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(共23张PPT)
第3节　基因工程的应用
第3章 基因工程
生物学
学习目标
①通过梳理整合基因工程的典型应用案例，理解其基本原理，举例说出其在实际生活中的重要成果。（生命观念、社会责任）
②通过分析材料并借助问题引导，构建基因工程操作流程模型，培养模型建构与问题解决能力。（生命观念 、 科学思维）
③引导学生关注科学与社会，认同基因工程的应用对生产力的提高有促进作用。（社会责任）
学习重难点
重点：
基因工程应用及其取得的丰硕成果。
难点：
理解基因工程应用背后的操作逻辑，并能够合理构建操作流程模型用于分析或设计实例。
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情境导入
请同学们想象：你们是未来生物科技公司的核心技术人员，需要向投资人推荐一个具有应用前景的基因工程项目。如何选题，如何讲清技术原理？今天我们就从应用角度出发，深入探讨基因工程的多领域实践。
基因工程在农牧业方面的应用
新课讲授
任务一
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[任务一]基因工程在农牧业方面的应用
资料分析：在阅读教材P88～89内容和资料1～3的基础上，完成转基因作物的应用归类表。
资料1.科学家将从苏云金杆菌中分离出来的编码苏云金杆菌Bt抗虫蛋白基因（简称Bt基因）导入棉花细胞，培育出了转基因抗虫棉。
资料2.科学家将番木瓜环斑病毒毒株的复制酶基因转入番木瓜细胞内，培育出具有很强抗病性能的转基因品系——“华农1号”。近年来，科学家利用基因工程技术将一些特定的基因，如病毒的复制酶基因和衣壳蛋白基因以及几丁质酶基因、植物抗毒素基因导入小麦、甜椒或番茄等作物，获得了抗病的小麦、甜椒或番茄等新品种。
资料3.科学家发现土壤农杆菌中的突变型EPSPS基因编码的酶对草甘膦的亲和力极低。将该基因转入大豆中，转基因大豆即使在草甘膦存在的情况下下仍能合成必需氨基酸从而存活。
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1.完善表格
[任务一]基因工程在农牧业方面的应用
项目 转基因生物 目的基因
转基因植物 抗虫 抗虫棉
抗病 抗病番木瓜
抗除草剂 转基因大豆
改良品质 转基因矮牵牛
转基因动物 提高生长速率 转基因鲤鱼
改良畜产品品质 转基因奶牛
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1.完善表格
[任务一]基因工程在农牧业方面的应用
项目 转基因生物 目的基因
转基因植物 抗虫 抗虫棉 苏云金杆菌Bt基因
抗病 抗病番木瓜 番木瓜环斑病毒毒株的复制酶基因
抗除草剂 转基因大豆 突变型EPSPS基因
改良品质 转基因矮牵牛 植物花青素代谢相关基因
转基因动物 提高生长速率 转基因鲤鱼 外源生长激素基因
改良畜产品品质 转基因奶牛 肠乳糖酶基因
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2.运用基因工程改良动植物品种的优点是什么？
最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。基因工程使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间，甚至人与其他生物之间的遗传物质相互重组和转移成为可能，在农、林、牧、渔等产业中的应用前景广阔。
思考提升：转基因抗虫植物能杀灭害虫，与农药防治相比有很多优点，但与生物防治相比存在哪些缺点？
抗虫转基因植物对害虫进行了定向选择，使含抗性基因的害虫个体得到保留，并大量繁殖，害虫有再度大爆发的可能；而生物防治会使害虫数量长期被控制在较低水平。
[任务一]基因工程在农牧业方面的应用
基因工程在医药卫生方面的应用
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任务二
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资料分析：阅读教材P90并根据以下资料完成下列问题。
资料1.1993年我国推出首个重组IFNα-1b（商品名“赛若金”），它打破进口药垄断，实现了规模化生产干扰素。科学家从人白细胞cDNA文库克隆IFNα-1b基因导入大肠杆菌中，使其能正常表达干扰素。
资料2.科学家发现，利用基因工程菌生产干扰素时会有一定局限性，如大肠杆菌因缺少相应细胞器故无法完成真核蛋白的加工修饰；大肠杆菌细胞壁脂多糖易随裂解释放，需额外步骤去除，增加纯化负担等等。科学家正积极探索替代办法。
[任务二]基因工程在医药卫生领域的应用
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1.比较乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别
[任务二]基因工程在医药卫生方面的应用
比较内容 乳腺生物反应器 基因工程菌
含义 指让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达,利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
受体基因结构与人类基因结构差异
基因表达
受体细胞
目的基因 导入方式
生产条件
药物提取
生产设备 畜牧业生产、提取设备 发酵生产、提取设备
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1.比较乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别
[任务二]基因工程在医药卫生方面的应用
比较内容 乳腺生物反应器 基因工程菌
含义 指让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达,利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
受体基因结构与人类基因结构差异 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的基因结构有较大差异
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
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因 导入方式 显微注射法 感受态细胞法
生产条件 无需严格灭菌;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
生产设备 畜牧业生产、提取设备 发酵生产、提取设备
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2.绘制利用基因工程技术获得生产干扰素的乳腺生物反应器流程图。
思考提升：乳腺生物反应器有何缺陷？还可以用动物的什么部位替代生产？
受性别的限制；若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制，故可利用膀胱生物反应器生产药用蛋白。
[任务二]基因工程在医药卫生方面的应用
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[任务三]基因工程在食品工业方面的应用
[回扣教材]阅读教材P91内容回答下列问题：
1.凝乳酶的用途是什么？利用基因工程技术生产凝乳酶相比传统生产凝乳酶的优势有哪些？
凝聚固化奶中的蛋白质，生产奶酪。无需屠宰小牛，符合动物福利与素食/洁净食品需求；成本低等。
2.绘制利用基因工程技术生产凝乳酶的步骤概念图。
3.基因工程技术生产的工业用酶与从天然产物中提取的酶相比有何优点？
纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
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[任务三]基因工程在食品工业方面的应用
【学以致用】小麦是重要的粮食作物。它的根部一般没有根瘤菌，在种植时常需要施加氮肥，这不但增加了生产成本，还可能污染环境。尝试从“引入外源基因”和“基因改造微生物”两个角度提出利用基因工程技术解决问题的方案，并分析每种方法的可行性、成本和生态风险，选择最优方案。
方案1，将豆科植物（如大豆）的根瘤菌共生基因通过转基因技术导入小麦基因组，使其根部能识别并与根瘤菌建立共生关系，形成固氮根瘤。
方案2，通过基因编辑技术改造小麦的固氮相关基因，激活其内源性固氮潜力。
建议方案2，理由：不引入外源微生物，符合生物安全原则；基因编辑工具（如CRISPR）已成熟，可模块化改造代谢途径；可与方案一结合（如先优化自身固氮能力，再尝试共生系统），形成技术迭代路径。
【练习1】
当堂训练
1．生物学相关技术在农牧业、医药卫生和食品工业方面应用广泛。下列相关说法错误的是（　　）
A．将药用蛋白基因导入奶牛受精卵，构建乳腺生物反应器
B．植物组织培养、动物细胞培养和PCR实验中均需无菌操作
C．可用PCR等技术检测编码牛凝乳酶的基因是否导入受体细胞
D．可采用农杆菌转化法将抗某种除草剂的基因导入农作物细胞
A
【练习2】
2．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．基因工程在畜牧业上的应用主要是培育体型巨大的动物
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，以提必需高氨基酸的含量
C
当堂训练
【练习3】
3．（不定项）天然虾青素具有强大的清除氧自由基的能力，还具有着色、提高免疫力等特性，被广泛应用在化妆品、饲料添加剂和医药等行业中。常用微生物发酵合成虾青素，已知红法夫酵母能够生产虾青素，但存在产量低、成本高等弊端，大规模工业化生产虾青素存在诸多挑战。下列叙述正确的是（ ）
A．虾青素可能具有延缓衰老、抑制肿瘤发生等生理作用
B．培养基中碳氮源比例可能会影响到菌株发酵合成虾青素
C．可通过基因工程改造野生型红法夫酵母提高虾青素产量
D．工业化生产虾青素不需要考虑pH、溶氧量等因素对产量的影响
ABC
当堂训练
【练习4】
4．阅读下面的材料并回答问题：
转基因生物就是利用DNA重组技术，将外源基因（目的基因）导入受体生物（动物、植物、微生物）体内。当这些外源基因与受体生物的基因整合后，外源基因就能随受体生物细胞的分裂而增殖，并能表达出受体生物原本没有的性状，且能遗传给后代。
(1)不同生物间基因移植成功，说明生物共用一套____________；从生物进化的角度看，说明这些生物具有________________________________________________。
当堂训练
遗传密码
亲缘关系（共同祖先）
【练习4】
4．阅读下面的材料并回答问题：
转基因生物就是利用DNA重组技术，将外源基因（目的基因）导入受体生物（动物、植物、微生物）体内。当这些外源基因与受体生物的基因整合后，外源基因就能随受体生物细胞的分裂而增殖，并能表达出受体生物原本没有的性状，且能遗传给后代。
(2)转基因技术将给农业、医药等诸多领域带来革命，目前取得了许多成就，同时也可能给人类带来灾难性的后果。试各举一至两个实例：
________________________________________________________________________。
当堂训练
成就：将抗病基因转移到水稻中形成抗病水稻新品种；将人的干扰素基因转移到猪的体内，培育生产人干扰素的猪。不良后果：转基因作物通过花粉传播可与亲缘关系较近的植物杂交，从而导致基因逃逸，可能产生优势种，危及生物多样性
【练习4】
4．阅读下面的材料并回答问题：
转基因生物就是利用DNA重组技术，将外源基因（目的基因）导入受体生物（动物、植物、微生物）体内。当这些外源基因与受体生物的基因整合后，外源基因就能随受体生物细胞的分裂而增殖，并能表达出受体生物原本没有的性状，且能遗传给后代。
(3)有人提出“吃基因补基因”，你是否赞成这种观点？试从新陈代谢的角度简要说明理由：________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________。
当堂训练
如不赞成，因为基因被吃入后，与其他生物大分子一样被消化分解，不可能以原状进入细胞，更不可能补充或整合到人体原有的基因中去；
赞成，基因被吃下去后，消化分解为简单物质，可以作为合成DNA的原料
课堂小结

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