3.1基因工程及其技术（第4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基本操作程序，从阐明原理与设计方案的学习目标切入，通过目录引导，以基因表达载体构建、目的基因导入、检测鉴定为核心脉络，结合对比表格、流程图等学习支架，帮助学生系统理解技术环节。 其亮点在于以科学思维为核心，通过启动子与密码子对比培养比较分析能力，结合农杆菌转化法步骤等探究实践案例，辅以抗虫棉检测等实例强化态度责任。采用问题驱动与实例分析的教学方法，小结清晰，助力学生提升科学探究能力，为教师提供结构化教学资源。

第一节 基因工程及其技术 第三章 基因工程 学习目标 1.阐明基因工程的原理和基本操作程序 2.针对人类生产或生活中的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计获得某一转基因产品的方案 目录 1.基因表达载体的构建 2.将目的基因导入受体细胞 3.目的基因及其表达产物的检测鉴定 基因表达载体的构建（核心步骤） 1.构建基因表达载体的目的 （1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，且可以遗传给下一代 （2）使目的基因能够在受体细胞中表达和发挥作用 2.基因表达载体的组成 思考：各原件的作用是什么？ 基因表达载体的构建（核心步骤） 注意：启动子≠密码子 启动子： 位置：基因的上游 功能：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 复制原点： DNA复制的起始位点 标记基因：便于重组DNA分子的筛选和鉴定 终止子： 位置：基因的下游 功能：终止转录 目的基因：能控制表达所需要的特殊性状 目的基因插入到启动子和终止子之间 基因表达载体的构建（核心步骤） 项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 位置 功能 启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比 RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 翻译的起始信号(编码氨基酸) 使转录在所需要的地方停下来 翻译的结束信号(不编码氨基酸) 目的基因上游 mRNA尾端 mRNA首端 目的基因下游 DNA DNA mRNA mRNA 知识链接——载体的种类 载体是将外源 DNA 或基因导入宿主细胞进行扩增或表达的工具。按功能分类，载体有克隆载体和表达载体两类。 克隆载体是最基本的载体。从病毒、质粒或高等生物细胞中获取的 DNA 均可以作为克隆载体。在克隆载体上插入适当大小的外源 DNA 片段，再将重组后的载体引入宿主细胞中，可以在宿主细胞中通过克隆获取目的基因。 在基因工程操作中，有时需获取目的基因的编码蛋白。要使外源基因（目的基因）能在宿主细胞中表达，必须将它放入带有基因表达所需要的各种调控元件的载体中，这类载体就是表达载体。例如，表达载体pKK223-3 是一个具有典型表达结构的大肠杆菌质粒，其基本骨架不仅需要来自pBR322和pUC的质粒复制起点和氨苄青霉素抗性基因，还需有相应的启动子和终止子，以及有多克隆位点可装载要表达的目的基因。 基因表达载体的构建（核心步骤） 3.基因表达载体的构建过程 ①用一定的限制酶切割载体，使其出现一个切口 ②用同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 ③将切下的目的基因片段拼接到载体的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子 基因表达载体 基因表达载体的构建（核心步骤） 限制酶的选择 ① 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 a.应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst Ⅰ b.不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不可选择Sma Ⅰ c.为避免目的基因和质粒的自身环化和反向链接，也不可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择Pst Ⅰ和EcoR Ⅰ两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切点）切割 基因表达载体的构建（核心步骤） ② 根据质粒的特点确定限制酶的种类 a.所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保具有相同的黏性末端 b.质粒作为载体必须具有标记基因等，所以选择的限制酶尽量不要破坏这些结构 ③ 在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能表达，即酶切位点应位于启动子和终止子之间 将目的基因导入受体细胞 根据受体细胞和载体的不同，所采用的导入方法也不同 受体细胞类型 方法 植物细胞 哺乳动物细胞 微生物细胞 农杆菌转化法 显微注射法（主要） 病毒感染法 Ca2+处理法（感受态细胞法） 将目的基因导入受体细胞 1.植物细胞 （1）农杆菌转化法 转化：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（实质是基因重组） 受体细胞：受精卵或体细胞 农杆菌特点 能在自然条件下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 将目的基因导入受体细胞 农杆菌特点 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 利用农杆菌进行转化的思路 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 将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法 植物细胞 染色体DNA 新性状植株 农杆菌 植物细胞 表达载体 目的基因 Ti质粒 构建 转入 导入 插入 表达 将目的基因导入受体细胞 【知识拓展】花粉管通道法（我国科学家独创） ①用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中 ②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：受精卵或体细胞 将目的基因导入受体细胞 2.动物细胞 方法：显微注射法 受体细胞：受精卵 其他方法：也可用病毒DNA与目的基因一起构建的载体去感染受体动物细胞 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 过程 将目的基因导入受体细胞 3.微生物细胞 方法：感受态细胞法 受体细胞：常用原核细胞（大肠杆菌应用最为广泛） 繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，易于培养 原理：经过Ca2+处理后，细胞质膜对DNA的通透性会发生改变，细胞变得容易接受外来的DNA 使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 Ca2+处理细胞 将重组的基因表达载体导入其中 这种细胞称为感受态细胞 大肠 杆菌 Ca2+ 表达载体 Ca2+ 处理法示意图 目的基因及其表达产物的检测鉴定 1.分子水平检测 （1）转基因生物的DNA上是否插入了目的基因——利用PCR等技术检测 【例】检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因 提取 DNA 转基因棉花 PCR 是否扩增出目的基因 利用 Bt 基因的核苷酸序列设计引物 M：marker 1-6：转基因棉花 7：非转基因棉花 8：阴性对照 电泳 目的基因及其表达产物的检测鉴定 （2）目的基因是否转录出mRNA——利用PCR等技术检测 【例】检测 Bt 基因是否转录出 mRNA 提取棉花细胞 mRNA 逆转录 得到 cDNA 用以 Bt 基因序列设计的 引物进行 PCR 扩增 电泳 检测 Bt M3 C0 T-9 T-2 T-51 T-5 T-23 T-11 T-20 T-21 T-34 T-10 10个 PCR 阳性棉花植株中，有四株 Bt 基因发生转录 目的基因及其表达产物的检测鉴定 DNA分子杂交技术 除PCR技术外，还可以用基因探针来检测目的基因是否导入或者转录 原理：在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记，以此作为探针，使探针与基因组DNA或mRNA杂交（遵循碱基互补配对原则），若出现杂交带，则目的基因插入成功或转录出mRNA 目的基因及其表达产物的检测鉴定 （3）目的基因是否翻译成蛋白质——抗原-抗体杂交 【例】检测 Bt 基因是否翻译出 Bt 抗虫蛋白 从转基因棉花中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原-抗体杂交，若出现杂交带，则目的基因成功翻译出蛋白质 目的基因及其表达产物的检测鉴定 2.个体生物学水平鉴定 （1）生物体是否表达出目标性状及其表达水平——抗虫性、抗旱性、抗病性检测 【例】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 （2）基因工程产品的功能活性——比较基因工程产品与天然产品的功能活性 目的基因及其表达产物的检测鉴定 个体水平检测的具体方法及成功标志 转基因生物 鉴定方法 成功标志 抗虫植物 饲喂害虫（抗虫接种实验） 害虫死亡 抗病毒（菌植物） 病毒（菌）接种实验 未染病 抗盐植物 浇灌一定浓度的盐水 正常生长 抗除草剂植物 喷洒一定浓度的除草剂 正常生长 获取目的基因产物的转基因生物 提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较 功能、活性正常 课堂小结 组成：复制原点、启动子、终止子、目的基因、标记基因 利用个体生物学水平的检测目的基因是否表达 花粉管通道法、农杆菌转化法 显微注射法 Ca2+处理法 利用DNA分子杂交技术检测目的基因的有无 利用分子杂交技术检测目的基因是否转录 利用抗原-抗体杂交检查检测目的基因是否转录 目的基因的 检测与鉴定 构建 基因表达载体 目的基因 导入受体细胞 基因工程的基本操作程序 随堂小测 1.研究人员将PCR扩增得到的毒物诱导型启动子S（箭头表示转录方向）插入图中载体P区，构建表达载体，转入大肠杆菌，获得能够检测水中毒物的大肠杆菌。下列叙述不正确的是( ) A.PCR扩增启动子S时，图中引物I、Ⅱ分别加入BamH I、XhoI识别序列 B.用Ca2+处理大肠杆菌以便于转入构建好的表达载体 C.使用添加氨苄青霉素的培养基筛选转入载体的菌株 D.可通过转基因大肠杆菌的荧光情况判断水中是否含毒物 A 随堂小测 解析：根据启动子的方向、绿色荧光蛋白基因的位置以及终止子的位置可知，利用PCR扩增启动子S时，图中引物I、Ⅱ应分别加入Xho I、BamH I的识别序列，A错误；用Ca2+处理大肠杆菌可使大肠杆菌处于一种易于吸收周围环境中DNA分子的生理状态，便于转入构建好的表达载体，B正确；氨苄青霉素抗性基因为标记基因，可使用添加氨苄青霉素的培养基筛选转入载体的菌株，C正确；由题图可知，若水中有毒物，则绿色荧光蛋白基因能表达，故可通过检测转基因大肠杆菌的荧光情况判断水中是否含毒物，D正确。 随堂小测 2.在基因工程中，将目的基因导入不同的受体细胞使用的方法不同，下列叙述错误的是( ) A.将目的基因导入动物细胞，目前最常用的方式是显微注射 B.我国科学家独创的一种将目的基因导入植物细胞的方法是花粉管通道法 C.转基因动物的受体细胞一般是受精卵，然后由受精卵发育成转基因动物 D.农杆菌转化法可将目的基因导入各种植物细胞 解析：农杆菌转化法可将目的基因导入双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物来说并不适合，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，D错误。 D 随堂小测 3.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 解析：目的基因导入受体细胞后，首先要检测其染色体DNA上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键，A错误；PCR可用于检测目的基因是否转录，检测目的基因是否翻译用抗原—抗体杂交技术，B错误；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，C正确；抗虫、抗病检验属于个体生物学水平的鉴定，D错误。 C THANKS 谢谢观看 $