3.1基因工程及其技术（第3课时）课件-2025-2026学年高二下学期生物苏教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦基因工程及其技术，核心涵盖原核与真核生物基因结构比较、目的基因获取方法及DNA粗提取鉴定实验，通过基因结构表格归纳异同，为目的基因获取（PCR、化学合成、基因文库）搭建知识支架，再衔接实验原理与步骤，形成逻辑递进的学习脉络。 其亮点在于以科学思维和探究实践为导向，用比较表格明晰基因结构差异，分步解析PCR技术培养建模能力，实验部分详细的选材、操作及问题分析强化探究实践，随堂小测结合实例深化理解。学生能提升实验操作与问题解决能力，教师可直接利用系统资料与小结优化教学效率。

第一节 基因工程及其技术 第三章 基因工程 学习目标 1.阐明基因工程的基本操作程序 2.理解 DNA 的物理化学性质 3.掌握 DNA 粗提取和鉴定的原理 原核生物和真核生物基因的结构 原核生物 真核生物 编码区（转录区） 非编码区 非编码区 启动子 启动子 终止子 终止子 外显子 内含子 编码区： 非编码区： 原核基因 能转录相应的mRNA，进一步能编码出蛋白质的DNA序列 不编码蛋白质，含有能调控遗传信息表达的DNA序列 （如启动子、终止子等） 原核生物和真核生物基因的结构 原核生物 真核生物 编码区（转录区） 非编码区 非编码区 启动子 启动子 终止子 终止子 外显子 内含子 真核基因 编码区 非编码区： 能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列 不编码蛋白质，含有能调控遗传信息表达的DNA序列（如启动子、终止子等） 外显子： 内含子： 在细胞核转录出mRNA后，在翻译前被剪切掉 原核生物和真核生物基因的结构 原核细胞与真核细胞的基因结构比较 原核生物 真核生物 不同点 编码区是 的 编码区是间隔的、 的 相同点 都有能够编码蛋白质的 和具有调控作用 的 区组成的 连续 不连续 编码区 非编码 原核基因：非编码序列=非编码区 真核基因：非编码序列=非编码区+内含子 目录 1.目的基因的获取 2.DNA 的粗提取和鉴定 目的基因的获取 1.目的基因 （1）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就是目的基因 主要指的是编码蛋白质的基因 2.获取目的基因的方法 （1）利用PCR技术扩增目的基因 （2）化学方法直接人工合成 （3）从基因文库中获取目的基因 目的基因的获取 （1）利用PCR技术扩增目的基因 待扩增的DNA片段 （模板） 耐高温的DNA聚合酶（Taq酶） 引物 4种脱氧核苷酸 温度超过 90℃时，双链DNA 解聚为单链 变性 复性 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 延伸 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 目的基因的获取 （2）通过化学合成法直接合成目的基因 ① 对于比较小的目的基因 在明确脱氧核苷酸序列后，可以通过DNA合成仪直接人工合成 ② 全基因或较大基因 方法：使用半合成的方法 合成过程 合成基因的部分寡核苷酸片段 在适当条件下退火得到模板—引物复合体 DNA合成仪 目的基因的获取 在 dNTP 存在的条件下，通过 Klenow 酶（能将双链 DNA 的突出5′端补平的DNA 聚合酶）等的作用，合成相应的互补链，再用相应的DNA连接酶修复缺口，获得两条完整的互补双链 DNA合成仪 目的基因的获取 （3）通过基因文库获取目的基因 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。 基因文库种类 （1）基因组文库（包含一种生物的所有基因） （2）部分基因文库（只包含一种生物的部分基因，如cDNA文库） 目的基因的获取 【拓展】基因文库的构建过程 某生物体全部DNA 许多DNA片段 受体菌群体 限制酶 与载体连接、导入 受体菌群体 cDNA 某生物体发育的某个时期的mRNA 逆转录 与载体连接、导入 基因组文库 cDNA文库 知识链接——转座子标签法获得目的基因 转座子是染色体上一段可以移动的基因，其分子本质是一段能够插入到寄主基因组新位点的特异的 DNA。科学家发现，不但在原核生物中有大量转座子，在酵母、果蝇以及哺乳动物等多种真核生物中也存在转座子。在转座过程中，原来位置的DNA 片段（转座子）并未消失，发生转移的只是转座子的拷贝。基因发生转座可引起插入突变，使插入位置的基因失活并诱导产生突变型，或在插入位置上出现新的编码基因。转座子标签法是通过转座子在染色体上的插入和整合，把转座子作为基因定位的标签来检测出突变基因的位置和克隆出突变基因的方法。 知识链接——转座子标签法获得目的基因 利用转座子克隆外源基因的主要操作步骤有： （1）已分离得到的转座子与选择标记构建成含转座子的质粒载体 （2）将含转座子的质粒载体导入目标生物基因组中 （3）利用 PCR 等技术鉴定转座子 DNA （4）以转座子序列为探针，筛选插入的突变体，分离转座子的两端相邻序列基因 DNA的粗提取和鉴定 【提取原理】 利用DNA、RNA、蛋白质和脂质在物理和化学性质方面的差异用适当的物理或化学方法进行提取。 例如：DNA不溶于酒精（但某些蛋白质溶于酒精）、DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同 NaCl浓度 DNA 蛋白质 0.14mol/L 析出 溶解 2mol/L 溶解 部分盐析（沉淀） DNA的粗提取和鉴定 【检验原理】 试剂：二苯胺 条件：沸水浴 现象：沸水浴条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色 沸水浴 DNA＋二苯胺 蓝色物质 DNA的粗提取和鉴定 【选材】 原则上含有DNA的生物材料都可以采用， 但是优先考虑以下几个方面 材料是否容易获取 DNA含量的多少（真核生物比原核生物细胞内DNA含量高、生殖细胞内DNA含量低） 是否容易提取（植物细胞有细胞壁不易破碎） 猪肝 新鲜鸡血 【注意】不能选用哺乳动物血液，因为哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和线粒体，几乎没有DNA DNA的粗提取和鉴定 【DNA粗提取】 1.制备鸡血细胞液 取质量浓度为0.1g/mL的柠檬酸钠溶液（防止血液凝固）100mL和新鲜鸡血180mL，注入500mL烧杯中，充分搅拌。将混合均匀的鸡血细胞液置于4℃冰箱内，静置1天，使血细胞沉淀 2. 取出准备好的鸡血细胞液5～10mL，注入50mL烧杯中，并向烧杯中加入20 mL蒸馏水，搅拌 5 min。用垫有纱布的漏斗过滤，取其滤液 DNA的粗提取和鉴定 3. 取物质的量浓度为 2 mol/L 的NaCl溶液40 mL加入滤液中，用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌，使其混合均匀 4. 取适量蒸馏水沿烧杯内壁缓缓加入，同时用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌，观察烧杯中有无丝状物出现。当丝状物不再增加时，停止加入蒸馏水 5. 用玻璃棒将丝状物挑起，这就是含有一定杂质的 DNA 【建议】在DNA提取液中加入适量冷却的 、体积分数为 95% 的乙醇溶液时 ，DNA的絮状物会从滤液中析出 DNA的粗提取和鉴定 【DNA的鉴定】 1.将分离的丝状物放入物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液中，使其溶解 2.利用二苯胺、冰醋酸、浓硫酸配制二苯胺试剂。向上述溶液中滴加二苯胺试剂后，沸水浴加热数分钟，溶液出现蓝色。当蓝色不再加深时，取出试管，冷却，仔细观察后会发现，DNA含量高的溶液蓝色较深 DNA的粗提取和鉴定 DNA的粗提取和鉴定 【常见问题】 1.DNA降解导致没有提取出白色丝状物 （1）材料不新鲜或反复冻融 （2）未很好抑制内源DNA酶的活性 （3）提取过程操作过于剧烈，DNA被机械打断 （4）外源DNA酶污染 2.DNA提取量少导致实验组的鉴定结果与对照组无差别 （1）实验材料不佳或量少 （2）研磨或裂解不充分 （3）析出不完全 DNA的粗提取和鉴定 【讨论】 1.本实验只是对DNA进行粗提取，你认为实验中提取出的DNA中还可能包含哪些杂质？ 核蛋白、多糖等 2.与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因？ 研磨不充分 搅拌用力过猛，使DNA被破坏 课堂小结 基因工程及其技术 目的基因的获取 DNA的粗提取与鉴定 从基因文库中获取目的基因 化学方法直接人工合成 利用PCR技术扩增目的基因 实验过程 实验原理 随堂小测 1.下列不属于获取目的基因的方法的是( ) A.从基因组文库中获取目的基因 B.利用PCR技术体外扩增目的基因 C.利用逆转录法获取目的基因 D.利用DNA连接酶复制目的基因 解析：获取目的基因的方法有：从基因组文库中获取目的基因、利用PCR技术体外扩增目的基因、利用逆转录法获取目的基因等。DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，利用DNA连接酶不能复制目的基因，故选D。 D 随堂小测 2.cDNA文库是利用某一生物体特定发育时期细胞内的mRNA为模板合成双链cDNA,再将这些cDNA片段与适当的载体拼接后，转入宿主细胞所构建的基因文库。从cDNA文库中可筛选出所需要的目的基因。下列叙述正确的是( ) A.构建cDNA文库的过程中需要使用逆转录酶、限制酶和DNA连接酶等 B.从不同组织细胞中提取出的mRNA建立的cDNA文库完全相同 C.水稻cDNA文库中的基因不含终止密码子所对应的序列 D.从cDNA文库中筛选出的目的基因与真核生物中对应的原基因相同 A 随堂小测 解析：以mRNA为模板合成单链cDNA的过程需要逆转录酶，将双链cDNA片段与适当的载体拼接时，需要用限制酶切割载体和cDNA,使它们产生相同的黏性末端或平末端，再用DNA连接酶连接，A正确；由于基因的选择性表达，不同组织细胞中表达的基因不完全相同，即转录出的mRNA不完全相同，所以从不同组织细胞中提取的mRNA建立的cDNA文库也不完全相同，B错误；cDNA文库中的基因是由mRNA逆转录形成的，终止密码子位于mRNA上，逆转录后生成的cDNA会保留其对应碱基序列，C错误；cDNA文库中的基因是由mRNA逆转录形成的，真核生物基因转录时，部分序列(如启动子、终止子、内含子序列等)不转录，所以从cDNA文库中筛选出的目的基因与真核生物中的原基因不相同，D错误。 随堂小测 3.下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是( ) A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低 B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物 D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质 解析：A、研磨液有利于DNA的溶解，换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低，A正确；B、DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些蛋白质溶于酒精，可分离DNA，B正确；C、DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl浓度的变化而改变，因此可用不同浓度的NaCl溶液对DNA进行粗提取，C正确；D、在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色，二苯胺试剂用于鉴定DNA，D错误。 D THANKS 谢谢观看 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $