【生物课件】基因工程的基本操作程序 高二生物同步课件（人教版2019选择性必修3）

第3章

基因工程第2节

基因工程的基本操作程序学习目标1.结合实例，采用文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。（科学思维）2.运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等。（生命观念）自主预习·悟新知合作探究·提素养深化拓展·育技能一、目的基因的筛选与获取1.目的基因：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因，主要是指①____________的基因。2.筛选合适的目的基因：较为有效的方法是从相关的已知②________________的基因中进行筛选。3.利用PCR获取和扩增目的基因（1）PCR原理：③________________原理。（2）PCR的基本条件：需提供DNA模板，分别与两条模板链结合的2种引物，4种脱氧核苷酸和④____________________。编码蛋白质结构和功能清晰DNA半保留复制耐高温的DNA聚合酶自主预习·悟新知LONGCHENGNO.1MIDDLESCHOOL（3）扩增过程：

指数二、基因表达载体的构建1.构建目的：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⑫________________。表达和发挥作用2.组成：除目的基因、标记基因外，它还必须有⑬________、终止子等。启动子3.构建过程：用同种限制酶或⑭________________的限制酶切割含有目的基因的DNA片段和载体，再利用⑮____________将目的基因片段拼接到载体的切口处，形成一个重组DNA分子。能产生相同末端DNA连接酶三、将目的基因导入受体细胞1.

转化的概念：指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内⑯________________的过程。2.填表生物类型导入方法受体细胞注意事项植物我国独创的⑰______________；农杆菌转化法受精卵或体细胞农杆菌转化法一般适用于⑱____________和⑲__________动物⑳____________㉑________—微生物㉒______处理法原核细胞常用㉓__________维持稳定和表达

花粉管通道法双子叶植物裸子植物显微注射法受精卵

大肠杆菌

目的基因四、目的基因的检测与鉴定1.个体水平检测（1）检测内容：是否有抗性以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的功能活性是否相同。（2）检测方法：转基因生物的抗性接种实验，比较基因工程产品与天然产品的功能活性。（3）结果显示：是否赋予了预期抗性或蛋白质活性。2.分子水平检测检测内容检测方法结果显示目的基因是否插到受体细胞的DNA上通过PCR等技术检测（DNA和DNA之间）是否成功显示出杂交带目的基因是否转录出mRNA通过PCR等技术检测（DNA和mRNA之间）目的基因是否翻译成蛋白质抗原—抗体杂交（蛋白质和蛋白质之间）任务1

探讨获取目的基因的方法活动1

讨PCR的原理、过程

获取目的基因是实施基因工程的第一步，目前获取目的基因的常用方法有利用PCR获取和扩增目的基因、通过构建基因文库来获取目的基因等。聚合酶链式反应简称PCR，是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，这项技术中DNA复制的过程和细胞内DNA复制的过程是类似的。请结合已学过的DNA分子结构和复制的相关知识，回答下列问题：合作探究·提素养LONGCHENGNO.1MIDDLESCHOOL1.什么是引物？DNA复制时为什么需要引物？

2.PCR扩增目的基因需要知道目的基因的全部核苷酸序列吗？提示

不需要，只要知道目的基因两端的部分核苷酸序列，以便根据这部分序列合成两种引物。3.PCR过程中需要解旋酶吗？所需要的DNA聚合酶应具有什么特点？提示

PCR过程中，DNA双链解开是在高温下完成的，不需要解旋酶；由于PCR过程温度较高，因此需要耐高温的DNA聚合酶。4.PCR过程中设计引物时引物的碱基能否互补？提示

不能。引物需要分别与模板DNA分子的每一条单链互补，如果2种引物的碱基序列互补，那么会影响引物与DNA单链的结合。

7.PCR反应的特点是DNA呈指数形式扩增。PCR的产物一般是通过什么方法来测定的?提示

琼脂糖凝胶电泳。认知生成

1.生物体内DNA复制与PCR反应的比较比较项目体内DNA复制PCR反应解旋在解旋酶作用下，细胞提供能量，部分DNA双链解开酶解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶耐高温的DNA聚合酶引物一小段RNA可以是RNA或单链DNA分子片段合成子链在引物基础上，一条链连续合成；另一条链不连续合成，再由DNA连接酶连接比较项目体内DNA复制PCR反应过程边解旋，边复制变性→复性→延伸循环次数受生物体自身控制一般30次产物完整DNA两个引物之间的DNA片段相同点都需要DNA模板、4种脱氧核苷酸、引物；都是半保留复制，严格遵循碱基互补配对原则续表

2.DNA片段的扩增及电泳鉴定

（1）实验原理

①PCR扩增原理：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。

②电泳鉴定原理：DNA分子具有可解离的带电（正电荷或负电荷）基团，在电场的作用下，这些分子会向着与它所带电荷相反的电极移动。

（2）实验流程步骤主要操作配制反应体系用微量移液器按照PCR反应体系的配方，在微量离心管中依次加入各组分设置反应程序参照相应参数，设置好PCR仪的循环程序进行PCR反应将装有反应液的微量离心管放入PCR仪中进行反应制作琼脂糖凝胶用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液→熔化→加入适量核酸染料→倒入模具、插入梳子并凝固电泳电泳槽中加入电泳缓冲液→注入PCR产物与凝胶载样缓冲液的混合液→通电电泳观察结果取出凝胶置于紫外灯下观察和照相例1

[2022·南阳期中]

有关PCR，下列叙述<zzd>不正确</zzd>的是(

)。A.是聚合酶链式反应，是以DNA聚合酶在体外扩增DNA片段的技术B.在用PCR扩增DNA时，DNA的复制过程与细胞内DNA的复制类似C.PCR反应只需在一定的缓冲溶液中提供DNA模板以及四种脱氧核苷酸D.PCR一般经历三十多次循环，每次循环分为变性、复性、延伸C[解析]

聚合酶链式反应，是用DNA聚合酶在体外扩增DNA片段的技术，A正确；在用PCR扩增DNA时，DNA的复制过程与细胞内DNA的复制类似，B正确；PCR反应需在一定的缓冲溶液中进行，需提供DNA模板、一对引物、四种脱氧核苷酸及耐高温的DNA聚合酶等，C不正确；PCR一般经历三十多次循环，每次循环均分为变性、复性和延伸三个阶段，D正确。PCR中与引物有关的五个易错点

1.设计引物的依据通常是目的基因两端的核苷酸序列。

3.两种引物需符合以下要求，否则引物失效，得不到扩增产物：①每种引物内部不能发生局部碱基互补配对，否则会导致自身折叠；②两种引物之间不能在局部发生碱基互补配对，否则会导致引物自连。易错辨析

对点练1

[2022·天津月考]

利用PCR扩增目的基因的过程中，子链延伸需要引物。有关引物设计的说法<zzd>错误</zzd>的是(

)。A.两种引物之间不能有互补性B.每种引物自身不应存在互补性C.设计引物时需要知道目的基因的全部碱基序列D.引物的长度关系到PCR的特异性C[解析]

两种引物之间不能有互补性，否则引物之间会配对形成双链DNA，降低引物与DNA模板的结合率，A正确；每种引物自身不应存在互补性，防止引物自身折叠形成双链DNA，B正确；用PCR扩增目的基因时不必知道基因的全部碱基序列，只需要知道一段已知目的基因两端的部分核苷酸序列，从而根据这段序列合成引物即可，C错误；引物的长度关系到PCR的特异性，引物中碱基越少，PCR的特异性越差，D正确。任务2

探讨将目的基因导入受体细胞的方法活动2

探讨农杆菌转化法1.基因工程操作的核心程序是什么?启动子的化学本质是什么?其作用是什么?

2.为了获得转基因生物，在将目的基因导入受体细胞的程序中，动物一般不用体细胞作为受体细胞，而是用受精卵作为受体细胞，植物的体细胞和受精卵都可作为受体细胞，为什么?提示

与细胞的全能性有关，动物的体细胞较难表现出全能性，动植物的受精卵以及植物的体细胞表现出来全能性相对容易些。3.目的基因为什么不能直接导入受体细胞而是需要使用载体?提示

游离的DNA分子进入细胞内，一般会直接被分解，即使可以进行转录、翻译，游离的DNA也无法随着细胞分裂进行复制，导致子代细胞不再含有目的基因。4.农杆菌侵染植物细胞后，能转移到被侵染的细胞并整合到该细胞的染色体DNA上的物质是什么?

5.请用文字和箭头的形式表示农杆菌转化法的一般步骤。

6.基因工程常用原核生物作为受体细胞的原因是什么？其中以哪种生物最为广泛？提示

原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。大肠杆菌应用最为广泛。例2

农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞采用最多的方法。下图为农杆菌转化法示意图，请据图回答问题：

小型环状DNA分子（2）获取外源基因（目的基因）需要限制酶的参与，而目的基因在重组过程中需要__________酶的参与，并依据碱基__________原则进行重组。

DNA连接互补配对

农杆菌细胞质染色体DNA

（4）农杆菌转化法适于将目的基因导入____________和祼子植物，而不易于感染大多数____________。双子叶植物单子叶植物（5）若将相关的目的基因导入动物细胞或微生物细胞，则常采用______________和____________。显微注射技术

1.在自然条件下，农杆菌主要侵染的是双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。

2.由导入目的基因的受体细胞培育出完整的植株要用到植物组织培养技术。知识拓展

3.目的基因在受体细胞中的位置不同会引起遗传上的差别，如下图所示。

对点练2

[2022·台州期中]

基因工程的受体细胞可以是细菌、动物或者植物细胞，因此将目的基因导入受体细胞的方法也有所差异。下列叙述<zzd>错误</zzd>的是(

)。

D

引物和耐高温的DNA聚合酶[解析]

PCR技术需要的条件：基因模板、脱氧核苷酸、引物和耐高温的DNA聚合酶等。深化拓展·育技能LONGCHENGNO.1MIDDLESCHOOL

限制性内切核酸碱基互补配对

PCR[解析]

常用PCR技术检测猪细胞基因组内是否含有目的基因。（4）含有“敲入”序列的猪胚胎成纤维细胞在体外培养时通过细胞分裂，数量不断增加。当细胞贴壁生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖，这种现象称为__________。贴满瓶壁的细胞常用__________________________进行消化处理，以便进行______