(共24张PPT)
第2节 基因工程的基本操作程序
第3章 基因工程
本节聚焦:
1、基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤?
2、基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些?
第3课时 探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
本周作业
作业:
第一次作业:【1.2.2 《微生物培养技术及其应用》】
P20 二、拓展应用 第2题(1)(2)(3)
第二次作业:【1.3 《发酵工程及其应用》】
P28 二、拓展应用 第1题(1)(2)
特别提醒:
①完成《双导》《分层》《必刷题》至少到3.2
②假期完成《分层》P149“第1-2章滚动检测”
下次晚自习统一复查《必刷题》
1.实验原理
(1)PCR利用了 原理,通过调节 来控制DNA双链的解聚与结合,PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器。
(2)PCR扩增DNA片段还利用了
的原理。一次PCR一般要经历 次循环。
DNA的热变性
温度
DNA半保留复制
30
5’-
-3’
3’-
-5’
3’-
-5’
5’-
-3’
5’-
-3’
-5’
5’-
3’-
-5’
5’-
-3’
-5’
5’-
3’-
-5’
3’-
-3’
高温
变性
中温
低温
复性
延伸
1次循环
(一)DNA体外扩增:
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P84-1
2.材料用具
(1)用具
①PCR仪(自动控温,实现DNA的扩增)
②微量离心管(实际上是进行PCR反应的场所)
③微量移液器(用于向微量离心管转移PCR配方中的液体)
④一次性吸液枪头(微量移液器吸取一种试剂更换一次枪头)
PCR仪
微量离心管
推动杆
调节旋钮
卸枪头按钮
体积刻度
吸液杆
枪头
(注意:加不同样品时,需要更换枪头)
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P84
2.材料用具
(2)材料
①4种脱氧核苷酸等量混合液、2种引物、TaqDNA聚合酶、模板DNA、扩增缓冲液、无菌水等。
②PCR反应体系的配方(见教材)。
10倍浓缩的扩增缓冲液(含Mg2+) 5μL
20mmol/L的4种脱氧核苷酸的等量混合液(实为dNTP) 1μL
20μmol/L的引物Ⅰ 2.5μL
20μmol/L的引物Ⅱ 2.5μL
H2O 28~33μL
1-5U/μL的Taq DNA聚合酶(即耐高温的DNA聚合酶) 1~2U
模板DNA (用量为1pg-1μg) 5~10μL
总体积 50μL
为保证加入反应体系中的各试剂体积的准确性,建议按照加入体积的大小,由大到小依次加入各试剂,即先加入无菌水。为保护酶的活性,一般最后加入DNA聚合酶。
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P84
注意:酶和缓冲液要在冰块上缓慢融化,用后置于-20℃冰箱中保存。酶和缓冲液一般分装成小份,避免反复融化导致活性降低甚至失活。
3.方法步骤
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
3.方法步骤
(1)DNA片段的扩增
用微量移液器按照PCR反应体系配方或PCR试剂盒的说明书,在微量离心管中依次加入各组分。
待所有组分都加入后,盖严离心管的盖子,将微量离心管放入离心机里,离心约10s,使反应液集中在离心管的底部(提高反应速率)。
使DNA充分变性,以利于引物更好地与模板结合。
循环程序 变性 复性 延伸
预变性 94℃,5min
30次 94℃,30s 55℃,30s 72℃,1min
最后一次 94℃,1min 55℃,30s 72℃,10min
参照下表的参数,设置好PCR仪的循环程序。将装有反应液的微量离心管放入PCR仪中进行反应。
移液
离心
扩增
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P84
[思考]
1.为什么最后1次变性、延伸时间延长?
Taq DNA聚合酶活性会随着循环次数增加而下降。在每一轮循环中,部分片段可能没有完全延伸完,Taq DNA聚合酶就脱落了。最后1次变性时间延长,让这些DNA打开,重新充分延伸。
2.PCR的产物是什么?
3.如何鉴定PCR的产物?
DNA片段
琼脂糖凝胶电泳
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P84
循环程序 变性 复性 延伸
预变性 94℃,5min
30次 94℃,30s 55℃,30s 72℃,1min
最后一次 94℃,1min 55℃,30s 72℃,10min
(二)DNA片段电泳鉴定:
1.实验原理
(1)电泳:DNA分子具有_______________,在一定的 ________下,这些基团可以带上正电荷或负
电荷,在电场的作用下,这些带电分子会向着与它所带电荷________的电极移动,这个过程就是电泳。
可解离的基团
pH
相反
一般使用的电泳缓冲液pH=8,DNA分子带 ,在电场中DNA便向 泳动。
负电荷
正极
磷酸电离形成的磷酸基团带负电
样品点样孔应靠近 极。
负
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P84-2
(2)鉴定方法:PCR的产物一般通过 来鉴定。
琼脂糖来源于红藻的多糖,其主要成分为多聚半乳糖,琼脂糖在水中一般加热到90℃以上溶解,温度下降到35-40℃时形成良好的半固体状的凝胶。
琼脂糖凝胶具有网络结构(孔径),孔径大小与琼脂糖凝胶浓度有关,浓度越高,孔径越 ,能够通过的核酸分子越 。
琼脂糖凝胶电泳
小
小
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
琼脂糖凝胶浓度(%) 分离DNA分子大小(Kb) 迁移速率
0.6 1~20 慢
快
0.7 0.8~10 0.9 0.5~7 1.2 0.4~6 1.5 0.2~4 2.0 0.1~3 琼脂糖凝胶浓度越大,分离的DNA分子越小,迁移速率越快
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
在凝胶中DNA分子迁移速率与_____________、_________________和______等有关
凝胶的浓度
DNA分子的大小
构象
低 小 环状→快
P84-2
核酸染色剂
常用的核酸染色剂有EB(溴化乙锭)等,EB能插入DNA分子中的碱基对之间,导致EB与DNA结合。嵌入核酸碱基间的EB能吸收300nm波长的紫外光,发出可见荧光。其荧光强度与DNA分子的含量成正比。
1.实验原理
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
1.实验原理
标准参照物(Marker)
DNA Marker是 的片段,在实验时和样本DNA同时进行凝胶电泳,通过对比两者的迁移速率,可以大致估计 。
样本DNA的大小
已知的DNA分子大小
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
2.材料用具
琼脂糖凝胶电泳装置
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
用具:
电泳仪、平板电泳槽、DNA电泳图谱观察仪
试剂:
琼脂糖凝胶板(含核酸染料-常用核酸染料为EB即溴化乙锭)
电泳缓冲液(TAE或TBE);
凝胶载样缓冲液(内含指示剂—溴酚蓝);
3.方法步骤
制备凝胶
观察鉴定
进行电泳
电泳缓冲液配制琼脂糖溶液,一般配制质量体积比0.8%~1.2%的琼脂糖溶液。在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化。稍冷却后,加入适量的核酸染料混匀。
将温热的琼脂糖溶液迅速倒入模具,并插入合适大小的梳子,以形成加样孔。
待凝胶溶液完全凝固,小心拔出梳子,取出凝胶放入电泳槽内。
①熔化:
②倒模:
③凝固:
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P85-4
P85-5
P85-6
DNA染色剂,常用溴化乙锭
3.方法步骤
制备凝胶
观察鉴定
进行电泳
将电泳缓冲液加入电泳槽中,电泳缓冲液没过凝胶1mm为宜
扩增得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液(内含指示剂)混合,再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。留一个加样孔加入指示分子大小的标准参照物(marker)。
①加液
②加样
③电泳
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P85-7
P85-8
P85-9
P117
3.方法步骤
制备凝胶
观察鉴定
进行电泳
接通电源,根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压,一般为1~5V/cm。待迁移指示剂前沿接近凝胶边缘时,停止电泳
①加液
②加样
③电泳
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P85-7
P85-8
P85-9
注意事项:
1、接通电源,一般红色为正极,黑色为负极,DNA样品由负极往正极泳动(靠近加样孔的一端为负),电压为5 V/cm(长度以两个电极之间的距离计算)
①有颜色,使样品呈现颜色,便于加样。
②分子量较小,指示样品迁移的速率及方向。
2、根据指示剂泳动的位置,判断是否终止电泳。当溴酚蓝染料移动到距凝胶前沿1~2cm处停止电泳。
3.方法步骤
制备凝胶
观察鉴定
进行电泳
取出凝胶置于 下观察和照相。
紫外灯
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P85-10
思考:电泳过程中,溴酚蓝和核酸染料分别什么作用?
答:电泳时溴酚蓝是指示剂,指示泳动的位置,判断是否终止电泳;核酸染料是DNA染色剂,嵌入DNA分子中,在紫外光下显色。
3.方法步骤
1.为避免外源DNA等因素的污染,PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。
2.该实验所需材料可以直接从公司购买,缓冲液和酶应分装成小份,并在-20℃储存。使用前,将所需试剂从冰箱拿出,放在冰块上缓慢融化。(避免反复融化导致活性降低甚至失活)
3.在向微量离心管中添加反应组分时,每吸取一种试剂后,移液器上的枪头都必须更换。
4.在进行操作时,一定要戴好一次性手套。
补:PCR扩增不能随意加大试剂用量。
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P85(注意)
4.结果分析与评价
1.如图所示,该片段大小约为 。
750bp
0次
12次
12次
30次
30次
Marker
根据条带的 及 来评价扩增的结果
判断成功扩增出DNA片段的依据是什么?
分布
粗细程度
估计DNA的大小
估计DNA的数量
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
4.结果分析与评价
2.你进行电泳鉴定的结果是几条条带?如果不止一条条带,请分析产生这个结果的可能原因?
未出现扩增条带可能的原因有:
①引物出现质量问题;
②变性时温度 ,变性时间 ,模板DNA链未打开。
③Taq酶失活;
④Mg2+浓度过 。
出现非特异性扩增带可能的原因有:
①引物特异性不强或容易聚合成二聚体
②复性时的温度过低,引物随机连接到非目的基因片段
③DNA聚合酶的浓度过高,即使引物与模板的结合并不完全匹配,酶仍可能催化延伸反应,生成非特异性扩增产物。
④Mg2+浓度过高(DNA聚合酶活性过高)
⑤模板DNA出现污染
低
低
短
一条条带(目的基因片段)
探究·实践:DNA片段的扩增及电泳鉴定
P85
及时训练
1.用PCR方法检测转基因植株是否成功导入目的基因时,得到以下电泳图谱,其中1号为DNA标准样液(Marker),10号为蒸馏水。PCR时加入的模板DNA如图所示。据此做出分析不合理的是( )
A.PCR产物的分子大小在250至500 bp之间
B.3号样品为不含目的基因的载体DNA
C.9号样品对应植株不是所需的转基因植株
D.10号的电泳结果能确定反应体系等对实验结果没有干扰
B
3号PCR结果包含250~500bp片段,应包含目的基因
9号PCR结果不包含250~50bp片段,所以不是所需转基因植株
及时训练
2.如图是从酵母菌细胞中获取某植物需要的某种酶基因的流程。结合所学知识及相关信息回答下列问题:
(1)图中B过程是________。
(2)为在短时间内大量获得目的基因,可用________扩增的方法,其原理是___________________。
(3)获取目的基因之后,需要进行_____________________,此步骤是基因工程的核心。该步骤得到的结构必须含有____________________________(写出三项)以及目的基因等。
(4)将目的基因导入某双子叶植物细胞,常采用的方法是__________________。其能否在此植物体内稳定遗传的关键是此植物的染色体DNA中是否插入了目的基因,可以用________技术进行检测。
逆转录
PCR
DNA半保留复制
基因表达载体的构建
启动子、终止子、标记基因
PCR
农杆菌转化法