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高中生物选择性必修三
第三章 · 第二节
第二节
基因工程的
基本操作程序
Genetically engineered Basic operating procedures
核心素养
结合实例，采用文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。
生命观念
01
科学探究
02
社会责任
03
运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等。
利用基因工程技术和方法获得人类生产或生活所需产品。
课标要求
明确基因工程操作的涉及的技术以及方法。
01
02
03
阐明基因工程的基本操作程序及其主要步骤。
联系基因工程与实际生产生活的关系及应用。
基因表达载体的构建
获取了足够量的 Bt 基因后，下一步就是要让 基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代。
同时，使 Bt 基因能够表达和发挥作用，这就需要构建基因表达载体。
这一步是培育转基因抗虫棉的核心工作。
目的
基因表达载体的构建
第二部分
01
02
03
04
简述构建基因表达载体的意义。
说出基因表达载体的结构组成及各个元件的作用。
辨析启动子和起始密码子、终止子和终止密码子。
阐明基因表达载体的构建过程。
基因表达载体的构建
基因表达
载体
是载体的一种，除目的基因、标记基因外，它还必须有启动子、终止子等。
目的基因插入位点
(多个酶切位点）
基因表达载体的构建
启动子
起始密码子
位于mRNA分子中，分别控制翻译的开始和终止。
启动子
终止子
起始
密码子
终止
密码子
转录
AUG
UAG
终止子
终止密码子
有特殊序列结构的DNA片段，
分别控制转录的开始和终止。
构建流程
1. 用限制酶在载体的基因插入位点处切割质粒。
2. 用同种限制酶切割含有目的基因的片段，获取目的基因。
3. 用 DNA 连接酶把目的基因和载体连接，构建重组 DNA 分子。
构建流程
构建过程中可能会遇到哪些问题？
载体发生自身环化
目的基因反向接入
构建流程
如何避免载体自身环化和目的基因反向接入？
EcoR Ⅰ
Not Ⅰ
受体质粒
EcoR Ⅰ、Not Ⅰ
分解
EcoR Ⅰ、Not Ⅰ
分解
EcoR Ⅰ
Not Ⅰ
EcoR Ⅰ
Not Ⅰ
受体质粒
EcoR Ⅰ
Not Ⅰ
供体质粒
目的基因
EcoR Ⅰ
Not Ⅰ
重组质粒
目的基因
连接
双酶法。用两种限制酶切割含有目的基因的DNA片段和质粒。
小结
确保目的基因在受体细胞中能够稳定存在和表达，并能够遗传给下一代。
目的
组成
目的基因
标记基因
启动子
终止子
RNA 聚合酶识别和结合的位点，驱动基因转录 mRNA
鉴别受体细胞是否含有目的基因
终止基因转录 mRNA
所需的基因
将目的基因导入受体细胞
03
将目的基因导入受体细胞
构建好的基因表达载体需要通过一定的方式才能进入受体细胞。
必修二中学习的格里菲思实验：
格里菲思在1928年利用肺炎链球菌与老鼠所进行的一系列生物学实验。
实验结果显示，细菌的遗传讯息，会因为“转化”作用而发生改变。
将目的基因导入受体细胞
转化
什么是转化？针对不同的生物，采取的转化手段一样吗？
目的基因进入受体细胞，并且在受体细胞内维持稳定并表达的过程，称为转化。
将目的基因导入
植物细胞
将目的基因导入
动物细胞
将目的基因导入
微生物细胞
将目的基因导入植物细胞
花粉管通道法
我国科学家独创的一种方法，将 Bt 基因导入了棉花细胞。
将目的基因导入植物细胞
农杆菌转化法
将目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞。
为什么农杆菌容易感染双子叶植物？
这种酚类化合物主要在双子叶植物细胞壁中合成，单子叶植物通常没有。
科学研究发现，当植物体受到损伤时，伤口处
的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌中的Ti质粒上的 T-DNA (可转移的DNA）可转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。
基因枪法
单子叶植物中常用的一种基因转化方法，成本较高。
“基因枪法“又称“微弹轰击法”。
它是利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体 DNA 打入受体细胞中，使目的基因与其整合并表达的方法。
应用
将目的基因导入动物细胞
如何将目的基因导入动物细胞呢？
常用的方法是：显微注射技术
显微注射是一种通过玻璃微量移液管将外来 DNA 递送到活细胞的技术。
取受精卵
显微注射
移植到输卵管、子宫
受精卵发育
新性状的动物
将目的基因导入微生物细胞
受体细胞：
原核细胞（常用大肠杆菌）
选择理由：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。
方法流程：
大肠杆菌
感受态细胞
CaCl2
溶于缓冲液中的重组DNA分子
易吸收外源DNA分子的状态
转化
(重组 DNA 分子进入受体细胞)
小结
转化：
目的基因进入受体细胞，并且在受体细胞内维持稳定并表达的过程，称为转化。
常用转化方法
目的基因导入植物细胞
目的基因导入动物细胞：
目的基因导入微生物细胞：
农杆菌转化法
基因枪法
花粉管通道法
显微注射法
Ca2+转化法（感受态细胞）
目的基因的检测与鉴定
04
目的基因的检测与鉴定
目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道，这也是检查转基因抗虫棉是否培育成功的一步。
检测水平
DNA 水平
RNA 水平
蛋白质水平
个体水平
分子水平
DNA 水平检测
检测目的
检测对象
检测方法
检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因
目的基因
DNA 分子杂交技术
检测工具
基因探针
带有标记（放射性同位素标记、荧光分子标记等）的目的基因片段
RNA 水平检测
检测目的
检测对象
检测方法
检测目的基因是否转录出 mRNA
目的基因转录的mRNA
RNA 分子杂交技术
检测工具
用探针和转基因生物的mRNA杂交，若出现杂交带，表明目的基因转录出了 mRNA
+
蛋白质水平检测
检测目的
检测对象
检测方法
检测目的基因是否翻译成为蛋白质
目的基因表达的蛋白质
抗原-抗体杂交技术
个体水平检测
检测方法
抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
用棉铃饲喂棉铃虫，如果虫吃后不出现中毒症状，说明目的基因导入棉花体内后，没有赋予棉花抗虫特性。
如果虫吃后中毒死亡，则说明棉花具有了抗虫特性。
小结

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