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第6单元 第16章 生物的遗传和变异
第5节第2课时
转基因技术
01
说明利用细菌合成人胰岛素的培育过程(重点)。
02
举例说明转基因技术在农业生产和医疗等方面的应用(难点)。
03
分析转基因生物的安全性。
学习目标
1974年，科恩（Cohen）将金黄色葡萄球菌质粒上的抗青霉素基因转到大肠杆菌体内，揭开了转基因技术应用的序幕 。
1978年，诺贝尔医学奖颁给发现DNA限制酶的纳森（Daniel Nathans）、亚伯（Werner Arber）与史密斯（Hamilton Smith）时，斯吉巴尔斯基在《基因》期刊中写道：限制酶 将带领我们进入合成生物学的新时代。
1982年，美国Lilly公司首先实现利用大肠杆菌生产重组胰岛素，标志着世界第一个基因工程药物的诞生。
情境导入
科学家利用细菌合成人胰岛素的过程
随后，人胰岛素基因开始指挥细菌合成人胰岛素。
提取
切开
连接
吞入
合成
从细菌细胞中提取出一种叫作质粒的环状DNA
先用一种酶把质粒DNA切开
将质粒DNA与人胰岛素基因混合在一起，利用另外一种酶，人胰岛素基因会连接到质粒DNA切口的两端，重新形成环状DNA
将携带人胰岛素基因的质粒与细菌混合在一起，有些细菌会把质粒吞入体内
筛选并培养吞入质粒的细菌
转基因技术可以有目的地改变生物性状
思考
1.转基因技术的操作对象是什么
2.转基因技术的任务是什么
3.转基因细菌为什么能够在短时间内生产大量的人胰岛素
转基因技术可以有目的地改变生物性状
①转基因技术的操作对象是什么？
②转基因技术的任务是什么
生物体的基因。
目的基因的表达将得到重组细胞，得到相应表达的功能蛋白，表现出预想的特性，达到人们的要求。
转基因技术：把一个生物体的特定基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。
转基因技术可以有目的地改变生物性状
1.转基因技术原理
各种生物的DNA在组成方式上是相同的；
基因蕴含的遗传信息在动物、植物和微生物之间也是相通的；
一种生物的基因在另一种生物体内同样可以得到表达。
转基因技术可以有目的地改变生物性状
2.转基因技术过程
按照预先设计的蓝图，将一种生物的基因分离出来
在体外进行拼接组合，然后转入另一种生物的体内
引起生物性状的定向改变，最终获得需要的新品种
转基因技术可以有目的地改变生物性状
(1)利用转基因技术可以将特定基因转移到动物或植物细胞中，转基因技术是现代生物技术的核心。
(2)科学家应用转基因技术，成功地培育出一批抗虫、抗病的农作物新品种。
(3)科学家把某种农作物的抗除草剂基因转入其他农作物中，培育出具有抗除草剂能力的农作物新品种。
(4)科学家还致力于植物抗寒、抗热、抗旱、抗病、抗盐碱等基因的研究，以期提高农作物适应不良环境的能力。
(5)改良农作物的品质是转基因技术研究的一个引人注目的方向。
定向改良生物性状
转基因技术可以有目的地改变生物性状
转基因大肠杆菌的培育过程
3.转基因技术应用
转基因技术可以有目的地改变生物性状
合作探究：结合科学家利用细菌合成人胰岛素的过程，回答下列问题：
人的胰岛素基因。
(1)想让大肠杆菌生产人胰岛素，那么转入大肠杆菌的是人的胰岛素基因还是人的胰岛素
(2)人的胰岛素基因与细菌环状DNA能够拼接，说明了什么问题
基因蕴含的遗传信息在人和细菌之间是通用的。
转基因技术可以有目的地改变生物性状
合作探究：结合科学家利用细菌合成人胰岛素的过程，回答下列问题
细菌成功合成了人的胰岛素。
(3)如何证明转入成功了
(4)转基因细菌为什么能够在短时间内生产大量的人胰岛素
因为细菌繁殖速度很快，且新陈代谢旺盛，所以能在短时间内生产大量人胰岛素。
转基因技术可以有目的地改变生物性状
普通鲤鱼(右) 与转基因鲤鱼(左)
部分国产基因工程药物
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
20世纪90年代，我国科学家将苏云金杆菌中能够产生杀虫蛋白的基因转移到棉花体内，对棉花遗传特性进行定向改良，培育了一系列抗虫棉新品种，解决了棉花虫害问题。
普通棉
抗虫棉
这种含有非自身基因的生物称为转基因生物。
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
在农业上，转基因技术主要应用于微生物、农作物和动物生产，尤其在作物生产中的应用发展最快。自1996年全球转基因农作物实现商业化以来转基因大豆、玉米、棉花、油菜等已经大面积推广种植。截至 2023年底，我国已批准商业化种植的转基因作物有棉花、番木瓜、玉米、大豆，已批准进口的转基因作物包括大豆、棉花、油菜、甜菜、玉米等。
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
转基因大豆
转基抗虫玉米
转基因棉花
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
乙烯是植物体内合成的促进果实成熟的物质，自然成熟的西红柿乙烯含量高，运输和储藏时极易腐烂、变质。
科学家向西红柿转入抑制乙烯合成的基因，这种西红柿成熟时乙烯含量低，便于长期保存、保鲜和运输。
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
如人的生长激素、干扰素、凝血因子、溶菌酶等。
使动物、植物甚至微生物成为制造药物的“微型工厂”
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
①基因诊断，如苯丙酮尿症。
②基因诊断的结果发现某人有基因缺陷等问题，可通过转换患者细胞中损坏了的基因或引入正常的基因，使其遗传病得到根治。
用于遗传病诊断与治疗
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
①转抗虫基因农作物的培育成功，可减少农药的使用。
②把单细胞藻类的氢化酶基因导入大肠杆菌，生产清洁的氢能源。
③能分解污染陆地和海洋的石油，能吸附污染土壤中的汞、镉等重金属离子的“超级菌”。
用于环境治理方面
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
转基因技术和克隆技术的比较。
合作探究
项目 转基因技术 克隆技术
操作水平
主要过程
原理
结果
分子水平
基因分离→体外拼接组合→转入→表达
基因控制生物的性状
定向改造生物的某些遗传性状
细胞水平
细胞融合→细胞培养→胚胎移植
细胞核的全能性
保持原来的遗传性状
转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
转基因技术
科学家利用细菌合成人胰岛素的过程：切开→ 连接→ 吞入→ 合成
应用
①培育抗虫、抗病的农作物品种
②改良农作物的品质
③制药、遗传病诊治和环境保护
概念：把一个生物体的特定基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术
课堂小结
挑战闯关
1.科学家将蜘蛛丝蛋白基因转入家蚕的遗传物质中，培育出的家蚕可吐出“蜘蛛丝”，其韧性远远优于天然蚕丝。在此过程中运用的核心技术是(　　)
A.克隆技术 B.组织培养技术
C.转基因技术 D.发酵技术
C
解析：转基因技术就是把一个生物体的特定基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。科学家将蜘蛛丝蛋白基因转入家蚕的基因组中，培育出的家蚕吐出的蚕丝中含有蜘蛛丝蛋白，利用的生物技术主要是转基因技术，C符合题意。
挑战闯关
2.我国科学家把控制鲤鱼生长的基因转入鲫鱼的受精卵里，该鱼卵发育成和鲤鱼一般大小的大鲫鱼。下列实例中，所应用的技术与此技术相同的是(　　)
A.杂交水稻育种 B.试管婴儿的诞生
C.克隆猴的诞生 D.转基因抗虫棉的培育
D
挑战闯关
3.如图为人工生产胰岛素的过程示意图，下列说法不正确的是(　　)
A.该过程说明了基因控制性状
B.该技术利用了细菌繁殖快的特点
C.“工程菌”的获得利用了转基因技术
D.“工程菌”生产胰岛素是不遗传的变异
D
解析：由人工生产胰岛素的过程示意图可知，将接有胰岛素基因的DNA转入大肠杆菌，可形成产生胰岛素的“工程菌”，该过程说明了基因控制生物性状，A正确。大肠杆菌是细菌，繁殖方式是分裂生殖，繁殖速度快，B正确。能生产胰岛素的“工程菌”是通过把人胰岛素基因转移到大肠杆菌DNA中的生物技术获得的，这种技术是转基因技术，C正确。“工程菌”生产胰岛素的变异是基因改变引起的，属于可遗传的变异，能够遗传，D错误。
挑战闯关
4.如图是从苏云金杆菌中克隆到Bt毒蛋白基因，并利用农杆菌将其转化到棉花中，培育出了新型棉株，使棉花细胞中存在杀虫蛋白(毒蛋白)，从而导致以棉花为食的棉铃虫死亡。请回答下列问题：
(1)图中Bt毒蛋白基因来自_________________，获得了Bt毒蛋白基因的棉株细胞，在棉株细胞内会产生杀虫蛋白，说明杀虫蛋白的产生是由________控制的，这利用了________技术。
(2)利用棉株细胞获得大量抗虫棉植株的过程属于_____生殖。农杆菌通过________繁殖后代。
(3)与使用化学农药相比，利用这种技术控制害虫的优点是______________________。
苏云金杆菌(的DNA)
基因
转基因
无性
分裂生殖
减少对环境的污染
挑战闯关
解析：(1)从苏云金杆菌的DNA上获得Bt毒蛋白基因，可以产生一种杀虫蛋白质，通过转基因技术，获得具有Bt毒蛋白基因的棉株细胞，在棉株细胞内产生杀虫蛋白，这说明杀虫蛋白的产生是由基因控制的。(2)利用棉株细胞通过组织培养获得大量抗虫棉的过程没有经过两性生殖细胞的结合，属于无性生殖。农杆菌属于细菌，进行分裂生殖。
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