3.2 基因工程的基本操作程序（第3课时）课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦基因工程基本操作程序，系统讲解基因表达载体构建、目的基因导入受体细胞及检测鉴定等核心内容，通过启动子与密码子比较、限制酶选择任务等衔接知识点，搭建学习支架帮助学生梳理逻辑。 其亮点在于融合科学思维（如比较表格区分启动子与密码子本质功能）、探究实践（设计限制酶选择挑战任务）和态度责任（介绍我国独创花粉管通道法），结合课堂小测和实例分析强化理解。学生能提升分析解决问题能力，教师可借助丰富素材高效教学。

第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序 （第3课时） 第二步：基因表达载体的构建 (核心工作) 1. 目的 ①让目的基因在受体细胞中稳定存在，并遗传给下一代 ②使目的基因能够表达和发挥作用 目的基因 复制原点 启动子 终止子 位置：基因的上游 作用：RNA聚合酶识别和结合的部位，起始转录 位置：基因的下游 作用：终止转录 2. 基因表达载体的组成 标记基因 DNA复制的起始位点 作用为鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。 抗生素抗性 基因、荧光蛋白基因等。 目的基因位置： 必须插到启动子 和终止子之间 一段有 特殊序列结构的DNA片段 2 启动子、终止子、起始密码子和终止密码子的比较 编码区（基因） 编码区 上游 启动子 终止子 编码区 下游 密码子 密码子 密码子 3' 5' mRNA 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 位置 功能 DNA片段 目的基因上游 目的基因下游 RNA聚合酶识别和结合的部位，起始转录 终止转录 mRNA上3个相邻的碱基 mRNA首端 mRNA尾端 翻译的起始信号（编码氨基酸） 翻译的结束信号（不编码氨基酸） 有时为了满足应用需要，会在载体中人工构建诱导型启动子，当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达。 3 第二步：基因表达载体的构建 (核心工作) 3. 方法步骤 限制酶切割位点 启动子 终止子 复制原点 标记基因 质粒 ①用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口 ②用同一种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段 限制酶 限制酶 目的基因 限制酶切割位点 获取目的基因 DNA连接酶 重组 DNA 分子 ③利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，形成了一个重组DNA分子。 第二步：基因表达载体的构建 √ √ 模板链的3′端离启动子更近 √ √ 挑战自己：请为质粒和目的基因选择合适的限制酶吧！ 课堂小测 6、下图为基因工程中基因表达载体的模式图，相关叙述错误的是（ ） A. 基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建 B. 图中启动子位于目的基因的首端，是核糖体 识别和结合的部位 C. 复制原点是基因表达载体在受体细胞中独立 复制和稳定存在所必需的 D. 抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用 于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因 B 课堂小测 7、构建基因表达载体是基因工程的核心步骤。可通过琼脂糖凝胶电泳检测酶切片段长度，初步判断基因表达载体是否构建成功。下图是用限制酶完全酶切后（不考虑相同 DNA 之间的连接和目的基因的自身环化)的电泳结果。下列叙述错误的是（ ） A. 琼脂糖凝胶中的DNA分子可以在特定波长的紫外灯照射下被检测出来 B. 酶切后，相同条件下 DNA分子越小，在凝胶中的迁移速率越快 C. 泳道1为单酶切空载体后的产物， 泳道2为单酶切重组载体后的产物 D. 泳道3为双酶切重组载体后的产物， 且目的基因与载体正确连接 D 是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 第三步：将目的基因导入受体细胞 1. 转化 2. 方法 植物细胞： 动物细胞： 微生物细胞： 花粉管通道法、农杆菌转化法 显微注射法 Ca2+处理法 由于受体细胞有植物、动物、微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方法不同，因此，基因表达载体的构建也会有差别。 实质：基因重组 v 第三步：将目的基因导入受体细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 (1)花粉管通道法 精子 (我国科学家独创的方法) 方式1： ①操作 方式 用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中 方式2： 含目的基因 的DNA 溶液 第三步：将目的基因导入受体细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 (1)花粉管通道法 (我国科学家独创的方法) 方式1： ①操作 方式 用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中 方式2： v 在植物授粉后一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴在花柱切面，使目的基因通过花粉管通道进入胚囊。 第三步：将目的基因导入受体细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 (1)花粉管通道法 (我国科学家独创的方法) ②受体细胞： v ③适用生物： ④特点： ⑤应用： 受精卵 开花植物 简便经济，但要求花朵较大 抗虫棉的培育过程中，采用该法将Bt 基因导入了棉花细胞。 农杆菌是生活在土壤中的微生物，自然条件下可侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。 第三步：将目的基因导入受体细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 (2)农杆菌转化法 ①农杆菌： 4. 农杆菌具有怎样的结构基础，利于目的基因进入植物细胞？ 农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA（可转移的DNA）转移到被侵染的细胞、并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。 第三步：将目的基因导入受体细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 (2)农杆菌转化法 5. 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？ 农杆菌 T-DNA 目的基因 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。 第三步：将目的基因导入受体细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 (2)农杆菌转化法 ②过程： T-DNA 需要农杆菌产生的vir蛋白切割T-DNA 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 转入 导入 插入 植物组织培养 构建 14 第三步：将目的基因导入受体细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 (2)农杆菌转化法 T-DNA 第1次拼接： 两次 拼接 第2次拼接： 目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上 插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上 第1次导入： 两次 导入 第2次导入： 将含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌 将含重组Ti质粒的农杆菌导入植物细胞 第三步：将目的基因导入受体细胞 3. 将目的基因导入植物细胞 (2)农杆菌转化法 ③具体方法： 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； 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。 ④成果： 第三步：将目的基因导入受体细胞 4. 将目的基因导入动物细胞 (1)最常用的方法： 显微注射法 (2)受体细胞： 受精卵 6. 为什么常选用受精卵作为受体细胞呢？ ①体积大，易操作； ②易表现出全能性 构建基因表达载体并提纯 胚胎移植 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 (3)过程： 获得具有新性状的动物 第三步：将目的基因导入受体细胞 5. 将目的基因导入微生物细胞 (1)常用方法： Ca2+处理 (2)受体细胞： 常用原核细胞（大肠杆菌应用最广泛） 目的：增加细胞壁的通透性，可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态（感受态细胞） 大肠 杆菌 Ca2+ 表达 载体 感受态 细胞 单细胞 遗传物质少 繁殖快 Ca2+ 重组质粒 吸收 课堂小测 8、下列关于将目的基因导入受体细胞的叙述，错误的是（ ） A. 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称为转化 B. 可以用Ca2+处理大肠杆菌细胞，使其能吸收周围环境中的DNA分子，有利于重组的基因表达载体导入其中 C. 可以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 D. 农杆菌只能侵染双子叶植物和裸子植物 D 第四步：目的基因的检测与鉴定 检测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 检查转基因生物是否培育成功的一步 Bt 抗虫 蛋白 抗虫棉 Bt 基因 mRNA 检测内容 检测水平 ①检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 ②检测目的基因是否转录出了mRNA ③检测目的基因是否翻译成蛋白质 ④检测个体是否具有相应性状 分子水平 分子水平 分子水平 个体水平 20 第四步：目的基因的检测与鉴定 2. 检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 (1)方法一： PCR扩增 提取DNA 根据Bt 基因的序列设计2种PCR引物 PCR 培育的抗虫棉 转基因抗虫棉 非转基因棉花 阴性对照 使用琼脂糖凝胶电泳鉴定是否扩增出Bt 基因 分子水平 第四步：目的基因的检测与鉴定 2. 检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 (1)方法二： 分子杂交技术 基因探针：一般是指一小段单链DNA或RNA，能与目的基因的一条链碱基互补配对，并带有放射性同位素标记或荧光标记。 变性 转基因生物的DNA 基因探针 出现杂交带 碱基互补配对 变性 分子水平 第四步：目的基因的检测与鉴定 3. 检测目的基因是否转录出了mRNA (1)方法一： PCR扩增 (2)方法二： 分子杂交技术 提取RNA 使用琼脂糖凝胶电泳鉴定是否扩增出目的基因 PCR cDNA 转基因生物 逆转录 mRNA 基因探针 变性 转基因生物的mRNA 出现杂交带 碱基互补配对 分子水平 第四步：目的基因的检测与鉴定 例：①胰岛素基因探针，既能与胰岛素基因的一条链形成杂交分子，也可与胰岛素基因转录形成的 形成杂交分子。用胰岛素基因探针既可以检测受体细胞中是否含有 ，也可以检测胰岛素基因是否 。 ②人体的细胞中，胰岛B细胞的 （DNA/RNA/DNA和RNA）能与胰岛素基因探针形成杂交分子，而其他细胞中只有 （DNA/ RNA）能与之形成杂交分子。 mRNA 胰岛素基因 DNA和RNA 转录 DNA 第四步：目的基因的检测与鉴定 4. 检测目的基因是否翻译成蛋白质 分子水平 (1)方法： (2)原理： 抗原—抗体杂交 抗原与抗体特异性结合 苏云金杆菌 培育的抗虫棉 提取 抗体 提取蛋白 电泳分离 抗体 抗原 杂交 Bt 抗虫 蛋白 标记抗体 小鼠体内 放射性检测 （杂交带） 第四步：目的基因的检测与鉴定 5. 检测个体是否具有相应性状 个体水平 抗虫鉴定 用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未导入Bt 基因或导入了Bt 基因但未表达；如虫吃后中毒死亡，则说明导入了Bt 基因并得到表达。 (1)通过抗虫、抗病（抗性）的接种实验鉴定生物是否具有抗性以及抗性的程度等 第四步：目的基因的检测与鉴定 5. 检测个体是否具有相应性状 个体水平 抗虫鉴定 通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt 基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。 (1)通过抗虫、抗病（抗性）的接种实验鉴定生物是否具有抗性以及抗性的程度等 第四步：目的基因的检测与鉴定 5. 检测个体是否具有相应性状 个体水平 (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，以确定转基因产品的功能活性是否与天然产品相同 转基因生物 检测方法 观察指标 抗虫植物 饲喂害虫(抗虫接种实验) 抗病毒(菌)植物 病毒(菌)感染(接种实验) 抗盐植物 盐水浇灌 抗除草剂植物 喷洒除草剂 获取目的基因产物 (如胰岛素) 的转基因生物 提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较 害虫死亡 未染病 正常生长 正常生长 功能活性正常 课堂小测 9、目的基因导入受体细胞后，需要检测目的基因是否可以维持稳定和表达其遗传特性。下列关于目的基因的检测和鉴定的叙述，正确的是（ ） A. 目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是能否转录出mRNA B. 可采用PCR检测目的基因是否转录和翻译 C. 可从转基因生物中提取蛋白质来检测目的基因是否翻译成相应蛋白质 D. 抗虫、抗病检验用于确定转基因生物是否具备相关性状属于分子水平的检测 C 第三步：将目的基因导入受体细胞 思考1：研究人员将两个抗虫基因（T）导入棉花细胞内培育转基因抗虫棉。那么两个抗虫基因在染色体上随机整合有几种情况？ 普通棉花细胞 转两个T基因 有3种情况 甲 乙 丙 思考2：若甲、乙、丙三种植株自交，其后代抗虫与不抗虫的比例为多少？ 甲自交→全为抗虫 乙自交→抗虫：不抗虫=3:1 丙自交→抗虫：不抗虫=15:1 30 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $