3.2基因工程的基本操作程序 课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第2节 基因工程的基本操作程序 第3章 基因工程 生物学 学习目标 ①结合生活或生产实例，举例说出基因工程及相关技术的基本原理（生命观念） ②通过构建基因工程的操作流程模型和模拟表达载体的构建过程，归纳和整理目的基因检测与鉴定的方法，掌握基因工程基本操作程序的四个步骤（科学思维、科学探究） ③通过参与与生物技术和工程有关的社会热点话题的讨论，培养民族自豪感和社会责任感。（社会责任） 学习重难点 重点： 基因工程基本操作程序的四个步骤 难点： 基因工程基本操作程序的四个步骤 导入新课 情境导入 新疆棉事件大家听过吗？新疆棉是我国重要的经济作物，近年来因其品质和产量优势而引发了国际贸易争端。其实早在20多年前这场经济战就已经就开始了，最后郭三堆研究员带领着我国取得了胜利，现在让我们来回顾下。 目的基因的筛选与获取 新课讲授 任务一 新课讲授 [任务一]目的基因的筛选与获取 资料分析：阅读教材P76～79并根据以下资料完成下列问题。 资料1.1911年，德国人发现具有很强的杀虫能力的细菌——苏云金杆菌是一种能产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋自(Bt抗虫蛋白)的革兰氏阳性细菌，Bt抗虫蛋白对鳞翅目害虫（如棉铃虫）具有高效毒性。 资料2.科学家将Bt基因导入棉花，使其具备抗虫性。Bt基因编码的Bt蛋白可在昆虫肠道中造成致命破坏。 1.目的基因主要是指________________________________________。 2.获取目的基因的方法有哪些？ 编码蛋白质的基因 (1)从供体细胞的DNA中直接获取分离目的基因。 (2)PCR技术扩增。 (3)人工合成基因(逆转录、化学合成)。 新课讲授 资料3.PCR反应过程的视频。 3.PCR技术与生物体内DNA复制的比较 [任务一]目的基因的筛选与获取 比较项目 PCR技术 DNA复制 区别 解旋方式 DNA在　　　作用下变性解旋  　　　　催化  场所 细胞　　(在PCR扩增仪内)  细胞　　(主要在细胞核内)  酶 耐高温的　　　　　  　　　　、普通的　　　　等  温度条件 需控制温度,在　　　　温度下进行  细胞内　　　　条件  合成的对象 DNA片段或基因 DNA分子 联系 ①模板:均需要　　　　　　　　作为模板进行物质合成;  ②原料:均为　　　　　　　　　;  ③酶:均需要　　　　　进行催化;  ④引物:均需要引物,使DNA聚合酶从引物的　　端开始连接脱氧核苷酸  高温 解旋酶 外 内 DNA聚合酶 解旋酶 DNA聚合酶 较高 温和 脱氧核苷酸链 4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 3' 新课讲授 资料3.PCR反应过程的视频，结合视频回答下列问题。 [任务一]目的基因的筛选与获取 新课讲授 资料3.PCR反应过程的视频，结合视频回答下列问题。 4.PCR过程中为什么需要引物? 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸,作为DNA复制的起始序列,它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对。存在于自然界中生物的DNA复制和人工合成中的聚合酶链式反应(PCR)之所以需要引物,是因为在DNA合成时,DNA聚合酶只能从5'端到3'端合成子链。 [任务一]目的基因的筛选与获取 新课讲授 5.PCR扩增目的基因时,复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会破坏引物与模板的碱基配对,复性温度过低又会造成引物不能与DNA模板链的特定部位结合。复性温度的设定与引物长度、碱基组成有关。假设引物的长度相同,在GC含量高时,对复性温度的设定有什么要求?说明理由。 在引物的GC含量高时,设定的复性温度要高一些。因为DNA分子中G — C之间有三个氢键,A—T之间有两个氢键。 [任务一]目的基因的筛选与获取 新课讲授 6.在利用PCR获取和扩增目的基因时,从第几轮循环才会产生完整的目的基因?画出过程简图进行说明。 第三轮。 [任务一]目的基因的筛选与获取 基因表达载体的构建 新课讲授 任务二 新课讲授 回扣教材：阅读教材P80并完成下列问题。 1.直接将合成的Bt基因导入到棉花细胞中可以吗？为什么？ 不可以；目的基因无法在受体细胞内稳定存在并表达。 2.构建表达载体的根本目的是使外源基因在受体细胞中能够怎样？ 让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时使Bt基因能够表达和发挥作用。 3.基于表达载体构建的目的，表达载体应含有哪些元件？ 启动子、终止子、标记基因、目的基因、复制原点。 [任务二]基因表达载体的构建 新课讲授 模型构建：小组成员分工合作根据所提供的的载体、Bt基因，尝试构建表达载体，小组长完成模型构建操作评价量表。 [任务二]基因表达载体的构建 （小组长填写：合格打√，不合格打×） 步骤 正确操作 完成情况 1 根据载体的结构确定Bt基因插入的位置。   2 选择合适的酶切位点和限制酶。   3 模拟酶切Bt基因和表达载体并连接的过程。 将目的基因导入受体细胞 新课讲授 任务三 新课讲授 [任务三]将目的基因导入受体细胞 资料分析：结合资料阅读教材P80 ～ 81内容回答下列问题： 资料1.目前常用的将目的基因导入动物细胞的方法有三种，一是显微注射法即在显微镜下，利用微针将目的基因直接注射到动物细胞中；二是电穿孔法即通过短暂的高强度电脉冲，使细胞膜形成临时孔隙，允许目的基因进入细胞；三是病毒载体转染法即利用改造的病毒作为载体，侵染宿主细胞时将目的基因导入宿主细胞。 资料2.目前常用的将目的基因导入微生物细胞的方法主要是感受态细胞法即通过化学处理（如钙离子处理）使微生物细胞处于感受态，细胞膜通透性增加，易于吸收外源DNA；电穿孔法和病毒载体转染法也可用于目的基因导入微生物细胞。 新课讲授 [任务三]将目的基因导入受体细胞 1.梳理目的基因导入受体细胞的方法 受体细 胞类型 方法 说明 特点 植物 细胞 　　  将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA中→转入农杆菌→用农杆菌侵染植物细胞→将目的基因整合到植物细胞的染色体DNA上→目的基因表达 适用于双子叶植物和裸子植物,尤其适用于双子叶植物 　　  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)溶液,使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞→目的基因表达 我国科学家独创的一种方法 动物 细胞 　　  将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→注射了目的基因的受精卵,经胚胎早期培养后,移植到雌性动物的输卵管或子宫内→获得具有新性状的动物   将目的基因导入动物细胞最为有效的方法 微生物 细胞 　　　 　　   用Ca2+处理微生物细胞→感受态细胞→将基因表达载体与感受态细胞混合→在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子 简便、经济、有效 农杆菌转化法 显微注射法 花粉管通道法 Ca2+处理法 新课讲授 [任务三]将目的基因导入受体细胞 2.农杆菌转化法能否直接用于单子叶植物？原因是什么？ 能。可从双子叶植物中提取该化合物,再用该化合物处理单子叶植物细胞,然后就可用农杆菌转化法将目的基因导入单子叶植物细胞。 目的基因的检测与鉴定 新课讲授 任务四 新课讲授 [任务四]目的基因的检测与鉴定 小组活动：阅读教材P82内容，结合已经构建的表达载体图，设计筛选、检测、鉴定抗虫棉方案并回答下列问题。 1.如何检测棉花的DNA上是否插入了Bt基因? 通过DNA分子杂交术(DNA和DNA之间)、PCR 技术。 2.如何检测Bt基因是否转录出了mRNA? 通过分子杂交技术(DNA和mRNA 之间)、PCR 技术。 3.如何检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白? 通过抗原—抗体杂交技术。 4.如何鉴定转基因棉花最终获得抗虫的新性状? 通过抗虫接种实验。 新课讲授 [任务四]目的基因的检测与鉴定 归纳总结：用思维导图的形式从分子水平、细胞水平和个体水平三个方面归纳目的基因检测和鉴定的方法 【练习1】 当堂训练 1．金茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，通过如图所示的方法培育出了抗枯萎病的金茶花新品种。下列相关叙述不正确的是（    ） A．图中③②在基因工程中依次叫做重组质粒、目的基因 B．图中的①是运载体，具有一个或多个限制酶识别位点 C．检测到受体细胞含有目的基因还不能标志着基因工程操作的成功 D．抗枯萎病这一性状，在后代中能稳定遗传 D 【练习2】 2．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错误的是（    ） 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 当堂训练 【练习3】 3．（不定项）与普通玉米相比，甜玉米细胞中可溶性糖向淀粉的转化较慢，导致可溶性糖含量高，汁多质脆。为提高甜玉米的商品价值，科研人员培育出了超量表达G蛋白的转基因甜玉米。图1和图2表示DNA片段和Ti质粒的酶切位点，下列相关叙述不正确的是（     ） A．强启动子是一段DNA序列，是RNA聚合酶识别和结合的位点 B．M、N端添加的序列所对应的限制酶分别是SacI和NotI C．可用含卡那霉素的培养基进对完成转化的玉米细胞进行筛选 D．对转基因玉米细胞中提取的mRNA直接进行PCR扩增，可鉴定目的基因是否转录 BCD 当堂训练 【练习4】 4．菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花，培育出抗虫菊花。如图是获得转基因菊花的技术流程，请据图回答下列问题： (1)为了促进土壤农杆菌吸收重组质粒，可用_________________处理土壤农杆菌，使其处于_______________便吸收重组质粒。 当堂训练 注：卡那霉素抗性基因（kanR)作为标记基因，菊花叶片对卡那霉素高度敏感。 Ca2+(或CaCl2) 感受态 【练习4】 4．菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花，培育出抗虫菊花。如图是获得转基因菊花的技术流程，请据图回答下列问题： (2)将愈伤组织转移到添加一定浓度植物激素和_____________的培养基中，在适宜条件下进行培养，筛选转基因菊花。 (3)将重组质粒导入土壤农杆菌的目的是利用农杆菌能够________________________的特点，使目的基因进入受体细胞中，并插入菊花细胞的______________上，最终形成转基因植株。 当堂训练 注：卡那霉素抗性基因（kanR)作为标记基因，菊花叶片对卡那霉素高度敏感。 卡那霉素 感染菊花（或植物）细胞，并将T-DNA转移至受体细胞 染色体DNA 【练习4】 4．菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花，培育出抗虫菊花。如图是获得转基因菊花的技术流程，请据图回答下列问题： (4)可用___________________的方法检测转基因菊花是否含有目的基因。所用的探针为_____________________________________________________。 (5)将转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料以适当比例混合后饲喂菊天牛2龄幼虫，实验结果如表所示： 当堂训练 注：卡那霉素抗性基因（kanR)作为标记基因，菊花叶片对卡那霉素高度敏感。 DNA分子杂交 在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记 【练习4】 当堂训练 非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料的混合物 组别 死亡率/% 实验组 转基因植株1 60.00 转基因植株2 53.33 对照组 13.33 ①对照组应饲喂等量的___________________________________________。 ②据表分析，_____________________差异显著，说明转基因菊花对菊天牛2龄幼虫有较强的毒杀作用。 实验组与对照组死亡率 课堂小结 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) $$