人教版（2019）高中生物选择性必修三 3.2 基因工程的基本操作程序 课件(共28张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）高中生物选择性必修三 3.2 基因工程的基本操作程序 课件(共28张PPT) |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 8.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-03-02 00:00:00 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
基因工程的基本操作程序
培育转基因抗虫棉的基本过程
基因工程的基本操作程序
一、目的基因的筛选与获取
1. 目的基因：
Cry 基因
目的基因CRY序列
NCBI：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/
2. 获取方法：
人工合成；
基因文库；
PCR扩增技术
体内DNA复制参与的组分 在DNA复制中的作用 PCR中参与的组分
打开DNA双链
提供DNA复制的模板
合成子链的原料
催化合成DNA子链
使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸
解旋酶
DNA母链
4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
引物(通常为小的单链RNA)
无需解旋酶，用高温代替
DNA母链
4种脱氧核苷酸
耐高温的DNA聚合酶
引物(通常为小的单链DNA)
反应还需要其它条件，如缓冲液（添加Mg2+等）
3. PCR扩增的物质条件及作用
探究活动一：请根据载体和目的基因序列设计出扩增目的基因的一对引物。
目的基因Cry ( 2427bp，中间大部分序列省略展示)：
复制原点
四环素
SmaI CCC↓GGG
BamHI G↓GATCC
HindIII A↓AGCTT
RcoRI G↓AATTC
注：目的基因序列内部无四种限制酶的识别序列。
EcoRI
5’ATGACAAA.......AAAAATAA3’
3’TACTGTTT......TTTTTATT5’
上游引物1：
下游引物2：
编码链
模板链
引物设计原则：
引物与一段已知目的基因的核苷酸序列碱基互补配对；
目的基因两侧无酶切位点时，可以在引物的 5’端添加限制酶识别序列；
引物内以及引物之间不应含多个连续碱基互补配对。
限制酶的选择原则：
不破坏目的基因序列；
不破坏载体的启动子、终止子、标记基因和复制原点；
为保证目的基因和载体定向连接，目的基因两端优先选择添加两种限制酶酶切位点。
规律小结
探究活动二：动手模拟PCR扩增获得目的基因过程，扩增三轮。
目的基因、引物、白纸，笔（代表DNA聚合酶）、直尺
5.PCR扩增产物的鉴定——琼脂糖凝胶电泳
当电泳结束时，比较DNA样品所在的位置和一系列已知大小的DNA片段的位置(标准)，这些已知大小的片段称为DNA分子量标准样。
二、基因表达载体的构建
复习教材80页，思考并回答下列问题：
问题1：构建基因表达载体的原因？
问题2：基因表达载体的基本元件以及各自的作用？
问题3：如何构建基因表达载体
探究活动三：小组合作用PCR扩增获得的目的基因与提供的载体模拟基因表达载体的构建过程，此过程用到了基因工程的哪些工具，并分析连接产物。
复制原点
四环素
SmaI CCC↓GGG
BamHI G↓GATCC
HindIII A↓AGCTT
RcoRI G↓AATTC
注：目的基因序列内部无四种限制酶的识别序列。
EcoRI
单酶切后所得连接产物如图所示，比较两种结果总结双酶切构建载体的优点。
三、将目的基因导入受体细胞
农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，在抗虫棉的培育过程中就发挥了重要作用。请结合课本80-82页相关知识，概述将目的基因导入受体细胞的方法。
问题1：使用流程图的形式绘制农杆菌转化法的基本过程；
问题2：如何将含有目的基因的Ti质粒导入农杆菌？
Ti质粒
T-DNA
目的基因
构建表达载体
含目的基因的Ti质粒
含重组Ti质粒的农杆菌
导入植物细胞
表现新性状的植物
植物细胞
染色体DNA
将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，使目的基因能够维持稳定和表达。
农杆菌转化法
转入农杆菌
受体细胞类型 方法
植物细胞（受精卵/体细胞）
微生物细胞 （常用大肠杆菌、土壤农杆菌）
动物细胞（受精卵）
花粉管通道法（受精卵）、
农杆菌转化法（受精卵/体细胞）
显微注射技术
Ca2+处理法/感受态细胞法
受体细胞及转化方法
探究活动四：将活动三所获得的产物转化农杆菌，分析获得的农杆菌细胞类型？
农杆菌细胞
未转化的农杆菌
转化的农杆菌
含目的基因-目的基因
含目的基因-质粒（重组质粒）
含质粒-质粒
经单酶切连接，转化后的农杆菌细胞类型还有？
含目的基因自身环化，质粒自身环化，目的基因和质粒反向连接的农杆菌。
四、目的基因的检测与鉴定
思考：结合活动四的结果分析，如何筛选出含Cry基因的农杆菌来浸染植物？
复制原点
四环素
EcoRI
农杆菌细胞
未转化的农杆菌
转化的农杆菌
含目的基因-目的基因
含目的基因-质粒（重组质粒）
含质粒-质粒
加四环素的培养基
√
×
√
×
挑菌PCR扩增目的基因
方法：
四、目的基因的检测与鉴定
农杆菌浸染植物细胞后，如何判断导入是否成功？即使导入成功，如何判断目的基因是否可以正常表达？
Cry 基因
mRNA
Cry 抗虫
蛋白
探究活动五：将小组合作选择合适的方法设计出检测目的基因是否导入棉花细胞以及能否正常表达的具体流程图。
提取棉花细胞DNA
PCR扩增Cry基因
产物检测
提取棉花细胞mRNA
逆转录
产生DNA
产物检测
PCR扩增Cry基因
从棉花中
提取蛋白质
用相应抗体进行
抗原-抗体杂交检测
分子水平
方法二：
DNA分子交杂技术
变性
① 提取目的基因的DNA片段用放射性同位素标记，作为基因探针；
② 使探针与转基因生物基因组杂交，若出现杂交带，则导入成功。
1.检测目的基因是否导入受体细胞
①制作基因探针；
②探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明转录出了mRNA。
变性
探针
15N
15N
转基因生物
的mRNA
杂交分子
（可检测）
分子杂交
方法二：
2.检测目的基因是否转录：
观察棉铃虫
存活情况
饲喂
棉铃虫
采摘抗虫棉叶片
个体水平的鉴定
中国“抗虫棉”之父---郭三堆
中国种，中国粮，中国心
我只是在地里头，种了一辈子棉花。
1994年，他带领的科研小组率先培育出中国转基因棉花植株，使中国成为继美国之后世界上第二个拥有自主知识产权转基因抗虫棉的国家。
1997年，郭三堆和课题组成功研制出 “双价抗虫棉”品种，使中国抗虫棉研究在国际上占有一席之地。
25. （山东卷 2023）科研人员构建了可表达J-V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测，该质粒的部分结构如图甲所示，其中V5编码序列表达标签短肽V5。
（1）与图甲中启动子结合的酶是________。除图甲中标出的结构外，作为载体，质粒还需具备的结构有______________（答出2个结构即可）。
（2）构建重组质粒后，为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物_______。已知J基因转录的模板链位于b链，由此可知引物F1与图甲中J基因的_______（填“a链”或“b链”）相应部分的序列相同。
（3）重组质粒在受体细胞内正确表达后，用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平，结果如图乙所示。其中，出现条带1证明细胞内表达了__________，条带2所检出的蛋白____（填“是”或“不是”）由重组质粒上的J基因表达的。
【链接高考】
【课堂总结】
【拓展延伸】
转基因抗虫棉在世界范围内广泛种植，有效控制了棉铃虫的种群数量，显著减少了农药的用量。面对棉铃虫的危害，有了抗虫棉是否就可以一劳永逸、高枕无忧了呢？棉铃虫是否会对转基因抗虫棉产生抗性？若会，请试着提出延缓棉铃虫对抗虫棉产生抗性的措施。
【作业布置】
1. 随着糖尿病人群增多，对胰岛素的需求不断提高，请利用基因工程的原理和基本过程解决如何利用微生物大量生产人胰岛素，设计出流程图。
2. 完成2022年山东卷25题（基因工程）；
3. 完成习题册练习题（P238-239）。
下课啦！
基因工程的基本操作程序
培育转基因抗虫棉的基本过程
基因工程的基本操作程序
一、目的基因的筛选与获取
1. 目的基因：
Cry 基因
目的基因CRY序列
NCBI：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/
2. 获取方法：
人工合成；
基因文库；
PCR扩增技术
体内DNA复制参与的组分 在DNA复制中的作用 PCR中参与的组分
打开DNA双链
提供DNA复制的模板
合成子链的原料
催化合成DNA子链
使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸
解旋酶
DNA母链
4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
引物(通常为小的单链RNA)
无需解旋酶，用高温代替
DNA母链
4种脱氧核苷酸
耐高温的DNA聚合酶
引物(通常为小的单链DNA)
反应还需要其它条件，如缓冲液（添加Mg2+等）
3. PCR扩增的物质条件及作用
探究活动一：请根据载体和目的基因序列设计出扩增目的基因的一对引物。
目的基因Cry ( 2427bp，中间大部分序列省略展示)：
复制原点
四环素
SmaI CCC↓GGG
BamHI G↓GATCC
HindIII A↓AGCTT
RcoRI G↓AATTC
注：目的基因序列内部无四种限制酶的识别序列。
EcoRI
5’ATGACAAA.......AAAAATAA3’
3’TACTGTTT......TTTTTATT5’
上游引物1：
下游引物2：
编码链
模板链
引物设计原则：
引物与一段已知目的基因的核苷酸序列碱基互补配对；
目的基因两侧无酶切位点时，可以在引物的 5’端添加限制酶识别序列；
引物内以及引物之间不应含多个连续碱基互补配对。
限制酶的选择原则：
不破坏目的基因序列；
不破坏载体的启动子、终止子、标记基因和复制原点；
为保证目的基因和载体定向连接，目的基因两端优先选择添加两种限制酶酶切位点。
规律小结
探究活动二：动手模拟PCR扩增获得目的基因过程，扩增三轮。
目的基因、引物、白纸，笔（代表DNA聚合酶）、直尺
5.PCR扩增产物的鉴定——琼脂糖凝胶电泳
当电泳结束时，比较DNA样品所在的位置和一系列已知大小的DNA片段的位置(标准)，这些已知大小的片段称为DNA分子量标准样。
二、基因表达载体的构建
复习教材80页，思考并回答下列问题：
问题1：构建基因表达载体的原因？
问题2：基因表达载体的基本元件以及各自的作用？
问题3：如何构建基因表达载体
探究活动三：小组合作用PCR扩增获得的目的基因与提供的载体模拟基因表达载体的构建过程，此过程用到了基因工程的哪些工具，并分析连接产物。
复制原点
四环素
SmaI CCC↓GGG
BamHI G↓GATCC
HindIII A↓AGCTT
RcoRI G↓AATTC
注：目的基因序列内部无四种限制酶的识别序列。
EcoRI
单酶切后所得连接产物如图所示，比较两种结果总结双酶切构建载体的优点。
三、将目的基因导入受体细胞
农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，在抗虫棉的培育过程中就发挥了重要作用。请结合课本80-82页相关知识，概述将目的基因导入受体细胞的方法。
问题1：使用流程图的形式绘制农杆菌转化法的基本过程；
问题2：如何将含有目的基因的Ti质粒导入农杆菌？
Ti质粒
T-DNA
目的基因
构建表达载体
含目的基因的Ti质粒
含重组Ti质粒的农杆菌
导入植物细胞
表现新性状的植物
植物细胞
染色体DNA
将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，使目的基因能够维持稳定和表达。
农杆菌转化法
转入农杆菌
受体细胞类型 方法
植物细胞（受精卵/体细胞）
微生物细胞 （常用大肠杆菌、土壤农杆菌）
动物细胞（受精卵）
花粉管通道法（受精卵）、
农杆菌转化法（受精卵/体细胞）
显微注射技术
Ca2+处理法/感受态细胞法
受体细胞及转化方法
探究活动四：将活动三所获得的产物转化农杆菌，分析获得的农杆菌细胞类型？
农杆菌细胞
未转化的农杆菌
转化的农杆菌
含目的基因-目的基因
含目的基因-质粒（重组质粒）
含质粒-质粒
经单酶切连接，转化后的农杆菌细胞类型还有？
含目的基因自身环化，质粒自身环化，目的基因和质粒反向连接的农杆菌。
四、目的基因的检测与鉴定
思考：结合活动四的结果分析，如何筛选出含Cry基因的农杆菌来浸染植物？
复制原点
四环素
EcoRI
农杆菌细胞
未转化的农杆菌
转化的农杆菌
含目的基因-目的基因
含目的基因-质粒（重组质粒）
含质粒-质粒
加四环素的培养基
√
×
√
×
挑菌PCR扩增目的基因
方法：
四、目的基因的检测与鉴定
农杆菌浸染植物细胞后，如何判断导入是否成功？即使导入成功，如何判断目的基因是否可以正常表达？
Cry 基因
mRNA
Cry 抗虫
蛋白
探究活动五：将小组合作选择合适的方法设计出检测目的基因是否导入棉花细胞以及能否正常表达的具体流程图。
提取棉花细胞DNA
PCR扩增Cry基因
产物检测
提取棉花细胞mRNA
逆转录
产生DNA
产物检测
PCR扩增Cry基因
从棉花中
提取蛋白质
用相应抗体进行
抗原-抗体杂交检测
分子水平
方法二：
DNA分子交杂技术
变性
① 提取目的基因的DNA片段用放射性同位素标记，作为基因探针；
② 使探针与转基因生物基因组杂交，若出现杂交带，则导入成功。
1.检测目的基因是否导入受体细胞
①制作基因探针；
②探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明转录出了mRNA。
变性
探针
15N
15N
转基因生物
的mRNA
杂交分子
（可检测）
分子杂交
方法二：
2.检测目的基因是否转录：
观察棉铃虫
存活情况
饲喂
棉铃虫
采摘抗虫棉叶片
个体水平的鉴定
中国“抗虫棉”之父---郭三堆
中国种，中国粮，中国心
我只是在地里头，种了一辈子棉花。
1994年，他带领的科研小组率先培育出中国转基因棉花植株，使中国成为继美国之后世界上第二个拥有自主知识产权转基因抗虫棉的国家。
1997年，郭三堆和课题组成功研制出 “双价抗虫棉”品种，使中国抗虫棉研究在国际上占有一席之地。
25. （山东卷 2023）科研人员构建了可表达J-V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测，该质粒的部分结构如图甲所示，其中V5编码序列表达标签短肽V5。
（1）与图甲中启动子结合的酶是________。除图甲中标出的结构外，作为载体，质粒还需具备的结构有______________（答出2个结构即可）。
（2）构建重组质粒后，为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物_______。已知J基因转录的模板链位于b链，由此可知引物F1与图甲中J基因的_______（填“a链”或“b链”）相应部分的序列相同。
（3）重组质粒在受体细胞内正确表达后，用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平，结果如图乙所示。其中，出现条带1证明细胞内表达了__________，条带2所检出的蛋白____（填“是”或“不是”）由重组质粒上的J基因表达的。
【链接高考】
【课堂总结】
【拓展延伸】
转基因抗虫棉在世界范围内广泛种植，有效控制了棉铃虫的种群数量，显著减少了农药的用量。面对棉铃虫的危害，有了抗虫棉是否就可以一劳永逸、高枕无忧了呢？棉铃虫是否会对转基因抗虫棉产生抗性？若会，请试着提出延缓棉铃虫对抗虫棉产生抗性的措施。
【作业布置】
1. 随着糖尿病人群增多，对胰岛素的需求不断提高，请利用基因工程的原理和基本过程解决如何利用微生物大量生产人胰岛素，设计出流程图。
2. 完成2022年山东卷25题（基因工程）；
3. 完成习题册练习题（P238-239）。
下课啦！