3.2.1《基因工程的基本操作程序-GFP基因的获取、扩增与鉴定》教学课件(共26张PPT2个视频)-人教版高中生物（2019）选择性必修三
文档属性
| 名称 | 3.2.1《基因工程的基本操作程序-GFP基因的获取、扩增与鉴定》教学课件(共26张PPT2个视频)-人教版高中生物（2019）选择性必修三 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 25.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-10-16 10:53:47 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
转荧光基因大肠杆菌“画”的画
“荧光大肠杆菌”的诞生日记
GFP基因的获取、扩增与鉴定
生物 高三年级上学期
单元主题：基因工程
研究课题：荧光大肠杆菌的诞生日记
绿色荧光蛋白基因
（ GFP基因）
“荧光大肠杆菌”
课题设计思路：
荧光水母
大肠杆菌
GFP基因表达
思考：水母是真核生物，而大肠杆菌是原核生物，来自水母的GFP基因可以在大肠杆菌杆菌中成功表达吗？
水母的基因结构
GFP 前体mRNA
转录
GFP成熟mRNA
汉水丑生侯伟作品
剪切、拼接
外显子
内含子
启动子
终止子
编码区（基因）
非编码区
非编码区
大肠杆菌的基因结构
编码区（基因）
启动子
终止子
转录
成熟mRNA
水母总mRNA
逆转录酶
杂交双链
核酸酶H
单链DNA
GFP基因
水母总cDNA
DNA聚合酶
大肠杆菌
cDNA不含有非编码序列--即启动子、终止子和内含子
知识拓展 ：基因的结构
①如何获得并扩增绿色荧光基因（GFP基因）？
②如何鉴定扩增后的GFP基因？
任务清单：
研究课题：荧光大肠杆菌的诞生日记
编码荧光蛋白的核苷酸序列
GFP的cDNA
获取、扩增
1
目的基因（荧光基因等）：
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。
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
任务一：如何获得并扩增GFP基因
GFP基因的获取、扩增与鉴定
合作探究1：阅读教材P77-79，以小组为单位思考回答以下问题
1.常用扩增GFP基因的方法、原理、目的？
2.结合体内DNA复制过程，思考扩增GFP基因需要哪些组分参与？
3.如何利用该方法特异性的获取GFP基因并扩增？
4.利用给出的材料模拟并讲述该过程。
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务一：如何获得并扩增GFP基因
GFP基因
快速获得大量GFP基因
PCR（Polymerase Chain Reaction）
1.常用扩增GFP基因的方法、原理、目的？
PCR是聚合酶链式反应的缩写，是一项根据DNA半保留复制，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，可在短时间内对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
原 理
目 的
PCR扩增仪
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务一：如何获得并扩增GFP基因
2.结合体内DNA复制过程，思考扩增GFP基因需要哪些组分参与？
任务一：如何获得并扩增GFP基因-PCR
GFP基因的获取、扩增与鉴定
条 件
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA的两条母链
4种游离的脱氧核苷酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶
引物为DNA聚合酶提供了游离的3 ′端，使DNA聚合酶从3 ′端延伸子链。(DNA聚合酶不具有从头合成子链的功能)
2.结合体内DNA复制过程，思考扩增GFP基因需要哪些组分参与？
DNA（含GFP基因）模板
引物
4种脱氧核苷三磷酸（dNTP）
缓冲液
热稳定DNA聚合酶（Taq酶）
Mg2+
作为DNA复制的模板
使DNA聚合酶能从引物3′端开始连接脱氧核苷酸
作为合成DNA子链的原料
提供相对稳定的pH环境
催化合成DNA子链
真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务一：如何获得并扩增GFP基因-PCR
根据查询的GFP基因序列，尝试设计引物
要求：从①－④中选择2个合适的位置设计引物，写出引物的部分序列，并注明方向。
5’-ATG …… ATC GAG ACC GGT …… TAA-3’
3’-TAC …… TAG CTC TGG CCA …… ATT-5’
①
②
③
④
3’…... ATT-5’
5’-ATG…... 3’
1、PCR扩增时至少需要____种引物，原因是__________________________________
2
DNA的两条链是反向平行的（序列不同）
GFP基因序列
G T C C G A
2、设计引物的要求：
①2种引物之间不能发生碱基互补配对，原因__________________________
②同种引物之间不能发生碱基互补配对，原因__________________________
导致引物不能与模板链结合
防止引物自身折叠
实验原理
PCR利用了DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合，一次PCR一般要经历30次循环
尝试进行PCR的基本操作，获取和扩增GFP基因
目的要求
材料用具
RCR过程
主线任务：GFP基因的获取、扩增与鉴定
3.如何利用PCR特异性的获取GFP基因并扩增
H2O
扩增缓冲液
模板DNA
dNTP
引物Ⅰ、Ⅱ
Taq酶
移液
离心
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℃1min
使DNA充分变性，以利于引物更好地与模板结合
扩增
T A...T C... TAG CTC TGGCCA ...C C...T T
3`
5`
A T...A G... ATC GAG ACCGGT ...G G...A A
5`
3`
...C C...T T5`
5`A T...A G...
RCR过程
第一轮
循环
变性
复性
延伸
当温度超过90℃时，双链DNA解聚为单链。
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。
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。
T A...T C... TAG CTC TGGCCA
ATC GAG ACCGGT ...G G...A A
3.如何利用PCR特异性的获取GFP基因并扩增
合作探究2: 利用第一轮产物作为模版，选择合适的引物，确认引物放置的位置和方向，继续模拟PCR第二轮、第三轮的过程，并展示扩增结果。分别观察通过第二、三轮扩增是否可以获得GFP基因？
3`
5`
5`
3`
5`
5`
引物1
引物2
Taq酶
4.利用给出的材料模拟并讲述该过程
RCR过程
第一轮
循环
第二轮
循环
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务一：如何获得并扩增GFP基因-PCR
RCR结果
电泳鉴定
常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因
成指数形式扩增（约为2n，其中n为扩增循环的次数），一般循环30次，理论上可以将GFP基因扩大数百万倍。
实验原理
正 极
负 极
电场力
合作探究3：阅读P84-85，以小组为单位思考回答电泳实验原理
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
电泳：
在电场的作用下，DNA、RNA、蛋白质等这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。
正极
负极
电场力
一般使用的电泳缓冲液的pH为8，DNA分子带负电，向正极泳动，这个过程就是电泳
电泳：
DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。
正极
负极
电场力
电泳常用缓冲液pH8.0～8.3
DNA分子在此pH条件下带负电荷
若此时电场里没有任何障碍物，所有DNA片段会以同样的速度向正极移动，怎么让它们移动速度不相同呢？
琼脂糖凝胶
琼脂糖凝胶是以琼脂糖为支持介质制备的凝胶。
琼脂糖的熔点在62 65°C之间，融化后在37°C下可维持液态数小时，30°C时凝固成胶。
加样孔
电泳：
正极
负极
电场力
琼脂糖凝胶
琼脂糖凝胶是以琼脂糖为支持介质制备的凝胶。琼脂糖的熔点在62 65°C之间，融化后在37°C下可维持液态数小时，30°C时凝固成胶。
加样孔
（加入待测DNA样本）
电泳：
正极
负极
电场力
琼脂糖凝胶
琼脂糖凝胶是以琼脂糖为支持介质制备的凝胶。琼脂糖的熔点在62 65°C之间，融化后在37°C下可维持液态数小时，30°C时凝固成胶。
片段短，迁移速率快
片段长，迁移速率慢
DNA分子的迁移速率与__________________、______________和_____ 等
有关
DNA分子越大，迁移速率越慢（一般情况下，除DNA分子大小外，在一个电泳槽中，其他因素可以认为是等同的）
怎么知道这些DNA片段的具体大小呢（bp）？
DNA分子大小
凝胶的浓度
构象
实验原理
DNA Marker是 的片段，在实验时和样本DNA同时进行凝胶电泳，通过对比两者的位置，可以大致估计 。
已知的DNA分子大小
样本DNA的大小
核酸染色剂
溴化乙锭(EB)可以插入到DNA分子的碱基对之间，并在紫外线的照射下发出荧光，所以我们需要在琼脂糖融化，稍冷却后，加入适量的EB混匀
标准参照（Marker）
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
实验原理
材料用具
琼脂糖凝胶电泳装置
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳，取出凝胶置于紫外灯下观察和照相。
实验原理
材料用具
实验步骤
观察鉴定
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
实验原理
材料用具
实验步骤
观察鉴定
电泳图分析
GFP基因片段大小约为710bp。
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
进行电泳鉴定的结果应该是一条条带，该片段大小约为710bp。
HAPPY ENDING!
转荧光基因大肠杆菌“画”的画
“荧光大肠杆菌”的诞生日记
GFP基因的获取、扩增与鉴定
生物 高三年级上学期
单元主题：基因工程
研究课题：荧光大肠杆菌的诞生日记
绿色荧光蛋白基因
（ GFP基因）
“荧光大肠杆菌”
课题设计思路：
荧光水母
大肠杆菌
GFP基因表达
思考：水母是真核生物，而大肠杆菌是原核生物，来自水母的GFP基因可以在大肠杆菌杆菌中成功表达吗？
水母的基因结构
GFP 前体mRNA
转录
GFP成熟mRNA
汉水丑生侯伟作品
剪切、拼接
外显子
内含子
启动子
终止子
编码区（基因）
非编码区
非编码区
大肠杆菌的基因结构
编码区（基因）
启动子
终止子
转录
成熟mRNA
水母总mRNA
逆转录酶
杂交双链
核酸酶H
单链DNA
GFP基因
水母总cDNA
DNA聚合酶
大肠杆菌
cDNA不含有非编码序列--即启动子、终止子和内含子
知识拓展 ：基因的结构
①如何获得并扩增绿色荧光基因（GFP基因）？
②如何鉴定扩增后的GFP基因？
任务清单：
研究课题：荧光大肠杆菌的诞生日记
编码荧光蛋白的核苷酸序列
GFP的cDNA
获取、扩增
1
目的基因（荧光基因等）：
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。
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
任务一：如何获得并扩增GFP基因
GFP基因的获取、扩增与鉴定
合作探究1：阅读教材P77-79，以小组为单位思考回答以下问题
1.常用扩增GFP基因的方法、原理、目的？
2.结合体内DNA复制过程，思考扩增GFP基因需要哪些组分参与？
3.如何利用该方法特异性的获取GFP基因并扩增？
4.利用给出的材料模拟并讲述该过程。
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务一：如何获得并扩增GFP基因
GFP基因
快速获得大量GFP基因
PCR（Polymerase Chain Reaction）
1.常用扩增GFP基因的方法、原理、目的？
PCR是聚合酶链式反应的缩写，是一项根据DNA半保留复制，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，可在短时间内对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
原 理
目 的
PCR扩增仪
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务一：如何获得并扩增GFP基因
2.结合体内DNA复制过程，思考扩增GFP基因需要哪些组分参与？
任务一：如何获得并扩增GFP基因-PCR
GFP基因的获取、扩增与鉴定
条 件
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA的两条母链
4种游离的脱氧核苷酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶
引物为DNA聚合酶提供了游离的3 ′端，使DNA聚合酶从3 ′端延伸子链。(DNA聚合酶不具有从头合成子链的功能)
2.结合体内DNA复制过程，思考扩增GFP基因需要哪些组分参与？
DNA（含GFP基因）模板
引物
4种脱氧核苷三磷酸（dNTP）
缓冲液
热稳定DNA聚合酶（Taq酶）
Mg2+
作为DNA复制的模板
使DNA聚合酶能从引物3′端开始连接脱氧核苷酸
作为合成DNA子链的原料
提供相对稳定的pH环境
催化合成DNA子链
真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务一：如何获得并扩增GFP基因-PCR
根据查询的GFP基因序列，尝试设计引物
要求：从①－④中选择2个合适的位置设计引物，写出引物的部分序列，并注明方向。
5’-ATG …… ATC GAG ACC GGT …… TAA-3’
3’-TAC …… TAG CTC TGG CCA …… ATT-5’
①
②
③
④
3’…... ATT-5’
5’-ATG…... 3’
1、PCR扩增时至少需要____种引物，原因是__________________________________
2
DNA的两条链是反向平行的（序列不同）
GFP基因序列
G T C C G A
2、设计引物的要求：
①2种引物之间不能发生碱基互补配对，原因__________________________
②同种引物之间不能发生碱基互补配对，原因__________________________
导致引物不能与模板链结合
防止引物自身折叠
实验原理
PCR利用了DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合，一次PCR一般要经历30次循环
尝试进行PCR的基本操作，获取和扩增GFP基因
目的要求
材料用具
RCR过程
主线任务：GFP基因的获取、扩增与鉴定
3.如何利用PCR特异性的获取GFP基因并扩增
H2O
扩增缓冲液
模板DNA
dNTP
引物Ⅰ、Ⅱ
Taq酶
移液
离心
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℃1min
使DNA充分变性，以利于引物更好地与模板结合
扩增
T A...T C... TAG CTC TGGCCA ...C C...T T
3`
5`
A T...A G... ATC GAG ACCGGT ...G G...A A
5`
3`
...C C...T T5`
5`A T...A G...
RCR过程
第一轮
循环
变性
复性
延伸
当温度超过90℃时，双链DNA解聚为单链。
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。
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。
T A...T C... TAG CTC TGGCCA
ATC GAG ACCGGT ...G G...A A
3.如何利用PCR特异性的获取GFP基因并扩增
合作探究2: 利用第一轮产物作为模版，选择合适的引物，确认引物放置的位置和方向，继续模拟PCR第二轮、第三轮的过程，并展示扩增结果。分别观察通过第二、三轮扩增是否可以获得GFP基因？
3`
5`
5`
3`
5`
5`
引物1
引物2
Taq酶
4.利用给出的材料模拟并讲述该过程
RCR过程
第一轮
循环
第二轮
循环
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务一：如何获得并扩增GFP基因-PCR
RCR结果
电泳鉴定
常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因
成指数形式扩增（约为2n，其中n为扩增循环的次数），一般循环30次，理论上可以将GFP基因扩大数百万倍。
实验原理
正 极
负 极
电场力
合作探究3：阅读P84-85，以小组为单位思考回答电泳实验原理
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
电泳：
在电场的作用下，DNA、RNA、蛋白质等这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。
正极
负极
电场力
一般使用的电泳缓冲液的pH为8，DNA分子带负电，向正极泳动，这个过程就是电泳
电泳：
DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。
正极
负极
电场力
电泳常用缓冲液pH8.0～8.3
DNA分子在此pH条件下带负电荷
若此时电场里没有任何障碍物，所有DNA片段会以同样的速度向正极移动，怎么让它们移动速度不相同呢？
琼脂糖凝胶
琼脂糖凝胶是以琼脂糖为支持介质制备的凝胶。
琼脂糖的熔点在62 65°C之间，融化后在37°C下可维持液态数小时，30°C时凝固成胶。
加样孔
电泳：
正极
负极
电场力
琼脂糖凝胶
琼脂糖凝胶是以琼脂糖为支持介质制备的凝胶。琼脂糖的熔点在62 65°C之间，融化后在37°C下可维持液态数小时，30°C时凝固成胶。
加样孔
（加入待测DNA样本）
电泳：
正极
负极
电场力
琼脂糖凝胶
琼脂糖凝胶是以琼脂糖为支持介质制备的凝胶。琼脂糖的熔点在62 65°C之间，融化后在37°C下可维持液态数小时，30°C时凝固成胶。
片段短，迁移速率快
片段长，迁移速率慢
DNA分子的迁移速率与__________________、______________和_____ 等
有关
DNA分子越大，迁移速率越慢（一般情况下，除DNA分子大小外，在一个电泳槽中，其他因素可以认为是等同的）
怎么知道这些DNA片段的具体大小呢（bp）？
DNA分子大小
凝胶的浓度
构象
实验原理
DNA Marker是 的片段，在实验时和样本DNA同时进行凝胶电泳，通过对比两者的位置，可以大致估计 。
已知的DNA分子大小
样本DNA的大小
核酸染色剂
溴化乙锭(EB)可以插入到DNA分子的碱基对之间，并在紫外线的照射下发出荧光，所以我们需要在琼脂糖融化，稍冷却后，加入适量的EB混匀
标准参照（Marker）
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
实验原理
材料用具
琼脂糖凝胶电泳装置
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳，取出凝胶置于紫外灯下观察和照相。
实验原理
材料用具
实验步骤
观察鉴定
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
实验原理
材料用具
实验步骤
观察鉴定
电泳图分析
GFP基因片段大小约为710bp。
GFP基因的获取、扩增与鉴定
任务二：如何鉴定扩增后的GFP基因-电泳
进行电泳鉴定的结果应该是一条条带，该片段大小约为710bp。
HAPPY ENDING!