3.3 基因工程的应用高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3(共37张PPT)

(共37张PPT)
生 物 学
3.3基因工程的应用
普通高中教科书
生物学
选择性必修3
生物技术与工程
基因工程在农牧业方面的应用
基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品
种、提高作物和畜产品产量等方面。
转基因抗虫植物
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改良畜产品的品质
农牧业方面的应用
抗逆性
转基因抗虫植物
1. 方法：从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。
2. 主要杀虫基因：Bt毒蛋白基因；蛋白酶抑制剂基因；
淀粉酶抑制剂基因；植物凝集素基因等。
3.成果：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)
转基因抗虫棉
探究一学习笔记P70
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。
减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低了生产成本。
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
转基因抗病植物
1. 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， 培育出转基因抗病植物。
2.抗病基因-
抗真菌基因
病毒外壳蛋白基因(CP
病毒的复制酶基因
3.成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
转基因抗病毒甜椒
抗病毒基因
二
基因)
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。
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
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
改良植物的品质
目的：提高植物的营养价值、观赏价值等。
富含赖氨酸的转基因玉米
转基因矮牵牛
提高动物的生长速率
科学家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。
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%。
转生长激素基因鲤鱼(下) 与非转基因鲤鱼(上)
转入外源生长激素基因的“超级小鼠”
改善畜产品的品质
1.基因：肠乳糖酶基因
2.成果：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。
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 年人乳糖不耐受。
糖
小肠内
乳 口 糖 ：
乳糖酶
乳糖酶
他
体内
乳糖
探究一学习笔记P70
2.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，机理是
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
人 → 肠乳糖 酶基因
载体
显微
注射 牛受
精卵
胚胎
移植 代孕 母体
分娩 转基因
奶牛
培养 早 期
胚胎
探究一学习笔记P70
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 插入了目的基因
目的基因、构建
载体 →重组载体入受精卵培养，早期胚胎
移植
转基因牛产 生 代孕母体
转基因动物培育过程
基因工程
植物组织培养
基因工程
动物细胞培养
早期胚胎培养
胚胎 移植
含目的 含重组Ti质 植物细胞 基因的粒的农杆菌
重组Ti
质粒 转基因植物培育过程
Ti质粒
T-DNA
表现出
新性状的植株
物细胞
◎
携带外 源基因 的DNA
培养再生 成植株
转入农 杆菌
的染色体DNA
转入植
胚胎
判断正误—学习笔记P70
(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快(×)
提示 转入外源生长激素基因(而非生长素基因)的转基因动物，生
长速率更快。
(2)转基因抗虫棉的Bt 抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌(×)
提示 抗虫棉能抵抗棉铃虫的侵害，提高棉花的产量和品质，但
不能抵抗病毒、细菌、真菌。
(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物(×)
提示 体细胞中出现了新基因的植物不一定是转基因植物，基因
突变也可能出现新基因，这样的植物不能称为转基因植物。
落实—学习笔记P70
1. (2023 ·湖南，8)盐碱胁迫下植物应激反应产生的H O 对细胞有毒害作用。
禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影响H O 的 跨膜转运，如图所示。下列叙述错误的是
A.细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H O 外排能力所必需的
B.PIP2s 蛋白磷酸化被抑制，促进H O 外排，从而减轻其对细胞的毒害
膜外PIP2s蛋 白 盐腿破PIP2s蛋白家
XX双X88XX 双X bXXX又 X 双 双
XXX28X 02XXXX2X2XX
膜内 抑制 H O
ATl AT1 缺陷
C.敲除AT1 基因或降低其表达可提 高禾本科农作物的耐盐碱能力
D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关
基因是改良农作物抗逆性的有效
途径
抗氧化胁迫能力弱，细胞死亡
注 ：⑧磷酸化。
Gβ -H O Gβ
抗氧化胁迫，高成活率
落实—学习笔记P70
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
基因工程在医药卫生领域的应用
1.改造微生物或动植物细胞生产药物
(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 和粒细胞集落刺激因子等。
重组人干扰素α1b注射液
运德素
30微克：1毫升/支
成份：重组人干优素a1b, 复 化 的 硫 附 二 热 柠 酸 . 白 白
30
透
性
廉体，无内可见不溶他.
恩
明
三元
桃无色
h G-CSF
白
重组人粒细胞刺激因子注射液 女号：离准学315
特比澳 三生制药
重组人血小板生成素注射液
15000
15000 单位/1毫升
1瓶
沈阳三生制药有限责任公司
忠意组刺药有限公司
每支6010[U(200pg):Bfnl
封口标签
3SBI 阳
41
基因工程在医药卫生领域的应用
思考：干扰素是一种几乎能抵抗所有病毒引起感染的糖蛋白，能直接利 用转基因大肠杆菌生产干扰素吗 为什么
不能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素。
因为大肠杆菌属于细菌，细菌中只有核糖体这一种细胞器，没有内质网
和高尔基体等其他细胞器，不能加工形成有活性的干扰素。
可大量生产干
扰素的大肠杆
菌或酵母菌
干扰素基因
质粒
构建
重组质粒
大肠杆菌 或酵母菌
导入
培养
探究一学习笔记P71
任务二：基因工程在医药卫生领域的应用
1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素的优势是酵母菌为真核生
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。
可大量生产干
扰素的大肠杆
菌或酵母菌
干扰素基因
质粒
构建
重组质粒
大肠杆菌 或酵母菌
导入
培养
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
—乳腺生物反应器或乳房生物反应器
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需药品。
喝牛奶可以代替打针吃药吗
探究一学习笔记P71
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
药用蛋白基因存在于转基因动物的几乎所有细胞中。
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
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
泌乳期分 泌乳汁
、
胚胎培养
基因表达载体
显微 注射
培育过程
转基因动物
胚 胎 移植
早期胚胎
受精卵
早 期
药物
探究一学习笔记P71
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
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。
(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。
应用 ：
提纯
牛奶中含有
人 的AAT 蛋 纯化的人AAT 蛋白
从转基因动 物获取牛奶
JΩ√
转基因奶牛
人α抗胰蛋白酶
基因AAT
乳球蛋白
启动子
受精卵
◎
探究一学习笔记P71
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
起。
药用蛋白基因
膀胱上皮细胞中特异
表达的基因的启动子
等调控元件
早期胚胎
不
期日 胎 培 养
受精卵
微射
显注
基因表达载体
一 培 育 过 程
转基因动物
胚胎 移植
药物
在
探究一学习笔记P71
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。
导入哺乳动物的受精卵中(显微注射技术)
进行早期胚胎培养后送入母体
发育成转基因动物 利用乳汁的分泌生产所需的药物
1.转基因微生物的 培育过程(以可生 产干扰素的酵母菌 的培育过程为例)
2.乳腺生物反应器 培育过程
(如人血清白蛋白基因、人生长激 素基因等)
(目的基因与乳腺中特异表达的基 因的启动子等调控元件重组)
干扰素 、构建 重组质粒导入酵母菌 ·培养 素的酵
母菌
干扰
质粒
基因
核心归纳一学习笔记P71
筛选与获取目的基因
构建基因表达载体
可大量生产
基因工程在医药卫生领域的应用
3.建立移植器官工厂
(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
培育无免疫排斥的
转基因克隆猪器官
个
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
基因工程在医药卫生领域的应用
③改造方法：
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
三
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。
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
基因工程菌：
用基因工程的方法，使外源基因得到高效 细菌拟核质粒
表达的菌类。
◆应用：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
(1)氨基酸：
阿斯巴甜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
可通过基因工程实现大规模生产。
质粒
核酸切割
插入质粒
重组质粒
送入细胞
重组细菌
基因工程在食品工业方面的应用
(2)酶：
◆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。
基因工程制作
将编码牛凝乳酶的基因导
入大肠杆菌、黑曲霉或酵母 菌的基因中，再通过工业发 酵批量生产凝乳酶。
传统制作
杀死未断奶的小牛，然后
将它的第四胃的黏膜取出来提 取凝乳酶来固化奶中的蛋白质。
奶酪的制作
基因工程在食品工业方面的应用
◆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。
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。
工业 防酶
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
食品添加剂
真菌淀粉酶
执 行 标 准 ：
大像 gE
基因工程使人们更容易培育出具有
优良性状的动植物品种，获得很多过去 难以得到的生物制品，甚至还能培育出 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……
其他方面的应用
基因工程在环保领域的应用
判断正误—学习笔记P71
(1)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性(
(2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清 白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中
( × )
提示 利用乳腺生物反应器生产医药产品，如人的血清白蛋白，需
将人的血清白蛋白基因导入动物的受精卵中。
(3)用基因工程技术生产工业酶的优点：纯度高、生产成本低、生产
效率高(
落实—学习笔记P72
3.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调控基因表达的 DNA 序列，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因
落实—学习笔记P72
4. (2023 ·珠海高二期末)下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙 述，错误的是
A.需要将编码药用蛋白的基因与能在乳腺中特异性表达的基因的启动子 等调控元件重组在一起
B. 常使用显微注射技术将基因表达载体导入乳腺细胞
C.需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物
D.药物的生产受到转基因动物性别和年龄的限制
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；利用哺乳动物生产药物： 乳腺生物反应器；建立移植器官 工厂
利用基因工程菌生产食品工业用 酶、氨基酸和维生素等
农牧业
医药卫生 领域
食品工业
基因工程的应用
网络构建
练习与应用—教材P92
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 限制酶和DNA 连接酶 等处理含有目的基因的DNA 片段和T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 矮 牵 牛 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 ：转基因矮牵牛对草甘膦产生了 一定的抗性。
练习与应用—教材P92
(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。
①对照组为非转基因矮牵牛
②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。
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。
要语必背
1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、 抗干旱和抗盐碱等),以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
2.动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示 了广阔的应用前景。
3.乳腺生物反应器是指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 。
1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素的优势：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