被免疫细胞识别出来，引起免疫排斥。内容2基因工程在医药卫生领域的应用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如何解决免疫排斥？(1)在器官供体基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；(2)或设法除去抗原决定基因，然后结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。内容2基因工程在医药卫生领域的应用二.基因工程在医药卫生领域的应用最大的难题：存在免疫排斥反应。3、用转基因动物作为器官移植的供体假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上了健康人的生活。在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看?

生命和健康是人最宝贵的东西,如果一个病人换上了经过改造的猪心脏后重获了健康,我们不仅不能歧视他,还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值。内容2基因工程在医药卫生领域的应用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1.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，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时，下列说法错误的是（）A．利用显微注射法将人的生长激素基因导入受体哺乳动物体内B．需要将乳腺中特异表达的基因的启动子与目的基因重组在一起C．动物必须是雌性才能满足要求D．动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”A习题检测2.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C习题检测三、基因工程在食品工业方面的应用

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。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转化糖浆（淀粉酶）、烘烤食物（脂酶）。通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产。产物纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。用于奶酪生产，凝聚固化奶中的蛋白质。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。内容3基因工程在食品工业方面的应用四.基因工程在其他方面的应用基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1.环境监测1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来通过基因工程手段（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。内容3基因工程在食品工业方面的应用

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”。“超级细菌”降解泄漏的原油2.净化污染的环境内容3基因工程在食品工业方面的应用四.基因工程在其他方面的应用3.生产清洁能源植物淀粉/纤维素提取可发酵糖糖化微生物乙醇发酵微生物淀粉酶/纤维素酶例：生物乙醇的生产流程生物乙醇生物柴油内容3基因工程在食品工业方面的应用四.基因工程在其他方面的应用1.下列关于基因工程在食品工业方面的应用的叙述，错误的是(

)A.用于形成阿斯巴甜的主要氨基酸可以通过基因工程大规模生产B.通过基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌的基因组中C.相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度较低D.生产淀粉酶和脂肪酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产C习题检测2.下列关于基因工程在食品工业方面的应用的叙述，错误的是()A.用于形成阿斯巴甜的主要氨基酸可以通过基因工程大规模生产B.通过基因工程获得凝乳酶时，需将编码凝乳酶的基因导入受体菌的基因组中C.相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度较低D.生产淀粉酶和脂酶时，可通过构建工程菌，用发酵技术大量生产C习题检测3.科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊，以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子IX医用蛋白，其技术路线如图所示(成纤维细胞可增殖)。下列叙述错误的是()A.过程②常用的方法是显微注射法B.代孕母羊要注射免疫抑制剂防止发生免疫排斥反应使移植胚胎死亡C.卵母细胞去核的目的是保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞D.整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养从而获得大量的细胞群B习题检测基因工程在农牧业方面的应用基因工程的应用1.转基因抗虫植物2.转基因抗病植物3.转基因抗除草剂植物4.改良植物的品质5.提高动物的生长速率6.改善畜产品的品质基因工程在医药卫生领域的应用基因工程在食品工业方面的应用1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物2.利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药物,如乳腺生物反应器3.用转基因动物作器官移植的供体等构建基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素

◎总结课堂总结1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导人大肠杆菌的细胞内，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C练习与应用一、概念检测2.基因工程应用广泛，成果