第2节基因工程的基本操作程序
高中生物第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序第1课时获取目的基因与构建基因表达载体课件新人教版
(1)模板:均需要脱氧核苷酸单链作为模板
(2)原料:均为4种脱氧核苷酸
(3)酶:均需DNA聚合酶
(4)引物:都需要引物,使DNA聚合酶从引物开始进行互补链的
合成
2种引物的作用
【视角应用】
1.(2021山东聊城高二期中)下列有关PCR技术的叙述,错误的是( B ) A.PCR技术的原理是DNA半保留复制 B.变性过程中破坏的是磷酸二酯键 C.复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的 D.延伸过程中需要耐高温的DNA聚合酶、四种脱氧核苷酸等,无须添加ATP
(2)某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图),请 分别说明理由。
提示 第1组的引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效。第2组中引 物Ⅰ'自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效。 (3)如果PCR循环n次,则共需消耗多少对引物? 提示 共需消耗2n-1对引物。
【方法突破】
旁栏边角想一想 用PCR技术可以扩增mRNA吗? 提示 mRNA不可以直接扩增,需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。
结论语句辨一辨 1.PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应。
( ×) 2.用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。( √ ) 3.PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶。( × ) 4.PCR过程中需要模板DNA和一个引物分子。( × )
3.下图1、2分别表示载体和目的基因及其上的限制酶的切割位点。
(1)据图分析,构建基因表达载体时,能否用限制酶SmaⅠ切割质粒?为什么? 提示 不能。因为SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因。质粒上的抗性基因是标 记基因,便于重组DNA分子的筛选,若被破坏,无法进一步筛选。 (2)与只使用EcoRⅠ相比较,使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶同时处理质 粒、外源DNA的优点是什么? 提示 可以防止质粒和目的基因的自身环化以及目的基因与载体的反向连 接。
江苏专版2023_2024学年新教材高中生物第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序微专题
针对训练
1. 某校学习小组进行 实验，甲、乙、丙三名同学分别以酵母菌为材料，进行 扩增，各取 产物进行凝胶电泳，得到的结果如下图。下列叙述错误的是( )
D
A.凝胶 端靠近电泳槽的负极接线柱B.甲同学设置的 循环次数可能比乙同学多C.丙同学所用的引物可能与甲、乙同学的不一样D.丙同学扩增得到的片段比甲、乙同学的要大
典例突破
例3 肾上腺脑白质营养不良 是伴 染色体隐性遗传病（致病基因用 表示）。少数女性杂合子会患病，这与女性核内两条 染色体中的一条会随机失活有关。下图1为某患者家族遗传系谐图，利用图中四位女性细胞中与此病有关的基因片段进行 ，产物经酶切后的电泳结果如图2所示 基因含一个限制酶切位点， 基因新增了一个酶切位点 。下列叙述正确的是( )
6. [2023江苏卷]为了将某纳米抗体和绿色荧光蛋白基因融合表达，运用重组酶技术构建质粒，如图1所示。请回答下列问题：
图1
（1） 分别进行 扩增片段 与片段 时，配制的两个反应体系中不同的有_____________，扩增程序中最主要的不同是 __________。
模板、引物
第三章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序
第2节基因工程的基本操作程序一、目的基因的筛选与获取1．培育转基因抗虫棉的四个步骤(1)目的基因的筛选与获取。
(2)基因表达载体的构建。
(3)将目的基因导入受体细胞。
(4)目的基因的检测与鉴定。
2．目的基因的筛选与获取目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
主要指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。
(1)筛选合适的目的基因：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
(2)利用PCR获取和扩增目的基因①PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在生物体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
②目的：快速扩增目的基因。
③原理：DNA半保留复制。
④基本条件：DNA模板、4种脱氧核苷酸、2种引物、耐高温的DNA聚合酶、缓冲液。
⑤过程a．变性：当温度上升到90 ℃以上时，双链DNA解聚为单链。
b．复性：温度下降至50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
c．延伸：温度升至72 ℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。
⑥结果：每一次循环后，目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n，n为扩增循环的次数)。
⑦鉴定：采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物。
⑧仪器：PCR扩增仪。
(3)在获得转基因产品的过程中，还可以通过构建基因文库来获取目的基因。
【强化记忆】图1、图2分别是PCR扩增技术相关过程，请思考回答：(1)图1所示利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段？提示第3轮。
(2)图2是某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理，请分别说明理由。
提示第1组：引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效。
基因工程的基本操作程序+第2课时+示范教案
第2节基因工程的基本操作程序（第2课时）◆教学目标1．列举将目的基因导入植物细胞、动物细胞和微生物细胞的方法。
2．列举检测与鉴定目的基因在受体细胞中是否稳定维持和表达其遗传特性的方法。
3．能够用流程图的形式概括出基因工程的操作程序。
4．针对人类生产或生活中的某一需求，能运用基因工程技术尝试设计并获得某一转基因产品的方案。
◆教学重难点【教学重点】1．将目的基因导入受体细胞的方法。
2．目的基因的监测与鉴定。
【教学难点】农杆菌转化法。
◆教学过程【新课引入】教师展示资料：研究人员将一种海鱼的抗冻蛋白基因afp整合到土壤农杆菌的Ti质粒上，然后用它侵染番茄细胞，获得了抗冻的番茄品种。
【学生活动】阅读上述资料，思考抗冻番茄培育过程中的目的基因和运载体分别是什么？（抗冻蛋白基因afp，Ti质粒）如何构建基因表达载体？（学生复习上一节课的内容）重组Ti质粒侵染番茄细胞属于基因工程中的哪一步操作？（将目的基因导入受体细胞）如何检测才能证明转基因抗冻番茄转化成功呢？【过渡】先来认识什么是转化呢？【新知讲解】一、将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
【教师活动】引导学生思考，根据生物学知识，受体细胞可能有哪些种类？提示：（1）植物细胞——体细胞或受精卵（植物容易诱导全能性表达）（2）动物细胞——受精卵（全能性最高）（3）微生物细胞——大肠杆菌（使用最广泛）（一）将目的基因导入植物细胞【教师活动】教师结合植物花的结构讲授花粉管通道法，并向学生阐述，“花粉管通道法”是我国科学家独创的一种方法，增强学生的民族自信心。
1．花粉管通道法方法一：用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。
方法二：在植物授粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借花粉管通道进入胚囊。
2．农杆菌转化法【学生活动】学生自主阅读教材81页资料卡中“农杆菌转化法”的内容，思考为什么选择农杆菌？它具有的怎样的优势？“农杆菌转化法”操作流程是怎样的？提示：可侵染植物细胞；具有T-DNA。
第二节 基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取
6、利用PCR技术扩增目的基因
30次循环后靶序列扩增的数量
一、目的基因的获取
7、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成基因
如果基因比较小，已知核苷酸序列或已知的氨基酸序列，就可以 用人工合成基因： 蛋白质 推测 mRNA的核 推测 结构基因的 化学合成 的氨基 目的基因 苷酸序列 核苷酸序列 酸序列
五、思考与探究
1.作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？ 为什么？ 不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还 需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。必须构建 上述元件的主要理由是： （1） 生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因的启 动子才能比较导入受体生物中无法转录； （3） 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记； （4） 为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其他调 控元件，如增强子等； （5） 有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位， 往往要加上可以标识存在部位的基因（或做成目的基因与标识基因 的融合基因），如绿色荧光蛋白基因等。
二、基因表达载体的构建—— 核心
6.构建基因表达载体的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在， 并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。 7.请思考： 将目的基因直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，结 果会怎样？ 有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物中的总DNA 提取出来，通过注射或花粉管通道法导入受体植物，没有进行表达 载体的构建，这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定什么基 因导入了受体植物。此法目前争议颇多，严格来讲不算基因工程。
二、基因表达载体的构建—— 核心
5.基因表达载体的组成： 复制原点+目的基因+启动子+终止子+标记基因 启动子：位于基因的首端的一段特殊的 DNA片断，它是RNA聚合酶识别和结合的 部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA， 最终获得蛋白质 终止子：位于基因的尾端的一段特殊的 DNA片断，能终止mRNA的转录 标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中 是否含有目的基因，从而将有目的基因 的细胞筛选出来
第3章第1节第2课时基因工程的基本操作程序课件--苏教版2019 高中生物选择性必修3
(2)从RNA方面检测受体细胞 ①方法：分子杂交技术。 ②操作：从待测转基因生物细胞中提取mRNA分子，用已标记 的目的基因片段 作为探针与mRNA杂交，观察是否出现杂交带。
(3)从蛋白质方面进行检测 ①方法：抗原—抗体杂交 。 ②操作：从待测转基因生物中提取蛋白质，再用相应的抗体进 行抗原—抗体杂交，观察是否出现 杂交带。 (4)从个体水平进行鉴定：检测转基因生物是否表现出目的基因 控制的性状。
③过程 将目的基因插到农杆菌Ti质粒的 TDNA 特定区段上→转入 农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞染色体的 DNA 上→目的 基因稳定的遗传和表达
(2)将目的基因导入动物细胞 ①主要方法：显微注射法。 ②操作对象： 受精卵。 ③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。
限制酶 BamHⅠ
HindⅢ
EcoRⅠ
Sma Ⅰ
识别序
列及切
割位点
图2 图1
①构建基因表达载体时，能否用Sma Ⅰ酶切割质粒？为什么？
提示：不能；因为Sma Ⅰ会破坏质粒的抗性基因。质粒上的抗 性基因是标记基因，便于重组DNA分子的筛选，若被破坏，无法进 一步筛选。
②与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶 同时处理质粒、外源DNA的优点是什么？
NO.1 必备知识·聚焦概念
一、基因工程的基本操作程序 1．目的基因的获取 (1)通过化学合成法直接人工合成目的基因 ①对于比较小的目的基因，在明确脱氧核苷酸序列后，可以通 过DNA合成仪直接人工合成。 ②全基因或较大基因，使用半合成 的生物体 全部基因片段 的重组DNA 的克隆群体。 特点：受体菌群中的不同个体含有该种生物的不同基因拷贝， 整个菌群所含有的基因拷贝便可能涵盖了该生物的所有基因 。 筛选方法：一般采用核酸探针杂交 的方法。
人教版高中生物选修3专题1第2节基因工程的基本操作程序(共42张PPT)
目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌 抗虫基因、植物抗病基因（抗病毒、抗细菌)、人胰 岛素基因等。
（一）获取目的基因的常用方法有哪些?
初始目的基因的来源 1. 从生物中直接获取 2. 人工合成
注意：要保持基因的完整性
目的基因的核苷酸序列未知）含有某种生物不同基因的许多DNA片断， 导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有 这种生物的不同基因，称为基因。基因基因组
部分基因 （如:cDNA）•9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。2021/8/122021/8/12Thursday, August 12, 2021 •10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2021/8/122021/8/122021/8/128/12/2021 9:54:53 PM •11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习……（这）是教育过程的逻辑。2021/8/122021/8/122021/8/12Aug-2112-Aug-21 •12、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。2021/8/122021/8/122021/8/12Thursday, August 12, 2021
PCR技术扩增与DNA复制的比较
碱基互补配对 四种脱氧核苷酸
模板、能量、酶
DNA在高温下 变性解旋
体外复制
解旋酶催化 细胞核内
热稳定的DNA聚合酶 细胞内的DNA聚合酶
大量的DNA片段 形成整个DNA分子
3.人工合成
——根据已知的氨基酸序列合成DNA 蛋白质的氨基酸序列
人教版高中生物学选择性必修3生物技术与工程精品课件 第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序
酶的主要原因是
。
答案:(1)解旋酶 加热至90 ℃以上 氢键
(2)Taq DNA聚合酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活
知识点一
知识点二
知识点三
知识点四
解析:(1)体内进行DNA复制时,需用解旋酶破坏氢键使双链DNA解旋,而 利用PCR技术扩增目的基因时,是借助高温加热至90 ℃以上使DNA变性。 (2)PCR反应体系中进行互补链的合成时,温度需控制在72 ℃左右,则应使 用耐高温的DNA聚合酶,即Taq DNA聚合酶,而不能使用大肠杆菌DNA聚 合酶(高温下会失活)。
知识点一
知识点二
知识点三
知识点四
(2)在PCR技术中,为什么不直接加入解旋酶对DNA进行解旋?为什么要 求所加入的DNA聚合酶具有耐高温的特性?子链的合成为什么需要引物?
提示:DNA解旋酶既可以打开双链模板DNA,又可以打开模板DNA与引 物结合的部分,会导致复制与解旋不断地重复,达不到扩增效果。因 此,PCR反应中利用高温代替解旋酶使DNA解旋。PCR反应需要高温变性, 因此需要耐高温的DNA聚合酶。DNA聚合酶只能将单个的脱氧核苷酸连 接到已有的短单链核酸上,因此需要一段已知序列的短单链核酸作为引物。
知识点一
知识点二
知识点三
知识点四
3.启动子、终止子与起始密码子、终止密码子的区别
项目 本质 位置
作用
启动子
终止子
起始密码子 终止密码子
有特殊序列结构 有特殊序列结构 mRNA上三个 mRNA上三个
的DNA片段
的DNA片段 相邻碱基
相邻碱基
基因上游
基因下游
mRNA首端 mRNA尾端
RNA聚合酶识别
和结合的部位,驱 终止转录
基因工程的基本操作程序
构建基因表达载体的目的
a、使目的基因在受体细胞中稳定遗传的 、 b、使目的基因复制并遗传给下一代 、 c、同时使目的基因能表达和发挥作用。 、同时使目的基因能表达和发挥作用。
(二)基因表达载体的构建
—— 核心
1.用一定的_________切割 限制酶 1.用一定的_________切割 用一定的_________ 质粒， 质粒，使其出现一个切 黏性末端 露出____________ ____________。 口，露出____________。 同一种限制酶 2.用_____________切断目 2.用_____________切断目 的基因，使其产生_____ 的基因，使其产生相同 _____ 的黏性末端 ____________。 ____________。 切口 3.将切下的目的基因片段插入质粒的______ 3.将切下的目的基因片段插入质粒的______处， 将切下的目的基因片段插入质粒的_____ 再加入适量___________ ___________， DNA连接酶 再加入适量___________，形成了一个重组 DNA连接酶 DNA分子 重组质粒） 分子（ DNA分子（重组质粒）
cDNA合成过程是：第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与 合成过程是：第一步，反转录酶以 为模板合成一条与RNA 合成过程是 为模板合成一条与 互补的DNA单链，形成 单链， 杂交分子。 互补的 单链 形成RNA-DNA杂交分子。第二步，核酸酶 使 杂交分子 第二步，核酸酶H使 RNA-DNA杂交分子中的 杂交分子中的RNA链降解，使之变成单链的 链降解， 杂交分子中的 链降解 使之变成单链的DNA。第三 。 以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的 为模板， 步，以单链 为模板 聚合酶的作用下合成另一条互补的 DNA链，形成双链 分子。 链 形成双链DNA分子。 分子
基因工程的基本操作程序+第3课时+示范教案
第2节基因工程的基本操作程序（第3课时）◆教学目标1．了解PCR和电泳鉴定的基本原理。
2．尝试进行PCR的基本操作，并用电泳鉴定PCR产物。
◆教学重难点【教学重点】DNA片段的扩增及电泳鉴定。
【教学难点】DNA片段的扩增及电泳鉴定。
◆教学过程【新课引入】引导学生通过复习前两课时的知识导入新课。
1．基因工程的四个操作步骤是什么？提示：（1）目的基因的筛选与获取；（2）基因表达载体的构建；（3）将目的基因导入受体细胞；（4）目的基因的检测与鉴定。
2．获取目的基因的方法有哪些？提示：PCR获取和扩增目的基因、基因文库、人工合成。
3．基因表达载体需要具备哪些成分？提示：目的基因、标记基因、启动子、终止子。
4．导入不同的受体细胞采用的方法分别是什么？提示：（1）植物细胞：花粉管通道法、农杆菌转化法；（2）动物细胞：显微注射法；（3）原核生物细胞：Ca2+处理法。
5．目的基因的检测和鉴定有哪些水平？提示：（1）分子水平检测：DNA和mRNA用PCR等技术、蛋白质用抗原-抗体杂交；（2）个体生物学水平的鉴定。
【过渡】基因工程的操作是DNA水平，那如何对DNA片段进行扩增和鉴定呢？【新知讲解】一、实验原理【学生活动】阅读教材84页前两段的内容，了解PCR和电泳鉴定的基本原理。
1．DNA片断的扩增（1）利用PCR可以在体外进行DNA片断的扩增。
（2）PCR利用了DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。
注意：复性时不一定均为引物与DNA模板结合，也存在DNA解开的两条单链的结合，因此一般在PCR实验中引物的投入量远大于产物量。
（3）PCR仪实质上就是一台能够自动温控的仪器，一次PCR一般要经过30次循环。
2．DNA片段的电泳鉴定（1）DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH条件下，这些基团可以带上正电荷和负电荷。
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。
（2）PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。
1.2 基因工程的基本操作程序
分裂 含目的基因 分化 的受精卵
雌性动物输 发育 转基因
卵管或子宫
动物
为什么将目的基因导入动物细胞常用的受体细 胞是受精卵？
（三）导入微生物细胞 Ca2+ 处理法
1. 过程 （1）制备感受态细胞：用Ca2+（CaCl2）处理细菌，使细 菌易于接受外源DNA分子。 （2）重组DNA分子与感受态细胞混合孵育，完成转化。
呼吸酶基因
胰岛素基因
ATP酶 基因
胰岛B细胞的mRNA上含有部分的基因
胰岛A细胞的DNA上含有全部的基因
呼吸酶基因
胰高血糖素基因
胰岛素基因
抗体基因
ATP酶 基因
……
转基录因的选择性表达
呼吸酶基因
胰高血糖素基因
ATP酶 基因
胰岛A细胞的mRNA上含有部分的基因
浆细胞的DNA上含有全部的基因
呼吸酶基因
基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、 土壤农杆菌和动植物细胞等。
导入受体细胞的方法 ，因受体细胞的不同而不同。
（一）导入植物细胞
（1）农杆菌转化法
①适用范围： 易感染双子叶植物和裸子植物，对
大多数单子叶植物没有感染能力
②原理： Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞，并整合到受
体细胞染色体的DNA上。
胰高血糖素基因
胰岛素基因
抗体基因
ATP酶 基因
……
转基录因的选择性表达
呼吸酶基因
抗体基因
ATP酶 基因
抗体细胞的mRNA上含有部分的基因3. 基因的构建（1）基因组的构建
提取某生物 用适当限 全部DNA 制酶切割
许 多 与载体连接导片段）
的原理．
基因工程的基本操作程序
1.2基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取（三种方法）1.从基因文库中获取：（1）分类：①基因组文库：含有某种生物的全部基因；② cDNA文库：含有某种生物的部分基因（2）基因文库的构建过程：略（课本P10；注意两种文库的区别）2.PCR技术扩增目的基因（1）概念：短时间内在体外大量复制DNA的技术。
（2）原理：DNA双链复制（3）条件：模板、Taq酶、引物（单链DNA片段，能与模板链互补配对）、4种脱氧核苷酸（4）过程：变性→退火→延伸3.通过DNA合成仪用化学方法人工合成：目的基因比较小，核苷酸序列已知第二步：基因表达载体的构建（核心步骤）1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在和表达，并且可以遗传给下一代2.组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因（+复制原点）（1）启动子（RNA聚合酶结合位点）：位于基因的首端，能驱动基因转录出mRNA（2）终止子：位于基因的尾端，终止转录①启动子和终止子位于DNA上；起始密码子和终止密码子位于mRNA上②真核生物的基因结构非编码区：不能转录出mRNA,但能调控基因的表达（含有启动子和终止子）基因外显子：转录出的mRNA能翻译出蛋白质编码区（原核生物的基因无外显子和内含子之分）（能转录形成mRNA）内含子：转录出的mRNA不能翻译出蛋白质（加工时被剪切）第三步：将目的基因导入受体细胞1.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2.常用的转化方法：①导入植物细胞：主要是农杆菌转化法，其次还有基因枪法和花粉管通道法等农杆菌能感染双子叶植物和裸子植物（植物受损伤时，伤口处细胞分泌大量酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞），农杆菌中Ti质粒的T-DNA能转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上②导入动物细胞：最常用的方法：显微注射技术。
受体细胞：受精卵③导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少最常用的原核细胞是大肠杆菌，方法：感受态法（Ca2+处理法，增强细胞壁的通透性）第四步：目的基因的检测与鉴定目的基因是否成功导入：DNA分子杂交技术（用到基因探针）分子水平目的基因是否成功转录出mRNA：分子杂交技术（从细胞中提取mRNA，用检测基因探针与其杂交，观察是否形成杂交带）目的基因是否成功翻译成蛋白质：抗原—抗体杂交技术个体生物学水平鉴定：做抗虫、抗病接种实验；或将植物移栽至盐碱地；功能活性对比①基因探针：用放射性同位素标记含有目的基因的（单链）DNA片段②转基因实验成功的标志：成功表达出相关蛋白质和性状。
人教版高中生物选择性必修第3册 第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序(一)
转基因抗虫棉
非转基因抗虫棉
以转基因抗虫棉为例 学习基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的筛选与获取 第二步：基因表达载体的构建 第三步：将目的基因导入受体细胞 第四步：目的基因的检测与鉴定
转基因抗虫棉
非转基因抗虫棉
第一步：目的基因的筛选与获取
★ 什么是目的基因？
[资料一] 棉花本身不具有抗虫基因。苏云金杆菌有一种抗虫基因，能 表达出抗虫蛋白来杀死棉铃虫。利用基因工程将抗虫基因导 入棉花细胞，培育出自身就能抵抗虫害的棉花新品种。
（1）图中科学家在进行①操作时，要使用的酶是__________ ___限__制__酶__和__D_N_A_连__接__酶____。
（2）图中Ⅱ由目的基因、____启__动__子_____、 ___终__止__子______、 ___标__记__基__因____、复制原点等组成。
（3）基因工程基本操作程序的核心是_基__因__表__达__载__体__的__构__建__。
[资料二] 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。健康人含有胰岛素基因，能 表达胰岛素，从而降低血糖浓度。大肠杆菌本身不具有胰岛 素基因。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆 菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。
在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞 性状或获得预期表达产物等的基因就是目的基因。
大肠杆菌后，采用含有不同抗生素的平板进行筛选，得到A、B、C、D四
种菌落，其生长情况如下表（“＋”代表生长，“－”代表不生长）。
根据表中结果判断，含有重组质粒的菌落是
( B)
平板 无抗 菌落 生素
氨苄青 霉素
四环素
氨苄青霉素 +四环素
菌落A +
+
新教材2025版高中生物第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序学生用书新人教版选择性必修3
第2节基因工程的基本操作程序课堂互动探究案课程标准阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获得、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定。
素养达成1.结合生产实例，举例说出基因工程的基本操作程序。
(科学思维)2．针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。
(科学探究)设疑激趣我国是棉花生产和消费的大国。
棉花在种植过程中，常常会受到一些害虫的侵袭，其中以棉铃虫最为常见。
棉铃虫可以使棉花产量削减三分之一，严峻时，甚至能使一片棉田绝收。
大量施用农药杀虫不仅会提高生产成本，还可能造成农产品和环境的污染。
要是能培育出自身就能反抗虫害的棉花新品种，这一问题就会迎刃而解，我国拥有自主学问产权的转基因抗虫棉就是在这样的背景下产生的。
为什么传统的杂交育种方法培育不出抗虫棉，基因工程却可以呢？基因工程是如何进行操作的？它给我们的生产和生活带来了怎样的影响？夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂学习主题一目的基因的筛选与获得活动1 阅读下列材料，思索并回答下列问题：巴西等拉美国家深受致倦库蚊的危害。
致倦库蚊可携带多种病毒和寄生虫，能够传播脑炎、丝虫等传染病，而这些传染病常年在拉美国家肆虐。
为了抑制疾病的传播，科学家培育出了一种转基因雄性致倦库蚊。
科学家在雄性致倦库蚊体内植入一种特别基因，当具有该基因的雄蚊与野生雌蚊交配时，这种基因可以进入雌蚊的基因组，并使雌蚊死亡，从而达到削减该种蚊子的数量，抑制疾病传播的目的。
1．该项探讨的目的基因是什么？其作用是什么？2．利用PCR技术扩增该特别基因须要供应哪些条件？3．什么是引物？PCR过程中为什么须要引物？4．PCR过程中两种引物的碱基序列能否互补？说明理由。
5．假如在某基因组定位了一个目的基因X，但是其核苷酸序列未知，现已知X邻近区域的上、下游的部分DNA序列，此时如何设计引物？活动2 阅读下列材料，思索回答下列问题：实时荧光RT－PCR(逆转录PCR)在诊断新型冠状病毒感染中发挥着关键作用，该方法是提取检测者的mRNA在试剂盒中逆(反)转录出cDNA，并大量扩增，同时利用盒中荧光标记的新型冠状病毒核酸探针来检测PCR产物中是否含有新型冠状病毒的cDNA，在检测过程中，随着PCR的进行，反应产物不断累积，“杂交双链”荧光信号的强度也等比例增加，可通过荧光强度的变更监测产物量的变更。
原创12：1.2 基因工程的基本操作程序
目的基因的mRNA
反转录
单链DNA(cDNA)
合成
双链DNA (即目的基因)
（2）化学合成法：根据已知的氨基酸序列合成DNA
根据已知蛋白质的氨 基酸序列，推测出相应的 信使RNA序列，然后按照碱 基互补配对原则，推测出 它的结构基因的核苷酸序 列，再通过化学方法，以 单核苷酸为原料合成目的 基因。
练习
1）以下说法正确的是
（C）
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B、质粒是基因工程中唯一的运载体
C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制 酶切点，以便与外源基因连接
D、基因控制的性状都能在后代表现出来
2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制
（D）
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
• 将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
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。
（1）导入植物细胞 农杆菌转化法
农杆菌：感染双子叶植物和裸子植物
此外，还有基因枪法、花粉管通道法。
（2）导入动物细胞 显微注射法
（3）将目的基因导入微生物细胞
• 目的基因的提取方法从基因中获取目的基因人工合成目的基因
反转录法 化学合成法
利用聚合酶链式反应（PCR） 特异性地扩将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌 的群体中储存,各个受体菌分别含:
5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。
在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的
步骤是
2基因工程的基本操作程序
C、总mRNA
D、tRN的许多DNA片段，导入某个
c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下， 合成与模板互补的__D_N__A_链__。
3、人工合成法：
基因较小，核苷酸序列已知，可以 利用DNA合成仪人工合成
1、原核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游
启动子
编码区
非编码区
编码区下游 终止子
与RNA聚合酶结合位点
启动子：位于基因的首端的一段特殊的DNA片断， 它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能 驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质库叫做基因组文
库
D、含有一种生物的一部分基因的基因叫cDNA2、利用PCR技术扩增目的基因
（2）利用PCR技术扩增目的基因
PCR——聚合酶链式反应 是一项生物体外复制特定DNA片
段的核酸合成技术。 通过此技术，可获取大量的目的基因。
A、限制酶只在获得目的基因时才用
B、重组质粒的形成在细胞内完成
C、质粒都可作为运载体
D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料
5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计
施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行
碱基互补配对的步骤是
（ C）
A、人工合成目的基因
B、目的基因与运载体结合
C、将目的基因导入受体细胞
PCR技术
原理： DNA复制
前提：
一段已知目的基因的核苷酸序列
原料
模板DNA； DNA引物； 四种脱氧核苷酸；
热稳定DNA聚合酶（Taq酶）
PCR扩增仪
方式
：以__指数___方式扩增，
3-2 基因工程的基本操作程序(教学课件)——高中生物人教版(2019)选择性必修3
转基因抗虫棉 DNA合成仪
一.目的基因的筛选与获取 （3）利用PCR获取和扩增目的基因
PCR技术：PCR是_聚__合___酶__链__式__反__应_的缩写，是一项根据__D__N_A__半__保__留复制 的原理，在_体__外_提供参与DNA复制的_各__种组___分_与_反_ 应_条__件____，对 目__的___基__因__的__核___苷__酸__序_ 列_进行_大___量__复制__的技术；
培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？
转基因抗虫棉(使棉铃虫死亡，左) 与非转基因抗虫棉(右)
从社会中来
培育转基因抗虫棉的简要过程
1.目的基因的 筛选与获取
与载体拼接
2.基因表达 载体的构建
抗虫基因
普通棉花 （无抗虫特性）
3.将目的基因 导入受体细胞
导入 棉花细胞
重组DNA分子
4.目的基因的 检测与鉴定
害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞 膜穿孔，最后造成害虫死亡。 2.抗虫棉中的Bt抗虫蛋白会不会对人畜产生危害？
Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环 境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸 性，肠道细胞也没有特异性受体，因此，Bt抗 虫蛋白不会对人畜产生上述影响。
一.目的基因的筛选与获取 3.筛选合适目的基因 ①筛选方法之一
2.原则：_碱___基__互__补__配___对__原__则___ (A-__T___;C-___G___)
（3）利用PCR获取和扩增目的基因 ①DNA复制所需的基本条件:
参与的组分
解旋酶（体外用高温代替） DNA母链
4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶
（体外用耐高温的DNA聚合酶）
基因工程的基本操作程序
用适当的限制酶酶切
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
小结：将目的基因导入受体细胞
生物种类 常用方法 受体细胞
植物细胞 农杆菌转化法；
基因枪法； 花粉管通道法。
植物体细胞
动物细胞 显微注射技术
动物受精卵
微生物细胞 Ca2+处理法 原核细胞
转化过程
将目的基因插入到Ti质 粒的T-DNA上→农杆菌→ 导入植物细胞→整合到 受体细胞的DNA→表达
三、将目的基因导入受体细胞
1
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。
2 常用的受体细胞： 大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物 细胞等。
3 目的基因导入受体细胞的原理： 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
1、目的基因导入植物细胞的方法 （1）农杆菌转化法
①农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物， 对大多数单子叶植物没有感染能力。
基因中内含子(位于编码蛋白 质
某种生物的部分基因 于在不知道目的基因核苷酸序列的情 况下：目的基因的有关信息。 如：根据基因的核苷酸序列
（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法——抗原-抗体杂交
Bt毒素蛋白
抗体
苏云金杆菌
组 织 培 养 化脱 分
将Bt毒蛋白注射 小鼠体内
从小鼠血管抽出血液分 离出抗Bt毒素的抗体
提 蛋白质
取
出现杂 交带
2、鉴定——个体水平的鉴定
抗虫、抗病接种实验，活性比较实验
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、人工合成
生物学案：基因工程的基本操作程序
1．2 基因工程的基本操作程序1．简述基因工程的原理及基本操作程序。
2．尝试设计某一转基因生物的研制过程。
一、目的基因的获取1．从基因文库中获取目的基因将含有某种生物不同______的DNA片段导入________的群体中储存，各个________分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库。
基因文库包括两种：________文库，即包含一种生物所有基因的文库；________文库，即只包含一种生物的一部分基因的文库，如______文库。
2．利用PCR（1）PCR的含义:是一项在生物______复制特定DNA片段的核酸合成技术。
（2）目的：短时间内大量扩增目的基因。
(3）原理：__________。
（4）过程：第一步,加热至90～95 ℃，________________。
第二步，冷却至55～60 ℃，________________________________________________。
第三步，加热至70～75 ℃，________________________________________________。
如此重复循环多次.（5）特点：指数形式扩增。
3．用化学方法人工合成如果基因比较____，核苷酸序列又已知，也可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。
二、基因表达载体的构建基因表达载体的组成：必须有启动子、________、终止子以及________等。
1．启动子启动子是一段有特殊结构的______片段,位于基因的首端，是____________________的部位,可驱动基因______。
2．终止子终止子也是一段______短片段，位于基因尾端,使______在需要的地方停止。
3．标记基因标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有________，从而将含有________的细胞筛选出来。
三、将目的基因导入受体细胞1．转化________进入受体细胞内,并且在受体细胞内________和______的过程,称为转化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四、目的基因的检测与鉴定
1 导入过程完成后，全部受体细胞都能摄 入重组DNA分子吗？ 真正能摄入重组DNA分子的受体细胞很少。
2 目的基因进入受体细胞后，是否都能稳定 维持和表达？ 不一定，需要检测
1、鉴定——分子水平的鉴定
（1）检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了 目的基因
方法—— DNA分子杂交技术 基因探针：放射性同位素等标记的DNA分子
推测
mRNA的核苷酸序列
推测
基因的核苷酸序列
化学合成
目的基因
思考：化学法合
成的目的基因含内含 子、启动子和终止子 吗？
人工合成法（真核生物）
反转录法 目的基因的信使RNA
单链DNA
合成
目的基因
化学合成法
肽链氨基酸序列
推测
信使RNA序列
推测
基因的核苷酸序列
合成
目的基因
课堂小结
1 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。
2 常用的受体细胞： 大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌 和动植物细胞等。
3 目的基因导入受体细胞的原理： 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
1、目的基因导入植物细胞的方法 （1）农杆菌转化法
①农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植 物，对大多数单子A
限制酶
许多DNA片段
与运载体连接导入受体菌群体基因组某种生物某个时期的mRNA
反转录 cDNA
与运载体连接导入受体菌群体cDNA基因的结构非编码区
编码区
非编码区
原核
启动子
真核
RNA聚合酶 结合位点
外显子
内含子 终止子
原核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游
启动子
编码区
非编码区
编码区下游 终止子
与RNA聚合酶结合位点 编码区 ：编码蛋白质 ,连续不间断
基因结构
①不编码蛋白质。
非编码区 ②调控遗传信息表达,上 游的RNA聚合酶结合位点:
真核细胞的基因结构
非编码区
编码区上游
启动子
编码区
非编码区
编码区下游
终止子
基因结构
与RNA聚合酶 结合位点 外显子内含子1. 从基因中获取目的基因 1. 基因的概念:
将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的 群体中，各个受体菌分别含情况下，便于获得所需的目的基因
4、目的基因的检测与鉴定 在受体细胞中稳定遗传和正 确表达。
一、目的基因的获取
1 目的基因主要是编码蛋白质的基因： 如：与生物抗性相关的基因、与优良品质相 关的基因、与生物药物和保健品相关的基因、 与毒物降解相关的基因、与工业用酶相关的 基因、具调控作用的因子等。
合成
外显子：能编码蛋白质的序列 编码区
内含子：不能编码蛋白质的序列
非编码区 ：有调控作用,上游有RNA聚合 酶结合位点(启动子)。
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
不同点 相同点
原核细胞
真核细胞
编码区是 _连_续___的
编码区是间隔的 、不_连__续__的
都由能够编码蛋白质的_编__码__区_和具 有调控作用的非_库：只包含了、人工合成
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
1 目的： 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可 以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达 和发挥作用。
2 基因表达载体的组成： 复制原点+目的基因+启动子 +终止子+标记基因
探针
15N
15N
转基因生 14N 物的DNA 14N
变性 变性
1、鉴定——分子水平的鉴定 （2）检测目的基因是否转录出了mRNA
方法—— 分子杂交技术
探针
15N
15N
变性
转基因生物 的mRNA
14N
14N
1、鉴定——分子水平的鉴定பைடு நூலகம்
（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法——抗原-抗体杂交
Bt毒素蛋白
小结：将目的基因导入受体细胞
生物种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 Ca2+处理法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
将目的基因插入到 Ti质粒的T-DNA上 →农杆菌→导入植 转化过程 物细胞→整合到受 体细胞的DNA→表 达
Ca2+处理细胞 将含有目的基因 →感受态细胞 的表达载体提纯 →重组表达载 →取卵（受精卵 体与感受态细 ）→显微注射→ 胞混合→感受 受精卵发育→获 态细胞吸收DNA 得具有新性状的 分子 动物
【拓展深化】 工具酶只有两种：限制酶在操作程序1、2中用到且 要求用同一种，目的是产生相同的黏性末端；DNA 连接酶只在操作程序2中用到。
课堂练习
4、基因工程是在DNA分子水平上进行设计施
工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基
互补配对的步骤是
（ ）C
A、人工合成目的基因
B、目的基因与运载体结合
C、将目的基因导入受体细胞
可以
部分基因可以
2.利用PCR技术扩增目的基因
1 概念： PCR全称为_多__聚__酶__链__式__反__应__，是一项 在生物体__外__复制_特__定__D_N_A_片__段_的核酸合成技术。
2 原理：DNA复制 原料：模板DNA；DNA引物；四种脱氧核苷 酸；热稳定DNA聚合酶
3 前提： 已知目的基因的一段核苷酸序列
①程序
目的基因表达载体提纯
显微注射
受精卵
取卵（受精卵） 新性状动物
3、将目的基因导入微生物细胞
①微生物作受体细胞原因：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
②常用菌：大肠杆菌
③常用法：Ca2+处理获得感受态细胞
④过程：
Ca2+处理 大肠杆菌
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
d.重复a.b.c步骤：每重复 一次，目的基因增加一___倍
PCR技术的操作过程
PCR反应体系中目的基因成指数(2n)形式扩增
PCR技术扩增与DNA复制的比较
DNA复制
PCR技术
场所
主要在细胞核内
体外复制
原理
碱基互补配对原则
碱基互补配对原则
条件 解旋方式
四种脱氧核苷酸、模 板、酶、ATP
解旋酶催化解旋
第2节基因工程的基本操作 程序
基因工程基本操作的四个步骤
有了目的基因，我们才能赋
1、目的基因的获取 予一种生物以另一种生物的 遗传特性。
使目的基因在受体细胞中稳
2、基因表达载体的构建 定存在，并可进行遗传、表 达和发挥作用 载体进入受体细胞稳定表达
3、目的基因导入受体细胞 ，才能实现一种生物的基因 在另一种生物中的转化。 才能确定目的基因是否真正
抗体
苏云金杆菌
将Bt毒蛋白注 射小鼠体内
从小鼠血管抽出 血液分离出抗 Bt毒素的抗体
提取 组织培养 脱分化
蛋白质
出现 杂交带
2、鉴定——个体水平的鉴定
抗虫、抗病接种实验，活性比较实验
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。
课堂练习
2、下列属于获取目的基因的方法的是( D技术 ⑤利用DNA转录 ⑥人工合成 A.①②③⑤ B.①②⑤⑥ C.①②③④ D.①②④⑥
课堂练习
3、有关基因工程的叙述正确的是 （ D）
A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料
思 考 编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核
细胞提取某种生物的全部DNA
用适当的限制酶酶切
一定大小的DNA片段
将DNA片段与载体连接
重组载逆转录法：
提取某种生物的某器官 或特定发育时期的mRNA
受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基 因完成了表达吗？
不能，受体细胞必须表现出特定的性 状，才能说明目的基因完成了表达。
课堂练习
1、有关基因工程的叙述中，错误的是( A) A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起
来 B、限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、人工合成目的基因不用限制性内切酶
反（逆）转录酶
单链DNA
DNA聚合酶
双链DNA片段
与载体连接
重组载体cDNA与原基因相同吗？
真核细胞的cDNA的获取
非编码区 基因 启动子
不含非编码 序列。即不 含非编码区
和内含子
编码区
非编码区
转录 剪接 逆转录 复制
终止子
RNA聚合酶 剪接有关的酶
③适用：单子叶植物
1、目的基因导入植物细胞的方法
（3）花粉管通道法：将目的基因导入植物细胞
①操作方法：在植物花受粉后，花粉形成花 粉管还末愈合前期，剪去柱头，然后，滴入 DNA（含的基因）使目的基因借助花粉管通 道进入受体细胞
② 特点:十分简便经济。
③例：转基因抗虫棉
2、将目的基因导入动物细胞
①方法：显微注射法
aP、CDRNA技变术性的（操90℃作-过95程℃）
：双链DNA模板在热作用下
，氢_键____断裂，形成单链DNA
________ b、退火（复性55℃-65℃） ：系统温度降低，引物与
DNA模板结合，形成局双部链
________。
c、延伸（70℃-75℃）：在 Taq酶的作用下，合成与模
板互补的_D_N__A_链___。