3.1基因工程及其技术（第2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中的聚合酶链式反应（PCR）技术，系统涵盖PCR原理、条件、过程及电泳鉴定，通过“知识回顾——DNA的复制”衔接体内复制与体外扩增，搭建学习支架帮助学生理解技术本质。 其特色在于融合科学思维与探究实践，通过对比表格明晰PCR与体内DNA复制差异，结合具体实验步骤、结果分析及随堂小测，培养学生实验操作与结果辨析能力。课堂小结梳理知识脉络，助力学生构建完整认知，也为教师提供高效教学资源。

第一节 基因工程及其技术 第三章 基因工程 学习目标 1.简述PCR的原理、条件及过程 2.尝试进行PCR的基本操作并电泳鉴定PCR的产物 目录 1.聚合酶链式反应（PCR）技术 2.利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 聚合酶链式反应（PCR）技术 1.含义 聚合酶链式反应简称PCR，是目的DNA片段（目的基因）的体外扩增技术 PCR仪 2.原理 DNA半保留复制（在体外大量复制目的基因的核苷酸序列） 3.原料 DNA模板、引物、4种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶 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 （长度通常为20-30个核苷酸） 知识回顾——DNA的复制 【知识回顾】DNA的复制 （1）特点：半保留复制、边解旋边复制 （2）条件 模板：DNA的两条链 原料：4种游离的脱氧核苷酸 能量：ATP 酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等 （3）复制原则 碱基互补配对原则（A与T、C与G配对保证复制的准确进行） 聚合酶链式反应（PCR）技术 聚合酶链式反应（PCR）技术 4.反应步骤 （1）变性 在约 94 ℃高温下，作为模板的双链 DNA 解旋（变性）为两条单链DNA 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 变性 双螺旋解开 聚合酶链式反应（PCR）技术 （2）退火 反应体系的温度降至约55℃，2条引物分别与对应单链DNA上的特定部位配对 5’ 3’ 3’ 5’ 复性 3’ 5’ 两种引物 3’ 5’ 【注意】 复性温度过高会破坏引物与模板碱基互补配对 复性温度过低，会造成引物与模板结合位点增加，导致非特异性产物增加 聚合酶链式反应（PCR）技术 （3） 延伸 反应体系的温度回升到约72℃（Taq酶催化作用的最适反应温度），4种脱氧核苷三磷酸根据碱基互补配对原则，在Taq酶的作用下连接到引物3′端之后，使引物链延伸，并形成互补的DNA双链 5’ 3’ 3’ 5’ 延伸 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 聚合酶链式反应（PCR）技术 第一轮循环的产物作为第二轮反应模板，经过变性、复性和延伸三步产生第二轮循环产物 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 聚合酶链式反应（PCR）技术 第二轮循环的产物作为第三轮反应模板，经过变性、复性和延伸三步产生第三轮循环产物 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 继续上述循环，产物 DNA 的数量呈指数式增长。最后在约72℃保持7～10min，使产物延伸完整 聚合酶链式反应（PCR）技术 5.PCR技术的应用 （1）广泛应用于医学及分子生物学领域，如：病原体鉴定、遗传病诊断 、免疫学研究、癌基因探索及某些疾病治疗等 （2）在古生物学、法医学等方面也有广泛的应用 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 【实验目的】 1.尝试运用 PCR 仪扩增 DNA 片段 2.关注 PCR 技术的应用 3.学习琼脂糖凝胶电泳检测 DNA 片段的方法和技术 【PCR扩增实验原理】 （1）扩增DNA片段的过程包括变性、退火和延伸等步骤的多次循环 （2）理论上，每经过一个循环，样本中DNA片段的数量增加一倍，新形成的链又可成为新一轮循环的模板，经过n个循环后，DNA片段数量可扩增至原来的2n倍 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 【实验原理】 （3）PCR反应体系包括：DNA模板、反应缓冲液、dNTP(dATP、dCTP、dGTP、dTTP)、人工合成的DNA引物对、Taq酶等 （4）在不同阶段，还需要控制PCR仪反应系统的不同温度 【DNA片段电泳鉴定的原理】 DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 PCR和体内DNA复制的差异 PCR 细胞核内DNA复制 场所 试管中 细胞内 方式 半保留全连续局部区域复制 半保留半不连续全链复制 起始位点 引物3’端 复制起始位点 酶 仅一种DNA聚合酶（Taq酶） 多种酶 反应条件 温度变幅大 温和 解旋 高温解旋 解旋酶解旋 引物 DNA片段，保留在复制的子链中 RNA片段，不保留在复制的子链中 产物 引物界定的片段 核基因组 循环次数 人为设置 与细胞分裂同步 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 【实验器材和试剂】 （1）器材：PCR仪、琼脂糖凝胶电泳系统、凝胶成像仪或紫外透射仪、微孔加热器(微量恒温仪)、微量取液器、PCR管、枪头等 （2）试剂：DNA模板、dNTP混合物、Taq酶、双蒸水、10×PCR缓冲液等 PCR仪 微量离心管 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 【实验步骤】 （1）采用微量取液器，在0.2mLPCR管内配制50μL反应体系 （2）按下述程序进行扩增 PCR反应体系的配方 10倍浓缩的扩增缓冲液 5ul 2.5mmol/l 的4种脱氧核苷酸的等量混合液 4ul 10umol/l 的引物I 2ul 10umol/l 的引物II 2ul H2O 35ul Taq酶 1U 模板DNA 1ul ① 94℃ 预变性 5min ② 94℃ 变性 1min ③ 55℃ 退火 1min ④ 72℃ 延伸 2min ⑤ 重复步骤②~④，30个循环 ⑥ 72℃延伸7~10min 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 （3）电泳分析 进行此实验需要配制质量分数为1%的琼脂糖凝胶液(1×TAE)、50μL PCR扩增产物和6μL凝胶加样缓冲液等试剂，操作时维持恒压80V1.5～2h 电泳鉴定实验时，采用凝胶成像仪或紫外透射仪观察和记录电泳结果。 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 【产物鉴定】 （1）Marker（M）：标准样，一个已知分子质量的DNA样品作为对照，用来确定待测样品中DNA的相对分子质量 （2）DNA荧光条带 ①条带的有无：代表是否成功扩增出待测样品中的DNA 若无条带，常见原因有：无DNA模板，引物设计不合适 ②条带的亮度：代表扩增的DNA数量，越亮代表DNA数量越多 ③条带的位置：常代表DNA的大小。一般距离点样孔越远，说明跑得越快，DNA的分子质量越小 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 【结果分析】 （1）你是否成功扩增出DNA片段的判断依据是什么？ 在紫外灯下直接观察DNA条带的分布及粗细程度（条带的分布代表扩增产物的类型；条带的粗细代表扩增产物量的多少）。 2.分析PCR反应中变性时温度低、时间短和退火时的温度过低对实验结果分别产生什么影响？ 变性时温度低、时间短可能导致未出现扩增条带；退火时的温度过低可能导致出现非特异性扩增条带。 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定 3.通过电泳条带能否确定扩增产物一定是所需的DNA 片段？为什么？ 不能；因为电泳条带仅能显示扩增片段的大致长度，不能显示精准的DNA碱基数量，也不能呈现碱基序列。 4.复性的过程一定是引物与DNA模板链结合吗？ 复性时引物与DNA模板的结合是随机的，也存在解开的两条DNA单链的结合，但两条模板链重新结合的概率较低。 ①模板链一般比较长，比引物复杂得多，重新结合的概率较低 ②加入引物的量足够多，而模板链数量少，引物与模板之间的碰撞结合机会，远远高于模板互补链之间的碰撞机会 课堂小结 基因工程及其技术 聚合酶链式反应（PCR）技术 利用PCR技术扩增DNA片段 并完成电泳鉴定 过程：变性、退火、延伸 原理：DNA半保留复制 电泳、结果鉴定与分析 PCR技术 随堂小测 1.PCR技术的每轮循环可以分为变性、复性、延伸三步。引物与其模板链形成的杂合分子的解链温度称为引物的Tm值。下列叙述正确的是( ) A.引物与模板链的结合属于延伸过程 B.变性过程的温度一般要低于复性过程 C.复性过程的温度应设置为略低于Tm值 D.引物的Tm值越接近，引物之间越容易结合 解析：引物与模板链的结合属于复性过程,A错误;变性的目的是使DNA解聚成单链,变性过程的温度一般要高于复性过程,B错误;引物与其模板链形成的杂合分子的解链温度称为引物的Tm值,复性过程的温度应设置为略低于Tm值,否则引物不易与模板链结合,C正确;引物的Tm值要接近,有利于引物在同一温度下与模板DNA的结合,从而提高扩增的特异性和效率,D错误。 C 随堂小测 2.利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似，过程如图所示。下列叙述错误的是( ) A.引物A与引物B之间不能发生碱基互补配对 B.退火的目的是让两种引物与单链DNA相结合 C.第二轮循环产生的DNA分子中，有的含有两种引物序列 D.第二轮循环产物中会出现两条链长度相等的DNA片段 D 随堂小测 解析：如果引物A和引物B发生碱基互补配对则不能与相应模板链结合，无法完成子链的延伸，故引物A与引物B之间不能发生碱基互补配对，A正确。退火的目的是让两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合，B正确。DNA复制为半保留复制，第二轮循环即DNA复制2次，共形成4个DNA分子，其中含有最初模板链的2个DNA分子含有引物A或引物B的序列，其余2个DNA分子均含有引物A和引物B的序列，C正确。引物A和引物B的结合序列均不在该片段的端点，因此第一轮循环后，得到的两DNA片段中两条脱氧核苷酸链都不等长，可推知第二轮中也不会出现等长的引物，所以在第二轮循环产物中不会出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段，D错误。 随堂小测 3.PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，下列有关PCR过程的叙述，正确的是( ) A.待扩增的DNA两条链的解旋过程需要酶的催化 B.所用引物的长度越短，与模板链结合的特异性越强 C.在子链的形成过程中，dNTP可以提供原料和能量 D.与细胞内DNA复制相比，PCR所需要的酶对高温比较敏感 解析：A、PCR过程中DNA的解旋是通过高温加热实现的，不需要解旋酶的催化，A错误；B、引物的长度越短，与模板链结合的特异性越弱，越长则特异性越强，B错误。C、dNTP是脱氧核苷三磷酸，在子链形成过程中，可提供脱氧核苷酸原料，其水解的高能磷酸键可提供能量，C正确；D、PCR所用的Taq酶是热稳定DNA聚合酶，对高温不敏感，D错误。 C THANKS 谢谢观看 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $