高二生物人教版選修3課件：專題1 12 基因工程的基本操作程序

1、專題11.2基因工程的基本操作程序目標導航1.結合教材圖16，整體把握并說出基因工程的基本操作程序。2.理解獲取目的基因的途徑及基因表達載體的構建。3.理解目的基因導入受體細胞的方法、檢測與鑒定目的基因的方法。1預習導學 挑戰(zhàn)自我，點點落實 2 課堂講義 重點難點，個個擊破3 對點練習 即時訓練，體驗成功預習導學 挑戰(zhàn)自我，點點落實一、目的基因的獲取(閱讀P811)1.基因工程的基本操作程序(1) 的獲取。(2)的構建。(3)將目的基因導入 。(4)目的基因的 。目的基因基因表達載體受體細胞檢測與鑒定5 1.2 基因工程的基本操作程序2.目的基因的獲取(1)目的基因主要是指 的基因，也可以是一

2、些具有的因子。(2)常見方法從基因文庫中獲取基因文庫的種類編碼蛋白質調控作用基因組文庫cDNA文庫6 1.2 基因工程的基本操作程序利用PCR技術擴增目的基因a原理： 。b條件： 、DNA模板、四種脫氧核苷酸。c過程：目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，與單鏈相應互補序列結合，然后在 作用下進行延伸，如此重復循環(huán)多次。d結果：每一次循環(huán)后，目的基因的量可以，即成指數形式擴增(約為2n，n為擴增循環(huán)的次數)。DNA雙鏈復制引物Taq酶引物DNA聚合酶增加一倍7 1.2 基因工程的基本操作程序人工合成法：如果基因比較小， 又已知，可借助用化學方法直接人工合成。核苷酸序列DNA合成儀8 1.2 基因

3、工程的基本操作程序二、基因表達載體的構建(閱讀P11)1.基因表達載體的功能使目的基因在受體細胞中 ，并且可以遺傳給下一代，使目的基因能夠 和發(fā)揮作用。2.基因表達載體的構成穩(wěn)定存在表達啟動子首端RNA聚合酶轉錄尾端RNA聚合酶終止子標記轉錄目的基因9 1.2 基因工程的基本操作程序3.基因表達載體的構建過程一般用同一種 酶分別切割載體和目的基因，再用酶把兩者連接。限制DNA連接10 1.2 基因工程的基本操作程序三、將目的基因導入受體細胞(閱讀P1113)1.轉化的概念目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內的過程。2.轉化的方法(1)導入植物細胞 法：將目的基因導入雙子葉植物和祼子植物。

4、法：將目的基因導入單子葉植物常用的方法。 法：我國科學家獨創(chuàng)的一種方法。維持穩(wěn)定和表達農桿菌轉化基因槍花粉管通道11 1.2 基因工程的基本操作程序(2)導入動物細胞方法： 技術。常用受體細胞：。(3)導入微生物細胞第一步：首先用 處理細胞，使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，這種細胞稱為細胞。第二步：將 溶于緩沖液中與 細胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收 ，完成轉化過程。顯微注射受精卵Ca2重組表達載體DNA分子感受態(tài)感受態(tài)DNA分子12 1.2 基因工程的基本操作程序四、目的基因的檢測與鑒定(閱讀P1315)1.分子水平檢測(連線)13 1.2 基因工程的基本操作程

5、序2.個體水平鑒定包括抗蟲、抗病的 實驗，以確定是否有抗性及抗性程度。基因工程產品需要與天然產品活性進行比較等。接種14 1.2 基因工程的基本操作程序預習診斷判斷正誤：(1)所有的目的基因都可從基因文庫中直接獲得。()(2)利用PCR技術能合成目的基因。()(3)標記基因的作用是為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。()(4)目的基因導入雙子葉植物一般采用農桿菌轉化法。()15 1.2 基因工程的基本操作程序(5)一種生物的cDNA文庫可以有許多種，但基因組文庫只有一種。()(6)基因表達載體中需要含有起始密碼、終止密碼、目的基因、標記基因。()(7)常用卵細

6、胞作為動物的受體細胞。()(8)檢測轉基因生物的染色體上是否插入了目的基因是目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵。()(9)檢測目的基因是否轉錄出mRNA是檢測目的基因是否發(fā)揮功能作用的第一步。()一、目的基因的獲取課堂講義 重點難點，個個擊破1.幾種獲取目的基因方法的比較方法基因文庫的構建PCR技術擴增 人工合成基因組文庫部分基因文庫(如cDNA文庫)17 1.2 基因工程的基本操作程序過程18 1.2 基因工程的基本操作程序優(yōu)點操作簡單專一性強可在短時間內大量擴增目的基因專一性強，可產生自然界中不存在的新基因缺點工作量大、盲目性大、專一性差操作過程較麻煩，技術要求過高需要嚴格控制溫度、技

7、術要求高適用范圍小19 1.2 基因工程的基本操作程序2.PCR技術與DNA復制的比較比較項目DNA復制PCR技術區(qū)別解旋方式解旋酶催化DNA在高溫下變性解旋場所細胞內(主要在細胞核內)細胞外(主要在PCR擴增儀中)酶解旋酶、DNA聚合酶耐熱的DNA聚合酶溫度細胞內溫和條件控制溫度，需90 95 高溫結果合成DNA分子合成DNA片段或基因20 1.2 基因工程的基本操作程序聯(lián)系(1)模板：均需要脫氧核苷酸雙鏈作為模板(2)原料：均為四種脫氧核苷酸(3)酶：均需DNA聚合酶(4)引物：都需要引物，使DNA聚合酶從引物的3端開始連接脫氧核苷酸21 1.2 基因工程的基本操作程序思維激活1.基因組文

8、庫和部分基因文庫有什么區(qū)別？答案基因組文庫包含一種生物的全部基因，部分基因文庫只包含一種生物的一部分基因。2.怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因呢？答案根據目的基因的有關信息，例如，根據基因的核苷酸序列、功能、在染色體上的位置、轉錄產物mRNA以及基因表達產物蛋白質等特性來獲取目的基因。22 1.2 基因工程的基本操作程序3.PCR過程中需要解旋酶嗎？所需要的DNA聚合酶應具有什么特點？答案PCR過程中，DNA雙鏈解開是在高溫下完成的，不需要解旋酶；由于PCR過程溫度較高，所以需要能耐高溫的DNA聚合酶。4.什么樣的基因適合用DNA合成儀直接人工合成？答案基因比較小，核苷酸序列又已知。 2

9、3 1.2 基因工程的基本操作程序應用示例1.下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是()從基因文庫中獲取目的基因利用PCR技術擴增目的基因反轉錄法通過DNA合成儀利用化學方法人工合成A B C D24 1.2 基因工程的基本操作程序問題導析 (1)PCR利用的是 原理，將雙鏈DNA之間的打開，變成DNA，作為聚合反應的模板。(2) 則是以目的基因轉錄成的信使RNA為模板，在逆轉錄酶的作用下，先反轉錄形成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈的DNA。則均不需要模板。答案DDNA雙鏈復制氫鍵單鏈反轉錄法、25 1.2 基因工程的基本操作程序一題多變 判斷正誤：(1)目的基因可以從自然界已有物種直接分離，也

10、可人工合成。()(2)目的基因就是指編碼蛋白質的基因。()(3)真核生物的基因中含有內含子，因此常用反轉錄法獲取目的基因。()(4)利用DNA合成儀可以在短時間內大量擴增目的基因。()26 1.2 基因工程的基本操作程序二、基因表達載體的構建與轉化1.基因表達載體的構建步驟(1)一般用同一種限制酶切割目的基因和質粒，使其產生相同的末端。(2)將切下的目的基因片段插入質粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成一個重組DNA分子(重組質粒)。構建過程如圖：27 1.2 基因工程的基本操作程序特別提醒：該過程把三種工具(兩種工具酶、一種載體)全用上了，是最核心、最關鍵的一步，在體外進行。28 1.2

11、 基因工程的基本操作程序2.將目的基因導入受體細胞的方法比較細胞類型方法說明特點植物細胞農桿菌轉化法目的基因插入到Ti質粒的TDNA上通過農桿菌進入植物細胞插入到植物細胞中的染色體DNA上目的基因表達經濟、有效，適合于雙子葉植物和裸子植物基因槍法目的基因包裹在微小的金粒或鎢粒表面用基因槍高速射入到受體細胞或組織中目的基因表達成本較高，是單子葉植物中常用的基因轉化方29 1.2 基因工程的基本操作程序植物細胞花粉管通法含目的基因的溶液滴加在柱頭上(或用含目的基因的溶液處理花粉粒)花粉粒吸入目的基因授粉目的基因表達簡便、經濟，我國科學家獨創(chuàng)動物細胞顯微注射技術目的基因片段受精卵的核內受精卵經胚胎早

12、期培養(yǎng)一段時間后移植到雌性動物的輸卵管或子宮內使其發(fā)育成轉基因動物最為有效的將目的基因導入動物細胞的方法30 1.2 基因工程的基本操作程序微生物細胞感受態(tài)細胞法Ca2處理微生物細胞感受態(tài)細胞將基因表達載體在緩沖液中與感受態(tài)細胞混合一定溫度下促使感受態(tài)細胞吸收DNA分子簡便、經濟、有效31 1.2 基因工程的基本操作程序歸納提煉32 1.2 基因工程的基本操作程序思維激活1.結合教材P13資料卡分析，用花粉管通道法導入受體細胞的目的基因是否需要和載體結合？試分析原因。答案需要。因為目的基因只有和載體結合成基因表達載體才容易在受體細胞中穩(wěn)定維持和表達。2.農桿菌轉化法利用了農桿菌的什么特性？答案

13、農桿菌中的Ti質粒上的TDNA(可轉移的DNA)可轉移至受體細胞，并且整合到受體細胞的染色體DNA上。33 1.2 基因工程的基本操作程序3.為什么動物的體細胞一般不作為受體細胞？答案動物體細胞全能性受到限制，不能發(fā)育為一個新個體。4.為什么微生物細胞適合作為基因工程的受體細胞？但若通過基因工程生產人的糖蛋白，從細胞器的功能分析是否可用大腸桿菌作為受體細胞呢？答案微生物細胞具有繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少的優(yōu)點。不可以，糖蛋白上的糖鏈是在內質網和高爾基體上加工完成的，而內質網和高爾基體存在于真核細胞中，大腸桿菌是原核生物，細胞中不含有這兩種細胞器。34 1.2 基因工程的基本操作程序5

14、.用于構建基因表達載體的質粒為什么必須具有啟動子和終止子？啟動子和終止子與起始密碼和終止密碼是一回事嗎？答案導入到受體細胞的目的基因的表達需要調控序列，因此在插入目的基因的部位之前需有啟動子，之后需有終止子。不是一回事，啟動子和終止子都在DNA上，在遺傳信息轉錄時起作用。啟動子是啟動轉錄的開始，終止子是DNA分子上決定轉錄停止的一段DNA序列，其組成單位都是脫氧核苷酸。而起始密碼子和終止密碼子都是mRNA上三個相鄰堿基。起始密碼子決定翻譯的開始，終止密碼子決定翻譯的停止。35 1.2 基因工程的基本操作程序應用示例2.農桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下感染植物，因而在植物基因工程

15、中得到了廣泛的運用。下圖為農桿菌轉化法的示意圖，試回答下列問題：36 1.2 基因工程的基本操作程序(1)一般情況下農桿菌不能感染的植物是_，利用農桿菌自然條件下感染植物的特點，能實現(xiàn)_。具體原理是在農桿菌的Ti質粒上存在TDNA片段，它具有可轉移至受體細胞并整合到受體細胞_上的特點，因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入到_ (部位)即可。解析一般農桿菌不能感染的植物是單子葉植物，可感染雙子葉植物和裸子植物。利用其感染性，可實現(xiàn)目的基因導入植物細胞。真正可轉移至受體細胞并整合到受體細胞染色體的DNA上的是農桿菌TDNA片段，因此目的基因必須插入到該部位才能成功。單子葉植物將目的基因導入植物細

16、胞染色體的DNATDNA片段(內部)37 1.2 基因工程的基本操作程序(2)根據TDNA這一轉移特點，推測該DNA片段上可能含有控制_(酶)合成的基因。解析 根據TDNA這一轉移特點，可以推測該DNA片段能控制合成DNA連接酶、限制酶以實現(xiàn)與雙子葉植物細胞染色體DNA的整合。DNA連接酶、限制酶38 1.2 基因工程的基本操作程序(3)圖中c過程中，能促進農桿菌向植物細胞轉移的物質是_ 類化合物。解析 植物細胞受傷后可產生酚類物質，促進農桿菌向植物細胞轉移。酚39 1.2 基因工程的基本操作程序(4)植物基因工程中除了農桿菌轉化法之外，還可采取_。(至少寫出兩種)解析 植物基因工程中除了農桿

17、菌轉化法之外，還有基因槍法和花粉管通道法等?；驑尫ā⒒ǚ酃芡ǖ婪?0 1.2 基因工程的基本操作程序一題多變 判斷正誤：(1)獲得上述轉基因植物的核心步驟是a。()(2)上題圖中過程b可以用Ca2處理細菌。()(3)用含有重組Ti質粒的土壤農桿菌去感染植物細胞，從而把目的基因導入植物細胞，在這個過程中所有細胞都導入了目的基因。()(4)農桿菌轉化法常用的受體細胞是花粉細胞。()41 1.2 基因工程的基本操作程序(5)在過程a中只需要DNA連接酶的參與。()(6)用含有重組Ti質粒的土壤農桿菌去感染植物細胞，要經過植物組織培養(yǎng)才能獲得表現(xiàn)出新性狀的植物。()(7)因病毒能夠侵染正常細胞，有的

18、病毒還能將自己的核酸整合到宿主細胞的染色體上，所以動植物病毒也可作為基因工程的載體。()42 1.2 基因工程的基本操作程序三、目的基因的檢測與鑒定43 1.2 基因工程的基本操作程序思維激活1.目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵是什么？如何檢測？答案目的基因是否插入受體細胞的染色體DNA上，這是其能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵。檢測方法是采用DNA分子雜交技術。44 1.2 基因工程的基本操作程序2.什么是基因探針？如何檢測目的基因是否開始發(fā)揮功能？答案基因探針是用放射性同位素標記的目的基因的單鏈DNA片段。從轉基因生物中提取mRNA，用標記的目的基因作探針，與mRNA雜交，如果顯示出雜

19、交帶，則表明目的基因轉錄出了mRNA，意味著目的基因開始發(fā)揮功能。45 1.2 基因工程的基本操作程序3.檢測目的基因是否翻譯出蛋白質的方法是什么？其原理是什么？答案抗原抗體雜交法。原理是抗原能與相應抗體特異性結合。4.檢測棉花中導入的抗蟲基因是否表達的最簡便的方法是什么？答案用葉片飼養(yǎng)棉鈴蟲，觀察棉鈴蟲是否死亡。46 1.2 基因工程的基本操作程序應用示例3.目的基因導入受體細胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性，只有通過鑒定和檢測才能知道。下列屬于目的基因檢測和鑒定的是()檢測受體細胞的染色體上是否有目的基因檢測受體細胞是否有致病基因檢測目的基因是否轉錄出了mRNA檢測目的基因是否翻譯出

20、了蛋白質A BC D47 1.2 基因工程的基本操作程序問題導析 (1)目的基因的檢測首先檢測轉基因生物的 上是否插入了目的基因。(2)其次檢測目的基因是否。(3)最后檢測目的基因是否 。答案CDNA轉錄出了mRNA翻譯出了蛋白質48 1.2 基因工程的基本操作程序一題多變 判斷正誤：(1)如果檢測出標記基因表達的性狀，說明載體已導入受體細胞。()(2)檢測目的基因是否翻譯成蛋白質是目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵。()(3)DNA探針用來檢測目的基因是否導入。()(4)鑒定轉化的基因是否成功表達，在分子水平上可應用的方法是抗原抗體雜交。()49 1.2 基因工程的基本操作程序課堂小結目

21、的基因的獲取利用PCR技術擴增人工合成基因表達載體目的基因檢測與鑒定50 1.2 基因工程的基本操作程序對點練習 1.基因工程的基本操作程序有：使目的基因與載體相結合；將目的基因導入受體細胞；檢測目的基因的表達是否符合特定性狀要求；提取目的基因。正確的操作順序是()A BC D51 1.2 基因工程的基本操作程序解析基因工程的主要操作步驟順序是：目的基因的獲取基因表達載體的構建將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測和鑒定。答案C52 1.2 基因工程的基本操作程序2.如圖為基因表達載體的模式圖，若結構X是表達載體所必需的，則X最可能是 ()A氨芐青霉素抗性基因B啟動子C限制酶DDNA連接酶53

22、1.2 基因工程的基本操作程序解析啟動子是該表達載體所必需的，功能是啟動插入基因的轉錄過程。氨芐青霉素抗性基因可以作為標記基因，但不是必須用它作標記基因。限制酶和DNA連接酶都不是表達載體所需要的。答案B54 1.2 基因工程的基本操作程序3.下列關于基因表達載體導入微生物細胞的敘述中，不正確的是()A常用原核生物作為受體細胞，是因為原核生物繁殖快，且多為單細胞，遺傳物質相對較少B受體細胞所處的一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)C感受態(tài)細胞吸收DNA分子需要適宜的溫度和酸堿度D感受態(tài)細胞吸收重組表達載體DNA分子的液體只要調節(jié)為適宜的pH即可，沒必要用緩沖液55 1.2 基因工程的基本操作程序解析將基因表達載體導入微生物細胞時，需在一定條件(如適宜的溫度、pH等)下，將基因表達載體和感受態(tài)的