3.2.2 基因工程的基本操作程序-2025-2026学年高二生物优质备课课件（人教版选择性必修3）

该高中生物学课件聚焦基因工程基本操作程序，涵盖目的基因导入受体细胞的方法及检测鉴定技术。通过复习回顾PCR技术易错点和预习自测，衔接新旧知识，为学生搭建递进式学习支架。 其亮点在于以探究活动为主线，如农杆菌转化法步骤拆解、不同受体细胞导入方法对比，结合科学思维培养，通过问题讨论（如真核基因在原核细胞表达的问题）引导学生深度思考。典例分析与网络构建帮助系统总结，既提升学生知识应用能力，又为教师提供高效教学资源。

复习回顾： (1)可用PCR技术直接扩增mRNA来获取目的基因(　　) (2)PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应(　　) (3)PCR扩增技术中，需用解旋酶使双链DNA解聚(　　) (4)TaqDNA聚合酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶 (　　) (5)PCR技术中，DNA模板链上碱基G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高(　　) (6)基因工程操作程序的核心步骤是目的基因的获取(　　) (7)基因表达载体中含有启动子和终止密码子(　　) (8)标记基因不一定是抗生素抗性基因(　　) × × mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增 是为了变性、复性、延伸，DNA聚合酶催化子链的延伸。 × 高温 × DNA聚合酶 × 基因表达载体的构建 × 有启动子和终止子，终止密码子位于mRNA上。 √ √ 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.阐明将目的基因导入受体细胞的方法。 2.阐明目的基因的检测与鉴定的方法。 预习自测 (1)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体细胞 (　　) (2)Ti质粒上的T－DNA可转移到植物细胞内，并且与其染色体DNA整合在一起 (　　) (3)检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术(　　) (4)用PCR技术检测目的基因是否转录出mRNA，利用了碱基互补配对原则(　　) × 也可以是体细胞 √ √ √ 探究三.将目的基因导入受体细胞 将目的基因导入受体细胞的方法，因为受体细胞的不同而有所区别。 受体细胞 基因表达载体 导入 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 农杆菌转化法 花粉管通道法 ——显微注射法 ——Ca2+处理法 探究三.将目的基因导入受体细胞 （1）花粉管通道法（我国科学家独创） 1.将目的基因导入植物细胞 适用生物：开花植物 方法一：子房注射法 用微量注射器将含目的基因的DNA 溶液直接注入子房中 方法二： 柱头处理法 在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。 受体细胞： 受精卵 探究三.将目的基因导入受体细胞 （2）农杆菌转化法 转化： 指目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 ①农杆菌特点： 易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力。 Ti质粒上的T-DNA可以转移到被侵染的受体细胞，并将其整合到该细胞染色体的DNA上。 ②原理： 实质： 基因重组（控制不同性状的基因的重新组合） （采用最多） 探究三.将目的基因导入受体细胞 ③过程： 目的基因 Ti质粒 表 达 载 体 农杆菌 植物细胞 植物细胞 染色体DNA 新性状植株 构建 转入 导入 插入 表达 思考讨论：1.为使目的基因在受体细胞中稳定存在，在构建基因表达载体时，应将目的基 因插入哪里？ 2.农杆菌转化法中，目的基因只能进入植物的一个体细胞中，但基因工程最终要的是一个转基因植株，如何实现这一目标？ 将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞 得到含有目的基因的植物细胞后进行植物组织培养 探究三.将目的基因导入受体细胞 3.农杆菌转化法共有几次DNA分子的拼接，几次导入细胞？ 新性状植株 第一次拼接 将目的基因拼接到 Ti 质粒的 T-DNA上。 第二次拼接 (非人工操作)是指含目的基因的 T-DNA 被拼接到受体细胞的染色体DNA上。 第一次导入 第二次导入 (非人工操作)含目的基因的 T-DNA 导入受体细胞。 将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌。 探究三.将目的基因导入受体细胞 ④具体转化方法： 方法一：可将新鲜的从叶片上取下的圆形小片与农杆菌共培养，然后筛选转化细胞，并再生成植株。 方法二：可以将花序直接浸没在含有农杆菌的溶液中一段时间，然后培养植株并获得种子，再进行筛选、鉴定等。 受体细胞为体细胞 受体细胞为受精卵 随着转化方法的突破，用农杆菌侵染水稻、玉米等多种单子叶植物也取得了成功。 探究三.将目的基因导入受体细胞 2.将目的基因导入动物细胞 （1）常用方法： （2）受体细胞: 显微注射法 受精卵 （3）过程： 构建基因表达载体并提纯 利用显微注射将基因表达载体注入动物的受精卵中 早期胚胎培养 胚胎移植 获得具有新性状的动物 ① 体积大，易操作； ② 全能性高，易培养成完整个体。 探究三.将目的基因导入受体细胞 3.将目的基因导入微生物细胞 （1）常用方法： Ca2+处理 原核细胞（常选择大肠杆菌） 目的：可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。 （2）受体细胞： 优点：繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，易于培养。 （3）过程: Ca2+ 吸收 Ca2+处理大肠杆菌 使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 将重组的基因表达载体导入其中 （Ca2+的作用：增加细胞壁的通透性） （感受态细胞） 转录 翻译 剪切、连接 加工 真核基因：编码区 （外显子+内含子） 前体mRNA 成熟mRNA 多肽链 蛋白质（四级结构） 探究三.将目的基因导入受体细胞 （4）实例：利用转基因大肠杆菌生产药物 思考：如果把一个真核生物的基因导入原核细胞中表达，一定会产生原来的蛋白质吗？ 一般不能产生原来的蛋白质 原因： ①真核生物的基因有内含子，原核生物细胞里没有相应的机制来剪切、拼接前体RNA； ②原核生物没有真核生物的蛋白质加工系统（如内质网、高尔基体等） 探究三.将目的基因导入受体细胞 （4）实例：利用转基因大肠杆菌生产药物 胰腺 提取筛选 胰岛素mRNA 胰岛素 cDNA 逆转录 重组 质粒 质粒 导入 大肠杆菌 mRNA 胰岛素原 胰岛素 加工 原核生物作为受体细胞产生的真核生物的蛋白质通常没有生物活性，需要在体外进行再加工。 没有内质网、高尔基体对蛋白质进一步加工。 探究四.目的基因的检测与鉴定 检查目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性； 1.目的: 2.检测内容及方法: 类型 分子水平的检测 分子水平的检测 分子水平的检测 个体生物学水平的鉴定 检测内容 方法 受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 目的基因是否转录出mRNA PCR等 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原-抗体杂交技术 检测是否具有抗性以及抗性程度等 病原体接种实验等 探究四.目的基因的检测与鉴定 （一）分子水平的检测 1.检测目的基因是否导入 ——通过PCR扩增和DNA分子杂交技术 碱基互补配对原则 基本思路： ①制作出与目的基因序列相同的有同位素标记的DNA片段(基因探针)，并用PCR扩增； ②提取受体细胞全部DNA并用PCR扩增，与基因探针置于同一培养液； ③高温变性处理，使之全部变为单链，观察是否出现杂交DNA片段。 探针与受体中的DNA分子杂交 出现杂交带： 不出现杂交带： 已插入 未插入 目的基因片段 基因探针 基因探针 目的基因片段 放射性同位素标记 解旋 探究四.目的基因的检测与鉴定 （2）特点： ①应是单链 ②应带有容易被检测的标记 （3）作用： 可以用于检测目的基因：将待测DNA与目的基因探针混合，如果发生了核酸杂交，则说明有目的基因 （1）定义：是一段带有检测标记（荧光或同位素标记），且顺序已知的，与目的基因能互补的核酸序列（DNA或RNA）。 【拓展】基因探针 探究四.目的基因的检测与鉴定 基本思路： ①制作出与目的基因序列相同的有同位素标记的DNA片段(基因探针)，并用PCR扩增； ②提取受体细胞全部RNA，直接基因探针置于同一培养液；或先将RNA逆转录为cDNA，再与基因探针置于同一培养液。 ③高温变性处理，使之全部变为单链，观察是否出现分子杂交片段。 （一）分子水平的检测 2.检测目的基因是否转录 ——通过PCR扩增和RNA分子杂交技术 碱基互补配对原则 逆转录 探究四.目的基因的检测与鉴定 （一）分子水平的检测 ③检测目的基因是否翻译成蛋白质 ——通过抗原—抗体杂交技术 抗原抗体特异性结合 注射小鼠体内 苏云金芽孢杆菌 提取 Bt抗虫蛋白 抗体 标记抗体 提取蛋白 电泳分离 抗原 抗体 杂交 转基因生物 放射性检测（杂交带） 如果出现杂交带，说明目的基因已经翻译 探究四.目的基因的检测与鉴定 通过抗虫、抗病的接种实验鉴定生物 是否具有抗性以及抗性的程度等 （二）个体水平的鉴定 转基因抗虫棉 转基因生物 抗虫植物 抗病毒（菌）植物 抗盐植物 抗除草剂植物 获取目的基因产物的转基因生物 鉴定方法 成功标志 饲喂害虫（抗虫接种实验） 害虫死亡 病毒（菌）接种实验 未染病 盐水浇灌 正常生长 喷洒除草剂 正常生长 提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较 功能、活性正常 探究四.目的基因的检测与鉴定 拓展：筛选含目的基因的受体细胞 未被转化的大肠杆菌 含质粒（空载体）的大肠杆菌 含重组质粒的大肠杆菌 受体细胞可能有： 问题1：将转化后的细菌放在含氨苄青霉素培养基上培养，能生长的是？ 问题2：怎么进一步筛选出含重组质粒的细菌？ 含重组质粒的细菌、含质粒的细菌。 用灭菌的绒布影印到含四环素培养基上， 不生长的即为含目的基因的菌落。 【典例1】(2025·衡水高二期末)科研人员将插入了抗病毒蛋白基因K的Ti质粒导入农杆菌后，再利用农杆菌转化法将基因K导入番木瓜愈伤组织细胞中，从而培育出转基因抗病毒番木瓜。下列叙述错误的是(　　) A．农杆菌的T－DNA与番木瓜基因发生重组 B．导入基因K后的番木瓜愈伤组织没有卡那 霉素抗性 C．若番木瓜愈伤组织不能在四环素培养基上 生长，其细胞中一定含有基因K D．构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶 C 不能在四环素培养基上生长的番木瓜愈伤组织有两种：①导入了基因K，②没有导入T－DNA 【典例2】(2025·安徽，15)质粒K中含有β-半乳糖苷酶基因，将该质粒导入大肠杆菌细胞后，其编码的酶可分解X－gal，产生蓝色物质，进而形成蓝色菌落，如图所示。科研小组以该质粒作为载体，采用基因工程技术实现人源干扰素基因在大肠杆菌中的高效表达。下列叙述错误的是(　　) A．使用氯化钙处理大肠杆菌以提高转化效率，可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数 B．如果筛选平板中仅含卡那霉素，生长出的白色菌落不可判定为含目的基因的菌株 C．因质粒K中含两个标记基因，筛选平板中长出的白色菌落即为表达目标蛋白的菌株 D．若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌 C 筛选平板中长出的白色菌落，可能导入了重组质粒(含目的基因)，但导入的目的基因不一定成功表达目标蛋白 网络构建 1.目的基因的筛选和获取-前提 利用PCR获取和扩增 人工合成 DNA文库 2.构建基因表达载体-核心 目的基因、启动子、终止子、标记基因等 3.将目的基因导入受体细胞-关键 农杆菌转化法(植物)、显微注射法(动物) 、 Ca2+处理法(微生物); 4.目的基因的检测与鉴定-保证 分子检测：是否插入、转录、翻译 个体水平：是否具有抗性以及抗性强度等。