【课件】3.2.1基因工程的基本操作程序课件2021-2022学年高二下学期生物人教版选择性必修3

基因工程的基本操作程序(第1课时)高二-人教版-生物学选择性必修3-第3章课本P76.

从社会中来1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已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。你知道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？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。[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。第一步：目的基因的筛选与获取目的基因概念主要类型实例

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。编码蛋白质的基因。与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解、工业用酶等相关的基因。△根据不同的需要，目的基因是不同的。抗虫基因、抗病基因、抗除草剂基因等人胰岛素基因、人干扰素基因等提高农作物抗盐碱和抗干旱能力的目的基因是（）A．调节细胞渗透压的基因B．抗除草剂基因C．抗冻蛋白基因D．抗虫基因A×√××★如何筛选合适的目的基因使棉花具有抗虫的特性呢？[资料一]苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴孢晶体

蛋白(Bt抗虫蛋白)，破坏鳞翅目昆虫的消

化系统来杀死棉铃虫。[资料二]苏云金杆菌制成的生物杀虫剂广泛用于防

治棉花虫害。研究表明，苏云金杆菌的杀

虫作用与Bt基因有关。[资料三]科学家不仅掌握Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较

为深入的了解。苏云金杆菌伴孢晶体蛋白苏云金杆菌伴孢晶体蛋白基因/Bt抗虫蛋白基因/Bt基因第一步：目的基因的筛选与获取第一步：目的基因的筛选与获取(一）筛选合适的目的基因(二）获取目的基因Bt基因较小，序列已知。早期培育转基因抗虫棉时，科学家通过人工合成的方法获得了Bt基因。目前，人们已经根据化学法合成DNA的原理，设计生产了DNA自动合成仪。第一步：目的基因的筛选与获取一）筛选合适的目的基因二）获取目的基因人工合成[资料]获取目的基因的方法有很多种。科学家寻找大量获

得Bt基因更为方便快捷的方式。现在，可以直接利

用PCR选择性地将Bt基因扩增出来。PCR是聚合酶链式反应的缩写。是一项根据DNA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。★获取Bt基因后能否直接将它导入受体细胞？

不能。游离的DNA进入受体细胞，一般会直接被分解，即使可以转录翻译成蛋白质，游离的DNA片段也无法随着细胞分裂而进行复制，导致子代细胞中不再含有目的基因。因此，获取Bt基因后，还需要借助载体将其导入棉花细胞，才能使棉花植株获得抗虫特性。第二步：基因表达载体的构建基因表达载体使Bt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。(核心)★Bt基因是怎样

和载体连接的

呢？如何构建

基因表达载体？DNA课本P80.

图3-6基因表达载体构建模式图★基因表达载体的组成？目的基因、标记基因、复制原点、启动子、终止子等。启动子本质位置功能特殊类型一段有特殊序列结构的DNA片段。位于基因的上游，紧挨转录的起始位点。RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。诱导型启动子当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达。终止子第二步：基因表达载体的构建(核心)编码区非编码区非编码区启动子癌症患者进行化疗或放疗之后，体内白细胞数量大幅度降低，可以注射粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)增加白细胞的数量。在自然条件下，此细胞因子的含量很低，很难获得。某科研团队将人的GM-CSF基因导入大肠杆菌，大量生产重组GM-CSF，满足了临床需求。请问构建GM-CSF表达载体需要()。①同一种限制性内切核酸酶

②具有某些标记基因的质粒

③RNA聚合酶④人GM-CSF基因⑤DNA连接酶

⑥启动子⑦终止子A.①②③④⑤⑥⑦B.①②④⑤C.②④⑥⑦D.①②④⑤⑥⑦D×√√√√√√标记基因下图是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图，载体质粒具有四环素抗性基因（Tet’）和氨苄青霉素抗性基因（amp’）。转化大肠杆菌后，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()

A.菌落AB.菌落BC.菌落CD.菌落DB无抗生素氨苄青霉素四环素氨苄青霉素+四环素菌落A++++菌落B++--菌落C+---菌落D+-+-平板菌落★构建好的Bt基因表达载体通过什么方式导入棉花细胞？第三步：将目的基因导入受体细胞我国科学家采用他们独创的一种方法——花粉管通道法，将Bt基因表达载体导入了棉花细胞。△花粉管通道法的两种操作方式：②在植物授粉后一定时间内，剪去柱

头，将DNA溶液滴在花柱切面，使

目的基因借助花粉管通道进入胚囊。①用微量注射器将含目的基因的DNA溶

液直接注入子房中；★Bt基因进入棉花细胞后，是否稳定维持和表达抗虫特性？第四步：目的基因的检测与鉴定★检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因？★

检测Bt基因是否转录出了mRNA？★

检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白？★

确定Bt基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性程度。PCRPCR抗原-抗体杂交技术抗虫接种实验(采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫，观察棉铃虫生存情况，以确定是否抗虫和抗性程度。)分子水平检测个体生物学水平鉴定利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是（）A．番茄细胞中检测到鱼的抗冻蛋白B．大肠杆菌中检测到人干扰素基因mRNAC．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D．酵母菌细胞中提取到人胰岛素基因A完成表达在实际种植过程中，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？科研人员对长江流域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，靶标害虫棉铃虫、红铃虫等并未对转Bt基因的抗虫棉产生明显抗性。在我国、澳大利亚、印度等国的多个实验室中，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。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。他们想出的延缓棉铃虫对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？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。该策略是在分子水平上提高转基因抗虫棉的抗虫

性和抗虫持久性。包括在棉花中转入多个杀虫基因、构建组

织特异性表达的启动子、提高杀虫基因的表达量等。（2）田间策略。这是在种植时采取的措施，如提供庇护所、与其

他作物（非抗品种）轮作或套作等。（3）国家宏观调控策略。该策略包括实施分区种植管理、加强抗

性监测、进行严格的安全性评价等。课本P83.练习与应用psy和crtIpmi作为载体，将目的基因导入水稻细胞不能。如果目的基因序列中含有用到的限制酶的识别序列，限制酶可能将它切断，破坏目的基因。获取质粒、噬菌体等载体筛选和获取目的基因检测和鉴定目的基因是否稳定维持和表达其遗传特性将含有目的基因的表达载体导入受体细胞用限制酶切割载体和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA连接酶连接，构建基因表达载体小结基因工程的基本操作程序目的基因的筛选与获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定将生物的所有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？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，通过注射或花粉管通道法将这些DNA导入受体植物，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入了受体植物。

Bt抗虫蛋白会对人畜产生不良影响吗？当Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，多肽与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。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。转Bt基因抗虫棉可以有效地用于棉铃虫的防治。有科学家预言，此转基因抗虫棉独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株。目前，在农业生产中，大田种植转基因抗虫棉的同时，会间隔种植少量非转基因的棉花或其他作物，供棉铃虫取食。请回答下列问题：（1）间隔种植少量非转基因棉花的主要目的是()A.维持棉田物种多样性B.减缓棉铃虫抗性基因频率增加的速度C.使食虫鸟有虫可食D.维持棉田生态系统中的能量流动B转Bt基因抗虫棉可以有效地用于棉铃虫的防治。有科学家预言，此转基因抗虫棉独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株。目前，在农业生产中，大田种植转基因抗虫棉的同时，会间隔种植少量非转基因的棉花或其他作物，供棉铃虫取食。请回答下列问题：（2）转基因抗虫棉独立种植若干代以后会出现不抗虫植

株的原因是什么？转基因抗虫棉独立种植若干代，后代发生性状分离。在下列基因工程的操作中，一定不进行碱基互补配对的步骤是

（）A．目的基因的筛选与获取B．基因表达载体的构建C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测与鉴定C√×√√下图表示科学家通过基因工程培育抗虫棉时，从苏云金杆菌中提取抗虫基因“放入”棉花细