3.2 基因工程的基本操作程序-【帮课堂】2021-2022学年高二生物同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）

3.2 基因工程的基本操作程序 教学目标 课程标准 目标解读 基因工程是一种重组DNA技术。 1. 阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤。 1. 阐明基因工程的原理和基本操作程序。 2. 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，尝试设计获得某一转基因产品的方案。 3. 尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。 教学重点 1. 基因工程基本操作程序的四个步骤。 2. DNA片段的扩增及电泳鉴定。 教学难点 1. 利用PCR获取和扩增目的基因。 2. DNA片段的扩增及电泳鉴定。 知识点01 第一步：目的基因的筛选与获取 1.目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。也指能够编码特定蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。 2.筛选目的基因：从相关的已知结构和功能清晰的基因中筛选，是较为有效的方法之一 3.获取目的基因： （1）人工合成 （2）基因文库中获取目的基因 （3）利用PCR获取和扩增 ①PCR：PCR全称为聚合酶链式反应，又叫做体外DNA扩增技术。根据DNA半保留复制的原理，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。通过这项技术可在短时间内大量扩增目的基因。 ②PCR利用的原理：DNA半保留复制 ③DNA复制的基本条件： ④PCR的前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。 ⑤PCR的条件： DNA模板（需含有目的基因）。 分别与模板DNA相结合的2种引物。 四种脱氧核苷酸（或四种dNTP：dATP、dTTP、dGTP、dCTP）。 耐高温的DNA聚合酶(Taq酶）。 稳定的缓冲溶液（一般添加Mg2+）。 能严格控制温度的温控设备。 ⑥PCR的过程： ⑦PCR的结果：以指数方式扩增，即2n（n为扩增循环的次数） ⑧鉴定PCR的产物：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定产物 知识点02 第二步：基因表达载体的构建 基因表达载体的组成：目的基因、标记基因、启动子、终止子 基因表达载体构建过程：一般用同一种限制酶分别切割载体和含有目的基因的DNA片段，再用DNA连接酶将两者连接。 知识点03 第三步：将目的基因导入受体细胞 1.转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内稳定存在和表达的过程。 2.将目的基因导入受体细胞的方法： （1） 花粉管通道法： 在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，滴加DNA(含目的基因)，使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。 （2）农杆菌转化法： ①农杆菌的特点： 农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有感染能力。 当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上。 ②农杆菌转化法的原理：根据农杆菌的特点，将目的基因插入Ti质粒上的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入细胞。 ③农杆菌转化法适用于那些植物：农杆菌转化法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌转化在一些单子叶植物（尤其是水稻）中也得到了广泛应用。 3.方法步骤：目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→目的基因插入植物细胞中的染色体DNA上→目的基因表达。 知识点04 第四步：目的基因的检测与鉴定 1.分子水平的检测 (1)检测目的基因是否插入受体细胞的DNA中：DNA分子杂交或PCR等技术。 基因探针：简称探针，是一段带有检测标记（同位素、荧光分子或化学发光催化剂）、且顺序已知的、与目的基因互补核酸序列(DNA或RNA)。 用放射性同位素标记的含有目的基因的单链DNA片段制成基因探针。将转基因生物的基因组DNA提取出来，和基因探针进行杂交，如果出现杂交带，说明目的基因已插入受体细胞的DNA中。 (2)检测目的基因是否转录：分子杂交或PCR技术。 将转基因生物提取出来的mRNA和基因探针进行杂交，如果出现杂交带，说明目的基因已经转录。 (3)检测目的基因是否翻译出蛋白质：抗原—抗体杂交技术。 从转基因生物提取出来的蛋白质和相应的抗体进行杂交，如果出现杂交带，说明目的基因已经翻译。 2.个体水平的鉴定 (1) 抗虫或抗病的接种实验。 (2)有的基因工程产品需要与天然产品的功能进行活性比较。 常见转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法（列举如下表） 知识点05 DNA片段的扩增及电泳鉴定 1.DNA片段扩增的原理 PCR利用了DNA热变性原