3.3 基因工程的应用课件(共34张PPT1份视频) 2024-2025学年人教版高中生物学选择性必修3
文档属性
| 名称 | 3.3 基因工程的应用课件(共34张PPT1份视频) 2024-2025学年人教版高中生物学选择性必修3 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 29.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-02-27 08:26:25 | ||
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文档简介
(共34张PPT)
第3节 基因工程的应用
说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业应用的实例。
关注基因工程在各方面发展的前景。
【情景一】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
【情景二】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
转基因作物优点
减少化学杀虫剂的施用量，减少环境污染
增加作物产量
增加经济效益
一、基因工程在农牧业方面的应用
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
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
改良畜产品的品质
抗逆性
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。
请同学们自主阅读教材P88-89，小组合作思考讨论完成下表。
主要应用 如何做 方法 成果
转基因 植物 抗虫植物
抗病植物
抗除草剂植物
改良植物品质
转基因 动物 提高动物生长速率
改善畜产品品质
为什么这样做？
污染环境，损害人类健康，增加生产成本。
使用化学农药杀虫
从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。
（1）方法
转入外源抗虫基因
抗虫基因主要来自苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因。
Bt抗虫蛋白质基因
Ti质粒
重组Ti
质粒
农杆菌
作物细胞
抗虫作物
苏云金芽孢杆菌
1.转基因抗虫植物
转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
（2）成果
减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量。
普通水稻 抗虫水稻
（3）优点
植物病害是多种多样的，从根茎叶到花和果实都有病害发生。
许多栽培作物自身缺少抗病基因。
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）方法
抗病基因
Ti质粒
重组Ti
质粒
病毒
真菌
农杆菌
作物细胞
抗病作物
2.转基因抗病植物
（2）主要抗病基因
①抗病毒基因：
②抗真菌基因：
病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因
几丁质酶基因、抗毒素合成基因
（3）成果：
转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草
转基因抗病毒甜椒
转基因抗病毒番木瓜
转基因抗病毒烟草
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。
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。
（1）方法
3.转基因抗除草剂植物
（3）优点
在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。
（2）成果
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
种植转基因抗除草剂大豆的农田
随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等。
利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。
①使食品的营养成分均衡。
②丰富花品颜色，提高观赏价值。
成果
4.改良植物的品质
①使食品的营养成分均衡
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。
富含赖氨酸的转基因玉米
②丰富花品颜色，提高观赏价值。
将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。
转基因矮牵牛
普通矮牵牛
外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得很快。
将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物生长速率。
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%。
成果
5.提高动物的生长速率
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 的成年人对乳糖不耐受。
6.改善畜产品的品质
将乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得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。
优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。
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。
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
(1)常见药物类型：
(2)应用：
预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等
(3)实例：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
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 ，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。
糖蛋白
（1）传统生产方法：
（2）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
从人血液中的白细胞提取。
【资料卡】干扰素
【思考·讨论】与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的干扰素有什么优势？
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干扰素进行加工和修饰，从而产生有活性的干扰素。
大肠杆菌
酵母菌
1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
抗生素≠干扰素
①抗生素：抗细菌药物
②干扰素：抗病毒药物
【资料卡】干扰素
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
胚胎移植前应做DNA分析，鉴定性别，保留雌性。
2.转基因哺乳动物批量生产药物
——乳腺生物反应器
(1)培育过程
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。
(2)应用：
1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？
让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达。
几乎所有细胞。
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物。
2.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？
3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？
【思考·讨论】
A.动物泌乳期有间隔
B.有些蛋白不能在乳腺里表达
C.某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同
(3)优点
(4)缺点
A.适合于表达高等动物体内的复杂蛋白
B.制备乳腺反应器的方法成熟
C.乳腺是天然的高效合成蛋白质的器官
D.乳汁中重组蛋白的提取和纯化相对容易
2.转基因哺乳动物批量生产药物
——乳腺生物反应器
1. 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器，应选择 个体，
雌性
2.基因表达载体导入的是 ；
受精卵
且 才会分泌。
泌乳期
生物反应器除了用乳腺，还可以用什么器官？
【特别提醒】
构建膀胱生物反应器是将目的基因插入含将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。
膀胱生物反应器
具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯更高。
优点：
【拓展延伸】
（1）问题：
（2）解决方法：
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。
①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似；
（3）最大的难题：
猪的优点
②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。
存在免疫排斥反应。
3.建立移植器官的工厂
（4）器官改造方法
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，或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。
调节因子
载体
重组载体
猪成纤维细胞
卵母细胞
细胞核
去核卵母细胞
重组胚
代孕母猪
转基因克隆猪
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。
3.建立移植器官的工厂
三、基因工程在食品工业方面的应用
1
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。
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）概念：
（3）应用：
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
（2）步骤：
生物乙醇
生物柴油
不与人争粮
（1）利用经过基因改造的微生物来生产能源
2
在环保领域的应用
（2）利用“超级细菌”来处理环境污染
让“超级细菌”吃垃圾
“超级细菌”降解泄漏的原油
2
在环保领域的应用
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别
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
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
第3节 基因工程的应用
说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业应用的实例。
关注基因工程在各方面发展的前景。
【情景一】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
【情景二】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
转基因作物优点
减少化学杀虫剂的施用量，减少环境污染
增加作物产量
增加经济效益
一、基因工程在农牧业方面的应用
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
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
改良畜产品的品质
抗逆性
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。
请同学们自主阅读教材P88-89，小组合作思考讨论完成下表。
主要应用 如何做 方法 成果
转基因 植物 抗虫植物
抗病植物
抗除草剂植物
改良植物品质
转基因 动物 提高动物生长速率
改善畜产品品质
为什么这样做？
污染环境，损害人类健康，增加生产成本。
使用化学农药杀虫
从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。
（1）方法
转入外源抗虫基因
抗虫基因主要来自苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因。
Bt抗虫蛋白质基因
Ti质粒
重组Ti
质粒
农杆菌
作物细胞
抗虫作物
苏云金芽孢杆菌
1.转基因抗虫植物
转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
（2）成果
减少化学农药的使用，降低生产成本，提高产量。
普通水稻 抗虫水稻
（3）优点
植物病害是多种多样的，从根茎叶到花和果实都有病害发生。
许多栽培作物自身缺少抗病基因。
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）方法
抗病基因
Ti质粒
重组Ti
质粒
病毒
真菌
农杆菌
作物细胞
抗病作物
2.转基因抗病植物
（2）主要抗病基因
①抗病毒基因：
②抗真菌基因：
病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因
几丁质酶基因、抗毒素合成基因
（3）成果：
转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草
转基因抗病毒甜椒
转基因抗病毒番木瓜
转基因抗病毒烟草
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。
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。
（1）方法
3.转基因抗除草剂植物
（3）优点
在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。
（2）成果
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
种植转基因抗除草剂大豆的农田
随着生活水平的提高，人们越来越关注植物的营养价值、观赏价值等。
利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。
①使食品的营养成分均衡。
②丰富花品颜色，提高观赏价值。
成果
4.改良植物的品质
①使食品的营养成分均衡
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
将富含氨基酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量提高30%。
富含赖氨酸的转基因玉米
②丰富花品颜色，提高观赏价值。
将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。
转基因矮牵牛
普通矮牵牛
外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得很快。
将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物生长速率。
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%。
成果
5.提高动物的生长速率
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 的成年人对乳糖不耐受。
6.改善畜产品的品质
将乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得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。
优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。
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。
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
(1)常见药物类型：
(2)应用：
预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等
(3)实例：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
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 ，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。
糖蛋白
（1）传统生产方法：
（2）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
从人血液中的白细胞提取。
【资料卡】干扰素
【思考·讨论】与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的干扰素有什么优势？
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干扰素进行加工和修饰，从而产生有活性的干扰素。
大肠杆菌
酵母菌
1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
抗生素≠干扰素
①抗生素：抗细菌药物
②干扰素：抗病毒药物
【资料卡】干扰素
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
胚胎移植前应做DNA分析，鉴定性别，保留雌性。
2.转基因哺乳动物批量生产药物
——乳腺生物反应器
(1)培育过程
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。
(2)应用：
1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？
让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达。
几乎所有细胞。
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物。
2.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？
3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？
【思考·讨论】
A.动物泌乳期有间隔
B.有些蛋白不能在乳腺里表达
C.某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同
(3)优点
(4)缺点
A.适合于表达高等动物体内的复杂蛋白
B.制备乳腺反应器的方法成熟
C.乳腺是天然的高效合成蛋白质的器官
D.乳汁中重组蛋白的提取和纯化相对容易
2.转基因哺乳动物批量生产药物
——乳腺生物反应器
1. 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器，应选择 个体，
雌性
2.基因表达载体导入的是 ；
受精卵
且 才会分泌。
泌乳期
生物反应器除了用乳腺，还可以用什么器官？
【特别提醒】
构建膀胱生物反应器是将目的基因插入含将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。
膀胱生物反应器
具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯更高。
优点：
【拓展延伸】
（1）问题：
（2）解决方法：
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。
①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似；
（3）最大的难题：
猪的优点
②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。
存在免疫排斥反应。
3.建立移植器官的工厂
（4）器官改造方法
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，或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。
调节因子
载体
重组载体
猪成纤维细胞
卵母细胞
细胞核
去核卵母细胞
重组胚
代孕母猪
转基因克隆猪
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。
3.建立移植器官的工厂
三、基因工程在食品工业方面的应用
1
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。
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）概念：
（3）应用：
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
（2）步骤：
生物乙醇
生物柴油
不与人争粮
（1）利用经过基因改造的微生物来生产能源
2
在环保领域的应用
（2）利用“超级细菌”来处理环境污染
让“超级细菌”吃垃圾
“超级细菌”降解泄漏的原油
2
在环保领域的应用
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别
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
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