高中生物人教版 (2019)选择性必修3第2节 基因工程的基本操作程序教案配套ppt课件

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第2节 基因工程的基本操作程序教案配套ppt课件，共22页。PPT课件主要包含了pmi基因，显微镜下的农杆菌，如何筛选得到，如何培养获得，研发过程改进，热点问题讨论，推荐阅读，利用微生物生产干扰素，启动子，Ca2+转化法等内容，欢迎下载使用。

基因工程的基本操作程序
维生素 A 缺乏是一种严重的营养不良， 会导致夜盲症等诸多健康问题。据世界卫生组织估计，全世界有1.2亿～2.5亿人缺乏维生素A，每年有1百万～2百万儿童因维生素 A 缺乏失去生命。
由于胡萝卜素可以在人体内转换成维生素A，为此，科学家们利用基因工程将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中从而得到了富含 β-胡萝卜素的大米，可以借此补充贫困地区人们的营养不良以防止和减少维生素A缺乏症。
八氢番茄红素合酶（其基因用psy表示）和胡萝卜素脱饱和酶（其基因用crtI表示）参与β-胡萝卜素的合成。pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长。科学家将psy和crtI基因转入水稻，使水稻胚乳中富含β-胡萝卜素，由此生产出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题：1．科学家在培育“黄金大米”时，将psy和crtI基因导入含pmi基因的质粒中，构建了质料pSYN12424。该项研究的目的基因是___________________，标记基因是_________，质粒pSYN12424的作用是_______________________________。2．在构建质料载体时，目的基因序列中能否含有用到的限制酶的识别序列？为什么？ 
——基因表达载体的构建
crtI 基因和psy 基因
将目的基因送入水稻细胞
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。
阅读教材P81“资料卡”,回答以下问题：1．什么是转化？2．农杆菌具有哪些适合介导转化的特点？3．农杆菌转化法的过程是怎样的？
——将目的基因导入受体细胞
农杆菌转化法（植物细胞常用）
1. 转化是指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. 农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物；内含Ti质粒，其上的T-DNA可转移至受体细胞的染色体DNA上。
T-DNA的T是什么意思？
为何要把目的基因接在T-DNA中？
整个过程中：目的基因发生几次剪切和拼接？发生几次导入？
我国科研工作者也开展了“黄金大米”培育研究工作，设计的基因表达载体含有２个T-DNA区，标记基因（潮霉素抗性基因，hpt）在一个T-DNA区，目的基因（psy和crtI）在另一个T-DNA区。请思考：
图１ 基因表达载体的Ｔ－ＤＮＡ区段结构[1]
1．在农杆菌转化法中，hpt 基因的作用是什么？ 2．此前的科学家构建基因表达载体时，使用pmi 基因作为标记基因，pmi 基因和目的基因分布在同一个T-DNA区。转化成功后，哪些基因会进入水稻细胞？有何潜在风险？3．我国科研工作者设计了双T区载体，当含双T区载体的农杆菌侵染植物时，２个T-DNA区独立转移。这样设计有何用意？
1．在农杆菌转化法中，hpt 基因的作用是什么？ 2．pmi 基因（标记基因）和目的基因分布在同一个T-DNA区。转化成功后，哪些基因会进入水稻细胞？有何潜在风险？
hpt 基因的作用是作为标记基因，用于筛选含重组Ti质粒的农杆菌。
标记基因和目的基因一起进入水稻细胞。标记基因的表达产物可能存在危害。
3．我国科研工作者设计了双T区载体，当含双T区载体的农杆菌侵染植物时，２个T-DNA区独立转移。这样设计有何用意？
由于2个T-DNA区独立转移，标记基因和目的基因不一定同时转移到水稻细胞中，可以在后期筛选获得不含标记基因的转基因植物后代，安全性更高。
早在2002年5月联合国大会就曾呼吁到2010年消除维生素A缺乏症，但到目前为止，该目标仍未实现。虽然“黄金大米”这一转基因产品有助于解决这一问题，但是由于公众对“黄金大米”是否要进行商业化推广存在严重争议,导致该项技术的研发与商业化进程受到干扰。请通过课后查阅资料，讨论：公众对“黄金大米”的商业化推广存在哪些方面的质疑？你对此问题有何看法？
参考文献：王玉光,蔡金阳,马彩云,胡瑞法.转基因“黄金大米”:发展与挑战[J].中国生物工程杂志,2016,36(11):116-121.
1980-1982年，我国科学家用基因工程方法从大肠杆菌细胞内获得干扰素；1993年，我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物。
乳腺生物反应器：也称乳房生物反应器。经过转基因的哺乳动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。
参考文献：张敬东.转基因母兔在深圳诞生[J].农村实用技术与信息,2000(11):47.
——对比分析基因表达载体构建方法
大肠杆菌是单细胞生物，经过改造后，每个细胞都能够产生干扰素；兔是多细胞生物，经过改造后，人生长激素只从母兔的乳汁中获得。思考：1. 这说明人生长激素基因的表达具有什么特点？2. 二者的基因表达载体可能在哪个结构上存在差异？
只在乳腺细胞中选择性表达
启动子的类型：①组成型启动子是指在该类启动子控制下，结构基因的表达大体恒定在一定水平上，在不同组织、部位表达水平没有明显差异。 ②组织特异启动子又称器官特异性启动子。在这类启动子调控下，基因往往只在某些特定的器官或组织部位表达，并表现出发育调节的特性。 ③诱导型启动子是指在某些特定的物理或化学信号的刺激下，该种类型的启动子可以大幅度地提高基因的转录水平。
——分析将目的基因导入受体细胞的方法
阅读教材P82最后两段，回答以下问题：如何将目的基因导入大肠杆菌细胞？培育乳腺生物反应器，应将目的基因导入动物的什么细胞？最常用的方法是什么？
将目的基因导入微生物细胞
在基因工程操作中，常用原核生物作为受体细胞，其中以大肠杆菌应用最为广泛。转化大肠杆菌细胞最常用的方法是：首先用Ca2+处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。
1982年，科学家将含有生长激素基因的重组DNA片段，通过显微操作仪注射到受精卵内还未融合的雄性细胞核中，体外培养一段时间后再将胚胎移植到雌性小鼠子宫内，获得了成功转入目的基因的体型大、生长快的"超级小鼠"。
将目的基因导入动物细胞
应用基因工程技术对细胞成功改造后，还要应用哪些工程技术才能最终获得药物产品？
转基因微生物（基因工程菌）
利用乳腺生物反应器生产药物
转基因哺乳动物（乳腺生物反应器）
从大肠杆菌的结构、繁殖方式等方面分析，利用其工厂化生产药用蛋白，有何优点？推测如果利用大肠杆菌生产人的生长激素可能存在什么问题？相比之下，用乳腺生物反应器生产人的生长激素有何优越之处？乳腺生物反应器的技术流程更为复杂，周期更长，为什么科学家还要发明这种方法？
更能满足人们对药用蛋白质量的要求
小结：基因工程的基本操作步骤
针对人类生产或生活的某一需求，在基因工程中选取恰当的技术和方法，以流程图的形式设计获得某一转基因产品的方案。
任务要求：个人独立完成，参照评价量表在小组内完成自评和互评，依据综合得分（即自评和互评均分），每组选出最高分作业进行讨论完善。在进行第3节课“基因工程的应用”学习时，将以小组为单位展示作业，班级讨论交流，参照评价量表再次评比。