生物人教版(2019)选择性必修3 -3.3基因工程的应用(课件共35张PPT)

(共35张PPT)
第3节
基因工程的应用
第3章基因工程
人教版高中生物选择性必修3
() 举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品
工业等方面的应用(重、难点)。
(2) 认同基因工程的应用价值。
(3) 关注基因工程的进展。
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。
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
情境导入
重组人胰岛素注射液
目标 —
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
(2)成果：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等
问 题 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。
减 用量，降低了环境污染；降低了生产k本。
基因工程在农牧业方面的应用
转基因抗虫水稻(绿色植株)与 对照(被害虫侵害的黄色植株)
转基因抗虫棉
基因工程在农牧业方面的应用
2. 转基因抗病植物
(1)背景：许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难
培育出抗病的新品种
(2)方法：科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了
转基因抗病植物
(3)成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等
转基因抗病毒甜椒
基因工程在农牧业方面的应用
3. 转基因抗除草剂植物
(1)背景：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
(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
用除草剂后的转基因抗除草剂玉来田
种植转基因抗除草剂大豆的农田
优良基因
成果
某种必需氨基酸含量多 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
转基因矮牵牛
基因工程在农牧业方面的应用
富含赖氨酸的转基因玉米
4. 改良植物的品质
转基因矮牵牛
基因工程在农牧业方面的应用
5.提高动物的生长速率
(1)基因：外源生长激素基因
(2)成果：转基因鲤鱼
6.改善畜产品的品质
(1)基因：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
问 题 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。
基因工程在农牧业方面的应用
》》>活动1 分析基因工程在农牧业方面的应用
问题3:转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些
含目的含重组T质 植物细胞 表现出
源基因基因的粒的农杆菌 新性状的植株
的DNA Ti 转基因植物培育过程
基因工程
动物细胞培养
早期胚胎培养
胚胎移植
目的基因 构 建 重组载体导 入受 精卵 载体
基因工程
植物组织培养
插入了目的基因
的染色体DNA 转入植
早期胚胎
胚胎 移植
代孕母体
转基因动物培育过程
转入农 杆菌
培养再生 成植株
转基因牛
Ti质粒
物细胞
培养
产生
目标二
基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用
2.1基因工程在医药卫生领域的应用
1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
(1)常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等
(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：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
特比澳 三生制营 重组人血小板生成素注射液
15000
刺激因子等基因工程药物均已投放市场。
》》>活动2 分析基因工程在医药卫生领域的应用
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、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。
现代生产方法：
问题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。
导入 大肠杆菌 培养 或酵母菌
可大量生产干
扰素的大肠杆
菌或酵母菌
干扰素基因
质粒
重组质粒
构建
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器
(2)培育过程：
(3)应用：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
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
》》>活动2 分析基因工程在医药卫生领域的应用
发育
卵
泌乳期 分泌乳汁
基因表 达载体
转基因 动物
药物 蛋白
显微 注射
受精
问题2:药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中 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
几乎所有细胞；目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器
(2)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
》》>活动2 分析基因工程在医药卫生领域的应用
发育
卵
泌乳期
分泌乳汁
基因表 达载体
转基因 动物
药物 蛋白
显微 注射
受精
问题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。
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器
(2)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
》>活动2 分析基因工程在医药卫生领域的应用
发育
卵
泌乳期
分泌乳汁
基因表 达载体
转基因 动物
药物 蛋白
显微 注射
受精
问题4:从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，
例如乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳腺生物反应器、动物血液生物反 应器和动物膀胱生物反应器等。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。
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器
(2)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
》》>活动2 分析基因工程在医药卫生领域的应用
发育
卵
泌乳期 分泌乳汁
基因表 达载体
转基因 动物
药物 蛋白
显微 注射
受精
》>活动2 分析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
(1)实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器
(2)培育过程：
药用蛋白基因
基因表 显微 发育 转基因 泌乳期 药物
乳腺中特异表达的基因 达载体 注射 卵 动物 分泌乳汁 蛋白
的启动子等调控元件
问题5:膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器
(1)正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物。 (2)不受性别限制，受体来源更广泛。
(3)不受年龄限制。
受精
3.用转基因动物作为器官移植的供体
(1)人体器官移植的难题：人体移植器官短缺是世界性难题
(2)解决途径：寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题
①猪的优点：
●猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似
●猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少 于灵长类动物
②最大难题：免疫排斥
2.1基因工程在医药卫生领域的应用
2.1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
(3)改造方法：
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
培育无免疫排斥的
转基因克隆猪器官
寻求可代替
的移植器官
猪的内脏
与人相似
人体移植
器官短缺
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 (David Bennett)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。
2.2基因工程在食品工业方面的应用
1.基因工程菌
■概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
■步骤： 基因工程构建基因工程菌→工业发酵批量生产
■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。如： 一种普遍使用的甜味剂(阿斯巴甜),主要由天冬氨酸和苯
丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
2.实例
(1) 凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。
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。
基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，
再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
2.2基因工程在食品工业方面的应用
2.实例
(2)淀粉酶、脂酶
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因
工程菌，然后用发酵技术大量生产。
2.2基因工程在食品工业方面的应用
优点：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纯度更高， 生产成本显著降低，生产效率较高。
原料组成：工业级脂肪酶
形状外观：浅黄色粉末
储存条件：本产品为活性生物制剂，运输、贮存过 程中应避光、低温、干燥、通风。
保 质 期 ：本产品原封装在阴凉、干燥环境下保质
期为12个月。
规 格 ：25kg/桶
工业级陷防酶
2.3基因工程在其他方面的应用
基因工程在环保领域的应用
·利用经过基因改造的微生物来生产能源
·利用“超级细菌”来处理环境污染
比较内容 乳腺生物反应器
工程菌
基因结构 动物基因结构与人类的 基因结构基本相同
细菌和酵母菌的基因结构与人类有较
大差异
基因表达 合成的药物蛋白与天然 蛋白质相同
细菌合成的药物蛋白可能没有活性
生产条件 不需严格灭菌；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
药物提取 从动物乳汁中提取
从微生物细胞或其培养液中提取
核心归纳
乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较
反馈评价-
请应用本节所学的知识，设计利用基因工程生产人胰岛素
的两种方法：
提示：
方法—:将胰岛素基因转入细菌细胞，进行微生物培养，提取胰岛素；
方法二：将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵，培养成转基因动物
并从其乳汁中提取胰岛素。
回归情境
导练
1.番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜。普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶的控制
基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮 藏。科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了 抗软化番茄。下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是
A.运载工具可以是质粒
B.受体细胞是番茄细胞
C 自的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因
D.目的基因的表达延缓了番茄的软化
解 析 目的基因为抗多聚半乳糖醛酸酶基因，C 错误。
导练
2.(2022·河南周口高二期中)以下有关基因工程应用的说法正确的是
A.用基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒
B.转基因矮牵牛只能变异为自然界已存在的颜色类型
C基因工程可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物
D. 科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物中，或者改变这些氨基酸的合成途
径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量
解 析 基因工程培育的抗虫棉只能抗某种虫害，不能抗病毒，A 错误；
转基因矮牵牛通过转入与花青素代谢有关的目的基因，可以使其呈现出自然界没有
的颜色变异，B 错误；
想要提高植物的氨基酸含量，应将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植
物 中 ，D 错误。
导练
3.(2022·山西运城高二期末)某实验小组将人生长激素基因导入大肠杆菌以制备工程菌，
下列相关叙述错误的是
A人 生长激素基因可以下丘脑细胞的mRNA为模板通过逆转录获得
B.将人的生长激素基因导入大肠杆菌，需要处理得到能吸收周围环境中DNA 分子的
细胞
C.利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较
D.与人细胞分泌的天然生长激素相比，基因工程菌无法对生长激素进行正常的加工
和修饰
导练
解 析 人生长激素基因在垂体细胞中表达，在下丘脑细胞中不表达，因此下丘脑细
胞中没有生长激素基因转录出的mRNA,A 错误；
将人的生长激素基因导入大肠杆菌，常用Ca +处理大肠杆菌细胞，使其处于一种能
吸收周围环境中DNA分子的生理状态，B 正确；
利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较，以确定转基
因产品的功能活性是否与天然产品相同，C 正确；
大肠杆菌为原核生物，无内质网和高尔基体，因此无法对生长激素进行正常的加工
和修饰，D 正确。
4.科学家运用基因工程技术，让羊的乳腺合成并分泌人体的某些抗体，以下叙述错误
的是
A.该技术可导致定向变异 B.表达载体中需要加入乳腺蛋白基因的特异性启动子
C.自的基因是抗原合成基因 D.受精卵是理想的受体细胞
解 析 该技术为基因工程技术，将目的基因导入受体细胞，可以定向改变生物性状，
A 正确；
运用基因工程技术，让羊的乳腺生产抗体，则表达载体中目的基因上要加入羊乳腺
蛋白基因的启动子，B 正确；
目的基因是人体内控制某些抗体合成的基因，C错误；
受精卵常作为动物基因工程的受体细胞，D 正确。
导练
课堂小结
转基因抗虫植物
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改善畜产品的品质
利用微生物或动植物细胞生产药物
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
一利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素
基因工程的应用
食品工业方面
医药卫生领域
农牧业方面
本 课 结 束