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人教版 (2019)选择性必修3第2节 基因工程的基本操作程序优秀教学课件ppt
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这是一份人教版 (2019)选择性必修3第2节 基因工程的基本操作程序优秀教学课件ppt，文件包含第2节基因工程的基本操作程序课件pptx、第2节基因工程的基本操作程序教案doc、DNA琼脂糖电泳操作mp4等3份课件配套教学资源，其中PPT共27页， 欢迎下载使用。
阐述基因工程的原理和基本操作及PCR的基本操作。1.文化基础：明确基因工程的操作步骤及PCR扩增技术的应用。2.自主发展：尝试进行PCR扩增获取产品。3.社会参与：利用基因工程技术和方法获得人类生产或生活所需产品。
自上个世纪90年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉区持续性大发生或爆发，给棉花生产带来了巨大的威胁，棉农谈“虫”色变，仅1992年一年即造成直接经济损失60多亿元，间接损失超过100亿元，对整个国民经济发展造成了很大影响。同时由于棉铃虫的大爆发，防虫治虫使棉花的生产成本增加，植棉的比较效益降低。 1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国己育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。
阅读P76—83，回答下列问题
2.基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤?
3.基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些?
1.转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗?培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤?
培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤:_________________________、基因表达载体的构建、_________________________________、目的基因的检测与鉴定。
将目的基因导人受体细胞
一、目的基因的筛选与获取
(1)概念：用于改变___________________或获得____________________等的基因。
(2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是____________________。
2．筛选合适的目的基因
(1)较为有效的方法：从相关的__________________和________________的 基因中进行筛选。 (2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物___________________有了较为深入的了解。 (3)认识基因结构和功能的技术方法：____________________技术、遗传序列数据库、_______________________工具。
3．利用PCR获取和扩增目的基因
(1)PCR的含义：PCR是________________________的缩写，它是一项根据________________________的原理，在体外提供_________________的各种组分与反应条件，对______________________________进行大量复制的技术。
(2)条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种______________、四种____________________、______________________________。
引物是一小段能与________________的一段碱基序列________________的短单链核酸。用于PCR的引物长度通常为20~ 30个核苷酸。
(3)PCR反应的过程
温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA_______________________________。
PCR扩增仪（900C以上）
引物与两条单链DNA结合
PCR扩增仪（500C左右）
温度下降到50 ℃左右时，_________________通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
PCR扩增仪（720C左右）
温度上升到72 ℃左右时，溶液中_______________________在耐高温的_______________________的作用下加到引物的________端合成子链。
第一轮循环的产物作为______________反应的____________，经过变性、复性和延伸三步产生第二轮循环的产物。
第二轮循环的产物作为______________反应的____________，经过变性、复性和延伸三步产生第三轮循环的产物。
⑤结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成_____________形式扩增(约为2n)。
(4)PCR技术与生物体内DNA复制的比较
DNA在高温作用下变性解旋
细胞外(在PCR扩增仪内)
细胞内(主要在细胞核内)
耐高温的的DNA聚合酶(Taq聚合酶)
DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等
需控制温度，在较高温度下进行
①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成②原料：均为四种脱氧核苷酸③酶：均需要DNA聚合酶进行催化④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸
用PCR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。由mRNA逆转录形成cDNA的过程是:第一步，逆转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA链，形成RNA-DNA 杂交分子;第二步，核酸酶H降解RNA-DNA杂交分子中的RNA链，使之变成单链DNA；第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一 条互补的DNA链，形成双链DNA分子。
二．基因表达载体的构建
1. 基因表达载体是载体的一种，除______________、标记基因外，还必须有启动子、终止子等。
2.启动子是一段有特殊序列结构的_______________，位于基因的上游，紧挨转录的起始位点，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,最终表达出人类需要的蛋白质。
3.终止子相当于一盏红色信号灯，使转录在所需要的地方停下来，它位于基因的下游，也是一段有特殊序列结构的_________________。
首先用一定的__________________切割载体，使它出现一个切口，然后用_______________限制酶或_______________________的限制酶切割目的基因的DNA片段，再利用______________________将目的基因片段拼接到载体的切口处。
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，并在受体细胞内___________和_________________的过程。
2．目的基因导入受体细胞的方法
将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗?如果这么做，效果会怎样?
提示：有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物的总DNA提取出来，通进注射或花粉管通道法导人受体植物，没有进行基因表达载体的构建。这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定哪些基因导人了受体植物。
将目的基因插入农杆菌Ti质粒的TDNA上→转入农杆菌→用农杆菌侵染植物细胞→将目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上→目的基因表达
经济、有效，适用于双子叶植物和裸子植物，尤其适用于双子叶植物
在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头→滴加DNA(含目的基因)，使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞→目的基因表达
简便、经济，我国科学家独创的一种方法
Ca2＋处理法(感受态细胞法)
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→注射了目的基因的受精卵，经胚胎早期培养后，移植到雌性动物的输卵管或子宫内→获得具有新性状的动物
将目的基因导入动物细胞最为有效的方法
用Ca2＋处理微生物细胞→感受态细胞→将基因表达载体与感受态细胞混合→在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子
四、目的基因的检测与鉴定
(1)通过_________________等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。
(2)从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进行__________________杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。
包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。
转基因抗虫棉在世界范围内被广泛种植，有效控制了棉铃虫的种群数量，显著减少了农药的用量。面对棉铃虫的危害，有了抗虫棉是否就可以一劳永逸、高枕无忧呢?根据棉铃虫对传统农药产生抗性的发展历史，科研人员推测棉铃虫存在对Bt抗虫蛋白产生抗性的可能。请你查阅资料，了解以下问题。1.在实际种植过程中,棉铃虫是否对转Bt基因的抗虫棉产生了严重的抗性?证据是什么?2.科研工作者在没有发现棉铃虫出现抗性之前，就应该想办法应对。他们想出的延竣棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有哪些?这些措施的原理是什么?有效吗?
提示:1.这是一个开放性的问题，需要学生在找资料来回答。随着田向监测数据的更新及新的科研论文发表，每年学生获得的证据是不样的。例如，科研人员对长江流城种植的转基因抗虫棉进行了监测2011年的数据显示，大部分转基因抗虫棉品种的抗虫性属于中抗及高抗水平; 2013年的数据表明，如果棉田周围存在大量天然庇护所，靶标害虫格铃虫、红铃虫等井未对转Bt基因的抗虫棉产生明显抗性。在我国、澳大利亚、印度连国的多个实验室中，通过毒素的连续抗性筛选，已经培育出多个高抗水平的转基因抗虫棉品种。教师要注意引导学生搜集科学、可靠的证据，如科研论文、权威的官方报道等。2.科研人员想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有很多，主要可以分为以下几个方面。(1)基因策略；（2）田间策略；（3）国家宏观调控策略。
DNA片段的扩增及电泳鉴定
提示：可以通过在紫外灯下直接观察DNA条带的分布及粗细程度来评价扩增的结果。
1. 你是否成功扩增出DNA片段?判断的依据是什么?
2.你进行电泳鉴定的结果是几条条带?如果不止一条条带，请分析产生这个结果的可能原因。
提示：如果扩增不成功，可能的原因有:漏加了PCR的反应成分，各反应成分的用量不当，PCR程序设置不当等。如果扩增结果不止一条条带，可能的原因有:引物设计不合理，它们与非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚体;退火温度过低; DNA聚合酶的质量不好等。
1．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是( )A．培育“黄金大米”可用花粉管通道法导入目的基因B．显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法C．目的基因导入大肠杆菌最常用的方法是Ca2＋处理法D．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法
提示：水稻的花很小，不适合用花粉管通道法导入目的基因，A错误；将目的基因导入动物细胞常用显微注射法，B正确；将目的基因导入微生物细胞最常用的方法是用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的状态，C正确；将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法，此外还有基因枪法和花粉管通道法，D正确。
2．农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的TDNA插入植物基因组中。图示为利用农杆菌培育转基因植物的基本流程，请据图回答：
(1)剪除Ti质粒的某些片段、替换复制原点O与添加抗生素的抗性基因T的过程①中，需用多种限制酶处理，原因是__________________________________________，需用_________________“缝合”双链DNA片段的平末端。 (2)目的基因是指______________________。由过程②形成的基因表达载体 中， 目的基因的上游具有_____________，它是________________识别和结合的部位。
不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列
阐述基因工程的原理和基本操作及PCR的基本操作。1.文化基础：明确基因工程的操作步骤及PCR扩增技术的应用。2.自主发展：尝试进行PCR扩增获取产品。3.社会参与：利用基因工程技术和方法获得人类生产或生活所需产品。
自上个世纪90年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉区持续性大发生或爆发，给棉花生产带来了巨大的威胁，棉农谈“虫”色变，仅1992年一年即造成直接经济损失60多亿元，间接损失超过100亿元，对整个国民经济发展造成了很大影响。同时由于棉铃虫的大爆发，防虫治虫使棉花的生产成本增加，植棉的比较效益降低。 1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国己育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。
阅读P76—83，回答下列问题
2.基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤?
3.基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些?
1.转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗?培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤?
培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤:_________________________、基因表达载体的构建、_________________________________、目的基因的检测与鉴定。
将目的基因导人受体细胞
一、目的基因的筛选与获取
(1)概念：用于改变___________________或获得____________________等的基因。
(2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是____________________。
2．筛选合适的目的基因
(1)较为有效的方法：从相关的__________________和________________的 基因中进行筛选。 (2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物___________________有了较为深入的了解。 (3)认识基因结构和功能的技术方法：____________________技术、遗传序列数据库、_______________________工具。
3．利用PCR获取和扩增目的基因
(1)PCR的含义：PCR是________________________的缩写，它是一项根据________________________的原理，在体外提供_________________的各种组分与反应条件，对______________________________进行大量复制的技术。
(2)条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种______________、四种____________________、______________________________。
引物是一小段能与________________的一段碱基序列________________的短单链核酸。用于PCR的引物长度通常为20~ 30个核苷酸。
(3)PCR反应的过程
温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA_______________________________。
PCR扩增仪（900C以上）
引物与两条单链DNA结合
PCR扩增仪（500C左右）
温度下降到50 ℃左右时，_________________通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
PCR扩增仪（720C左右）
温度上升到72 ℃左右时，溶液中_______________________在耐高温的_______________________的作用下加到引物的________端合成子链。
第一轮循环的产物作为______________反应的____________，经过变性、复性和延伸三步产生第二轮循环的产物。
第二轮循环的产物作为______________反应的____________，经过变性、复性和延伸三步产生第三轮循环的产物。
⑤结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成_____________形式扩增(约为2n)。
(4)PCR技术与生物体内DNA复制的比较
DNA在高温作用下变性解旋
细胞外(在PCR扩增仪内)
细胞内(主要在细胞核内)
耐高温的的DNA聚合酶(Taq聚合酶)
DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等
需控制温度，在较高温度下进行
①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成②原料：均为四种脱氧核苷酸③酶：均需要DNA聚合酶进行催化④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸
用PCR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。由mRNA逆转录形成cDNA的过程是:第一步，逆转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA链，形成RNA-DNA 杂交分子;第二步，核酸酶H降解RNA-DNA杂交分子中的RNA链，使之变成单链DNA；第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一 条互补的DNA链，形成双链DNA分子。
二．基因表达载体的构建
1. 基因表达载体是载体的一种，除______________、标记基因外，还必须有启动子、终止子等。
2.启动子是一段有特殊序列结构的_______________，位于基因的上游，紧挨转录的起始位点，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,最终表达出人类需要的蛋白质。
3.终止子相当于一盏红色信号灯，使转录在所需要的地方停下来，它位于基因的下游，也是一段有特殊序列结构的_________________。
首先用一定的__________________切割载体，使它出现一个切口，然后用_______________限制酶或_______________________的限制酶切割目的基因的DNA片段，再利用______________________将目的基因片段拼接到载体的切口处。
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，并在受体细胞内___________和_________________的过程。
2．目的基因导入受体细胞的方法
将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗?如果这么做，效果会怎样?
提示：有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物的总DNA提取出来，通进注射或花粉管通道法导人受体植物，没有进行基因表达载体的构建。这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定哪些基因导人了受体植物。
将目的基因插入农杆菌Ti质粒的TDNA上→转入农杆菌→用农杆菌侵染植物细胞→将目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上→目的基因表达
经济、有效，适用于双子叶植物和裸子植物，尤其适用于双子叶植物
在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头→滴加DNA(含目的基因)，使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞→目的基因表达
简便、经济，我国科学家独创的一种方法
Ca2＋处理法(感受态细胞法)
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→注射了目的基因的受精卵，经胚胎早期培养后，移植到雌性动物的输卵管或子宫内→获得具有新性状的动物
将目的基因导入动物细胞最为有效的方法
用Ca2＋处理微生物细胞→感受态细胞→将基因表达载体与感受态细胞混合→在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子
四、目的基因的检测与鉴定
(1)通过_________________等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。
(2)从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进行__________________杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。
包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。
转基因抗虫棉在世界范围内被广泛种植，有效控制了棉铃虫的种群数量，显著减少了农药的用量。面对棉铃虫的危害，有了抗虫棉是否就可以一劳永逸、高枕无忧呢?根据棉铃虫对传统农药产生抗性的发展历史，科研人员推测棉铃虫存在对Bt抗虫蛋白产生抗性的可能。请你查阅资料，了解以下问题。1.在实际种植过程中,棉铃虫是否对转Bt基因的抗虫棉产生了严重的抗性?证据是什么?2.科研工作者在没有发现棉铃虫出现抗性之前，就应该想办法应对。他们想出的延竣棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有哪些?这些措施的原理是什么?有效吗?
提示:1.这是一个开放性的问题，需要学生在找资料来回答。随着田向监测数据的更新及新的科研论文发表，每年学生获得的证据是不样的。例如，科研人员对长江流城种植的转基因抗虫棉进行了监测2011年的数据显示，大部分转基因抗虫棉品种的抗虫性属于中抗及高抗水平; 2013年的数据表明，如果棉田周围存在大量天然庇护所，靶标害虫格铃虫、红铃虫等井未对转Bt基因的抗虫棉产生明显抗性。在我国、澳大利亚、印度连国的多个实验室中，通过毒素的连续抗性筛选，已经培育出多个高抗水平的转基因抗虫棉品种。教师要注意引导学生搜集科学、可靠的证据，如科研论文、权威的官方报道等。2.科研人员想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有很多，主要可以分为以下几个方面。(1)基因策略；（2）田间策略；（3）国家宏观调控策略。
DNA片段的扩增及电泳鉴定
提示：可以通过在紫外灯下直接观察DNA条带的分布及粗细程度来评价扩增的结果。
1. 你是否成功扩增出DNA片段?判断的依据是什么?
2.你进行电泳鉴定的结果是几条条带?如果不止一条条带，请分析产生这个结果的可能原因。
提示：如果扩增不成功，可能的原因有:漏加了PCR的反应成分，各反应成分的用量不当，PCR程序设置不当等。如果扩增结果不止一条条带，可能的原因有:引物设计不合理，它们与非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚体;退火温度过低; DNA聚合酶的质量不好等。
1．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是( )A．培育“黄金大米”可用花粉管通道法导入目的基因B．显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法C．目的基因导入大肠杆菌最常用的方法是Ca2＋处理法D．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法
提示：水稻的花很小，不适合用花粉管通道法导入目的基因，A错误；将目的基因导入动物细胞常用显微注射法，B正确；将目的基因导入微生物细胞最常用的方法是用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的状态，C正确；将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法，此外还有基因枪法和花粉管通道法，D正确。
2．农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的TDNA插入植物基因组中。图示为利用农杆菌培育转基因植物的基本流程，请据图回答：
(1)剪除Ti质粒的某些片段、替换复制原点O与添加抗生素的抗性基因T的过程①中，需用多种限制酶处理，原因是__________________________________________，需用_________________“缝合”双链DNA片段的平末端。 (2)目的基因是指______________________。由过程②形成的基因表达载体 中， 目的基因的上游具有_____________，它是________________识别和结合的部位。
不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列
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