3.2.1 基因工程的基本操作程序 课件（47张ppt）-高二生物学（人教版2019选择性必修3）
文档属性
| 名称 | 3.2.1 基因工程的基本操作程序 课件（47张ppt）-高二生物学（人教版2019选择性必修3） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-08 19:08:54 | ||
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文档简介
(共47张PPT)
第3章 基因工程
第2节 基因工程的基本操作程序
从社会中来
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。
培育苏转云基金因杆抗菌虫通棉过一产般生需苏要云哪金些杆步菌骤伴？孢晶体蛋白(Bt抗虫蛋白)，破坏
鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫，将该细菌的“杀虫基因”转到棉 花里，让棉花也能产生Bt抗虫蛋白抵抗虫害。
苏云金杆菌内获得 Bt抗虫蛋白基因 与载体结合
检查转基因抗虫棉 是否培育成功
转入棉花内
你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗 ？
目的基因的检测 与鉴定
目的基因的筛 选与获取
将目的基因导 入受体细胞
基因表达载体
的构建(核心)
转基因抗虫棉 非转基因抗虫棉
一、目的基因的筛选与获取
1. 目的基因概念：
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。
主要指的是编码蛋白质的基因， 也可以是一些具有调控作用 的因子。
例如： 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。(Bt基因：转基因抗虫棉)
一、目的基因的筛选与获取
2.筛选合适的目的基因：
(1)方法：
从相关的 已知结构和_功能清晰的基因中进行筛选
随着测序技术的发展，以及序列数据库(GenBank) 、 序列比对工具(如BLAST) 等的应用，越来越多的基因的 结构和功能为人们所知，为找到合适的目的基因提供了更 多的机会和可能
苏云金杆菌(Bt) 制成的生物杀 虫剂广泛用于防治棉花虫害
苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因 有关
掌握了Bt基因的序列信息
对Bt基因的表达产物-Bt抗虫蛋白 有较为深入的了解： 苏云金杆菌 通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋 白(Bt抗虫蛋白)，破坏鳞翅目 昆虫的消化系统来杀死棉铃虫
一、目的基因的筛选与获取
2.筛选合适的目的基因：
(2)实例： Bt抗虫蛋白基因 (Bt基因)的筛选过程
Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠 道的碱性环境中才能表现出毒 性，而人和牲畜的胃液呈酸性， 肠道细胞也没有特异性受体。
Bt抗虫蛋白的抗虫原理：当Bt抗虫 蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫 肠上皮细胞的特异性受体结合，导 致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。
Bt基因是培育转 基因抗虫棉较为 合适的目的基因
思考： Bt抗虫蛋 白会不会对人畜产 生危害？
一、目的基因的筛选与获取
3.利用PCR获取和扩增目的基因
(1) PCR的概念: PCR是_ _ _ _ _ _ _ _的缩写，是一项根据 _D_N_A_ _ _ _ _ _的原理，在_ _ 提供参与DNA复制的_各__种__组__分 与 _，对_目_ _ _ _ 进行_ _量__ _ 的技 术；
①全称： 聚合酶链式反应
②原理： DNA半保留复制
③操作环境： 体外(PCR扩增仪/PCR仪)
④目的：对目的基因的核苷酸序列进行大量复制
⑤优点： 可以在短时间内大量扩增目的基因
PCR由穆里斯等人于 1985年发明，为此，穆 里斯于1993年获得诺贝 尔化学奖
如果说，沃森和克里克发现 DNA双螺旋结构，标志着分子 生物学时代的开启，那么PCR 技术则标志着分子生物学的腾 飞。PCR技术的出现，彻底变 革了生物化学、分子生物学、 遗传学、以及现代医学等等。
钱嘉韵完成的，是她发现并分离了耐高温的DNA 聚合酶。
钱嘉韵是我国台湾的科学家，她是第一个报 道分离耐高温DNA聚合酶工作的人。 1973年， 钱嘉韵就读于美国俄亥俄州辛辛那提大学生物系， 她的导师对在黄石国家公园热泉中发现的嗜热菌 十分好奇，他让钱嘉韵以该菌作为研究对象。钱 嘉韵不负师望，从该菌中成功地分离了耐高温的 DNA聚合酶，并于1976年在《细菌学杂志》 上 以第一作者身份发表了相关论文。这篇论文在科 学界被广泛引用。 “西特斯”公司的工作人员
正是按照钱嘉韵等人发明的操作步骤，才成功地 分离了这种DNA聚合酶，并将其用于PCR。该 酶不但专里斯一人发明的，为此， 1993年穆里 斯获得一性和活性优于之前使用的DNA聚合酶， 而且它使PCR变得十分简捷，大大降低了成本。 自此， PCR被逐渐推广应用。
PCR从畅想到实现，真的就是穆里斯一 个人的功劳吗？其实这里也有中国人的贡献。
1972年，穆里斯在加州大学伯克利分校 获得有机合成专业博士学位。 1979年，他 进入“西特斯” (Cetus)生物技术公司任职， 负责合成供实验用的寡核苷酸(短链的DNA 分子)。 1983年8月，他首次在公司里做了 有关PCR原理的报告，但大家反应冷淡，认 为这个原理太简单了，如果可行，早就有人 做了。
1986年5月，穆里斯经公司主管向沃森 推荐，第一次受邀在一次“人类分子生物学 ”专题研讨会上做了PCR原理及实验应用的 报告，这形成了先入为主的印象，即PCR是 穆里斯一人发明的，为此， 1993年穆里斯 获得诺贝尔化学奖。然而，将PCR变成真正 成熟技术的“临门一脚”，则是由中国科学 家
参与的组分
在DNA复制中的作用
解旋酶 (体外用高温代替)
打开DNA双链
DNA母链
提供DNA复制的模板
4种脱氧核苷酸
合成DNA子链的原料
DNA聚合酶 (体外用耐高温的DNA聚合酶)
催化合成DNA子链
引物 (2种) 使DNA聚合酶能够从引物的 3’端开始连接脱氧核苷酸
一、目的基因的筛选与获取
3.利用PCR获取和扩增目的基因
引物是一小段能与_D_N_A_ _ _的一段碱基序列 的_ _
(2) DNA复制所需的基本条件:
5’
5’
3’ 5’
引物
5’
3’
DNA母链
DNA母链
3’
3’
引物
4种脱氧核苷酸
耐高温的DNA聚合酶
当温度上升到72℃左右时，溶 液中的4种脱氧核苷酸在耐高温 的DNA聚合酶的作用下，根据碱 基互补配对原则合成新的DNA链
3’ 5’
5’
5’ 3’
3’
(3) PCR反应过程
缓冲溶液
当温度下降到50℃左右时， 两种引物通过碱基互补配对 与两条单链DNA结合
(含Mg2+) 激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶
3.利用PCR获取和扩增目的基因
DNA模板
当温度上升到90℃以上 时，双链DNA解聚为单链
5’
3’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
③延 伸
②复性
①变性
3’ 5’
条 件
5’
引物
在PCR扩增 仪中自动 完成的。
完成以后， 常采用琼 脂糖凝胶 电泳来鉴 定PCR的 产物
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；
经过变性、复 性和延伸三步 产生第三轮的 产物；
第二轮循环的 产物作为第三 轮反应的模板，
第二轮循环的产物 第三轮的产物
3.利用PCR获取和扩增目的基因
(3) PCR反应过程
2.PCR的过程
目的基因DNA__受___热__变__性_后 解为__单__链，__引__ 单链相应__互___补__序__列_结合；然
后以___单__链__D_N_ 模板在___D_N_A_聚__合__ 用下进行___延__伸__，即将4种_脱__氧__核__苷__酸__ 加到引__物的3’_端 ，如此_重__复__循__环多次___。 (理解并能阐述)
每次循环一般可以分为_变__性____、_ 复性 __、_延___伸____三步。 (识记)
1.PCR的条件(识记)
(1) DNA (目的基因) 模板。
(2)分别与模板DNA相结合的两种引物。
(3) A、T、G、C四种脱氧核苷酸。
(4) 耐高温的DNA聚合酶。
(5)稳定的缓冲溶液 (一般添加Mg2+)。
(6) 不同的温度：因为变性、复性和延伸需要不同温度
PCR技术
DNA复制
相同点 原则 碱基互补配对
条件 DNA母链作为模板、引物(体内引物mRNA、体外引物 DNA)、 4种脱氧核苷酸为原料
延伸方向 新链都是从5’端向3’端延伸
不同点 解旋方式 90℃以上高温解旋
解旋酶催化
场所 PCR扩增仪
主要在细胞核
延伸用酶 耐高温的DNA聚合酶
DNA聚合酶
温度 需要在不同温度下进行 (90℃以上变性、 50℃左右 复性、 72℃左右延伸)
体内温和条件
过程
结果 大量的DNA片段(目的基因)
形成完整的子代DNA
DNA体内复制与体外复制(PCR技术)条件的比较
DNA复制不能从头开始， DNA聚合酶只能从引物的3'端延伸DNA链
(DNA聚合酶只能催化单个核苷酸加到已有核苷酸片段的3’端的羟基上) 4.PCR扩增的结果:DNA数目呈__指___数__形__式__扩__增_
2n
5.为什么呈指数形式扩增？
一个循环得到的产物可以作为下一个循环的模板，因而每一次循环后目
的基因的量可以增加一倍。
思考 1.变性过程破坏的是哪种化学键？是否需要酶？
2.引物是什么？在复性过程中引物结合到模板链的哪一端？
短单链核酸； 3’端
3.PCR为什么需要引物？
若开始只有一个DNA提供模板，则循环n次后获得的子代DNA数目为 个。 若开始有N0个DNA提供模板，则循环n次后获得的子代DNA数目为 N0 2 个。
n
n
氢键；不需要酶，需要90℃以上的高温
1.逆转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA链，形成RNA-DNA
杂交分子； 2.核酸酶H降解RNA-DNA杂交分子中的RNA链，使之变成单链DNA； 3.以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA 链，形成双链DNA分子，即cDNA
用PCR可以扩增mRNA吗？
mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。
二、基因表达载体的构建(核心)
1.构建基因表达载体的目的：
(1) 让目的基因在受体细胞中稳定存在并可以遗传给下一代；
(2)使目的基因能够表达和发挥作用。
2.基因表达载体的组成
②位置：位于基因的上__游__，紧挨转__录__的起___始__位__点_
③功能： RNA聚合酶识别和结合的部位，
(1)启动子：
①本质：一段有特殊序列结构的 DNA 片段
诱导型启动子： 当诱导物存在时，可以 激活或抑制目的基因的表达
驱动基因转录出mRNA 标记
目的基因
启动子
基因表 达载体
复制
原点
终止子
基因
二、基因表达载体的构建(核心)
2.基因表达载体的构成
(2)终止子：
①本质： 一段有特殊序列结构的 DNA 片段
②位置：位于基因的_下__游__
③功能：使转录在所需要的地方停下来
(3)标记基因：
①作用：便于重组DNA分子的筛选
②常见类型：抗生素抗性基因、 荧光蛋白基因等。
(4)目的基因： 如Bt基因。 (5)复制原点： 使能完成自主复制
基因表
达载体
目的基因
终止子
复制 原点
标记 基因
启动子
载体≠表达载体：
相同点： 二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。
区别： 表达载体在载体基础上增加了 目的基因、启动
子、终止子三部分结构。
启动子 终止子
起始密码子 终止密码子
位置 DNA
mRNA
作用 转录
翻译
3.基因表达载体的构建过程
目的基因
限制酶切割位点
获取目的基因
二、基因表达载体的构建(核心)
同种限制酶或 能产生相同末 端的限制酶
质粒
标记
基因
限制酶切割位点
启动子 终止子
基因表达载体构建模式图
重组DNA分子
复制 原点
连接酶
限制酶
限制酶
基因表达载体的构建过程：
在构建基因表达载体时，首先会用一定的_限__制__酶___切割载体，使 它出现一个切___口__；然后用 同种 _ _酶或_______________________
切能割产含生有相目同的末基端因的 A 段；再利用__________将目的基因片段
D拼NA接连到接载酶体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。
(1)切割载体和切割含有目的基因的DNA片段为什么要用同种限
制酶或能产生相同末端的限制酶？
产生相同的黏性末端或平末端，以便通过DNA连接酶连接；
(2)用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的DNA，再用DNA连 接酶处理后，一定会形成符合要求的重组DNA分子吗？
不一定，载体和目的基因都可能出现自身环化或自身连接； 目的基因也可能会出现反向连接
(3)如何避免上述问题？
同时用两种限制酶切割含目的基因的DNA片段和载体(使得目
的基因的一端与载体一端的黏性末端相同，而目的基因的另一 端与载体另一端的黏性末端相同)
实际应用中往往选择2种不同的限制酶分别切割，减少自连情况出现； 应用标记基因对重组DNA进行筛选。
同一种限制酶切割获得的目的基因和载体混合后加DNA连接酶
目的基因与目的基因连接
两两连接
目的基因与载体连接
目的基因自身环化
载体与载体连接
载体自身环化
自连
会出现的连接方式有：
这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定哪些基因
导入了受体细胞
由于不同转基因产品所需要的目的基因不同，受体细胞
又有植物、动物、微生物之分，因此基因表达载体的构建
方法不是千篇一律的,将目的基因导入受体细胞的方法也不
是完全相同的。
将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗？如果 这么做，效果会怎样？
花粉管通道法 我国科学家独创
农杆菌转化法
——显微注射法
——Ca2+处理法
将目的基因导入
植物细胞
将目的基因导入
动物细胞
将目的基因导入
微生物细胞
三、将目的基因导入受体细胞
常用 方法
三、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_ _ _ _ _ _将_ _ _ _ _ _ _D_N_A_ _ 直接注入 _ _中；
②在植物受粉后的一定时间内，
剪去 _，将_D_N_A_ _ _滴加在 上，使目的基因借助 _ _进入_ _ _；
受体细胞： 受精卵
花粉
柱头
胚囊
卵细胞
花粉管
精子
子房
②农杆菌特点：
a.能在自然条件下侵染_ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _，而对大多数
_ _ _ _ _ _没有侵染能力；
b.农杆菌细胞内含有_T_i_ _ ，当它侵染植物细胞后，能将 _T_i_质__粒_上的_T_-_D_N_A_转移到被侵染的细胞，并且将其
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _D_N_A_上_；
三、将目的基因导入受体细胞
1.将目的基因导入植物细胞
(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
导入植物细胞
③ 农 杆 菌 转 化 法 的 过 程
目的基因插入Ti 质粒的T-DNA上
将目的基因插 入染色体DNA中
含目的基因的 重组Ti质粒
含重组Ti质粒的农杆菌
表现出新性状的植物
整合到受体细 胞的DNA上
植物组 织培养
构建表达载体
转入农杆菌
表达
转 入 农 杆菌
植物细胞
目的基因
导入植 物细胞
T-DNA
三、将目的基因导入受体细胞
1.将目的基因导入植物细胞
④农杆菌转化法流程图
该过程经过两__次拼接、 _次导入
①第一次拼接
将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上
_______________________________
②第二次拼接
插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的
_______________________________
③第一次导入
将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌
__________________________________
④第二次导入
含目的基因的T-DNA导入受体细胞(非人工操作)
__________________________________
构建基因表达载体
含目的基因的重 组Ti质粒
目的基因插入植物 细胞染色体DNA中
植物组织培养
表现出新性状的植株
农杆菌
转入
导入
植物细胞
植物细胞
目的基因
Ti质粒
DNA上(非人工操作)
_______________________________
三、将目的基因导入受体细胞
1.将目的基因导入植物细胞
⑤转化的具体方法：
a.可以将新鲜的从叶片上取下的圆形小片_ _ _ _ _ _ _ _，
然后_筛__选__转__化__细__胞__，并 ；
受体细胞为_体__细__胞__
b.可以将_花__序_直接浸没在 _ _ __杆__菌__的__溶__液_中一段时间，然后 培养植株并获得 _ ，再进行_ _ _、_ _ _等；
受体细胞为_受__精__ _
三、将目的基因导入受体细胞 2.将目的基因导入动物细胞 —— 显微注射法
(1)受体细胞：受精卵。(因为受精卵容易表现出全能性)
(2) 过程：
构建基因表达载体并提纯
利用显微注射将基因表达 载体注入动物的受精卵中
早期胚胎培养
胚胎移植
2获023/4得/18 具有新性状的动物
三、将目的基因导入受体细胞
3.将目的基因导入微生物细胞
①常用方法： Ca2+处理 (目的？)
增加细胞壁的通透性
可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。
繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少。
②受体细胞： 原核细胞(常选择大肠杆菌) (原因？)
表达载体 与感受态 细胞混合
感受态细胞吸 收DNA分子
Ca2+处理 细胞
感受态 细胞
③过程：
思考
按前面三个步骤进行了操作， 1.是否可以确定目的基因进入了受体细胞并能维持稳
定？
2.是否可以确定目的基因一定能够进行表达？ 3.是否可以确定得到了新的性状？
不一定！
如何判断？
类型 检测内容
方法
分子水平的 检测 受体细胞的染色体DNA上是 否插入了目的基因
PCR等技术
目的基因是否转录出了mRNA
目的基因是否翻译成蛋白质
抗原-抗体杂交技术
个体生物学 水平的鉴定 个体是否具有相应性状
病原体接种实验等
四、目的基因的检测与鉴定
1. 目的: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；
2.检测内容及方法:
① 首先取出转基因生物的基因组DNA；
② 将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针；
③ 使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明目的 基因已插入染色体DNA中。
四、目的基因的检测与鉴定
2.检测内容及方法:
(1)检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因
①方法:
DNA分子杂交
②过程:
变性
变性
15N
15N
四、目的基因的检测与鉴定
2.检测内容及方法:
(2)检测目的基因是否转录出了mRNA
①方法: 分子杂交
②过程: 用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带， 表明目的基因转录出了mRNA。
(3)检测目的基因是否翻译成蛋白质—抗原-抗体杂交
提取
蛋白质
Bt毒素蛋白
苏云金杆菌
出现杂交带
脱分化
抗体
转基因生物 鉴定方法
成功标志
抗虫植物 饲喂害虫(抗虫接种实验)
害虫死亡
抗病毒(菌)植物 病毒(菌)接种实验
未染病
抗盐植物 盐水浇灌
正常生长
抗除草剂植物 喷洒除草剂
正常生长
获取目的基因产物的 转基因生物 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
用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状， 说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫 吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。
四、目的基因的检测与鉴定
2.检测内容及方法:
个体生物学水平的鉴定具体方法举例
1.在实际种植过程中，棉铃虫是否对转Bt基因的抗虫棉产生了严重 的抗性？证据是什么？
科研人员对长江流域种植的转基因抗虫棉进行了监测， 2011年的数据显示，大部分转基因抗虫棉品种的抗虫性属于中 抗及高抗水平； 2013年的数据表明， 如果棉田周围存在大量天 然庇护所，靶标害虫棉铃虫、 红铃虫等并未对转Bt基因的抗虫 棉产生明显抗性。 在我国、澳大利亚、印度等国的多个实验室 中，通过毒素的连续抗性筛选，已经培育出多个高抗水平的转 基因抗虫棉品种。
到社会中去
到社会中去
2.科研工作者在没有发现棉铃虫出现抗性之前，就应该想办法应 对。他们想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有哪些 ？这些措施的原理是什么？有效吗？
科研人员想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施 有很多，主要可以分为以下几个方面。 (1)基因策略。 该策略是在分子水平上提高转基因抗虫棉的抗 虫性和抗虫持久性。包括在棉花中转入多个杀虫基因、构建组 织特异性表达的启动子、提高杀虫基因的表达量等。例如，最 早种植的抗虫棉中只转入了一种Bt基因，抗性比较单一； 现在 经常将两种或两种以上的Bt基因(如CrylAa和CrylAc基因)同时转 入棉花细胞， 这样既可以提高杀虫活性，又可以延缓害虫抗性 的产生和发展， 还可以通过不同基因间的互补作用扩大抗虫范 围。
到社会中去
(2)田间策略。 这是在种植时采取的措施，如提供庇护所、与 其他作物轮作或套种等。例如，在澳大利亚和美国等地普遍采取 的措施是在转基因棉田中， 总面积的4%种植不使用任何杀虫剂的 非转基因棉花，或在转基因棉田周围种植20%~30%面积的可使用 化学杀虫剂的非转基因棉花； 在印度，一些地区要求，在转基因 棉田周围至少种植5行或者20%面积的非转基因棉花。我国除新疆 棉区及大型农场需设计专门的庇护所外，其他棉区如长江、黄河 流域棉区多采用多种作物混作的耕作制度(如将转基因抗虫棉与 番茄、向日葵、高梁、玉米、辣椒等棉铃虫寄主作物混作)，这 些作物可以构成天然的庇护所，一般无须种植非转基因棉花作为 庇护所。
到社会中去
这样做的原理是为少部分害虫提供一个正常的取食环境，始 终保持一定的敏感目标害虫种群。 这样，即使目标害虫对转基因 抗虫棉产生了抗性，但是因为其与敏感目标害虫交配，后代抗性 基因会发生分离，所以抗性目标害虫的种群也不至于迅速增加。
(3) 国家宏观调控策略。该策略包括实施分区种植管理、加强 抗性监测、 进行严格的安全生评价等。
一、概念检测 ( P83 )
1.研究人员将一种海鱼的抗冻蛋白基因afp整合到土壤农杆菌的Ti质粒 上，然后用它侵染番茄细胞，获得了抗冻的番茄品种。判断下列相关表
述是否正确。
(1)ap基因是培育抗冻番茄用到的目的基因。 ( √ )
(2)构建含有afp基因的Ti质粒需要限制酶、 DNA连接酶和核酸酶。 ( x )
(3)只要检测出番茄细胞中含有afp基因，就代表抗冻番茄培育成功。 ( x )
一、概念检测 ( P83 )
2，利用PCR既可以快速扩增特定基因，也可以检测基因的表达。 下列有关PCR的叙述错误的是 ( D )
A . PCR用的DNA聚合酶是一种耐高温酶
B .变性过程中双链DNA的解开不需要解旋酶
C .复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则 D .延伸过程中需要DNA聚合酶、 ATP 和4种核糖核苷酸
1.研究人员在研究转基因烟草中外源卡那霉素抗性基因的遗传稳定性时，发现44株转
基因烟草中有4株该基因的遗传不符合孟德尔遗传规律，在它们的自交后代中出现了较 多的没有卡那霉素抗性的植株。请查找相关资料，尝试对这个问题作出解释。
提示:外源基因插入基因组中可能为单位点插入，或者同一染色体多位点插入，或
者不同染色体多位点插人。大多数情况下，插人的位点难以做到定点插人;插人的
拷贝数也是随机的。因此，外源基因在转基因植物中的遗传是很复杂的。例如，科 研人员在对转GUS基因(β-葡糖醛酸糖苷酶基因)的烟草进行基因表达分析时，发现 部分转基因植株的染色体DNA中整合了多个拷贝的基因，从而导致GUS基因失活。 除此之外，外源基因丢失、基因重排等也都可能影响外源基因的稳定性。
2023/4/18
二、拓展应用(P83 )
2.八氢番茄红素合酶(其基因用psy表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtI表示)参与β-
胡萝卜素的合成。 pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养 基上生长。科学家将psy和crtI基因转人水稻，使水稻胚乳中富含B-胡萝卜素。由此生产 出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题。
(1)科学家在培育“黄金大米”时，将crtI和psy基因
导人含pmi基因的质粒中，构建了质粒 pSYN12424。 该项研究的目的基因是crtI基因和psy基因，标记基 因是 pmi基因 ，质粒pSYN12424的作用 是___ __目__的__基__ __送__ _ __稻__ _胞_____。
2023/4/18
二、拓展应用(P83 )
2.八氢番茄红素合酶(其基因用psy表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtI表示)参与β-
胡萝卜素的合成。 pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养 基上生长。科学家将psy和crtI基因转人水稻，使水稻胚乳中富含B-胡萝卜素。由此生产 出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题。
(2)在构建质粒载体时，目的基因序列中能否含有用
到的限制酶的识别序列 为什么
提示:不能。
如果目的基因序列中含有用到的限制酶的
识别序列，限制酶可能将它切断。
2023/4/18
二、拓展应用(P83 )
(3)请查找相关资料，了解科学家为什么要培育“黄金大米”以及当前关于“是否要推
广'黄金大米’”的各种争论。你还可以提出自己的看法，并与同学交流讨论。
提示:维生素A在人体内具有非常重要的生理功能，对视力、骨骼生长、免疫功能等都有调节作用。但
是，人体不能合成维生素A，需要从食物中摄取。维生素A缺乏症是南亚地区常见的由营养不良导致的疾
病，该地区的居民一般以籼稻作为主食。 β-胡萝卜素是维生素A的前体，在人体内它可以转化为维生素A 。因此，科学家将两个参与β-胡萝卜素合成的酶的基因转入了籼稻
中，使其胚乳中富含 β-胡萝卜素，期望让人们通过日常食用主食
就能补充足够量的维生素A，从而降低维生素A缺乏症的患病率。
关于“是否要推广'黄金大米’”的争论主要围绕其安全性、有效
性等方面展开。在学生交流讨论的过程中，教师要注意引导他们
理性地表明观点和参与讨论。
2023/4/18
二、拓展应用(P83 )
第3章 基因工程
第2节 基因工程的基本操作程序
从社会中来
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。
培育苏转云基金因杆抗菌虫通棉过一产般生需苏要云哪金些杆步菌骤伴？孢晶体蛋白(Bt抗虫蛋白)，破坏
鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫，将该细菌的“杀虫基因”转到棉 花里，让棉花也能产生Bt抗虫蛋白抵抗虫害。
苏云金杆菌内获得 Bt抗虫蛋白基因 与载体结合
检查转基因抗虫棉 是否培育成功
转入棉花内
你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗 ？
目的基因的检测 与鉴定
目的基因的筛 选与获取
将目的基因导 入受体细胞
基因表达载体
的构建(核心)
转基因抗虫棉 非转基因抗虫棉
一、目的基因的筛选与获取
1. 目的基因概念：
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。
主要指的是编码蛋白质的基因， 也可以是一些具有调控作用 的因子。
例如： 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。(Bt基因：转基因抗虫棉)
一、目的基因的筛选与获取
2.筛选合适的目的基因：
(1)方法：
从相关的 已知结构和_功能清晰的基因中进行筛选
随着测序技术的发展，以及序列数据库(GenBank) 、 序列比对工具(如BLAST) 等的应用，越来越多的基因的 结构和功能为人们所知，为找到合适的目的基因提供了更 多的机会和可能
苏云金杆菌(Bt) 制成的生物杀 虫剂广泛用于防治棉花虫害
苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因 有关
掌握了Bt基因的序列信息
对Bt基因的表达产物-Bt抗虫蛋白 有较为深入的了解： 苏云金杆菌 通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋 白(Bt抗虫蛋白)，破坏鳞翅目 昆虫的消化系统来杀死棉铃虫
一、目的基因的筛选与获取
2.筛选合适的目的基因：
(2)实例： Bt抗虫蛋白基因 (Bt基因)的筛选过程
Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠 道的碱性环境中才能表现出毒 性，而人和牲畜的胃液呈酸性， 肠道细胞也没有特异性受体。
Bt抗虫蛋白的抗虫原理：当Bt抗虫 蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫 肠上皮细胞的特异性受体结合，导 致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。
Bt基因是培育转 基因抗虫棉较为 合适的目的基因
思考： Bt抗虫蛋 白会不会对人畜产 生危害？
一、目的基因的筛选与获取
3.利用PCR获取和扩增目的基因
(1) PCR的概念: PCR是_ _ _ _ _ _ _ _的缩写，是一项根据 _D_N_A_ _ _ _ _ _的原理，在_ _ 提供参与DNA复制的_各__种__组__分 与 _，对_目_ _ _ _ 进行_ _量__ _ 的技 术；
①全称： 聚合酶链式反应
②原理： DNA半保留复制
③操作环境： 体外(PCR扩增仪/PCR仪)
④目的：对目的基因的核苷酸序列进行大量复制
⑤优点： 可以在短时间内大量扩增目的基因
PCR由穆里斯等人于 1985年发明，为此，穆 里斯于1993年获得诺贝 尔化学奖
如果说，沃森和克里克发现 DNA双螺旋结构，标志着分子 生物学时代的开启，那么PCR 技术则标志着分子生物学的腾 飞。PCR技术的出现，彻底变 革了生物化学、分子生物学、 遗传学、以及现代医学等等。
钱嘉韵完成的，是她发现并分离了耐高温的DNA 聚合酶。
钱嘉韵是我国台湾的科学家，她是第一个报 道分离耐高温DNA聚合酶工作的人。 1973年， 钱嘉韵就读于美国俄亥俄州辛辛那提大学生物系， 她的导师对在黄石国家公园热泉中发现的嗜热菌 十分好奇，他让钱嘉韵以该菌作为研究对象。钱 嘉韵不负师望，从该菌中成功地分离了耐高温的 DNA聚合酶，并于1976年在《细菌学杂志》 上 以第一作者身份发表了相关论文。这篇论文在科 学界被广泛引用。 “西特斯”公司的工作人员
正是按照钱嘉韵等人发明的操作步骤，才成功地 分离了这种DNA聚合酶，并将其用于PCR。该 酶不但专里斯一人发明的，为此， 1993年穆里 斯获得一性和活性优于之前使用的DNA聚合酶， 而且它使PCR变得十分简捷，大大降低了成本。 自此， PCR被逐渐推广应用。
PCR从畅想到实现，真的就是穆里斯一 个人的功劳吗？其实这里也有中国人的贡献。
1972年，穆里斯在加州大学伯克利分校 获得有机合成专业博士学位。 1979年，他 进入“西特斯” (Cetus)生物技术公司任职， 负责合成供实验用的寡核苷酸(短链的DNA 分子)。 1983年8月，他首次在公司里做了 有关PCR原理的报告，但大家反应冷淡，认 为这个原理太简单了，如果可行，早就有人 做了。
1986年5月，穆里斯经公司主管向沃森 推荐，第一次受邀在一次“人类分子生物学 ”专题研讨会上做了PCR原理及实验应用的 报告，这形成了先入为主的印象，即PCR是 穆里斯一人发明的，为此， 1993年穆里斯 获得诺贝尔化学奖。然而，将PCR变成真正 成熟技术的“临门一脚”，则是由中国科学 家
参与的组分
在DNA复制中的作用
解旋酶 (体外用高温代替)
打开DNA双链
DNA母链
提供DNA复制的模板
4种脱氧核苷酸
合成DNA子链的原料
DNA聚合酶 (体外用耐高温的DNA聚合酶)
催化合成DNA子链
引物 (2种) 使DNA聚合酶能够从引物的 3’端开始连接脱氧核苷酸
一、目的基因的筛选与获取
3.利用PCR获取和扩增目的基因
引物是一小段能与_D_N_A_ _ _的一段碱基序列 的_ _
(2) DNA复制所需的基本条件:
5’
5’
3’ 5’
引物
5’
3’
DNA母链
DNA母链
3’
3’
引物
4种脱氧核苷酸
耐高温的DNA聚合酶
当温度上升到72℃左右时，溶 液中的4种脱氧核苷酸在耐高温 的DNA聚合酶的作用下，根据碱 基互补配对原则合成新的DNA链
3’ 5’
5’
5’ 3’
3’
(3) PCR反应过程
缓冲溶液
当温度下降到50℃左右时， 两种引物通过碱基互补配对 与两条单链DNA结合
(含Mg2+) 激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶
3.利用PCR获取和扩增目的基因
DNA模板
当温度上升到90℃以上 时，双链DNA解聚为单链
5’
3’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
③延 伸
②复性
①变性
3’ 5’
条 件
5’
引物
在PCR扩增 仪中自动 完成的。
完成以后， 常采用琼 脂糖凝胶 电泳来鉴 定PCR的 产物
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；
经过变性、复 性和延伸三步 产生第三轮的 产物；
第二轮循环的 产物作为第三 轮反应的模板，
第二轮循环的产物 第三轮的产物
3.利用PCR获取和扩增目的基因
(3) PCR反应过程
2.PCR的过程
目的基因DNA__受___热__变__性_后 解为__单__链，__引__ 单链相应__互___补__序__列_结合；然
后以___单__链__D_N_ 模板在___D_N_A_聚__合__ 用下进行___延__伸__，即将4种_脱__氧__核__苷__酸__ 加到引__物的3’_端 ，如此_重__复__循__环多次___。 (理解并能阐述)
每次循环一般可以分为_变__性____、_ 复性 __、_延___伸____三步。 (识记)
1.PCR的条件(识记)
(1) DNA (目的基因) 模板。
(2)分别与模板DNA相结合的两种引物。
(3) A、T、G、C四种脱氧核苷酸。
(4) 耐高温的DNA聚合酶。
(5)稳定的缓冲溶液 (一般添加Mg2+)。
(6) 不同的温度：因为变性、复性和延伸需要不同温度
PCR技术
DNA复制
相同点 原则 碱基互补配对
条件 DNA母链作为模板、引物(体内引物mRNA、体外引物 DNA)、 4种脱氧核苷酸为原料
延伸方向 新链都是从5’端向3’端延伸
不同点 解旋方式 90℃以上高温解旋
解旋酶催化
场所 PCR扩增仪
主要在细胞核
延伸用酶 耐高温的DNA聚合酶
DNA聚合酶
温度 需要在不同温度下进行 (90℃以上变性、 50℃左右 复性、 72℃左右延伸)
体内温和条件
过程
结果 大量的DNA片段(目的基因)
形成完整的子代DNA
DNA体内复制与体外复制(PCR技术)条件的比较
DNA复制不能从头开始， DNA聚合酶只能从引物的3'端延伸DNA链
(DNA聚合酶只能催化单个核苷酸加到已有核苷酸片段的3’端的羟基上) 4.PCR扩增的结果:DNA数目呈__指___数__形__式__扩__增_
2n
5.为什么呈指数形式扩增？
一个循环得到的产物可以作为下一个循环的模板，因而每一次循环后目
的基因的量可以增加一倍。
思考 1.变性过程破坏的是哪种化学键？是否需要酶？
2.引物是什么？在复性过程中引物结合到模板链的哪一端？
短单链核酸； 3’端
3.PCR为什么需要引物？
若开始只有一个DNA提供模板，则循环n次后获得的子代DNA数目为 个。 若开始有N0个DNA提供模板，则循环n次后获得的子代DNA数目为 N0 2 个。
n
n
氢键；不需要酶，需要90℃以上的高温
1.逆转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA链，形成RNA-DNA
杂交分子； 2.核酸酶H降解RNA-DNA杂交分子中的RNA链，使之变成单链DNA； 3.以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA 链，形成双链DNA分子，即cDNA
用PCR可以扩增mRNA吗？
mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。
二、基因表达载体的构建(核心)
1.构建基因表达载体的目的：
(1) 让目的基因在受体细胞中稳定存在并可以遗传给下一代；
(2)使目的基因能够表达和发挥作用。
2.基因表达载体的组成
②位置：位于基因的上__游__，紧挨转__录__的起___始__位__点_
③功能： RNA聚合酶识别和结合的部位，
(1)启动子：
①本质：一段有特殊序列结构的 DNA 片段
诱导型启动子： 当诱导物存在时，可以 激活或抑制目的基因的表达
驱动基因转录出mRNA 标记
目的基因
启动子
基因表 达载体
复制
原点
终止子
基因
二、基因表达载体的构建(核心)
2.基因表达载体的构成
(2)终止子：
①本质： 一段有特殊序列结构的 DNA 片段
②位置：位于基因的_下__游__
③功能：使转录在所需要的地方停下来
(3)标记基因：
①作用：便于重组DNA分子的筛选
②常见类型：抗生素抗性基因、 荧光蛋白基因等。
(4)目的基因： 如Bt基因。 (5)复制原点： 使能完成自主复制
基因表
达载体
目的基因
终止子
复制 原点
标记 基因
启动子
载体≠表达载体：
相同点： 二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。
区别： 表达载体在载体基础上增加了 目的基因、启动
子、终止子三部分结构。
启动子 终止子
起始密码子 终止密码子
位置 DNA
mRNA
作用 转录
翻译
3.基因表达载体的构建过程
目的基因
限制酶切割位点
获取目的基因
二、基因表达载体的构建(核心)
同种限制酶或 能产生相同末 端的限制酶
质粒
标记
基因
限制酶切割位点
启动子 终止子
基因表达载体构建模式图
重组DNA分子
复制 原点
连接酶
限制酶
限制酶
基因表达载体的构建过程：
在构建基因表达载体时，首先会用一定的_限__制__酶___切割载体，使 它出现一个切___口__；然后用 同种 _ _酶或_______________________
切能割产含生有相目同的末基端因的 A 段；再利用__________将目的基因片段
D拼NA接连到接载酶体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。
(1)切割载体和切割含有目的基因的DNA片段为什么要用同种限
制酶或能产生相同末端的限制酶？
产生相同的黏性末端或平末端，以便通过DNA连接酶连接；
(2)用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的DNA，再用DNA连 接酶处理后，一定会形成符合要求的重组DNA分子吗？
不一定，载体和目的基因都可能出现自身环化或自身连接； 目的基因也可能会出现反向连接
(3)如何避免上述问题？
同时用两种限制酶切割含目的基因的DNA片段和载体(使得目
的基因的一端与载体一端的黏性末端相同，而目的基因的另一 端与载体另一端的黏性末端相同)
实际应用中往往选择2种不同的限制酶分别切割，减少自连情况出现； 应用标记基因对重组DNA进行筛选。
同一种限制酶切割获得的目的基因和载体混合后加DNA连接酶
目的基因与目的基因连接
两两连接
目的基因与载体连接
目的基因自身环化
载体与载体连接
载体自身环化
自连
会出现的连接方式有：
这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定哪些基因
导入了受体细胞
由于不同转基因产品所需要的目的基因不同，受体细胞
又有植物、动物、微生物之分，因此基因表达载体的构建
方法不是千篇一律的,将目的基因导入受体细胞的方法也不
是完全相同的。
将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗？如果 这么做，效果会怎样？
花粉管通道法 我国科学家独创
农杆菌转化法
——显微注射法
——Ca2+处理法
将目的基因导入
植物细胞
将目的基因导入
动物细胞
将目的基因导入
微生物细胞
三、将目的基因导入受体细胞
常用 方法
三、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_ _ _ _ _ _将_ _ _ _ _ _ _D_N_A_ _ 直接注入 _ _中；
②在植物受粉后的一定时间内，
剪去 _，将_D_N_A_ _ _滴加在 上，使目的基因借助 _ _进入_ _ _；
受体细胞： 受精卵
花粉
柱头
胚囊
卵细胞
花粉管
精子
子房
②农杆菌特点：
a.能在自然条件下侵染_ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _，而对大多数
_ _ _ _ _ _没有侵染能力；
b.农杆菌细胞内含有_T_i_ _ ，当它侵染植物细胞后，能将 _T_i_质__粒_上的_T_-_D_N_A_转移到被侵染的细胞，并且将其
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _D_N_A_上_；
三、将目的基因导入受体细胞
1.将目的基因导入植物细胞
(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
导入植物细胞
③ 农 杆 菌 转 化 法 的 过 程
目的基因插入Ti 质粒的T-DNA上
将目的基因插 入染色体DNA中
含目的基因的 重组Ti质粒
含重组Ti质粒的农杆菌
表现出新性状的植物
整合到受体细 胞的DNA上
植物组 织培养
构建表达载体
转入农杆菌
表达
转 入 农 杆菌
植物细胞
目的基因
导入植 物细胞
T-DNA
三、将目的基因导入受体细胞
1.将目的基因导入植物细胞
④农杆菌转化法流程图
该过程经过两__次拼接、 _次导入
①第一次拼接
将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上
_______________________________
②第二次拼接
插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的
_______________________________
③第一次导入
将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌
__________________________________
④第二次导入
含目的基因的T-DNA导入受体细胞(非人工操作)
__________________________________
构建基因表达载体
含目的基因的重 组Ti质粒
目的基因插入植物 细胞染色体DNA中
植物组织培养
表现出新性状的植株
农杆菌
转入
导入
植物细胞
植物细胞
目的基因
Ti质粒
DNA上(非人工操作)
_______________________________
三、将目的基因导入受体细胞
1.将目的基因导入植物细胞
⑤转化的具体方法：
a.可以将新鲜的从叶片上取下的圆形小片_ _ _ _ _ _ _ _，
然后_筛__选__转__化__细__胞__，并 ；
受体细胞为_体__细__胞__
b.可以将_花__序_直接浸没在 _ _ __杆__菌__的__溶__液_中一段时间，然后 培养植株并获得 _ ，再进行_ _ _、_ _ _等；
受体细胞为_受__精__ _
三、将目的基因导入受体细胞 2.将目的基因导入动物细胞 —— 显微注射法
(1)受体细胞：受精卵。(因为受精卵容易表现出全能性)
(2) 过程：
构建基因表达载体并提纯
利用显微注射将基因表达 载体注入动物的受精卵中
早期胚胎培养
胚胎移植
2获023/4得/18 具有新性状的动物
三、将目的基因导入受体细胞
3.将目的基因导入微生物细胞
①常用方法： Ca2+处理 (目的？)
增加细胞壁的通透性
可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。
繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少。
②受体细胞： 原核细胞(常选择大肠杆菌) (原因？)
表达载体 与感受态 细胞混合
感受态细胞吸 收DNA分子
Ca2+处理 细胞
感受态 细胞
③过程：
思考
按前面三个步骤进行了操作， 1.是否可以确定目的基因进入了受体细胞并能维持稳
定？
2.是否可以确定目的基因一定能够进行表达？ 3.是否可以确定得到了新的性状？
不一定！
如何判断？
类型 检测内容
方法
分子水平的 检测 受体细胞的染色体DNA上是 否插入了目的基因
PCR等技术
目的基因是否转录出了mRNA
目的基因是否翻译成蛋白质
抗原-抗体杂交技术
个体生物学 水平的鉴定 个体是否具有相应性状
病原体接种实验等
四、目的基因的检测与鉴定
1. 目的: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；
2.检测内容及方法:
① 首先取出转基因生物的基因组DNA；
② 将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针；
③ 使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明目的 基因已插入染色体DNA中。
四、目的基因的检测与鉴定
2.检测内容及方法:
(1)检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因
①方法:
DNA分子杂交
②过程:
变性
变性
15N
15N
四、目的基因的检测与鉴定
2.检测内容及方法:
(2)检测目的基因是否转录出了mRNA
①方法: 分子杂交
②过程: 用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带， 表明目的基因转录出了mRNA。
(3)检测目的基因是否翻译成蛋白质—抗原-抗体杂交
提取
蛋白质
Bt毒素蛋白
苏云金杆菌
出现杂交带
脱分化
抗体
转基因生物 鉴定方法
成功标志
抗虫植物 饲喂害虫(抗虫接种实验)
害虫死亡
抗病毒(菌)植物 病毒(菌)接种实验
未染病
抗盐植物 盐水浇灌
正常生长
抗除草剂植物 喷洒除草剂
正常生长
获取目的基因产物的 转基因生物 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
用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状， 说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫 吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。
四、目的基因的检测与鉴定
2.检测内容及方法:
个体生物学水平的鉴定具体方法举例
1.在实际种植过程中，棉铃虫是否对转Bt基因的抗虫棉产生了严重 的抗性？证据是什么？
科研人员对长江流域种植的转基因抗虫棉进行了监测， 2011年的数据显示，大部分转基因抗虫棉品种的抗虫性属于中 抗及高抗水平； 2013年的数据表明， 如果棉田周围存在大量天 然庇护所，靶标害虫棉铃虫、 红铃虫等并未对转Bt基因的抗虫 棉产生明显抗性。 在我国、澳大利亚、印度等国的多个实验室 中，通过毒素的连续抗性筛选，已经培育出多个高抗水平的转 基因抗虫棉品种。
到社会中去
到社会中去
2.科研工作者在没有发现棉铃虫出现抗性之前，就应该想办法应 对。他们想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有哪些 ？这些措施的原理是什么？有效吗？
科研人员想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施 有很多，主要可以分为以下几个方面。 (1)基因策略。 该策略是在分子水平上提高转基因抗虫棉的抗 虫性和抗虫持久性。包括在棉花中转入多个杀虫基因、构建组 织特异性表达的启动子、提高杀虫基因的表达量等。例如，最 早种植的抗虫棉中只转入了一种Bt基因，抗性比较单一； 现在 经常将两种或两种以上的Bt基因(如CrylAa和CrylAc基因)同时转 入棉花细胞， 这样既可以提高杀虫活性，又可以延缓害虫抗性 的产生和发展， 还可以通过不同基因间的互补作用扩大抗虫范 围。
到社会中去
(2)田间策略。 这是在种植时采取的措施，如提供庇护所、与 其他作物轮作或套种等。例如，在澳大利亚和美国等地普遍采取 的措施是在转基因棉田中， 总面积的4%种植不使用任何杀虫剂的 非转基因棉花，或在转基因棉田周围种植20%~30%面积的可使用 化学杀虫剂的非转基因棉花； 在印度，一些地区要求，在转基因 棉田周围至少种植5行或者20%面积的非转基因棉花。我国除新疆 棉区及大型农场需设计专门的庇护所外，其他棉区如长江、黄河 流域棉区多采用多种作物混作的耕作制度(如将转基因抗虫棉与 番茄、向日葵、高梁、玉米、辣椒等棉铃虫寄主作物混作)，这 些作物可以构成天然的庇护所，一般无须种植非转基因棉花作为 庇护所。
到社会中去
这样做的原理是为少部分害虫提供一个正常的取食环境，始 终保持一定的敏感目标害虫种群。 这样，即使目标害虫对转基因 抗虫棉产生了抗性，但是因为其与敏感目标害虫交配，后代抗性 基因会发生分离，所以抗性目标害虫的种群也不至于迅速增加。
(3) 国家宏观调控策略。该策略包括实施分区种植管理、加强 抗性监测、 进行严格的安全生评价等。
一、概念检测 ( P83 )
1.研究人员将一种海鱼的抗冻蛋白基因afp整合到土壤农杆菌的Ti质粒 上，然后用它侵染番茄细胞，获得了抗冻的番茄品种。判断下列相关表
述是否正确。
(1)ap基因是培育抗冻番茄用到的目的基因。 ( √ )
(2)构建含有afp基因的Ti质粒需要限制酶、 DNA连接酶和核酸酶。 ( x )
(3)只要检测出番茄细胞中含有afp基因，就代表抗冻番茄培育成功。 ( x )
一、概念检测 ( P83 )
2，利用PCR既可以快速扩增特定基因，也可以检测基因的表达。 下列有关PCR的叙述错误的是 ( D )
A . PCR用的DNA聚合酶是一种耐高温酶
B .变性过程中双链DNA的解开不需要解旋酶
C .复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则 D .延伸过程中需要DNA聚合酶、 ATP 和4种核糖核苷酸
1.研究人员在研究转基因烟草中外源卡那霉素抗性基因的遗传稳定性时，发现44株转
基因烟草中有4株该基因的遗传不符合孟德尔遗传规律，在它们的自交后代中出现了较 多的没有卡那霉素抗性的植株。请查找相关资料，尝试对这个问题作出解释。
提示:外源基因插入基因组中可能为单位点插入，或者同一染色体多位点插入，或
者不同染色体多位点插人。大多数情况下，插人的位点难以做到定点插人;插人的
拷贝数也是随机的。因此，外源基因在转基因植物中的遗传是很复杂的。例如，科 研人员在对转GUS基因(β-葡糖醛酸糖苷酶基因)的烟草进行基因表达分析时，发现 部分转基因植株的染色体DNA中整合了多个拷贝的基因，从而导致GUS基因失活。 除此之外，外源基因丢失、基因重排等也都可能影响外源基因的稳定性。
2023/4/18
二、拓展应用(P83 )
2.八氢番茄红素合酶(其基因用psy表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtI表示)参与β-
胡萝卜素的合成。 pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养 基上生长。科学家将psy和crtI基因转人水稻，使水稻胚乳中富含B-胡萝卜素。由此生产 出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题。
(1)科学家在培育“黄金大米”时，将crtI和psy基因
导人含pmi基因的质粒中，构建了质粒 pSYN12424。 该项研究的目的基因是crtI基因和psy基因，标记基 因是 pmi基因 ，质粒pSYN12424的作用 是___ __目__的__基__ __送__ _ __稻__ _胞_____。
2023/4/18
二、拓展应用(P83 )
2.八氢番茄红素合酶(其基因用psy表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtI表示)参与β-
胡萝卜素的合成。 pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养 基上生长。科学家将psy和crtI基因转人水稻，使水稻胚乳中富含B-胡萝卜素。由此生产 出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题。
(2)在构建质粒载体时，目的基因序列中能否含有用
到的限制酶的识别序列 为什么
提示:不能。
如果目的基因序列中含有用到的限制酶的
识别序列，限制酶可能将它切断。
2023/4/18
二、拓展应用(P83 )
(3)请查找相关资料，了解科学家为什么要培育“黄金大米”以及当前关于“是否要推
广'黄金大米’”的各种争论。你还可以提出自己的看法，并与同学交流讨论。
提示:维生素A在人体内具有非常重要的生理功能，对视力、骨骼生长、免疫功能等都有调节作用。但
是，人体不能合成维生素A，需要从食物中摄取。维生素A缺乏症是南亚地区常见的由营养不良导致的疾
病，该地区的居民一般以籼稻作为主食。 β-胡萝卜素是维生素A的前体，在人体内它可以转化为维生素A 。因此，科学家将两个参与β-胡萝卜素合成的酶的基因转入了籼稻
中，使其胚乳中富含 β-胡萝卜素，期望让人们通过日常食用主食
就能补充足够量的维生素A，从而降低维生素A缺乏症的患病率。
关于“是否要推广'黄金大米’”的争论主要围绕其安全性、有效
性等方面展开。在学生交流讨论的过程中，教师要注意引导他们
理性地表明观点和参与讨论。
2023/4/18
二、拓展应用(P83 )