3.2基因工程的基本操作程序教学课件(共28张PPT4个视频)-人教版高中生物（2019）选择性必修三
文档属性
| 名称 | 3.2基因工程的基本操作程序教学课件(共28张PPT4个视频)-人教版高中生物（2019）选择性必修三 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 91.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-08-13 18:48:02 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
基因迷局：拯救未来小麦
——基因工程的
基本操作程序
学习目标
从结构与功能观角度理解基因工程的原理.
生命观念
关注基因工程在生产实践上的发展应用，宣传健康生活。
社会责任
建构基因工程操作流程模型，掌握基因检测与鉴定方法。
科学思维
掌握PCR技术进行DNA片段的扩增及电泳鉴定的方法。
科学探究
背景介绍
一、线索收集
任务分配：小组团队根据拿到的任务卡片，解锁任务碎片
1. 科学家组：
根据实验日记歌谣，重建实验流程。
2. 克隆专家组：
解密正确引物；复盘PCR过程，重新扩增基因片段。
3. 载体构建组：
找到正确的启动子碎片；构建完整的基因表达载体，确保基因正确表达。
4. 细胞转化组：
选择正确的抗生素替代污染有杂菌的培养液；确定转化方法和步骤。
5. 检测鉴定组：
破解实验室电脑密码，获取电泳数据；通过PCR扩增及电泳条带对比，确认基因编辑成功。
6. 安全员组：
解密监控录像，发现内鬼。用办公室钥匙找到保险库密码最后一块碎片。
1.解密实验流程线索：在科研日记的残页中记载了一段歌谣：找基因，筛又选；搭载体，巧构建；导细胞，技术新；测鉴定，验成功！
二、证据推理
目标分解1：目的基因的筛选与获取
二、证据推理
2.实验日志残片：
我们在前期小麦杂交实验群体中，观察到小麦穗数和每穗小麦节数出现遗传分离现象，随后鉴定出染色体主效位点，进一步锁定JZ-01基因。
值得注意的是JZ-01基因导致的粒数增加同时使植株矮化。
3.电脑数据库证据:Genbank和BLAST序列对比https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NC_057806.1 report=genbank&from=654031769&to=654036514
二、证据推理
明确了目的基因后，该如何获取呢
DNA合成仪
化学合成法：在已知目的基因核苷酸序列且基因较小的情况下，利用DNA合成仪自动合成。
转基因抗虫棉
PCR：聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）的缩写。在体外条件下扩增DNA的方法。
耐高温的DNA聚合酶
（Taq酶）
DNA模板
DNA引物
稳定的缓冲溶液
（一般添加Mg2+）
PCR条件:
四种脱氧核苷酸(dNTP)
变性
90℃以上
复性
50℃左右
延伸
72℃左右
→
→
PCR过程:
目的基因4746个脱氧核苷酸对序列如下，设计引物:
5’-TCGCTG....JZ-01....GGACTA-3’
3’-AGCGAC....JZ-01....CCTGAT-5’
【PCR过程复盘】推演变性→复性→延伸的步骤
二、证据推理
第一次循环
第二次循环
第三次循环
二、证据推理
4.原始电泳图证据：检测鉴定组破解实验室电脑密码，获取原始电泳数据。
还原真实电泳图，找出准确的目的基因，确认基因编辑是否成功
A2
A3
电泳方向
A1
原始条带： A1
新PCR条带：
基因编辑条带：
A2
A3
二、证据推理
二、证据推理
目标分解2：基因表达载体的构建
目的：①让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代;
②使目的基因能够表达和发挥作用
RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA
DNA复制的起始位点（容易与引物结合）
终止转录
便于重组DNA分子的筛选。
二、证据推理
SmaI:5’-CCCGGG-3’
EcoRI:5’-GAATTC-3’
5.为构建基因表达载体，再次设计引物序列并复盘基因表达载体构建：
5’-TCGCTG.....JZ-01....GGACTA-3’
3’-AGCGAC.....JZ-01....CCTGAT-5’
质粒、目的基因自身环化
质粒与目的基因反向连接
复盘基因表达载体构建
二、证据推理
6.发现培养液污染与细胞转化组工作失误有关，寻找正确的抗生素筛选成功转化的细胞。转化方法及依据隐藏在《生物技术与工程》教材的81页。
目标分解3：将目的基因导入受体细胞
使用抗生素种类：
转化方法及原理：
四环素
农杆菌转化法，T-DNA可转移并整合到被侵染细胞的染色体上。
目的基因
花粉管通道法
农杆菌转化法
基因枪法
动物细胞
微生物细胞
Ca2+处理法
植物细胞
显微注射法
目标分解3：将目的基因导入受体细胞
二、证据推理
7.实验证据：进入PCR实验室进行检测与鉴定。小麦的染色体DNA上是否插入了编辑的JZ-01基因。
电泳检测结果显示：
M：marker 1-阳性质粒 2原始小麦品系 3-9转基因品系 转JZ-01基因品系PCR琼脂糖凝胶电泳检测结果
通过与阳性质粒和原始小麦品系的对比，3-9转基因品系中都插入了编辑的JZ-01基因
目标分解4：目的基因的检测与鉴定
二、证据推理
8.实验日志：依据JZ-01基因的功能机制：JZ-01基因受到丝氨酸蛋白TK3激酶磷酸化作用而被激活。检测鉴定组决定对相关的JZ-01蛋白进行抗原抗体杂交，以检测JZ-01基因是否翻译成功。
抗原抗体杂交带结果显示：
激活的JZ-01蛋白
未激活的JZ-01蛋白
a组：原始品系 b、c、d组：转基因品系
与原始品系相比，转基因品系中激活的JZ-01蛋白含量都明显增多，其中b组增多最显著。
教 学 分 析
教 学 策 略
教 学 反 思
9.小麦个体生物学水平鉴定
原始品系
转基因品系
二、证据推理
转基因品系在穗数、每穗节数以及每节粒数都比原始品系有明显增长。
三、迷局解密
四、迷题挑战
种子休眠是抵御穗发芽的一种机制。通过对Ti质粒的改造，利用农杆菌转化法将Ti质粒上的T-DNA随机整合到小麦基因组中，筛选到2个种子休眠相关基因的插入失活纯合突变体。与野生型相比，突变体种子的萌发率降低。小麦基因组序列信息已知。
（1）复制原点
XhaⅠ
DNA聚合酶
SpeⅠ、SmaⅠ
550
（2）4
连接成环（或环化）
测序和序列比对
（3）不能
基因表达载体构成元件的作用、易与启动子、T-DNA作用混淆
DNA聚合酶从引物的3’开始连接脱氧核苷酸
DNA聚合酶与DNA连接酶的区别与联系
琼脂糖凝胶电泳的原理与测序和序列比对
四、迷题挑战
归纳小结：
1.基因工程的基本操作程序。
2.获取目的基因的方法：化学方法人工合成、PCR扩增等。
3.PCR的原理、条件、操作过程。
4.基因表达载体的构建目的、组成元件、RNA聚合酶的作用。
5.转化的方法及原理。
6.检测与鉴定在分子和个体生物学水平上的方法原理及应用。
收获与反思
基因迷局：拯救未来小麦
——基因工程的
基本操作程序
学习目标
从结构与功能观角度理解基因工程的原理.
生命观念
关注基因工程在生产实践上的发展应用，宣传健康生活。
社会责任
建构基因工程操作流程模型，掌握基因检测与鉴定方法。
科学思维
掌握PCR技术进行DNA片段的扩增及电泳鉴定的方法。
科学探究
背景介绍
一、线索收集
任务分配：小组团队根据拿到的任务卡片，解锁任务碎片
1. 科学家组：
根据实验日记歌谣，重建实验流程。
2. 克隆专家组：
解密正确引物；复盘PCR过程，重新扩增基因片段。
3. 载体构建组：
找到正确的启动子碎片；构建完整的基因表达载体，确保基因正确表达。
4. 细胞转化组：
选择正确的抗生素替代污染有杂菌的培养液；确定转化方法和步骤。
5. 检测鉴定组：
破解实验室电脑密码，获取电泳数据；通过PCR扩增及电泳条带对比，确认基因编辑成功。
6. 安全员组：
解密监控录像，发现内鬼。用办公室钥匙找到保险库密码最后一块碎片。
1.解密实验流程线索：在科研日记的残页中记载了一段歌谣：找基因，筛又选；搭载体，巧构建；导细胞，技术新；测鉴定，验成功！
二、证据推理
目标分解1：目的基因的筛选与获取
二、证据推理
2.实验日志残片：
我们在前期小麦杂交实验群体中，观察到小麦穗数和每穗小麦节数出现遗传分离现象，随后鉴定出染色体主效位点，进一步锁定JZ-01基因。
值得注意的是JZ-01基因导致的粒数增加同时使植株矮化。
3.电脑数据库证据:Genbank和BLAST序列对比https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NC_057806.1 report=genbank&from=654031769&to=654036514
二、证据推理
明确了目的基因后，该如何获取呢
DNA合成仪
化学合成法：在已知目的基因核苷酸序列且基因较小的情况下，利用DNA合成仪自动合成。
转基因抗虫棉
PCR：聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）的缩写。在体外条件下扩增DNA的方法。
耐高温的DNA聚合酶
（Taq酶）
DNA模板
DNA引物
稳定的缓冲溶液
（一般添加Mg2+）
PCR条件:
四种脱氧核苷酸(dNTP)
变性
90℃以上
复性
50℃左右
延伸
72℃左右
→
→
PCR过程:
目的基因4746个脱氧核苷酸对序列如下，设计引物:
5’-TCGCTG....JZ-01....GGACTA-3’
3’-AGCGAC....JZ-01....CCTGAT-5’
【PCR过程复盘】推演变性→复性→延伸的步骤
二、证据推理
第一次循环
第二次循环
第三次循环
二、证据推理
4.原始电泳图证据：检测鉴定组破解实验室电脑密码，获取原始电泳数据。
还原真实电泳图，找出准确的目的基因，确认基因编辑是否成功
A2
A3
电泳方向
A1
原始条带： A1
新PCR条带：
基因编辑条带：
A2
A3
二、证据推理
二、证据推理
目标分解2：基因表达载体的构建
目的：①让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代;
②使目的基因能够表达和发挥作用
RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA
DNA复制的起始位点（容易与引物结合）
终止转录
便于重组DNA分子的筛选。
二、证据推理
SmaI:5’-CCCGGG-3’
EcoRI:5’-GAATTC-3’
5.为构建基因表达载体，再次设计引物序列并复盘基因表达载体构建：
5’-TCGCTG.....JZ-01....GGACTA-3’
3’-AGCGAC.....JZ-01....CCTGAT-5’
质粒、目的基因自身环化
质粒与目的基因反向连接
复盘基因表达载体构建
二、证据推理
6.发现培养液污染与细胞转化组工作失误有关，寻找正确的抗生素筛选成功转化的细胞。转化方法及依据隐藏在《生物技术与工程》教材的81页。
目标分解3：将目的基因导入受体细胞
使用抗生素种类：
转化方法及原理：
四环素
农杆菌转化法，T-DNA可转移并整合到被侵染细胞的染色体上。
目的基因
花粉管通道法
农杆菌转化法
基因枪法
动物细胞
微生物细胞
Ca2+处理法
植物细胞
显微注射法
目标分解3：将目的基因导入受体细胞
二、证据推理
7.实验证据：进入PCR实验室进行检测与鉴定。小麦的染色体DNA上是否插入了编辑的JZ-01基因。
电泳检测结果显示：
M：marker 1-阳性质粒 2原始小麦品系 3-9转基因品系 转JZ-01基因品系PCR琼脂糖凝胶电泳检测结果
通过与阳性质粒和原始小麦品系的对比，3-9转基因品系中都插入了编辑的JZ-01基因
目标分解4：目的基因的检测与鉴定
二、证据推理
8.实验日志：依据JZ-01基因的功能机制：JZ-01基因受到丝氨酸蛋白TK3激酶磷酸化作用而被激活。检测鉴定组决定对相关的JZ-01蛋白进行抗原抗体杂交，以检测JZ-01基因是否翻译成功。
抗原抗体杂交带结果显示：
激活的JZ-01蛋白
未激活的JZ-01蛋白
a组：原始品系 b、c、d组：转基因品系
与原始品系相比，转基因品系中激活的JZ-01蛋白含量都明显增多，其中b组增多最显著。
教 学 分 析
教 学 策 略
教 学 反 思
9.小麦个体生物学水平鉴定
原始品系
转基因品系
二、证据推理
转基因品系在穗数、每穗节数以及每节粒数都比原始品系有明显增长。
三、迷局解密
四、迷题挑战
种子休眠是抵御穗发芽的一种机制。通过对Ti质粒的改造，利用农杆菌转化法将Ti质粒上的T-DNA随机整合到小麦基因组中，筛选到2个种子休眠相关基因的插入失活纯合突变体。与野生型相比，突变体种子的萌发率降低。小麦基因组序列信息已知。
（1）复制原点
XhaⅠ
DNA聚合酶
SpeⅠ、SmaⅠ
550
（2）4
连接成环（或环化）
测序和序列比对
（3）不能
基因表达载体构成元件的作用、易与启动子、T-DNA作用混淆
DNA聚合酶从引物的3’开始连接脱氧核苷酸
DNA聚合酶与DNA连接酶的区别与联系
琼脂糖凝胶电泳的原理与测序和序列比对
四、迷题挑战
归纳小结：
1.基因工程的基本操作程序。
2.获取目的基因的方法：化学方法人工合成、PCR扩增等。
3.PCR的原理、条件、操作过程。
4.基因表达载体的构建目的、组成元件、RNA聚合酶的作用。
5.转化的方法及原理。
6.检测与鉴定在分子和个体生物学水平上的方法原理及应用。
收获与反思