基因工程的基本操作程序課件高二下學期生物人教版選擇性必修3

高中生物選擇性必修三第三章·第二節(jié)第二節(jié)基因工程的基本操作程序GeneticallyengineeredBasicoperatingprocedures核心素養(yǎng)結(jié)合實例，采用文字和圖示方式說明基因工程的基本操作程序。生命觀念01科學探究02社會責任03運用結(jié)構(gòu)與功能觀等觀念理解PCR技術(shù)的過程、原理、條件等。利用基因工程技術(shù)和方法獲得人類生產(chǎn)或生活所需產(chǎn)品。課標要求明確基因工程操作的涉及的技術(shù)以及方法。010203闡明基因工程的基本操作程序及其主要步驟。聯(lián)系基因工程與實際生產(chǎn)生活的關(guān)系及應用。新課導入右圖展示的是2014年5月14日《農(nóng)民日報》刊發(fā)的文章《一切成果都是為國分憂為民解難》的內(nèi)容。文章介紹了科學家郭三堆克服困難，成功培育我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的先進事跡以及轉(zhuǎn)基因抗蟲棉所產(chǎn)生的社會效益和經(jīng)濟效益。新課導入1997年，我國政府首次批準商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。到2015年，我國已育成轉(zhuǎn)基因抗蟲棉新品種100多個，減少農(nóng)藥用量40萬噸，增收節(jié)支社會經(jīng)濟效益450億元。為什么傳統(tǒng)的雜交育種方法培育不出抗蟲棉，基因工程卻可以？轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗蟲的機制是什么？新課導入?yún)^(qū)分蘇云金桿菌、Bt抗蟲蛋白和Bt

基因。Bt

基因是從蘇云金芽孢桿菌中分離的基因，能夠控制Bt抗蟲蛋白的合成，具有高度專一的殺蟲特性，對靶標害蟲有效，對人類和有益昆蟲無毒害作用。因而Bt基因是培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉較為合適的目的基因。蘇云金桿菌Bt抗蟲蛋白Bt

基因含有控制合成殺死目標害蟲操作步驟想要培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，主要需要四個步驟：01目的基因的篩選與獲取02基因表達載體的構(gòu)建03目的基因?qū)胧荏w細胞04目的基因的檢測與鑒定目的基因的篩選與獲取01目的基因什么是目的基因，怎么能夠確定我們所需要的目的基因？在基因工程的設(shè)計和操作中，用于改變受體細胞

或獲得預期

等的基因就是目的基因。概念性狀表達產(chǎn)物它主要是指編碼

的基因。蛋白質(zhì)生物抗逆性優(yōu)良品質(zhì)生產(chǎn)藥物毒物降解工業(yè)用酶目的基因所以，如果我們想要獲取抗蟲棉，就需要將抗蟲基因?qū)肫胀藁ǖ腄NA上。Bt基因是培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉較為合適的目的基因。如今我們已經(jīng)知道了目的基因的概念和原理。那么如何從眾多基因中篩選出我們需要的目的基因呢？目的基因的篩選在培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉之前，科學家不僅掌握了Bt基因的序列信息，也對Bt基因的表達產(chǎn)物__________________有了較為深入的了解。認識基因結(jié)構(gòu)和功能的技術(shù)方法：_______________技術(shù)、遺傳序列數(shù)據(jù)庫、______________工具。有效方法從相關(guān)的________________和_________________的基因中進行篩選。已知結(jié)構(gòu)功能清晰實例分析Bt抗蟲蛋白DNA測序序列比對目的基因的獲取將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。從“基因文庫”中獲取目的基因。基因文庫基因組文庫：包含一種生物的全部基因部分基因文庫：包含一種生物的一部分基因(如cDNA文庫）種類劃分目的基因的獲取什么是cDNA文庫，如何獲得目的基因？cDNA文庫某種生物基因組轉(zhuǎn)錄的全部mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的cDNA片段與適當?shù)妮d體連接后導入受體菌，這樣包含著全部mRNA信息的cDNA克隆集合稱為cDNA文庫?；蛱结樣肈NA探針從基因文庫中準確提取目的基因，根據(jù)目的基因的核苷酸序列制成一段與之互補的核苷酸短鏈，并用同位素標記，即成為探針。用這一探針探查基因文庫中已經(jīng)變性的DNA片段，如果有一個DNA片段能和探針片段互補而結(jié)合成雙鏈（分子雜交），這一片段即含有所需要的基因。兩種文庫的比較cDNA文庫基因組文庫文庫大小有無啟動子有無內(nèi)含子基因數(shù)量物種間的基因交流大小有無有無某種生物的全部基因某種生物的部分基因部分基因可以可以比較項目目的基因的獲取還有哪些方式，可以獲取目的基因？在我國首批具有較高抗蟲活性的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育過程中，科學家人工合成了目的基因。反轉(zhuǎn)錄法或采用DNA合成儀人工合成長度不是很大的DNA片段（基因序列已知）具體方法目的基因的mRNA單鏈DNA雙鏈DNA(即目的基因)反轉(zhuǎn)錄合成目的基因的獲取也可使用DNA合成儀合成核苷酸序列較短的目的基因。已知氨基酸序列的蛋白質(zhì)mRNA的核苷酸序列目的基因的核苷酸序列目的基因推測推測合成目的基因的獲取現(xiàn)在，常用PCR特異性地快速擴增目的基因。PCR是聚合酶鏈式反應的縮寫。原理根據(jù)

的原理。DNA半保留復制在體外提供參與DNA復制的各種組分與反應條件，對目的基因的核苷酸序列進行大量復制的技術(shù)。穆里斯目的基因的獲取PCR是一項體外復制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。什么情況下適合用PCR技術(shù)呢？適用條件獲取核苷酸序列已知或部分已知的目的基因。PCR的進行需要滿足于哪些條件？可以結(jié)合DNA的復制條件考慮。目的基因的獲取DNA復制所需要的條件參與的組分在DNA復制時的作用解旋酶（體外用高溫代替）打開DNA雙鏈DNA母鏈提供DNA復制的模板4種脫氧核苷酸合成DNA子鏈的原料DNA聚合酶催化合成DNA子鏈引物使DNA聚合酶能夠從引物的3’端開始連接脫氧核苷酸PCR反應DNA模板、分別與兩條模板鏈結(jié)合的2種__________、四種______________、____________________________。引物脫氧核苷酸耐高溫的DNA聚合酶是一小段能與______________的一段堿基序列________

______的短單鏈核酸。用于PCR的引物長度通常為20~30個核苷酸。DNA母鏈條件引物互補配對單個引物中的堿基不能互補配對，兩個引物之間不能有兩個以上連續(xù)堿基互補序列。PCR反應下面的核苷酸序列能作為引物嗎？判斷5’GGCAGTCTGCCAGTCTAC3’5’GGCAGTCTGCCAGTCTAC3’GACGG5’TCTGCCAGTCTAC3’發(fā)卡結(jié)構(gòu)PCR反應真核細胞和細菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。PCR反應緩沖溶液中一般要添加Mg2+。環(huán)境條件同時，通過控制溫度使DNA復制在體外能夠反復進行。具體是通過怎樣的過程來操作實現(xiàn)的呢？PCR反應過程第一步變性DNA模板溫度上升到

90℃以上，雙鏈DNA解聚為單鏈。待擴增的DNA模板PCR擴增儀（900C以上）PCR反應過程第二步復性當溫度下降到50℃左右時，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合。單鏈DNA引物1引物2+引物與DNA結(jié)合PCR反應過程第三步延伸溫度上升到72℃左右時，4種脫氧核替酸在耐高溫的DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈。引物與DNA結(jié)合DNA聚合酶作用第一輪產(chǎn)物PCR反應過程第四步重復循環(huán)多次第一輪循環(huán)的產(chǎn)物作為第二輪反應的模板，經(jīng)過變性、復性和延伸三步產(chǎn)生第二輪循環(huán)的產(chǎn)物。第一輪產(chǎn)物第二輪第三輪第三輪亦是如此。PCR反應過程結(jié)果每次循環(huán)后目的基因的量增加一倍，即成_______形式擴增(約為2n)。每次循環(huán)后會產(chǎn)生什么結(jié)果？指數(shù)目的基因目的基因思考·討論Q1第幾輪最先獲得目的基因？母鏈母鏈思考·討論Q2復制n輪需要幾種引物？多少個引物呢？需要2

種引物。復制n輪形成2n個DNA分子，即有2n+1個DNA單鏈。每個單鏈能與一個引物結(jié)合，但最初的兩條模板連不結(jié)合引物。所以，需要2n+1-2個引物。PCR技術(shù)DNA復制項目條件原理解旋場所酶結(jié)果相同點不同點比較PCR和DNA復制4種脫氧核苷酸、能量、模板、酶半保留復制；堿基互補配對原則高溫下變性解旋解旋酶催化，邊解旋邊復制體外復制(30多次)主要在細胞核內(nèi)熱穩(wěn)定的DNA聚合酶細胞內(nèi)的DNA聚合酶大量的DNA片段形成整個DNA分子瓊脂糖凝膠電泳上述過程可以在PCR擴增儀（PCR儀）中自動完成，完成以后，通常采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產(chǎn)物。瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產(chǎn)物思考·討論Q3用PCR可以擴增mRNA嗎？mRNA不可以直接擴增，需要將它逆轉(zhuǎn)錄成cDNA再進行擴增。1.逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成互補的DNA鏈，形成RNA-DNA雜交分子。2.核酸酶H降解RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈，使之變成單鏈DNA。3.以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。小結(jié)獲取目的基因的方法從基因文庫中獲取目的基因基因文庫反轉(zhuǎn)錄法或采用DNA合成儀人工合成人工合成利用PCR技術(shù)擴增目的基因（基因序列部分或全部已知）PCR技術(shù)當堂檢測Q1下列不屬于獲得目的基因方法的是（)A.從基因文庫中獲取B.利用人工合成法獲得C.利用PCR技術(shù)大量獲得D.利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法獲得D解釋農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是把目的基因?qū)胧荏w細胞的方法，而不是獲得目的基因的方法。當堂檢測Q2下列關(guān)于cDNA文庫和基因組文庫的說法中，不正確的是（）BA.cDNA文庫中只含有某種生物的部分基因，基因組文庫中含有某種生物的全部基因B.如果某種生物的cDNA文庫中的某個基因與該生物的基因組文庫中的某個基因控制的性狀相同，則這兩個基因的結(jié)構(gòu)也完全相同C.cDNA文庫中的基因沒有啟動子D.一種生物的cDNA文庫包含的基因種類要比基因組文庫少當堂檢測Q3在基因較小、序列信息已知的情況下，獲取目的基因的最方便方法是（)AA.化學合成法B.基因組文庫法C.cDNA文庫法D.多聚酶鏈式反應解釋目的基因的序列未知的情況下，可以采用從基因文庫中獲取目的基因。目的基因比較小，核苷酸序列已知的情況下常采用人工合成法。當堂檢測Q4PCR是一種體外迅速擴增DNA片段的技術(shù)。下列有關(guān)該技術(shù)的敘述，不正確的是（）DA.PCR技術(shù)的原理是DNA復制B.變性過程中利用高溫使DNA雙鏈解開C.復性過程中引物與DNA模板