生物人教版（2019）选择性必修3第3章第2节 基因工程的基本操作程序（共22张ppt）
文档属性
| 名称 | 生物人教版（2019）选择性必修3第3章第2节 基因工程的基本操作程序（共22张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-01-31 13:23:58 | ||
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文档简介
(共22张PPT)
1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？
培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？
转基因抗虫棉
非转基因抗虫棉
第3章第2节 基因工程的基本操作程序
1. 基因工程的基本操作程序主要步骤
2. 基因工程操作每一步涉及的技术和方法
抗虫棉的培育过程
2.基因表达载体的构建（核心）
1.目的基因的筛选与获取
3.将目的基因导入受体细胞
4.目的基因的检测与鉴定
Bt基因
Ti质粒
重组DNA分子
将目的基因插入染色体DNA中
第一步：目的基因的筛选与获取
1．目的基因
(1)概念：
在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因就是目的基因。
(2)作用：
根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指编码蛋白质的基因。
(3)实例：
与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。
2．筛选合适的目的基因：
从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。
如与苏云金杆菌的杀虫作用有关的Bt 抗虫蛋白基因(Bt 基因)及表达产物——Bt抗虫蛋白
测序技术；序列数据库；序列比对工具等为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能
(1)较为有效的方法：
(2)认识基因结构和功能的技术方法：
第一步：目的基因的筛选与获取
提取
苏云金芽孢杆菌
抗虫基因
？
快速获得大量抗虫基因
3.利用PCR获取和扩增目的基因
PCR——聚合酶链式反应
PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
第一步：目的基因的筛选与获取
PCR的条件
耐高温的DNA聚合酶（Taq酶）
四种脱氧核苷酸
DNA模板
引物
稳定的缓冲溶液
（一般添加Mg2+）
第一步：目的基因的筛选与获取
3.利用PCR获取和扩增目的基因
PCR扩增仪（PCR仪）
PCR过程:
DNA模板
4种脱氧核苷酸
耐高温的DNA聚合酶
引物
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
3'
5'
5'
3'
变性
复性
延伸
5'
3'
5'
3'
5'
3'
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第一轮循环的产物作为第二轮反应的模板，经过变性、复性和延伸三步产生第二轮循环的产物。
第二轮循环的产物作为第三轮反应的模板，经过变性、复性和延伸三步产生第三轮循环的产物。
5'
3'
3'
5'
3'
5'
3'
5'
PCR扩增技术和体内DNA复制的异同
项目 体内DNA复制 PCR扩增技术
解旋方式 解旋酶催化 DNA在高温作用下变性解旋
场所 细胞内(主要 在细胞核内) PCR扩增仪内
酶 解旋酶、DNA聚合酶 耐高温的DNA聚合酶
温度 条件 细胞内温和条件 需控制温度，
在较高温度下进行
结果 DNA分子 DNA片段或目的基因
相同点 (1)模板：均需要DNA的两条单链作为模板； (2)原料：均为4种脱氧核苷酸； (3)酶：均需DNA聚合酶
第二步：基因表达载体的构建(核心步骤)
1．基因表达载体构建的目的
让目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
2．基因表达载体的组成
限制酶切割位点
启动子
终止子
质粒
复制原点
标记基因
便于重组DNA分子的筛选
包括目的基因、标记基因、启动子、终止子等
位置:
位于基因的下游
功能:
终止转录
本质:
有特殊序列结构的DNA片段
位置:
位于基因的上游
功能:
是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA
本质:
有特殊序列结构的DNA片段
3．基因表达载体的构建过程
(1)首先用一定的限制酶切割载体
(2)然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段
(3)再利用DNA连接酶将含目的基因的DNA片段拼接到载体的切口处
限制酶
限制酶
目的基因
限制酶切割位点
DNA连接酶
获取目的基因
重组DNA分子
质粒
限制酶切割位点
第二步：基因表达载体的构建(核心步骤)
1.如果用一种限制酶分别切割目的基因和质粒，再用DNA连接酶处理后会出现几种产物？(只考虑两两结合)
？
目的基因——载体连接物、
载体——载体连接物、
目的基因——目的基因连接物。
第二步：基因表达载体的构建(核心步骤)
2.如何防止目的基因和质粒的自身环化以及目的基因的反向连接？
双酶切
-G
-CTTAA
-A
-TCTAG
第二步：基因表达载体的构建(核心步骤)
第三步：将目的基因导入受体细胞
1.将目的基因导入植物细胞
(1)花粉管通道法
①用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中
②在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊
(2)农杆菌转化法
①转化：
目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程
②农杆菌的特点：
农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T DNA(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上
Ti质粒
T DNA
目的基因
植物细胞
表现出新性状的植株
将目的基因插入染色体DNA中
含重组Ti质粒的农杆菌
构建表达载体
转入农杆菌
导入植物细胞
③农杆菌转化法过程
第三步：将目的基因导入受体细胞
2.将目的基因导入动物细胞
(1)方法：
显微注射技术
(2)受体细胞：
受精卵
3.将目的基因导入微生物细胞
常以大肠杆菌作为受体细胞，一般先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中
第三步：将目的基因导入受体细胞
种类项目 植物细胞 动物细胞 微生物细胞
常用方法 农杆菌转化法； 花粉管通道法 显微注射法 Ca2＋处理法
受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞
转化过程 目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→ 导入植物细胞→ 整合到受体细胞DNA中→表达 目的基因表达载体提纯→取受精卵→ 显微注射→ 受精卵发育→ 获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→
感受态细胞→
表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
第三步：将目的基因导入受体细胞
检查目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性；
第四步：目的基因的检测与鉴定
1.目的:
2.检测内容及方法:
类型 检测内容 方法
分子水平的检测
个体生物学水平的鉴定
受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因
目的基因是否转录出了mRNA
PCR等技术
目的基因是否翻译成蛋白质
抗原-抗体杂交技术
个体是否具有相应性状
病原体接种实验等
个体生物学水平的鉴定具体方法举例
转基因生物 鉴定方法 成功标志
抗虫植物
抗病毒（菌）植物
抗盐植物
抗除草剂植物
获取目的基因产物的转基因生物
饲喂害虫（抗虫接种实验）
害虫死亡
病毒（菌）接种实验
未染病
盐水浇灌
正常生长
喷洒除草剂
正常生长
提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较
功能、活性正常
第四步：目的基因的检测与鉴定
基因工程的基本操作程序
获取质粒、噬菌体等载体
筛选和获取目的基因
用限制酶切割载体和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA连接酶连接，构建基因表达载体
将含有目的基因的表达载体导入受体细胞
检测和鉴定目的基因是否稳定维持和表达其遗传特性
1．如图是培育抗除草剂玉米的技术路线图，含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达，其产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌，会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列相关叙述正确的是（ ）
A．过程①中除草剂抗性基因插入T－DNA中，导致T－DNA片段失活
B．过程②用Ca2＋处理使农杆菌细胞壁的通透性改变，成为感受态细胞
C．检测是否转化成功，过程③应在培养基中加入除草剂和物质K
D．转化过程中未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长是因为基因漂移
C
2．（2022·浙江·校联考模拟预测）大肠杆菌是基因工程技术中被广泛采用的工具，人生长激素的基因工程过程如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．经①获得该mRNA的最佳材料是受精卵
B．通过①②过程，可以构建基因组文库
C．要检测③⑥过程的产物可分别用PCR技术和抗原—抗体杂交技术
D．⑤过程要在低温和较高浓度的氯化钙溶液中处理使重组DNA易进入受体细胞
C
1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？
培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？
转基因抗虫棉
非转基因抗虫棉
第3章第2节 基因工程的基本操作程序
1. 基因工程的基本操作程序主要步骤
2. 基因工程操作每一步涉及的技术和方法
抗虫棉的培育过程
2.基因表达载体的构建（核心）
1.目的基因的筛选与获取
3.将目的基因导入受体细胞
4.目的基因的检测与鉴定
Bt基因
Ti质粒
重组DNA分子
将目的基因插入染色体DNA中
第一步：目的基因的筛选与获取
1．目的基因
(1)概念：
在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因就是目的基因。
(2)作用：
根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指编码蛋白质的基因。
(3)实例：
与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。
2．筛选合适的目的基因：
从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。
如与苏云金杆菌的杀虫作用有关的Bt 抗虫蛋白基因(Bt 基因)及表达产物——Bt抗虫蛋白
测序技术；序列数据库；序列比对工具等为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能
(1)较为有效的方法：
(2)认识基因结构和功能的技术方法：
第一步：目的基因的筛选与获取
提取
苏云金芽孢杆菌
抗虫基因
？
快速获得大量抗虫基因
3.利用PCR获取和扩增目的基因
PCR——聚合酶链式反应
PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
第一步：目的基因的筛选与获取
PCR的条件
耐高温的DNA聚合酶（Taq酶）
四种脱氧核苷酸
DNA模板
引物
稳定的缓冲溶液
（一般添加Mg2+）
第一步：目的基因的筛选与获取
3.利用PCR获取和扩增目的基因
PCR扩增仪（PCR仪）
PCR过程:
DNA模板
4种脱氧核苷酸
耐高温的DNA聚合酶
引物
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变性
复性
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第一轮循环的产物作为第二轮反应的模板，经过变性、复性和延伸三步产生第二轮循环的产物。
第二轮循环的产物作为第三轮反应的模板，经过变性、复性和延伸三步产生第三轮循环的产物。
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PCR扩增技术和体内DNA复制的异同
项目 体内DNA复制 PCR扩增技术
解旋方式 解旋酶催化 DNA在高温作用下变性解旋
场所 细胞内(主要 在细胞核内) PCR扩增仪内
酶 解旋酶、DNA聚合酶 耐高温的DNA聚合酶
温度 条件 细胞内温和条件 需控制温度，
在较高温度下进行
结果 DNA分子 DNA片段或目的基因
相同点 (1)模板：均需要DNA的两条单链作为模板； (2)原料：均为4种脱氧核苷酸； (3)酶：均需DNA聚合酶
第二步：基因表达载体的构建(核心步骤)
1．基因表达载体构建的目的
让目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
2．基因表达载体的组成
限制酶切割位点
启动子
终止子
质粒
复制原点
标记基因
便于重组DNA分子的筛选
包括目的基因、标记基因、启动子、终止子等
位置:
位于基因的下游
功能:
终止转录
本质:
有特殊序列结构的DNA片段
位置:
位于基因的上游
功能:
是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA
本质:
有特殊序列结构的DNA片段
3．基因表达载体的构建过程
(1)首先用一定的限制酶切割载体
(2)然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段
(3)再利用DNA连接酶将含目的基因的DNA片段拼接到载体的切口处
限制酶
限制酶
目的基因
限制酶切割位点
DNA连接酶
获取目的基因
重组DNA分子
质粒
限制酶切割位点
第二步：基因表达载体的构建(核心步骤)
1.如果用一种限制酶分别切割目的基因和质粒，再用DNA连接酶处理后会出现几种产物？(只考虑两两结合)
？
目的基因——载体连接物、
载体——载体连接物、
目的基因——目的基因连接物。
第二步：基因表达载体的构建(核心步骤)
2.如何防止目的基因和质粒的自身环化以及目的基因的反向连接？
双酶切
-G
-CTTAA
-A
-TCTAG
第二步：基因表达载体的构建(核心步骤)
第三步：将目的基因导入受体细胞
1.将目的基因导入植物细胞
(1)花粉管通道法
①用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中
②在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊
(2)农杆菌转化法
①转化：
目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程
②农杆菌的特点：
农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T DNA(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上
Ti质粒
T DNA
目的基因
植物细胞
表现出新性状的植株
将目的基因插入染色体DNA中
含重组Ti质粒的农杆菌
构建表达载体
转入农杆菌
导入植物细胞
③农杆菌转化法过程
第三步：将目的基因导入受体细胞
2.将目的基因导入动物细胞
(1)方法：
显微注射技术
(2)受体细胞：
受精卵
3.将目的基因导入微生物细胞
常以大肠杆菌作为受体细胞，一般先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中
第三步：将目的基因导入受体细胞
种类项目 植物细胞 动物细胞 微生物细胞
常用方法 农杆菌转化法； 花粉管通道法 显微注射法 Ca2＋处理法
受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞
转化过程 目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→ 导入植物细胞→ 整合到受体细胞DNA中→表达 目的基因表达载体提纯→取受精卵→ 显微注射→ 受精卵发育→ 获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→
感受态细胞→
表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
第三步：将目的基因导入受体细胞
检查目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性；
第四步：目的基因的检测与鉴定
1.目的:
2.检测内容及方法:
类型 检测内容 方法
分子水平的检测
个体生物学水平的鉴定
受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因
目的基因是否转录出了mRNA
PCR等技术
目的基因是否翻译成蛋白质
抗原-抗体杂交技术
个体是否具有相应性状
病原体接种实验等
个体生物学水平的鉴定具体方法举例
转基因生物 鉴定方法 成功标志
抗虫植物
抗病毒（菌）植物
抗盐植物
抗除草剂植物
获取目的基因产物的转基因生物
饲喂害虫（抗虫接种实验）
害虫死亡
病毒（菌）接种实验
未染病
盐水浇灌
正常生长
喷洒除草剂
正常生长
提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较
功能、活性正常
第四步：目的基因的检测与鉴定
基因工程的基本操作程序
获取质粒、噬菌体等载体
筛选和获取目的基因
用限制酶切割载体和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA连接酶连接，构建基因表达载体
将含有目的基因的表达载体导入受体细胞
检测和鉴定目的基因是否稳定维持和表达其遗传特性
1．如图是培育抗除草剂玉米的技术路线图，含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达，其产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌，会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列相关叙述正确的是（ ）
A．过程①中除草剂抗性基因插入T－DNA中，导致T－DNA片段失活
B．过程②用Ca2＋处理使农杆菌细胞壁的通透性改变，成为感受态细胞
C．检测是否转化成功，过程③应在培养基中加入除草剂和物质K
D．转化过程中未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长是因为基因漂移
C
2．（2022·浙江·校联考模拟预测）大肠杆菌是基因工程技术中被广泛采用的工具，人生长激素的基因工程过程如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．经①获得该mRNA的最佳材料是受精卵
B．通过①②过程，可以构建基因组文库
C．要检测③⑥过程的产物可分别用PCR技术和抗原—抗体杂交技术
D．⑤过程要在低温和较高浓度的氯化钙溶液中处理使重组DNA易进入受体细胞
C