【课件】3.2基因工程的基本操作程序（第1课时）高二生物课件（人教版2019选择性必修3）

1、新课程标准核心素养1.1.阐明基因工程的原理和基本操作程序。阐明基因工程的原理和基本操作程序。2.2.针对人类生产或生活中的某一需求，针对人类生产或生活中的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计获得某一转基因产品的方案。试设计获得某一转基因产品的方案。3.3.尝试进行尝试进行PCRPCR的基本操作并用电泳鉴的基本操作并用电泳鉴定定PCRPCR的产物。的产物。1.1.科学思维科学思维结合生产实例，结合生产实例，举例说出基因工程的基本操作举例说出基因工程的基本操作程序。程序。2.2.科学探究科学探究针对人类生产针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出和生

2、活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初初步的基因工程构想，完成初步设计。步设计。第2节 基因工程的基本操作程序（1） 1997 1997年，我国政府首次批年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。准商业化种植转基因抗虫棉。到到20152015年，我国已育成转基因年，我国已育成转基因抗虫棉新品种抗虫棉新品种100100多个，减少多个，减少农药用量农药用量4040万吨，增收节支社万吨，增收节支社会经济效益会经济效益450450亿元。亿元。 你知道转基因抗虫棉抗虫你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？培育转基因的机制是什么吗？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？抗虫棉一般需要哪些步骤？转基

3、因抗虫棉与普通棉花转基因抗虫棉与普通棉花从社会中来例如：培育转基因抗虫棉的简要过程 苏云金芽孢苏云金芽孢杆菌杆菌抗虫基因抗虫基因普通棉花普通棉花( (无抗虫特性无抗虫特性) )1 1、目的基因的筛选与获取、目的基因的筛选与获取2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定基因工程的基本操作基因工程的基本操作的四个步骤的四个步骤一、目的基因的筛选与获取1目的基因(1)(1)概念：用于改变概念：用于改变_或获得或获得_等等的基因。的基因。受体细胞性状受体细胞性状预期表达产物预期表达产物(2)(2

4、)实例：实例：与生物与生物抗逆性抗逆性相关的基因（相关的基因（BtBt抗虫基因）抗虫基因）与与优良品质优良品质相关的基因相关的基因与生物与生物药物药物和保健品相关的基因和保健品相关的基因（与与毒物降解毒物降解相关的基因相关的基因与与工业用酶工业用酶相关的基因等相关的基因等2筛选合适的目的基因(1)(1)较为有效的方法：从相关的较为有效的方法：从相关的_和和_的的 基因中进行筛选。基因中进行筛选。(2)(2)实例：实例：已知结构已知结构功能清晰功能清晰BtBt抗虫蛋白抗虫蛋白基因基因（BtBt基因）基因）的筛选的筛选过程过程苏云金杆菌（苏云金杆菌（BtBt）制成的生物杀制成的生物杀虫剂虫剂广泛用

5、于防治棉花虫害广泛用于防治棉花虫害对对BtBt基因的基因的表达产物表达产物-Bt-Bt抗虫蛋白抗虫蛋白有较为深入的了解：有较为深入的了解：苏云金杆菌苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋白（白（BtBt抗虫蛋白），破坏鳞翅目抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫昆虫的消化系统来杀死棉铃虫苏云金杆菌的杀虫作用于苏云金杆菌的杀虫作用于BtBt基因基因有关有关掌握了掌握了BtBt基因的基因的序列信息序列信息BtBt基因是培育转基因是培育转基因抗虫棉较为基因抗虫棉较为合适的目的基因合适的目的基因 当当BtBt抗虫蛋白被抗虫蛋白被分解为多肽分解为多肽后，多肽后，多肽

6、与害虫肠上皮细胞的与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。造成害虫死亡。相关信息：BtBt抗虫蛋白的抗虫原理：抗虫蛋白的抗虫原理：思考讨论：抗虫棉中的抗虫棉中的BtBt抗虫蛋白会不会对人畜产生危害？抗虫蛋白会不会对人畜产生危害？ BtBt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中碱性环境中才能表现出才能表现出毒性，而人和牲畜的毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性胃液呈酸性，肠道细胞也，肠道细胞也没有特异性受没有特异性受体体，因此，因此，BtBt抗虫蛋白不会对人畜产生上述影响。抗虫蛋白不会对人畜产生上述影响。3利用P

7、CR获取和扩增目的基因(1)PCR的概念：PCRPCR是是_的缩写，它是一项根据的缩写，它是一项根据_的原理，在体外提供的原理，在体外提供_的各种组的各种组分与反应条件，对分与反应条件，对_进行大量复制的技术。进行大量复制的技术。聚合酶链式反应聚合酶链式反应DNADNA半保留复制半保留复制参与参与DNADNA复制复制目的基因的核苷酸序列目的基因的核苷酸序列全称：全称：原理：原理：操作环境：操作环境：目的：目的：优点：优点：聚合酶链式反应聚合酶链式反应DNADNA半保留复制半保留复制体外（体外（PCRPCR扩增仪扩增仪/PCR/PCR仪）仪）对目的基因的核苷酸序列进行大量复制对目的基因的核苷酸序

8、列进行大量复制可以在短时间内大量扩增目的基因可以在短时间内大量扩增目的基因(2)PCR技术与生物体内DNA复制的比较比较项目生物体内DNA复制PCR技术 区别解旋方式场所酶温度条件合成对象解旋酶催化解旋酶催化细胞内细胞内( (主要在细胞核内主要在细胞核内) )DNADNA解旋酶、普通的解旋酶、普通的DNADNA聚合酶等聚合酶等细胞内温和条件细胞内温和条件DNADNA分子分子DNADNA在高温作用下变性解旋在高温作用下变性解旋细胞外细胞外( (在在PCRPCR扩增仪内扩增仪内) )耐高温的的耐高温的的DNADNA聚合聚合酶酶( (TaqTaq聚合酶聚合酶) )需控制温度，在较高需控制温度，在较高

9、温度下进行温度下进行DNADNA片段或基因片段或基因联系模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成原料：均为四种脱氧核苷酸原料：均为四种脱氧核苷酸酶：均需要酶：均需要DNADNA聚合酶进行催化聚合酶进行催化引物：均需要引物，使引物：均需要引物，使DNADNA聚合酶从引物的聚合酶从引物的33端开始端开始连接脱氧核苷酸连接脱氧核苷酸注：引物是一小段能与注：引物是一小段能与_的一段碱基序列的一段碱基序列_的的_。 用于用于PCRPCR的引物有的引物有 种，长度通常为种，长度通常为20 3020 30个核苷酸。个核苷酸。DNADNA母链母链互补配对互补配对

10、短单链核酸短单链核酸3 35 5DNADNA母链母链3 35 5DNADNA母链母链3 35 5引物引物3 35 5引物引物2 2 引物引物DNADNA模板模板耐高温的耐高温的DNA聚合酶聚合酶4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸3 35 53 35 53 35 53 35 5变性变性 当温度上升到当温度上升到9090以上以上时，时，双链双链DNADNA解聚为单链解聚为单链复性复性当温度下降到当温度下降到5 500左右左右时，时，两种引物通过两种引物通过碱基互补配对碱基互补配对与两条单链与两条单链DNADNA结合结合延伸延伸当温度上升到当温度上升到7272左右左右时，时，溶溶液中的液中的4 4种脱氧核苷

11、酸种脱氧核苷酸在在耐高温耐高温的的DNADNA聚合酶聚合酶的作用下，根据的作用下，根据碱碱基互补配对原则基互补配对原则合成新的合成新的DNADNA链链条条件件3 35 53 35 53 35 53 35 53 35 53 35 53 35 53 35 5缓冲溶液缓冲溶液（含（含MgMg2+2+) )激活激活真核细胞和细菌的真核细胞和细菌的DNADNA聚合酶聚合酶(3)PCR反应的过程第一轮循环的第一轮循环的产产物物作为第二轮反作为第二轮反应的应的模板模板，经过，经过变性、复性和延变性、复性和延伸伸三步产生第二三步产生第二轮循环的产物；轮循环的产物；第二轮循环的第二轮循环的产物产物作为第三作为第

12、三轮反应的轮反应的模板模板，经过经过变性、复变性、复性和延伸性和延伸三步三步产生第三轮的产生第三轮的产物；产物；第二轮循环的产物第二轮循环的产物第三轮的产物第三轮的产物完成以后，完成以后，常采用常采用琼脂琼脂糖凝胶电泳糖凝胶电泳来鉴定来鉴定PCRPCR的产物的产物PCR扩增仪扩增仪 PCR反应的过程动画：受热变性引物 耐高温的DNA聚合酶PCR技术 (1)(1)过程：过程：(2)(2)条件：条件：DNADNA模板、分别与两条模板链结合的模板、分别与两条模板链结合的2 2种种_、四种、四种_、_。引物引物脱氧核苷酸脱氧核苷酸耐高温的耐高温的DNADNA聚合酶聚合酶（3 3）结果：）结果：1 1个

13、模板个模板DNADNA分子经过分子经过n n轮轮PCRPCR，以以_方式扩增，方式扩增，可以扩可以扩增出增出 个个DNADNA片段，共需要引物数量为片段，共需要引物数量为 个。个。指数指数2 2n n2 2n n1 12 2【知识小结】用用PCR可以扩增可以扩增mRNA吗？吗？mRNAmRNA不可以直接扩增，需要将它不可以直接扩增，需要将它逆转录逆转录成成cDNAcDNA再进行扩增。再进行扩增。1.1.逆转录酶逆转录酶以以RNARNA为模板合成一条与为模板合成一条与RNARNA互补的互补的DNADNA链链，形成，形成RNA-DNARNA-DNA杂交分子杂交分子；2.2.核酸酶核酸酶H H降解降

14、解RNA-DNARNA-DNA杂交分子中的杂交分子中的RNARNA链链，使之变成，使之变成单链单链DNADNA；3.3.以单链以单链DNADNA为模板，在为模板，在DNADNA聚合酶聚合酶的作用下合成另一条互补的的作用下合成另一条互补的DNADNA链，形成链，形成双链双链DNADNA分子分子，即，即cDNAcDNA(1)用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列( )(2)PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶( )(3)PCR技术中，DNA模板链上碱基G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高。( )(4)PCR除需要耐高温的DNA聚合酶、解旋酶、4种脱氧核苷酸和DNA

15、模板之外，还需要引物等基本条件。( )解析解析：PCRPCR不需要解旋酶的参与。不需要解旋酶的参与。(5)PCR的每一个循环都包括变性复性延伸三个步骤，延伸后的产物又可以作为下一个循环的模板。( )【基础过关基础过关】【典例】下图表示PCR的前三个循环，目的基因位于模板DNA分子中与两种引物所对应的位置之间，请据图回答下列问题：(1)经过第几轮扩增后，扩增出的含有目的基因的DNA片段才不含黏性末端？比例是多少？ 第第3 3轮；轮；1/41/4。(2)PCR扩增的是完整的模板DNA分子吗？ 不是，不是，PCRPCR扩增的仅仅是两种引物之间所扩增的仅仅是两种引物之间所对应的特定对应的特定DNADNA片段。片段。(3)如果已知某目的基因的序列和结构，利用PCR筛选和扩增出该目的基因的关键是什么？ 根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。【当堂训练当堂训练】1.关于PCR技术的说法不正确的是()A.PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列B.PCR过程中共需要两个引物分子C.PCR的主要过程包括变性、复性、延伸，其中延伸阶段需要耐高温的DNA聚合酶D.PCR过程中DNA合成方向是5到3EPCR扩增中不需要解旋酶也能解开双链DNAB2.下图表示形成cDNA并进行PCR扩增的