3-3 基因工程的应用 课件（24张PPT）高中生物学人教版（2019）选择性必修三
文档属性
| 名称 | 3-3 基因工程的应用 课件（24张PPT）高中生物学人教版（2019）选择性必修三 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 23.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-01-17 20:24:04 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
§3-3 基因工程的应用
基因工程
从社会中来
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？
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，展示出广阔的前景。
重组人胰岛素注射液
基因工程
在农牧业方面的应用
基因工程在农业方面的应用
种植面积：1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从1.7×106 hm2发展到1.898×108hm2。
优点：2016 年世界范围的统计数据表明，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。
年份
1996
2017
全世界转基因作物
种植面积/（×106 hm2）
0
100
200
189.8
1.7
种植国家及作物：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。
基因工程在转基因动物方面的应用
在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些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。
转基因大西洋鲑
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。
农业方面
转基因抗虫植物
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，
意义：是目前防治作物虫害的一种发展趋势。
成果：已问世的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
转基因抗虫水稻（绿色植株）与
对照（被害虫侵害的黄色植株）
农业方面
转基因抗病植物
问题：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。
解决方法：科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中。
成果：培育出了转基因抗病植物，如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
转基因抗病毒甜椒
农业方面
转基因抗除草剂植物
问题：杂草危害农业生产，大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还损伤作物，导致作物减产。
解决方法：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。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。
成果：目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
农业方面
改良植物的品质
增加食品营养：如将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的含量比对照高30%。
提高花卉的观赏价值：我国科学家成功地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。
转基因矮牵牛
畜牧业方面
提高动物的生长速率
方法：由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。
成果：例如，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%。
转生长激素基因的鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
畜牧业方面
改善畜产品的品质
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。
解决方法：科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的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。
世界上第一例
转基因低乳糖牛
基因工程
在医药卫生领域的应用
生产药物
改造对象：对微生物或动植物细胞进行基因改造，使它们生产药物。
意义：是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域。
举例：这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等，它们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。
我国成就：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基因工程药物均已投放市场。
【资料卡】干扰素
作用：干扰病毒复制
化学本质：糖蛋白
临床应用：
治疗病毒感染性疾病。
对治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。
生产方法：
传统生产：从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。
以侯云德院士（右）为首的研究人员，成功研制出我国第一个基因工程药物—重组人干扰素α-1b
基因工程方法生产：从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得干扰素，从1kg培养物中可以得到20~40mg干扰素。
生产药物
改造对象：利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物。
方法：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。
转基因的山羊奶富含更高浓度的溶菌酶
成就：目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
建立移植器官工厂（设想）：
替代动物：科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造
原因：猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
难题：免疫排斥。
解决方法：
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。
设法除去抗原决定基因。
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。
异想天开
假如某位心脏病病人换上经过改造的猪的心脏后，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？
【提示】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。
基因工程
在食品工业方面的应用
基因工程在食品工业方面的应用
利用基因工程菌还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
基因工程菌
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。
生产氨基酸
阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，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。
基因工程在食品工业方面的应用
生产工业用酶
凝乳酶的制备：
凝乳酶的作用：奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。
传统生产：
方法：杀死未断奶的小牛，将它的第四胃的黏膜取出来进行提取。
缺点：随着人口的增长和人们饮食需求的变化，单纯依靠宰杀小牛来获得凝乳酶的方法已不能满足日益增长的市场需求。
基因工程生产：
方法：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。
成果：用这种方法生产的凝乳酶已于1990年投入市场，截至2008年，它已占据市场份额的80%以上。
基因工程在食品工业方面的应用
生产工业用酶
淀粉酶、脂肪酶的生产：
用途：
加工转化糖浆需要淀粉酶
加工烘烤食品要用到的脂肪酶
方法：构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
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的纯度更高，而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。
其它应用
培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染；
利用经过基因改造的微生物来生产能源……
未来，期待基因工程带给我们更多的惊喜。
到社会中去
转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查：
1. 目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？
【提示】截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书;批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料;我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。
2. 你或你的亲朋好友在日常生活中使用的生物产品，哪些在生产过程中用到了转基因技术？
根据实际情况回答。
预习：蛋白质工程的原理和应用
本课学习结束
§3-3 基因工程的应用
基因工程
从社会中来
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？
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，展示出广阔的前景。
重组人胰岛素注射液
基因工程
在农牧业方面的应用
基因工程在农业方面的应用
种植面积：1996—2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从1.7×106 hm2发展到1.898×108hm2。
优点：2016 年世界范围的统计数据表明，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。
年份
1996
2017
全世界转基因作物
种植面积/（×106 hm2）
0
100
200
189.8
1.7
种植国家及作物：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。
基因工程在转基因动物方面的应用
在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些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。
转基因大西洋鲑
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。
农业方面
转基因抗虫植物
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，
意义：是目前防治作物虫害的一种发展趋势。
成果：已问世的转基因抗虫植物有转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
转基因抗虫水稻（绿色植株）与
对照（被害虫侵害的黄色植株）
农业方面
转基因抗病植物
问题：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。
解决方法：科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中。
成果：培育出了转基因抗病植物，如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
转基因抗病毒甜椒
农业方面
转基因抗除草剂植物
问题：杂草危害农业生产，大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还损伤作物，导致作物减产。
解决方法：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。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。
成果：目前已经获得转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
农业方面
改良植物的品质
增加食品营养：如将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的含量比对照高30%。
提高花卉的观赏价值：我国科学家成功地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。
转基因矮牵牛
畜牧业方面
提高动物的生长速率
方法：由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。
成果：例如，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%。
转生长激素基因的鲤鱼（下）
与非转基因鲤鱼（上）
畜牧业方面
改善畜产品的品质
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。
解决方法：科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的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。
世界上第一例
转基因低乳糖牛
基因工程
在医药卫生领域的应用
生产药物
改造对象：对微生物或动植物细胞进行基因改造，使它们生产药物。
意义：是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域。
举例：这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等，它们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。
我国成就：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基因工程药物均已投放市场。
【资料卡】干扰素
作用：干扰病毒复制
化学本质：糖蛋白
临床应用：
治疗病毒感染性疾病。
对治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。
生产方法：
传统生产：从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。
以侯云德院士（右）为首的研究人员，成功研制出我国第一个基因工程药物—重组人干扰素α-1b
基因工程方法生产：从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得干扰素，从1kg培养物中可以得到20~40mg干扰素。
生产药物
改造对象：利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物。
方法：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。
转基因的山羊奶富含更高浓度的溶菌酶
成就：目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
建立移植器官工厂（设想）：
替代动物：科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造
原因：猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
难题：免疫排斥。
解决方法：
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。
设法除去抗原决定基因。
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。
异想天开
假如某位心脏病病人换上经过改造的猪的心脏后，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？
【提示】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。
基因工程
在食品工业方面的应用
基因工程在食品工业方面的应用
利用基因工程菌还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
基因工程菌
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。
生产氨基酸
阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，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。
基因工程在食品工业方面的应用
生产工业用酶
凝乳酶的制备：
凝乳酶的作用：奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。
传统生产：
方法：杀死未断奶的小牛，将它的第四胃的黏膜取出来进行提取。
缺点：随着人口的增长和人们饮食需求的变化，单纯依靠宰杀小牛来获得凝乳酶的方法已不能满足日益增长的市场需求。
基因工程生产：
方法：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。
成果：用这种方法生产的凝乳酶已于1990年投入市场，截至2008年，它已占据市场份额的80%以上。
基因工程在食品工业方面的应用
生产工业用酶
淀粉酶、脂肪酶的生产：
用途：
加工转化糖浆需要淀粉酶
加工烘烤食品要用到的脂肪酶
方法：构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
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的纯度更高，而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。
其它应用
培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染；
利用经过基因改造的微生物来生产能源……
未来，期待基因工程带给我们更多的惊喜。
到社会中去
转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查：
1. 目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？
【提示】截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书;批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料;我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。
2. 你或你的亲朋好友在日常生活中使用的生物产品，哪些在生产过程中用到了转基因技术？
根据实际情况回答。
预习：蛋白质工程的原理和应用
本课学习结束