基因工程的基本操作程序课件高二下学期生物人教版选择性必修3

高中生物选择性必修三第三章·第二节第二节基因工程的基本操作程序GeneticallyengineeredBasicoperatingprocedures核心素养结合实例，采用文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。生命观念01科学探究02社会责任03运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等。利用基因工程技术和方法获得人类生产或生活所需产品。课标要求明确基因工程操作的涉及的技术以及方法。010203阐明基因工程的基本操作程序及其主要步骤。联系基因工程与实际生产生活的关系及应用。新课导入右图展示的是2014年5月14日《农民日报》刊发的文章《一切成果都是为国分忧为民解难》的内容。文章介绍了科学家郭三堆克服困难，成功培育我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉的先进事迹以及转基因抗虫棉所产生的社会效益和经济效益。新课导入1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。为什么传统的杂交育种方法培育不出抗虫棉，基因工程却可以？转基因抗虫棉抗虫的机制是什么？新课导入区分苏云金杆菌、Bt抗虫蛋白和Bt

基因。Bt

基因是从苏云金芽孢杆菌中分离的基因，能够控制Bt抗虫蛋白的合成，具有高度专一的杀虫特性，对靶标害虫有效，对人类和有益昆虫无毒害作用。因而Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因。苏云金杆菌Bt抗虫蛋白Bt

基因含有控制合成杀死目标害虫操作步骤想要培育转基因抗虫棉，主要需要四个步骤：01目的基因的筛选与获取02基因表达载体的构建03目的基因导入受体细胞04目的基因的检测与鉴定目的基因的筛选与获取01目的基因什么是目的基因，怎么能够确定我们所需要的目的基因？在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞

或获得预期

等的基因就是目的基因。概念性状表达产物它主要是指编码

的基因。蛋白质生物抗逆性优良品质生产药物毒物降解工业用酶目的基因所以，如果我们想要获取抗虫棉，就需要将抗虫基因导入普通棉花的DNA上。Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因。如今我们已经知道了目的基因的概念和原理。那么如何从众多基因中筛选出我们需要的目的基因呢？目的基因的筛选在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物__________________有了较为深入的了解。认识基因结构和功能的技术方法：_______________技术、遗传序列数据库、______________工具。有效方法从相关的________________和_________________的基因中进行筛选。已知结构功能清晰实例分析Bt抗虫蛋白DNA测序序列比对目的基因的获取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，称为基因文库。从“基因文库”中获取目的基因。基因文库基因组文库：包含一种生物的全部基因部分基因文库：包含一种生物的一部分基因(如cDNA文库）种类划分目的基因的获取什么是cDNA文库，如何获得目的基因？cDNA文库某种生物基因组转录的全部mRNA经反转录产生的cDNA片段与适当的载体连接后导入受体菌，这样包含着全部mRNA信息的cDNA克隆集合称为cDNA文库。基因探针用DNA探针从基因文库中准确提取目的基因，根据目的基因的核苷酸序列制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记，即成为探针。用这一探针探查基因文库中已经变性的DNA片段，如果有一个DNA片段能和探针片段互补而结合成双链（分子杂交），这一片段即含有所需要的基因。两种文库的比较cDNA文库基因组文库文库大小有无启动子有无内含子基因数量物种间的基因交流大小有无有无某种生物的全部基因某种生物的部分基因部分基因可以可以比较项目目的基因的获取还有哪些方式，可以获取目的基因？在我国首批具有较高抗虫活性的转基因抗虫棉的培育过程中，科学家人工合成了目的基因。反转录法或采用DNA合成仪人工合成长度不是很大的DNA片段（基因序列已知）具体方法目的基因的mRNA单链DNA双链DNA(即目的基因)反转录合成目的基因的获取也可使用DNA合成仪合成核苷酸序列较短的目的基因。已知氨基酸序列的蛋白质mRNA的核苷酸序列目的基因的核苷酸序列目的基因推测推测合成目的基因的获取现在，常用PCR特异性地快速扩增目的基因。PCR是聚合酶链式反应的缩写。原理根据

的原理。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，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。穆里斯目的基因的获取PCR是一项体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。什么情况下适合用PCR技术呢？适用条件获取核苷酸序列已知或部分已知的目的基因。PCR的进行需要满足于哪些条件？可以结合DNA的复制条件考虑。目的基因的获取DNA复制所需要的条件参与的组分在DNA复制时的作用解旋酶（体外用高温代替）打开DNA双链DNA母链提供DNA复制的模板4种脱氧核苷酸合成DNA子链的原料DNA聚合酶催化合成DNA子链引物使DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸PCR反应DNA模板、分别与两条模板链结合的2种__________、四种______________、____________________________。引物脱氧核苷酸耐高温的DNA聚合酶是一小段能与______________的一段碱基序列________

______的短单链核酸。用于PCR的引物长度通常为20~30个核苷酸。DNA母链条件引物互补配对单个引物中的碱基不能互补配对，两个引物之间不能有两个以上连续碱基互补序列。PCR反应下面的核苷酸序列能作为引物吗？判断5’GGCAGTCTGCCAGTCTAC3’5’GGCAGTCTGCCAGTCTAC3’GACGG5’TCTGCCAGTCTAC3’发卡结构PCR反应真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2+。环境条件同时，通过控制温度使DNA复制在体外能够反复进行。具体是通过怎样的过程来操作实现的呢？PCR反应过程第一步变性DNA模板温度上升到

90℃以上，双链DNA解聚为单链。待扩增的DNA模板PCR扩增仪（900C以上）PCR反应过程第二步复性当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。单链DNA引物1引物2+引物与DNA结合PCR反应过程第三步延伸温度上升到72℃左右时，4种脱氧核替酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。引物与DNA结合DNA聚合酶作用第一轮产物PCR反应过程第四步重复循环多次第一轮循环的产物作为第二轮反应的模板，经过变性、复性和延伸三步产生第二轮循环的产物。第一轮产物第二轮第三轮第三轮亦是如此。PCR反应过程结果每次循环后目的基因的量增加一倍，即成_______形式扩增(约为2n)。每次循环后会产生什么结果？指数目的基因目的基因思考·讨论Q1第几轮最先获得目的基因？母链母链思考·讨论Q2复制n轮需要几种引物？多少个引物呢？需要2

种引物。复制n轮形成2n个DNA分子，即有2n+1个DNA单链。每个单链能与一个引物结合，但最初的两条模板连不结合引物。所以，需要2n+1-2个引物。PCR技术DNA复制项目条件原理解旋场所酶结果相同点不同点比较PCR和DNA复制4种脱氧核苷酸、能量、模板、酶半保留复制；碱基互补配对原则高温下变性解旋解旋酶催化，边解旋边复制体外复制(30多次)主要在细胞核内热稳定的DNA聚合酶细胞内的DNA聚合酶大量的DNA片段形成整个DNA分子琼脂糖凝胶电泳上述过程可以在PCR扩增仪（PCR仪）中自动完成，完成以后，通常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物思考·讨论Q3用PCR可以扩增mRNA吗？mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。1.逆转录酶以RNA为模板合成互补的DNA链，形成RNA-DNA杂交分子。2.核酸酶H降解RNA-DNA杂交分子中的RNA链，使之变成单链DNA。3.以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子。小结获取目的基因的方法从基因文库中获取目的基因基因文库反转录法或采用DNA合成仪人工合成人工合成利用PCR技术扩增目的基因（基因序列部分或全部已知）PCR技术当堂检测Q1下列不属于获得目的基因方法的是（)A.从基因文库中获取B.利用人工合成法获得C.利用PCR技术大量获得D.利用农杆菌转化法获得D解释农杆菌转化法是把目的基因导入受体细胞的方法，而不是获得目的基因的方法。当堂检测Q2下列关于cDNA文库和基因组文库的说法中，不正确的是（）BA.cDNA文库中只含有某种生物的部分基因，基因组文库中含有某种生物的全部基因B.如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同C.cDNA文库中的基因没有启动子D.一种生物的cDNA文库包含的基因种类要比基因组文库少当堂检测Q3在基因较小、序列信息已知的情况下，获取目的基因的最方便方法是（)AA.化学合成法B.基因组文库法C.cDNA文库法D.多聚酶链式反应解释目的基因的序列未知的情况下，可以采用从基因文库中获取目的基因。目的基因比较小，核苷酸序列已知的情况下常采用人工合成法。当堂检测Q4PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。下列有关该技术的叙述，不正确的是（）DA.PCR技术的原理是DNA复制B.变性过程中利用高温使DNA双链解开C.复性过程中引物与DNA模板