3.2 基因工程的基本操作程序（第一课时）- 【精讲课堂】2024-2025学年高二生物同步教学实用课件（人教版2019选择必修3）

第2节：基因工程的基本操作程序 （第一课时） 以信息技术为支撑；以现代教育教学理论为指导；强调新型教学模式的构建；教学内容具有更强的时代性和丰富性；教学更适合学生的学习需要和特点。信息化教学不仅仅是在传统教学的基础上对教学媒体 和手段的改变,而且是以现代信息技术为基础的整体的教学体系的一系列的改革和变化。 授课人：大道至简 微信：a533722113333 第三章 基因工程 1 核心素养 1.生命观念：运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等。 2.科学思维：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。 2．科学探究：针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。 2 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。 你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤呢？ 转基因抗虫棉 普通棉花 从社会中来 —中国农科院棉花研究所开发抗虫棉纪实 培育转基因抗虫棉的简要过程 普通棉花 （无抗虫特性） 棉花细胞 抗虫棉 提取 表达Bt基因 导入 与载体拼接 重组DNA分子 1.目的基因的筛选与获取 2.基因表达载体的构建 （核心） 3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定 Bt基因 苏云金杆菌 从社会中来 1.目的概念： 资料：苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴胞晶体蛋白（Bt 抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。科学家将“杀虫基因”转入棉花中，棉花产生Bt抗虫蛋白抵抗虫害。 目的基因--Bt抗虫蛋白基因 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。主要指的是编码蛋白质的基因 实例：与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。也可以是一些具有调控作用的因子。 一、目的基因的筛选与获取 筛选方法 (1)从相关已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。 (2)利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。 已知结构 科学家掌握了Bt基因的序列信息。 功能清晰 Bt抗虫蛋白只在某类昆虫肠道的碱性环境中才表现出毒性，对人和牲畜无影响。 2.筛选合适目的基因： 一、目的基因的筛选与获取 先对目的基因进行扩增 获取一个Bt基因之后，是否就该立即开始准备转基因操作？ 抗虫基因 快速获得大量抗虫基因 苏云金杆菌 提取 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： PCR由穆里斯等人于1985年发明，为此，穆里斯于1993年获得诺贝尔化学奖。 如果说，沃森和克里克发现DNA双螺旋结构，标志着分子生物学时代的开启，那么PCR技术则标志着分子生物学的腾飞。PCR技术的出现，彻底变革了生物化学、分子生物学、遗传学、以及现代医学等等。 一、目的基因的筛选与获取 发明者 全称：聚合酶链式反应。 原理：DNA半保留复制。 操作环境：体外（PCR扩增仪/PCR仪）。 目的：对目的基因的核苷酸序列进行大量复制。 优点：可以在短时间内大量扩增目的基因。 (1)PCR的概念：PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据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。 PCR扩增仪 复制 复制 复制 复制 复制 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 复制起点 解旋酶 双链打开 DNA聚合酶 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 以母链为模板进行碱基互补配对 解旋 合成子链 复旋 游离的脱氧核苷酸 知识回顾---DNA复制过程 一、目的基因的筛选与获取 PCR技术所需的基本条件 参与的组分 在PCR中的作用 前提条件 高温 模板DNA 4种脱氧核苷酸 耐高温的DNA聚合酶 引物 一定的缓冲溶液(Mg2＋) 打开DNA双链 提供DNA复制的模板 合成DNA子链的原料(dNTP) 催化合成DNA子链 主要是DNA单链或RNA,使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸 已知基因的核苷酸序列 提供合适的酸碱度和离子，DNA聚合酶需要Mg2＋激活 (2)所需的基本条件 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： PCR扩增仪 DNA分子电泳 (3)所需设备 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 耐高温的DNA聚合酶(Taq酶） 4种脱氧核苷酸（DNTP） 引物 待扩增的DNA片段（模板） 5’ 5’ 变性 复性 延伸 温度上升到90℃以上，双链DNA解聚为单链 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。 温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 变性 3` 5` 5` 3` (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 复性 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 延伸 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 变性 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 复性 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 延伸 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 变性 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 复性 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 90 50 72 ℃ 延伸 (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： PCR扩增需要引物的原因？ DNA聚合酶不能从头合成DNA，只能从引物的3′端开始延伸DNA链。 (5)PCR的结果 由于一个循环得到的产物又可以作为下一个循环的模板，因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍。 即成 形式扩增（约为 ，其中n为扩增循环的次数）。 指数 2n (4)过程 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： 琼脂糖凝胶电泳 DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷，在电场的作用下，这些带电分子会向与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就叫电泳。 (6)产物进行鉴定 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因： PCR技术与细胞内DNA复制的比较 比较项目 细胞内DNA复制 PCR技术 区别 解旋方式 解旋酶催化 DNA在高温下变性解旋 场所 主要在细胞核内 细胞外(主要在PCR扩增仪内) 酶 解旋酶、DNA聚合酶等 热稳定的DNA聚合酶（Taq 酶） 温度 细胞内温和条件 控制温度，需在不同温度下进行 结果 合成整个DNA分子 扩增特定的DNA片段或基因 联系 ①模板:均需要脱氧核苷酸双链作为模板 ②原料:均为四种脱氧核苷酸（dATP、dTTP、dGTP、dCTP） ③酶:均需DNA聚合酶 ④引物:都需要引物，使DNA聚合酶从引物开始进行互补链的合成 1．PCR技术扩增DNA，需要的条件是（　　） ①目的基因    ②引物    ③四种脱氧核苷酸   ④mRNA    ⑤DNA聚合酶等    ⑥核糖体 A．①②③④ B．②③④⑤ C．①③④⑤ D．①②③⑤ 课堂练习： D 2.PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作： ①分析PCR扩增结果；②从病人组织样本中提取DNA； ③利用PCR扩增DNA片段；④采集病人组织样本。回答下列问题： （1）若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是_________（用数字序号表示）。（2）操作③中使用的酶是____________________________。PCR 反应中的每次循环可分为变性、复性、_____三步，其中复性的结果是________________________________________。（3）PCR（多聚酶链式反应）技术是指________________________________________________________________________________________________________________________________。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。 一项根据DNA半保留复制的原理，在体外参与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 ④②③① Taq酶(耐高温的DNA聚合酶） 延伸 引物通过碱基互补配对与单链DNA结合 课堂练习： $$