基因工程的应用完整版本
基因工程及其应用教学设计完整版
基因工程及其应用教学设计完整版总述：本教学设计主要介绍基因工程的基本知识、技术和应用，涵盖了基因工程的概念、原理、技术和应用领域。
通过讲解基因工程的基本概念和原理，学生可以了解到基因工程的核心思想和技术手段；通过讲解基因工程的应用领域，学生可以认识到基因工程对人类社会的巨大影响。
一、教学目标：1.了解基因工程的概念和原理；2.掌握基本的基因工程技术；3.了解基因工程的应用领域；4.培养学生的科学素养和批判性思维能力。
二、教学内容及教学方法：1.概念和原理（理论授课+讲解）-基因工程的概念和发展历程；-基因工程的基本原理：DNA的复制、转录和翻译；-基因工程的基本技术：重组DNA技术、PCR技术等。
2.技术和方法（实验演示+实践操作）-基因工程实验的基本步骤：DNA提取、酶切、连接、转化等；-PCR实验的原理和步骤；-基因克隆实验的原理和步骤；-基因转导实验的原理和步骤。
3.应用（案例分析+讨论）-基因工程在医学领域的应用：基因治疗、药物研发等；-基因工程在农业领域的应用：转基因作物、抗虫剂等；-基因工程在环保领域的应用：生物降解、污染治理等。
三、教学过程：第一课时：概念和原理（理论授课+讲解）1.教师介绍基因工程的概念和发展历程。
2.教师讲解基因工程的基本原理和技术。
3.学生提问和讨论，澄清疑惑。
第二课时：技术和方法（实验演示+实践操作）1.教师进行基因工程实验的演示，介绍实验步骤和相关技术原理。
2.学生分组进行实验操作，实践基因工程技术。
3.学生共同讨论实验结果，并总结实验中遇到的问题和解决方法。
第三课时：应用（案例分析+讨论）1.教师介绍基因工程在医学、农业和环保领域的应用案例。
2.学生小组讨论不同应用领域的利弊和伦理问题。
3.学生展示讨论结果，并进行全班讨论，培养学生的批判性思维能力。
四、教学评价：1.对学生的实验操作进行评价，考察学生的实验技能。
2.对学生的课堂提问和讨论进行评价，考察学生的理解和批判性思维能力。
1.3 基因工程的应用
异想天开
二、动物基因工程前景广阔
1.用于提高动物生长速度
2.用于改善畜产品的品质
例如将 乳糖酶基因 导入奶牛基因组，使转基 因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大 减低 。
3.用转基因的动物生产药物
方法： 乳腺生物反应器
注意： 雌性个体才能生产药物
★为什么乳腺能成为基因药物最理想的表 达场所呢？ ⑴乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体 内循环，不会影响转基因动物本身的生理 代谢反应。 ⑵从乳汁中获取目的基因产物，产量高， 易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰 加工，具有稳定的生物活性。
一、植物基因工程硕果累累
转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改 良农作物的品质和利用植物生产药物等方面.
1.抗虫转基因植物
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
Bt毒蛋白 我国的转基因抗虫棉就是转入了 基因培育 出来的。因为用化学农药防治害虫最大的危害是环境 污染，因此可将具有杀虫活性的基因导入到农作物中。
1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症 的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗 传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免 疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他 们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺 陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白 血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。在 以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗， 同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋 健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活， 并进入普通小学上学。
2.抗病转基因植物
引起生物生病的微生 物，主要有病毒、真菌 和细菌等
抗病基因： 病毒外壳蛋白基因、 病毒的复制酶基因. 抗真菌基因： 几丁质酶基因、 抗毒素合成基因.
3.3 基因工程的应用
三 基因工程在食品工业方面的应用
2 实例
①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， ②凝乳酶： 这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
应用：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
制备方法：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
3.为什么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？ 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。
二 基因工程在医药卫生领域的应用
医
基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
药
卫
生
领
让转基因哺乳动物批量生产药物
域
的
应
用
用转基因动物作为器官移植的供体
二 基因工程在医药卫生领域的应用
牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状， 称之为乳糖不耐受。 实 例：转基因牛(乳汁中乳糖的含量大大降低)。
目的基因：肠乳糖酶基因。
思考·讨论:
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 越性有哪些？ 减少了化学农药的使用量， 降低了环境污染；降低生产成本。 2.种植转基因抗虫棉若干年后， 害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？ 会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。
二 基因工程在医药卫生领域的应用
比较项目 基因结构
基因产物 受体细胞 导入方式 生产条件 产物提取
乳腺（房）生物反应器 哺乳动物基因的结构与人类结 构基本相同 与天然蛋白质完全相同
哺乳动物的受精卵
基因工程菌生产药物
细菌或酵母菌等生物的基因结构与人 类基因结构有较大差异 细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等 细胞器， 合成的蛋白质可能不具有生 物活性 微生物细胞
基因工程的应用
基因工程的应用基因工程是指通过改变生物体的遗传物质DNA序列，对其基因组进行修改和重组的技术手段。
它已经广泛应用于许多领域，包括农业、医学和工业等，为人类带来了许多益处和希望。
本文将探讨基因工程在这些领域的应用。
一、农业领域1.转基因植物基因工程技术使得科学家能够向植物中引入异源基因，使植物拥有抗虫、抗草甘膦等抗性能力，从而提高植物的产量和抵抗力。
例如，转基因玉米可以抵抗玉米螟的攻击，转基因大豆可以耐受除草剂的农药，这样可以减少农药的使用，提高农作物的质量和产量。
2.转基因动物基因工程还可以用于改良家禽、家畜等农业动物。
通过引入特定的基因，科学家可以使家禽生长更快、抵抗疾病能力更强，提高家畜的肉质和产量。
这有助于满足人们不断增长的食品需求，并提高食品的质量和安全性。
3.抗性育种基因工程技术可以用于改进常规育种方法，筛选出能够抵抗病虫害和逆境环境的作物品种。
通过定向的基因编辑或转基因技术，可以加强作物对病毒、真菌和昆虫等的抵抗能力。
这为农业生产提供了新的工具和途径。
二、医学领域1.基因治疗基因工程的一项重要应用是基因治疗。
科学家可以通过引入正常基因来修复或替换患者体内缺失或异常的基因。
这项技术为许多遗传性疾病的治疗提供了新的希望，例如囊性纤维化、血友病等。
2.生物制药基因工程技术使得人类能够利用重组DNA技术来生产大量的蛋白质和药物。
通过将目标基因转入快速繁殖的细胞中，科学家可以生产出例如胰岛素、人生长激素等重要药物。
这种方法比传统的化学合成药物更有效，并且避免了使用遗传工程技术的副作用。
三、工业领域1.生物能源基因工程技术可以改良微生物，使其具备高效合成生物能源的能力。
例如，通过改造细菌的代谢途径，可以使其在发酵过程中生产出醇类燃料，如乙醇和丁醇。
这种方式对于替代化石燃料和减少温室气体排放具有重要意义。
2.环境修复基因工程技术还可以应用于环境修复。
通过改造微生物的遗传物质，科学家可以使其具备降解有害物质的能力，如油污染物、有机化合物等。
基因工程及其应用教学设计完整版
基因工程及其应用教学设计完整版一、教学目标：1.理解基因工程的定义和基本原理。
2.了解基因工程的应用领域。
3.掌握基因工程在生物医学、农业、环境保护等方面的具体应用。
4.培养学生分析和解决实际问题的能力。
二、教学重点：1.基因工程的定义和基本原理。
2.基因工程的应用领域。
三、教学难点：1.基因工程在生物医学、农业、环境保护等方面的具体应用。
2.培养学生分析和解决实际问题的能力。
四、教学过程：1.导入（5分钟）引导学生回顾生物技术的概念，并与基因工程做比较，让学生了解到基因工程是生物技术的重要组成部分。
2.理论讲解（20分钟）a.定义基因工程：基因工程是利用现代生物技术手段，对生物体的基因进行分析、重组和改造的一门学科。
b.基本原理：讲解DNA的分离、克隆、导入和表达等基本原理，让学生了解基因工程的具体操作过程。
3.应用领域介绍（30分钟）a.生物医学：介绍基因工程在医学诊断、药物研发和基因治疗等方面的应用，引导学生思考如何应用基因工程技术来解决医学难题。
b.农业：介绍基因工程在作物改良、抗虫抗病和耐逆性提高等方面的应用，引导学生思考如何利用基因工程技术来提高农作物产量和质量。
c.环境保护：介绍基因工程在环境修复、污染物降解和生物传感等方面的应用，引导学生思考如何利用基因工程技术来保护环境。
4.小组讨论（15分钟）将学生分成若干小组，让每个小组选择一个感兴趣的应用领域，进行讨论和策划，设计出一个创新的基因工程应用方案，并写下实施步骤。
5.学生汇报和小结（15分钟）每个小组派代表汇报他们的应用方案，其他小组进行点评和提问，进一步加深对基因工程及其应用的理解。
6.课堂练习（15分钟）布置课堂练习题，让学生针对基因工程的应用领域进行思考和解答，检查学生的学习情况。
7.课后作业（5分钟）要求学生根据小组讨论的内容，整理出一个基因工程应用方案的书面报告，并列出实施步骤和预期效果。
五、教学评估：通过课堂练习和课后作业的综合评估，了解学生对基因工程及其应用的掌握情况和分析解决实际问题的能力。
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普通矮牵牛
转基因矮牵牛
转 基 因 矮 牵 牛
转基因蓝玫瑰
二 动物基因工程前景广阔 1.用于提高动物生长速度
外源生长激素基因
转基因 鲑鱼
普通 鲑鱼
2.用于改善畜产品的品质
资料：有的人体内缺少乳糖酶，或者乳糖酶活性减弱， 饮用牛奶后，对乳糖不能完全消化，甚至有的人出现 过敏、腹泻、恶心等症状。
优点：产量高 质量好 成本低 易提取
成果：抗凝血酶、 血清白蛋白、 生长激素、 α－抗胰蛋白酶
4.用于转基因动物作器官移植的供体
供体动物：猪 存在的难题： 免疫排斥 解决方法：
a.在供体基因组中导入某种调节因子， 以抑制抗原决定基因的表达;
b.设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术， 培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
4.利用转基因改良植物品种
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。
转基因高赖氨酸玉米
合成b-胡萝卜素的基因
使果品延熟，便于储存 将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得 转基因延熟番茄。
转基因延熟番茄
丰富花品颜色，提高观赏价值。
将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组中
简述乳房(腺）生物反应器的操作过程
获取目的基因 构建基因表达载体
将目的基因与乳腺蛋 白基因的启动子等调 控组件重组在一起。
显微注射导入哺乳动物受精卵中
在体外培育形成早期胚胎 将胚胎送入母体子宫 发育成转基因动物
只有在产下的雌性 个体中，转入的基 因才能表达。
3.用转基因动物生产药物
你希望具有哪种“特异功能”
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怎样才能从根本上拯救这名女童？
基因治疗
把正常基因导入病人体内，使该 基因的表达产物发挥功能，从而 达到治疗疾病的目的，这是治疗 遗传病的最有效的手段。
体外基因治疗
取出患者的细胞 （如T淋巴细胞）
体外完成基因转移
筛选成功的细胞扩增培养
重新输入患者体内
体内基因治疗 直接将基因转移到人体组织细胞中。
1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作为载 体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基 因转入到患者的肺组织中。
基因工程的应用
虫
病
害
毒
不
干
易
旱
储
存
一 植物基因工程硕果累累
1.抗虫转基因植物 目的基因
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
应用举例 转基因抗虫水稻、抗虫棉
一 植物基因工程硕果累累
1.抗虫转基因植物
Bt毒蛋白基因：
Bt基因编码的蛋白质 害虫消化酶
有毒多肽
如果人和其他哺乳动物食用 转Bt基因的植物，会不会中毒？
三 基因工程药物异军突起
资料1：胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰 岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提 取4-5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵， 远不能满足社会需要。
将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就 能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄 金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!
三 基因工程药物异军突起
资料2：干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人 血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。
安达芬是我国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b， 具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能ห้องสมุดไป่ตู้作用， 广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公 认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。
2.抗病转基因植物
抗病目的基因 最多：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因 抗真菌：几丁质酶基因和抗毒素合成基因
举例 抗病毒转基因小麦、抗病毒转基因甜椒
3.抗逆转基因植物
盐碱、干旱对农作物的危害与什么有关 与细胞内渗透压调节有关
目的基因 抗盐碱和干旱作物：调节细胞渗透压的基因
耐寒的番茄：鱼的抗冻蛋白基因 抗除草剂的作物：抗除草剂基因
不会，因为哺乳动物细胞膜表面 的受体和昆虫不同。
结合肠上皮细胞特异受体
细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解
害虫死亡
抗虫棉的培育过程：
目的基因的获取 （从苏云金芽孢杆菌提取Bt毒蛋白基因） 基因表达载体的构建（目的基因+标记基因+启动子+终止子） 将目的基因导入受体细胞 （花粉管通道法） 目的基因的检测与鉴定 （是否有抗虫性状出现）
干扰素生产车间
基因工程制取人类 蛋白药物步骤 获取目的基因（如人的胰岛素基因）
构建基因表达载体 导入受体细胞（工程菌）
用基因工程的方 法，使外源基因 得到高效率表达 的菌类细胞株一 般称为“工程 菌”。
目的基因的检测与鉴定（表达成功后，从工程菌中获得胰岛素）
基 因
工 程
药 物 异 军 突 起
练一练
不是利用基因工程的方法生产出来的药物是（ ）
A 干扰素
B 白细胞介素
C 青霉素
D 乙肝疫苗
基因工程药物的化学本质是蛋白质
四 基因治疗曙光初照
资料3：美国一名女童患有严重的复合型免疫缺陷症。复合型免 疫缺陷症是一种遗传病。女童由于腺苷酸脱氨酶基因缺失，造 成体内缺乏腺苷酸脱氨酶。而这种物质是人体免疫系统发挥正 常功能作用所必需的，因此，该女童不能抵抗病原微生物的威 胁。