3.2基因工程的基本操作程序 第2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，以抗虫棉培育实例导入，通过“游离杀虫基因进入棉花细胞的情况”分析，引导学生理解基因表达载体构建的必要性，搭建从实际问题到理论操作的学习支架。 其亮点在于以自主学习任务单驱动探究实践，通过限制酶选择原则分析等培养科学思维，结合农杆菌转化法等实例渗透结构与功能观（生命观念）。课堂小测结合具体案例强化知识应用，助力学生深化理解，也为教师提供高效教学工具。

第3章 第2节 基因工程的基本操作程序 第2课时 学习目标 01 阐明基因工程的原理和基本操作程序 02 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 游离的“杀虫(基因)”直接进入棉花细胞，一般会被分解，就算能表达，也不能随细胞分裂进行增殖，导致子代无该基因，若游离DNA能整合到染色体DNA上，或者能在细胞内独立稳定存在，能自我复制，则该游离DNA会随着细胞分裂传给子代。 苏云金芽孢杆菌 产生 Bt基因 直接导入 抗虫棉 培育 棉花细胞 核DNA × 基因表达载体 01 从社会中来 自主学习 任务单（一） 请同学们阅读教材P80的内容，思考讨论并回答下列问题： 1.基因表达载体的构建的目的？ 2.载体还需要哪些结构？各个元件有什么作用？ 3.目的基因插入什么位置？为什么？ 4.请文字和箭头表示基因表达载体的构建过程。 02 第二步：基因表达载体的构建 获得目的基因后直接转入受体吗？ 不是，游离的DNA片段进入受体细胞，一般会直接被分解，就算可以进行转录和翻译成蛋白质，游离的DNA片段也无法随着细胞分裂进行复制，导致子代细胞不再含有目的基因。 基因表达载体的构建是基因工程的核心工作 基因表达载体的作用 ①使目的基因在受体细胞中稳定存在且遗传给下一代; ②使目的基因在受体细胞中能够表达且发挥作用。 02 第二步：基因表达载体的构建 质粒 基因表达载体的组成 标记基因 复制原点 启动子 终止子 限制酶切位点 位于基因的上游，紧挨转录起始位点，是RNA聚合酶识别和结合的部位，具有驱动基因转录的作用。 位于基因下游，使转录在所需的地方停止下来。 供目的基因插入载体中 便于重组DNA的筛选 能够在受体细胞中自我复制或整合到受体DNA上 02 第二步：基因表达载体的构建 (1)基因工程中的基因表达载体≠载体： 基因表达载体与载体相比增加了 。 目的基因 (2)目的基因插入位点不是随意的：基因表达载体需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入 。 启动子和终止子之间的部位 诱导型启动子 诱导物 作用 激活或抑制 目的基因表达 诱导型启动子： 注意事项 02 第二步：基因表达载体的构建 同种限制酶或产生相同黏性末端的限制酶切割 DNA 连接酶 目的基因 限制酶切割位点 获取目的基因 限制酶切割位点 质粒 重组 DNA分子 限制酶 限制酶 02 第二步：基因表达载体的构建 限制酶 限制酶 DNA 连接酶 质粒 重组 DNA分子 目的基因与运载体的结合过程， 实际上是不同来源的基因重组的过程。 02 第二步：基因表达载体的构建 载体 目的基因 自连 片段间的连接 目的基因自连 质粒自连 目的基因与质粒连接 目的基因与目的基因连接 质粒与质粒连接 正向连接 反向连接 1 1’ 2 2’ 1 2 2’ 1’ 2 2’ 1’ 1 思考1：使用一种DNA限制酶进行切割，共有几种连接情况? 02 第二步：基因表达载体的构建 启动子下游和终止子上游。因为只有插入在启动子和终止子之间，目的基因才可以正常表达 思考2：构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在哪里？为什么？ 标记基因 启动子 插入目的基因 终止子 复制原点 限制酶切割位点 02 第二步：基因表达载体的构建 限制酶的选择原则 如图甲中可选择Pst Ⅰ，而不选择Sam Ⅰ。 所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择Sma Ⅰ。 (1)不破坏目的基因原则： (2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则： 02 第二步：基因表达载体的构建 (3)确保出现相同黏性末端原则： 限制酶的选择原则 与只使用Pst Ⅰ相比较，使用Pst Ⅰ和EcoR Ⅰ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点是什么？ ①可以防止质粒、目的基因的自身环化连接； ②还可以防止目的基因与载体的反向连接。 自主学习 任务单（二） 请同学们阅读教材P81的内容，思考讨论并回答下列问题： 1.总结将目的基因导入受体细胞的方法有哪些？ 各自适用于什么生物？ 2.农杆菌的特点？农杆菌转化法的原理。 3.请文字和箭头表示农杆菌转化法的过程。 03 第三步：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 导入植物细胞 导入动物细胞 导入微生物细胞 农杆菌转化法（常用） 花粉管通道法 ——显微注射法 ——Ca2+处理法 （我国科学家独创） 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，称为转化。 实质：将目的基因整合到受体细胞基因组中。 将目的基因导入受体细胞的方法 转化的概念： 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，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。 用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中； (1)花粉管通道法 （我国科学家独创的将Bt基因导入棉花细胞的方法） 操作方式： 03 第三步：将目的基因导入受体细胞 ——导入植物细胞 (2)农杆菌转化法 问号素材PPT 农杆菌 Ti质粒 将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物细胞。 03 第三步：将目的基因导入受体细胞 ——导入植物细胞 农杆菌细胞内含有 ，当它侵染植物细胞时，Ti质粒的_______可转移至被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的 。 ②转化原理： T-DNA 染色体DNA上 Ti质粒 T-DNA Ti质粒 大型环状DNA 农杆菌 能在自然条件下可侵染双子叶植物和裸子植物，(能产生吸引农杆菌的的化学物质)而对大多数单子叶植物没有侵染能力。 ①农杆菌的特点： 03 第三步：将目的基因导入受体细胞 ——导入植物细胞 03 第三步：将目的基因导入受体细胞 ③过程： 表现出新性状的植株 植物组织培养 第一次导入 第二次导入 第一次拼接 第二次拼接 将目的基因拼接到 Ti 质粒的 T-DNA上。 (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。 (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。 Ti质粒 T—DNA 目的基因 构建基因表达载体 重组 Ti质粒 转入农杆菌 导入植物细胞 ——导入植物细胞 03 第三步：将目的基因导入受体细胞 ——导入动物细胞 （1）常用方法： （2）受体细胞: 显微注射法 受精卵 ①体积大，易操作。②易表现出全能性。 （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 03 第三步：将目的基因导入受体细胞 ——导入微生物细胞 Ca2+ 处理大肠杆菌细胞，可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 感受态细胞 表达载体与感受态细胞混合 感受态细胞吸收DNA分子 大肠杆菌细胞 过渡 目的基因导入受体细胞后，是否能稳定维持和表达遗传特性呢？ Ca2＋处理 (1)操作方法： (2)过程： 42℃,1min 冰上3min 03 第三步：将目的基因导入受体细胞 受体细胞 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 常用方法 农杆菌转化法、花粉管通道法 显微注射技术 感受态细胞法 受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞 转化过程 以农杆菌转化法为例： 将目的基因插入Ti质粒的T­DNA上 ↓ 转入农杆菌中 ↓ 导入植物细胞 ↓ 整合到受体细胞的DNA上 提纯含目的基 因的表达载体 ↓ 显微注射 ↓ 受精卵发育 ↓ 具有新性 状的个体 Ca2＋处理细胞 ↓ 感受态细胞 ↓ 基因表达载体与 感受态细胞混合 ↓ 感受态细胞 吸收DNA分子 04 第四步：目的基因的检测与鉴定 在棉花细胞中，重组表达载体是否导入成功？是否可以稳定维持并表达出Bt蛋白？表达出的Bt蛋白是否具有杀虫的功效？ 1.分子水平检测 2.个体水平鉴定 ③检测目的基因是否翻译成蛋白质 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等 ②检测目的基因是否转录出了mRNA ①检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因 04 第四步：目的基因的检测与鉴定 (1)检测目的基因是否导入 如：检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因或检测Bt基因 ——通过PCR等技术检测 提取DNA PCR操作 是否扩增出目的基因 M：marker；1-阳性质粒；2：原始品系；3-9转Bt品系； 电泳操作 害虫死亡 抗虫棉 PCR琼脂糖凝胶电泳检测结果 分子水平的检测 04 第四步：目的基因的检测与鉴定 (2)检测目的基因是否转录出了mRNA 基本思路： 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； 提取受体细胞全部RNA，直接与基因探针置于同一培养液； 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。 分子水平的检测 方法：PCR扩增和DNA分子杂交技术 碱基互补配对原则 04 第四步：目的基因的检测与鉴定 (3)检测目的基因是否翻译 如：检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白 ——通过抗原-抗体杂交检测 苏云金芽孢杆菌 提取 Bt毒蛋白 注射小鼠体内 抗体 标记抗体 提取蛋白 电泳分离 抗原 抗体 杂交 04 第四步：目的基因的检测与鉴定 个体水平的检测 类型 检测内容 方法 个体生物学水平的鉴定 个体是否具有相应性状 或产物是否具有功能活性 抗虫、抗病的接种实验 产品功能活性比较 例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。 04 第四步：目的基因的检测与鉴定 个体生物学水平的鉴定具体方法举例 转基因生物 鉴定方法 成功标志 抗虫植物 抗病毒（菌）植物 抗盐碱植物 抗除草剂植物 获取目的基因产物的转基因生物 饲喂害虫（抗虫接种实验） 害虫死亡 病毒（菌）感染（抗病接种实验） 未侵染上病斑 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 05 课堂小结 基因工程的基本操作程序 目的基因的筛选与鉴定 导入植物细胞:农杆菌转化法、花粉管通道法 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 导入动物细胞:显微注射技术 导入微生物细胞:Ca2+处理法 分子水平的检测 个体水平的检测 ——通过PCR等技术检测 DNA片段的扩增及电泳鉴定 06 课堂小测 1.如图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法，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.不同基因表达载体的构建方法是不同的 C.图中启动子位于基因的上游，是DNA聚合酶识别和结合的部位 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 C 解析：基因工程的核心步骤确实是基因表达载体的构建，只有构建好合适的表达载体，才能将目的基因导入受体细胞并使其稳定存在和表达，A正确；不同的目的基因、不同的受体细胞，对应的基因表达载体构建方法是不同的，比如针对原核生物和真核生物的载体，在元件选择和构建策略上有差异，B正确；图中的启动子位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，而不是DNA聚合酶。DNA聚合酶主要参与DNA复制过程，RNA聚合酶负责启动转录过程，C错误；抗生素抗性基因作为标记基因，可以通过在培养基中添加相应抗生素，筛选出导入了目的基因的受体细胞，D正确。 06 课堂小测 2.下列关于基因工程中目的基因的检测和鉴定步骤的叙述，错误的是( ) A.可用PCR技术检测受体细胞染色体是否插入目的基因 B.可用PCR技术检测目的基因是否完成转录和翻译过程 C.可用抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否合成相应蛋白质 D.可在个体水平检测和鉴定目的基因是否稳定表达 B 解析：PCR技术可特异性扩增目的基因，若受体细胞染色体插入目的基因，PCR可扩增出目的基因片段，以此检测目的基因是否插入，A正确；PCR技术只能检测DNA水平(目的基因是否存在)，目的基因转录产物是mRNA，翻译产物是蛋白质，检测mRNA需用分子杂交技术，检测蛋白质需用抗原—抗体杂交技术，PCR无法检测转录和翻译过程，B错误；抗原—抗体杂交技术利用抗原与抗体特异性结合的原理，可检测受体细胞是否合成目的基因对应的蛋白质，C正确；目的基因检测和鉴定包括分子水平(基因、mRNA、蛋白质)和个体水平，个体水平可通过观察生物性状，检测目的基因是否稳定表达，D正确。 06 课堂小测 3.某科研团队计划将人胰岛素基因通过质粒导入枯草杆菌内进行表达。已知质粒上有两个抗性标记基因：基因M为抗四环素基因，基因N为抗氯霉素基因，且目的基因被插入到基因N内部，枯草杆菌自身不含任何抗性基因。下列叙述正确的是( ) A.导入枯草杆菌的质粒一定为重组质粒 B.抗生素抗性基因是目的基因正常表达的必要条件 C.成功导入重组质粒的枯草杆菌可在含氯霉素的培养基上生长 D.能在含四环素的培养基上生长的枯草杆菌不一定符合生产要求 D 解析：导入枯草杆菌的质粒可能是重组质粒或普通质粒，该选项表述错误。A错误；抗生素抗性基因是标记基因，用于筛选重组细胞，并非目的基因表达的必要条件，该选项表述错误。B错误；目的基因插入基因N内部，导致抗氯霉素基因失活，成功导入重组质粒的枯草杆菌不能在含氯霉素培养基上生长，该选项表述错误。C错误；能在含四环素培养基上生长的枯草杆菌，可能导入普通质粒或重组质粒，不一定符合生产要求，该选项表述正确。D正确。 感谢指正 Thanks To Correct Me $