生物人教版（2019）选择性必修3 3.2 基因工程的基本操作程序（共31张ppt）
文档属性
| 名称 | 生物人教版（2019）选择性必修3 3.2 基因工程的基本操作程序（共31张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 9.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-08-06 13:21:38 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
基因工程的基本操作程序
基因棉花为什么具有抗虫的能力？
抗虫棉能够产生一种毒蛋白，使棉铃虫等害虫瘫痪致死。
毒蛋白的基因来源于苏云金芽孢杆菌，科学家通过基因工程把苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因导入棉花中并成功表达。
从社会中来
①目的基因的筛选和获取
使用限制性核酸内切酶
剪切出目的基因
②基因表达载体的构建
目的基因与运载体通过
DNA连接酶结合
③目的基因导入受体细胞
④目的基因的检测与鉴定
苏云金芽孢杆菌
pBI质粒
基因工程的步骤
1.目的基因的筛选：
遗传序列数据库和序列比对工具给筛选提供更多条件。
目的基因的筛选和获取
一般是蛋白质编码基因：
与生物抗逆相关的基因、
与优良品质相关的基因、
与生物药物相关的基因、
与毒物降解相关的基因等
①解旋：解旋酶催化（氢键断裂）
模板(母链)
②以母链为模板进行碱基互补配对
③形成两个子代DNA。
2. PCR技术扩增目的基因
① 理论基础
目的基因的筛选和获取
变性：温度上升到
90℃以上时，
双链DNA解旋。
复性：退火即温度
下降到55℃，引物
与单链DNA结合。
延伸：温度上升到
72℃，脱氧核苷酸
在 TaqDNA聚合酶
作用下合成新DNA链
② PCR的流程
目的基因的筛选和获取
引物
3’端
5’端
3’端
5’端
目的基因的筛选和获取
1个循环
变性-退火-延伸
目的基因的筛选和获取
常考的问题
1.为什么需要引物？
DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链
2. 为什么需要两种引物？
DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链，
用两种引物才能确保DNA两条链同时被扩增
条件 体内DNA复制 PCR
模板
原料
引物
酶
两条DNA母链
四种脱氧核苷酸
解旋酶，
DNA聚合酶
引物(RNA)
same
same（或dNTP）
不用解旋酶，
需耐高温的Taq DNA聚合酶
引物(人工合成的DNA)
③ PCR全称
多聚酶链式反应，
是一项在生物体外进行的
DNA复制合成技术，
使目的基因数量指数扩增
目的基因的筛选和获取
④ PCR结果检测
使用琼脂糖凝胶电泳法电泳法
电泳：DNA分子在电场作用下发生迁移，越小的DNA片段距离出发点越远。片段相同的DNA分子会停留在相同的条带，因此可以鉴别PCR的产物是否为目的基因。
目的基因的筛选和获取
拓展提高：DNA聚合酶只能特异性地复制______的DNA序列。
答案：处于两个引物之间的
目的基因的筛选和获取
3. 从基因文库（Gene library）获取：
将含有某物种不同基因的许多DNA片段，结合质粒导入到
受体菌群体中储存，这个受体菌群就是该生物的基因文库
基因组文库 ≈ 国家博物馆
包括某种生物的全部基因
部分基因文库 ≈ 市博物馆
包括某一种生物的所有基因
目的基因的筛选和获取
▌PCR过程一般经历下述三十多次循环：95℃使模板
DNA变性→55℃下复性→72℃下引物链延伸。下列
有关PCR过程的叙述中正确的是( )
A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基的磷酸二酯键，也可利用解旋酶实现
B．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸
C．PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度低D．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成
实战演练
D
▌研究者用PCR技术获得家族关于亨廷顿氏舞蹈症（HD，常染色体显性遗传病，成人后才发病）基因的差异。检测结果如图2所示，据此结果推测Ⅳ1 ___（有/无）出现HD症状的可能，依据是________________________________________。
有
Ⅳ1与患者基因型一样（杂合子），带有致病基因
实战演练
▌表达载体的功能：
使目的基因在受体细胞中稳定存在，复制，表达。
▌表达载体必须含有的东西
①目的基因
②启动子：RNA聚合酶结合位点
③终止子：结束转录
④标记基因（抗性基因）
⑤复制原点
基因表达载体的构建（核心）
▌常考：对于目的基因和运载体的剪切有什么要求？
用同种限制酶切割，容易出现质粒和目的基因自身环化。
基因表达载体的构建（核心）
▌用两种限制酶处理质粒、目的基因时：
可以一定程度防止质粒和目的基因自身环化。
酶Ⅰ
酶Ⅰ
酶Ⅱ
酶Ⅱ
目的基因
质粒
基因表达载体的构建（核心）
▌花粉管通道法
在植物受粉后，花粉管还未愈合前，剪去柱头，
滴加DNA（含目的基因）使其借助花粉管通道
进入受体细胞。
将目的基因导入植物细胞
▌农杆菌转化法
农杆菌感染双子叶和裸子植物，当植物体到损伤时，伤口处
分泌酚类吸引农杆菌，这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA
（提前已经把目的基因嵌入）转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体DNA上。
将目的基因导入植物细胞
▌什么是转化
外源基因进入受体细胞内稳定存在并表达的过程，转化的 实质为基因重组。如肺炎双球菌体外转化实验。
▌猜测单子叶植物细胞为什么不适用农杆菌转化法？
损伤时无法分泌酚类物质。
将目的基因导入植物细胞
▌上述农杆菌的Ti质粒如何整合目的基因呢？
Ca2+转化法（感受态细胞法）
使得细胞处于一种能够吸收周围环境DNA的生理状态。
将目的基因导入微生物细胞
▌原核生物适合作为受体细胞的原因：
结构简单，繁殖快，易于培养，遗传物质相对少
▌显微注射法
将含有目的基因的表达载体采用显微注射仪显微注射到
受精卵(卵细胞也还行)；受精后经胚胎早期培养，再移植到雌性动物的输卵管或子宫内，使其发育成为具有新性状的动物。
将目的基因导入动物细胞
检测是否插入目的基因
检测目的基因是否转录
检测目的基因是否翻译
目的基因的检测与鉴定
检测个体是否表达性状
1、利用标记基因检测表达载体是否导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定 - 分子水平
① 通过抗性基因筛选是否导入
有抗性就说明目的基因成功导入？
导入细胞后鉴定抗性
目的基因的检测与鉴定 - 分子水平
① 通过双抗性基因筛选是否导入
② 用PCR、基因探针等技术检测是否导入
原理：DNA分子杂交
含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记，以此做基因探针，观察是否出现杂交带。
原理：碱基互补配对
目的基因的检测与鉴定 - 分子水平
③ 转录的检测
方法：DNA—RNA分子杂交
从转基因生物提取mRNA
同样以被标记的目的基因作探针，
观察是否出现杂交带
④ 翻译的检测（是否表达成功）
方法：抗原-抗体杂交
原理：蛋白质分子的结合具有特异性
从转基因生物中提取出蛋白质，
用相应的抗体进行抗原抗体杂交。
若有反应，表明目的基因已表达合成出蛋白质。
目的基因的检测与鉴定 - 分子水平
▌看对应生物体是否具有了预期的特性。
例如：一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，观察
植物是否具有了抗虫或者抗病特性。
目的基因的检测与鉴定 - 个体水平
▌基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是
A.人工合成基因 B.目的基因与运载体结合
C.将目的基因导入受体细胞 D.目的基因的检测和表达
C
实战演练
▌将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制备工程菌。已知细菌B不含质粒A，也不含质粒A上的基因 。正确的是（ ）
A. 将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法
B. 氨苄青霉素的培养基生长的只是导入了普通质粒A的细菌
C. 四环素的培养基上生长的只是导入了重组质粒的细菌
D. 目的基因成功表达的标志是工程菌产生人的生长激素
D
实战演练
IMN
▌2013 安徽 / 下图为通过DNA分子杂交鉴定含有某特定DNA的细菌示意图。下列叙述正确的是（ ）
A. 培养皿中菌落数即样品含有的活菌实际数
B. 外源DNA必须在重组质粒的启动子和终止子间才能复制
C. 重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接
D. 放射自显影结果可以显示原培养皿中含有特定DNA的细菌菌落位置
D
实战演练
导入细菌后检测
薄膜
基因工程的基本操作程序
基因棉花为什么具有抗虫的能力？
抗虫棉能够产生一种毒蛋白，使棉铃虫等害虫瘫痪致死。
毒蛋白的基因来源于苏云金芽孢杆菌，科学家通过基因工程把苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因导入棉花中并成功表达。
从社会中来
①目的基因的筛选和获取
使用限制性核酸内切酶
剪切出目的基因
②基因表达载体的构建
目的基因与运载体通过
DNA连接酶结合
③目的基因导入受体细胞
④目的基因的检测与鉴定
苏云金芽孢杆菌
pBI质粒
基因工程的步骤
1.目的基因的筛选：
遗传序列数据库和序列比对工具给筛选提供更多条件。
目的基因的筛选和获取
一般是蛋白质编码基因：
与生物抗逆相关的基因、
与优良品质相关的基因、
与生物药物相关的基因、
与毒物降解相关的基因等
①解旋：解旋酶催化（氢键断裂）
模板(母链)
②以母链为模板进行碱基互补配对
③形成两个子代DNA。
2. PCR技术扩增目的基因
① 理论基础
目的基因的筛选和获取
变性：温度上升到
90℃以上时，
双链DNA解旋。
复性：退火即温度
下降到55℃，引物
与单链DNA结合。
延伸：温度上升到
72℃，脱氧核苷酸
在 TaqDNA聚合酶
作用下合成新DNA链
② PCR的流程
目的基因的筛选和获取
引物
3’端
5’端
3’端
5’端
目的基因的筛选和获取
1个循环
变性-退火-延伸
目的基因的筛选和获取
常考的问题
1.为什么需要引物？
DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链
2. 为什么需要两种引物？
DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链，
用两种引物才能确保DNA两条链同时被扩增
条件 体内DNA复制 PCR
模板
原料
引物
酶
两条DNA母链
四种脱氧核苷酸
解旋酶，
DNA聚合酶
引物(RNA)
same
same（或dNTP）
不用解旋酶，
需耐高温的Taq DNA聚合酶
引物(人工合成的DNA)
③ PCR全称
多聚酶链式反应，
是一项在生物体外进行的
DNA复制合成技术，
使目的基因数量指数扩增
目的基因的筛选和获取
④ PCR结果检测
使用琼脂糖凝胶电泳法电泳法
电泳：DNA分子在电场作用下发生迁移，越小的DNA片段距离出发点越远。片段相同的DNA分子会停留在相同的条带，因此可以鉴别PCR的产物是否为目的基因。
目的基因的筛选和获取
拓展提高：DNA聚合酶只能特异性地复制______的DNA序列。
答案：处于两个引物之间的
目的基因的筛选和获取
3. 从基因文库（Gene library）获取：
将含有某物种不同基因的许多DNA片段，结合质粒导入到
受体菌群体中储存，这个受体菌群就是该生物的基因文库
基因组文库 ≈ 国家博物馆
包括某种生物的全部基因
部分基因文库 ≈ 市博物馆
包括某一种生物的所有基因
目的基因的筛选和获取
▌PCR过程一般经历下述三十多次循环：95℃使模板
DNA变性→55℃下复性→72℃下引物链延伸。下列
有关PCR过程的叙述中正确的是( )
A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基的磷酸二酯键，也可利用解旋酶实现
B．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸
C．PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度低D．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成
实战演练
D
▌研究者用PCR技术获得家族关于亨廷顿氏舞蹈症（HD，常染色体显性遗传病，成人后才发病）基因的差异。检测结果如图2所示，据此结果推测Ⅳ1 ___（有/无）出现HD症状的可能，依据是________________________________________。
有
Ⅳ1与患者基因型一样（杂合子），带有致病基因
实战演练
▌表达载体的功能：
使目的基因在受体细胞中稳定存在，复制，表达。
▌表达载体必须含有的东西
①目的基因
②启动子：RNA聚合酶结合位点
③终止子：结束转录
④标记基因（抗性基因）
⑤复制原点
基因表达载体的构建（核心）
▌常考：对于目的基因和运载体的剪切有什么要求？
用同种限制酶切割，容易出现质粒和目的基因自身环化。
基因表达载体的构建（核心）
▌用两种限制酶处理质粒、目的基因时：
可以一定程度防止质粒和目的基因自身环化。
酶Ⅰ
酶Ⅰ
酶Ⅱ
酶Ⅱ
目的基因
质粒
基因表达载体的构建（核心）
▌花粉管通道法
在植物受粉后，花粉管还未愈合前，剪去柱头，
滴加DNA（含目的基因）使其借助花粉管通道
进入受体细胞。
将目的基因导入植物细胞
▌农杆菌转化法
农杆菌感染双子叶和裸子植物，当植物体到损伤时，伤口处
分泌酚类吸引农杆菌，这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA
（提前已经把目的基因嵌入）转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体DNA上。
将目的基因导入植物细胞
▌什么是转化
外源基因进入受体细胞内稳定存在并表达的过程，转化的 实质为基因重组。如肺炎双球菌体外转化实验。
▌猜测单子叶植物细胞为什么不适用农杆菌转化法？
损伤时无法分泌酚类物质。
将目的基因导入植物细胞
▌上述农杆菌的Ti质粒如何整合目的基因呢？
Ca2+转化法（感受态细胞法）
使得细胞处于一种能够吸收周围环境DNA的生理状态。
将目的基因导入微生物细胞
▌原核生物适合作为受体细胞的原因：
结构简单，繁殖快，易于培养，遗传物质相对少
▌显微注射法
将含有目的基因的表达载体采用显微注射仪显微注射到
受精卵(卵细胞也还行)；受精后经胚胎早期培养，再移植到雌性动物的输卵管或子宫内，使其发育成为具有新性状的动物。
将目的基因导入动物细胞
检测是否插入目的基因
检测目的基因是否转录
检测目的基因是否翻译
目的基因的检测与鉴定
检测个体是否表达性状
1、利用标记基因检测表达载体是否导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定 - 分子水平
① 通过抗性基因筛选是否导入
有抗性就说明目的基因成功导入？
导入细胞后鉴定抗性
目的基因的检测与鉴定 - 分子水平
① 通过双抗性基因筛选是否导入
② 用PCR、基因探针等技术检测是否导入
原理：DNA分子杂交
含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记，以此做基因探针，观察是否出现杂交带。
原理：碱基互补配对
目的基因的检测与鉴定 - 分子水平
③ 转录的检测
方法：DNA—RNA分子杂交
从转基因生物提取mRNA
同样以被标记的目的基因作探针，
观察是否出现杂交带
④ 翻译的检测（是否表达成功）
方法：抗原-抗体杂交
原理：蛋白质分子的结合具有特异性
从转基因生物中提取出蛋白质，
用相应的抗体进行抗原抗体杂交。
若有反应，表明目的基因已表达合成出蛋白质。
目的基因的检测与鉴定 - 分子水平
▌看对应生物体是否具有了预期的特性。
例如：一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，观察
植物是否具有了抗虫或者抗病特性。
目的基因的检测与鉴定 - 个体水平
▌基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是
A.人工合成基因 B.目的基因与运载体结合
C.将目的基因导入受体细胞 D.目的基因的检测和表达
C
实战演练
▌将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制备工程菌。已知细菌B不含质粒A，也不含质粒A上的基因 。正确的是（ ）
A. 将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法
B. 氨苄青霉素的培养基生长的只是导入了普通质粒A的细菌
C. 四环素的培养基上生长的只是导入了重组质粒的细菌
D. 目的基因成功表达的标志是工程菌产生人的生长激素
D
实战演练
IMN
▌2013 安徽 / 下图为通过DNA分子杂交鉴定含有某特定DNA的细菌示意图。下列叙述正确的是（ ）
A. 培养皿中菌落数即样品含有的活菌实际数
B. 外源DNA必须在重组质粒的启动子和终止子间才能复制
C. 重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接
D. 放射自显影结果可以显示原培养皿中含有特定DNA的细菌菌落位置
D
实战演练
导入细菌后检测
薄膜