人教版高中生物选修3 专题1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序

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外星来客？？？
虎蚕
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你是否相信？

普通玉米

有抗虫基因的玉米

1.2 基因工程的 基本操作程序
教学目标
知识目标
简述基因工程的原理和技术 。
1、通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力。
能力目标
2、通过举一反三，掌握基因工程操作过程，养学生对相关知识的理解能力及良好的语言表达能力。
情感态度与价值观
通过引导学生在网上的探究活动，引导学生主动参与，乐于探究，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。
重点
难点
教学重难点
基因工程的基本操作程序的四个步骤 。
从基因文库中获取目的基因。
利用PCR技术扩增目的基因。
基因工程的基本操作程序


一
目的基因的获取


二
基因表达载体的构建


三
将目的基因导入受体细胞


四
目的基因的检测与鉴定
一、目的基因的获取

供体生物细胞
取出DNA
用限制酶剪去多余部分
目的基因

将需要的基因从供体
生物细胞内提取出来
即：
（1）定义：
目的基因主要是指_______________的基因。
需要转移或改造
（2）常用种类：
目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因（抗病毒、抗细菌)、种子贮藏蛋白的基因、人胰岛素基因、干扰素基因等。
（3）获得目的基因的方法：



1、从基因文库中获取目的基因
2、人工合成的方法
3、利用PCR技术扩增目的基因
1.1什么是基因文库

将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，成为基因文库。
1.2基因文库的种类

基因组文库：
部分基因文库(cDNA文库)：
含有一种生物的全部基因
含有一种生物的部分基因
1、从基因文库中获取目的基因
1.3基因文库的构建
提取某种生物的全部DNA
用适当的限制酶切
一定大小的DNA片段
将DNA片段与载体连接
导入受体菌中储存

基因组文库


某种生物的mRNA
单链互补DNA
双链cDNA片段
导入受体菌中储存
与载体连接




cDNA文库
逆转录

构建基因组文库

构建部分基因文库

1.4怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因
根据目的基因的有关信息，如根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质的特性来获取目的基因。


2、人工合成的方法
2.1 反转录法：
目的基因的mRNA
单链DNA (cDNA）
双链DNA (即目的基因)
反转录
合成

以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。
2.2 根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ：
蛋白质的氨基酸序列
mRNA的核苷酸序列
结构基因的核苷酸序列
目的基因
推测
化学合成



推测
3、利用PCR技术扩增目的基因
3.1 PCR技术(聚合酶链式反应)原理：
DNA双链复制的基本原理。
3.2 PCR技术反应前提：
PCR扩增仪
一段已知目的基因的核苷酸序列，根据这一序列合成引物。
引物？
一小段单链DNA或RNA，一般20～30个碱基，能与DNA母链的一段碱基序列互补配对。

四种脱氧核苷酸
一对引物
热稳定DNA聚合酶(Taq酶）
DNA的两条链为模板
温度控制和缓冲液
3.2 PCR技术反应条件：






5/
3/
G—G
T—C

3/
5/
G—A
C—C
5/
3/

引物Ⅱ
G—G




复性
延伸


5/
3/
A—G
引物Ⅰ
目的基因DNA受热解成单链

变性
引物与单链互补结合
合成链受DNA聚合酶的作用



3.3PCR技术反应过程：

质粒
DNA分子



一个切口
两个黏性末端
两个切口
获得目的基因
DNA 连接酶
重组DNA分子（重组质粒）

同一种 限制酶
二、基因表达载体的构建

目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。
（1）重组质粒的形成：

载体的作用：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
a、目的基因
b、启动子
c、终止子
d、标记基因

（2）基因表达载体的组成：
有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物中的总DNA提取出来，通过注射或花粉管通道法导入受体植物，没有进行表达载体的构建，这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定什么基因导入了受体植物。此法目前争议颇多，严格来讲不算基因工程。
将目的基因直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，结果会怎样？
科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。
起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。
然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。
精彩源于发现
三、将目的基因导入受体细胞

（1）常用的受体细胞：
动植物细胞、大肠杆菌、土壤农杆菌、枯草杆菌等。
（2）将目的基因导入受体细胞的原理：
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
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
导入动物细胞
导入微生物细胞
农杆菌转化法
基因枪法
花粉管通道法
显微注射法
感受态细胞吸收DNA分子

（3）将目的基因导入受体细胞的方法：





3.1导入植物细胞

农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物。
Ti质粒的T-DNA可转移至受体细胞的染色体上。
农杆菌转化法
农杆菌转化法示意图
目的基因的遗传特性得以维持稳定和表达
目的基因插入Ti质粒的T-DNA上
农杆菌导入植物细胞
整合到受体细胞的染色体上



农杆菌转化法
花粉管通道法
基因枪法
提纯含目的基
因的表达载体
取出卵细胞
显微注射



受精卵移植入
输卵管或子宫
发育成具新性状的动物

3.2导入动物细胞

显微注射技术
将目的基因导入动物细胞

原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，故早期常作为受体细胞。

大肠杆菌细胞
用Ca2+处理
感受态细胞

重组表达载体DNA溶于缓冲液



混合
转入
3.3导入微生物细胞


①检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因
②检测目的基因是否转录出了mRNA
③检测目的基因是否翻译成蛋白质
抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
方法——
方法——
方法——
DNA分子杂交
分子杂交
抗原-抗体杂交
四、目的基因的检测与鉴定

分子检测
个体
鉴定
没有抗虫基因的棉植株
有抗虫基因的棉植株


棉铃虫

虫没有死
虫被杀死
没有表达

基因表达
若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。
棉铃虫









无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。

课堂小结
目的基因的获取
获取能编码某种蛋白质结构基因
基因表达载体的构建
使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下代，使目的基因能够表达
目的基因导入受体细胞
是目的基因进入受体细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程
目的基因的检测和鉴定
检测目的基因检测目的基因是否转录，并翻译成蛋白质。




1、 PCR技术扩增过程:
①DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板
在热作用下，______断裂，形成_______ 。
②复性（55℃-60℃）：系统温度降低，引物
与DNA模板结合，形成局部________。
③延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，从
引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补
的____________。
氢键
单链DNA
双链
DNA链
课堂练习
（1）用一定的_________切割质粒，使其出现一个切口，露出___________。

（2）用_______________切断目的基因，使其产生
___________________。
（3）将切下的目的基因片段插入质粒的______处，再加入适量________________，形成了一个重组DNA分子
（重组质粒）。
限制酶
黏性末端
同一种限制酶
相同的黏性末端
切口
DNA连接酶
2、重组质粒形成过程:
A. 基因枪法
B. 显微注射法
C. 农杆菌转化法
D. 花粉管通道法
3、下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法 ( )
B