針對人類生產和生活的某一需求，嘗試提出初步的基因工程構想，完成初步設計。（科學探究）
結合實例，采用文字和圖示方式說明基因工程的基本操作程序。（科學思維）
運用結構與功能觀等觀念理解PCR技術的過程、原理、條件等（生命觀念）
將目的基因導入受體細胞
目的基因、啟動子、終止子、標記基因
農桿菌轉化法(植物)、顯微注射法(動物) 、 感受態(tài)細胞轉化法(微生物);
分子檢測：是否插入、轉錄、翻譯個體水平：是否具有抗性以及抗性強度等。
溫故知新：基因工程的基本程序
DNA片段的擴增及電泳鑒定
（一）DNA體外擴增的原理：
①PCR利用了DNA的熱變性原理，通過調節(jié)溫度來控制DNA雙鏈的解聚與結合，PCR儀實質上就是一臺能夠自動調控溫度的儀器，一次PCR一般要經歷30次循環(huán)。
②PCR擴增DNA片段還利用了DNA半保留復制的原理；
PCR 的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。
（二）DNA片段電泳鑒定原理：
DNA分子具有可解離的基團，在一定的PH下，這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與它所帶電荷相反的電極移動，這個過程就是電泳。
凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為300nm的紫外燈下被檢測出來。
在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構像等有關。
自動控溫，實現DNA的擴增
實際上是進行PCR反應的場所
用于向微量離心管轉移PCR配方中的液體
（1）無菌水、瓊脂糖；（2）電泳緩沖液（TAE或TBE）；（3）凝膠載樣緩沖液（內含指示劑——溴酚藍）；（4）核酸染料（常用核酸染料為EB即溴化乙錠）。
（5）PCR反應體系的配方
（一）DNA片段的擴增：
用微量移液器按照PCR反應體系配方或PCR試劑盒的說明書，在微量離心管中依次加入各組分
待所有組分都加入后，蓋嚴離心管的蓋子，將微量離心管放入離心機里，離心約10s，使反應液集中在離心管的底部（提高反應速率）
參照下表的參數，設置好PCR儀的循環(huán)程序。將裝有反應液的微量離心管放入PCR儀中進行反應。
可根據目的片段長度適當調整延伸時間
預變性：使DNA充分變性，以利于引物更好地和模板結合。
根據待分離DNA片段的大小，用電泳緩沖液配制瓊脂糖溶液，一般配制質量體積比0.8%～1.2%的瓊脂糖溶液。在沸水浴或微波爐內加熱至瓊脂糖熔化。稍冷卻后，加入適量的核酸染料混勻
將溫熱的瓊脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合適大小的梳子，以形成加樣孔。待凝膠溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝膠放入電泳槽內。將電泳緩沖液加入電泳槽中，電泳緩沖液沒過凝膠1mm為宜
將擴增得到的PCR產物與凝膠載樣緩沖液（內含指示劑）混合，再用微量移液器將混合液緩慢注入凝膠的加樣孔內。留一個加樣孔加入指示分子大小的標準參照物
接通電源，根據電泳槽陽極至陰極之間的距離來設定電壓，一般為1～5V/cm。待指示劑前沿遷移接近凝膠邊緣時，停止電泳
取出凝膠置于紫外燈下觀察和照相
（二）DNA片段的電泳鑒定：
為避免外源DNA等因素的污染，PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭和蒸餾水等在使用前必須進行高壓滅菌處理。
該實驗所需材料可以直接從公司購買，緩沖液和酶應分裝成小份，并在-20℃儲存。使用前，將所需試劑從冰箱拿出，放在冰塊上緩慢融化。
在向微量離心管中添加反應組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換。
在進行操作時，一定要戴好一次性手套。
PCR擴增不能隨意加大試劑用量。
問題1: 你是否成功擴增出DNA片段？判斷的依據是什么？
可以在紫外燈下直接觀察到DNA條帶的分布及粗細程度來評價擴增的結果。
M：marker；1-陽性質粒；2：原始品系；3-9轉Bt品系；轉Bt基因品系PCR瓊脂糖凝膠電泳檢測結果
問題2: 你進行電泳鑒定的結果是幾條條帶？如果不止一條條帶，請分析產生這個結果的可能原因？
如果擴增不成功，可能的原因有：漏加了PCR的反應成分，各反應成分的用量不當，PCR程序設置不當等。 如果擴增結果不止一條條帶，可能的原因有：引物設計不合理，它們與非目的序列有同源性或容易形成二聚體；退火溫度過低；DNA聚合酶的質量不好等。
1.下列有關電泳的敘述，不正確的是（ ）A.電泳是指帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程B.待測樣品中DNA分子的大小和構象、凝膠的濃度等都會影響DNA在電泳中的遷移速率C.進行電泳時，帶電分子會向著與其所帶電荷相同的電極移動D.PCR的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定
2.用PCR方法檢測轉基因植株是否成功導入目的基因時，得到以下電泳圖譜，其中1號為DNA標準樣液(Marker)，10號為蒸餾水，PCR時加入的模板DNA如圖所示。據此作出的分析，不合理的是
A.PCR產物的分子大小在250～500 bp 之間B.3號樣品為不含目的基因的載體DNAC.9號樣品對應植株不是所需的轉基因植株D.10號確定反應體系等對結果沒有干擾
3.為優(yōu)化目的基因(700 bp)的PCR條件，研究者設計不同的復性溫度進行實驗，產物的瓊脂糖凝膠電泳結果如下圖。據圖分析，下列表述錯誤的是
A.對照組可用無菌蒸餾水代替模板， 其他成分相同B.電泳條帶的寬度、亮度與擴增產物 大小呈正相關C.復性溫度的高低會影響PCR擴增產物的純度D.58 ℃是本實驗中擴增該基因的最佳復性溫度
4．PCR技術可用于遺傳多樣性的研究。下圖是對兩個跳蟲（A和B）DNA分析的實驗過程，有關敘述錯誤的是（　?。?br/>A. 蛋白酶可以分解組織中的蛋白質，在提取DNA時加入蛋白酶有助于釋放出DNAB．Taq DNA聚合酶能夠耐高溫，高溫下不會變性，常在PCR中用于DNA鏈的解旋C．將已知長度的DNA片段裝到凝膠上作參照，可用于估測樣本DNA片段的大小D．陰性對照是未加DNA模板但加入PCR擴增過程所需的混合物，以監(jiān)測試劑是否污染
5．多重PCR-電泳技術，是指同一個PCR反應體系中包含多對引物，各引物特異性地結合到相應的目的基因上，擴增產生不同長度的片段，再通過電泳進行分離和識別，從而對病原體進行鑒別檢測。下列相關敘述錯誤的是（　?。〢．多重PCR過程中，不同的引物之間不能互補B．PCR和電泳都必須無菌條件下操作，防止外源DNA污染C．該技術可同時進行多種病原微生物的檢測D．不同大小的DNA分子在電泳時，遷移的速率不同
6．帶電顆粒在電場作用下，向著與其電性相反的電極移動，稱為電泳。下列關于電泳的敘述，正確的是（ ）A．電泳中帶電粒子遷移速率只與所帶電荷有關B．電泳的過程要在一定的pH下進行，所以要使用緩沖液C．DNA片段根據長度大小在凝膠上分開，形成連續(xù)的條帶D．切斷電源后即可用肉眼觀察到DNA條帶在凝膠上的位置
7．下列實驗相關敘述正確的是（ ）A．利用PCR技術擴增DNA時，設置的溫度要逐步提高（55℃→72℃→94℃）B．探究土壤微生物分解作用的實驗中，實驗組的土壤需要排除微生物的作用C．阻斷垂體與下丘腦之間的血液聯系，可導致生殖器官萎縮，依據了實驗的加法原理D．模擬生物體維持pH穩(wěn)定的實驗中，在肝勻漿中依次滴加HCl和NaOH后，再測定、記錄pH
8．下列關于DNA的提取和DNA片段的擴增及電泳鑒定的敘述，正確的是（　　）A．利用DNA和蛋白質在冷酒精中溶解性的差異可將DNA進一步純化分離B．在提取白色絲狀物時雙向攪拌比單向攪拌更有利于獲得結構完整的DNAC．PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、蒸餾水和移液器等在使用前都必須進行高壓蒸氣滅菌處理D．PCR的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定，電泳時電泳緩沖液不能沒過凝膠
9．下列相關生物學實驗操作的敘述，錯誤的是（ ）A．淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用實驗中，水解5min后，取出試管加入2mL斐林試劑，加熱1min后，再觀察溶液顏色變化B．低溫誘導植物細胞染色體數目變化實驗中，用卡諾氏液固定根尖細胞后，再用體積分數為95%的酒精沖洗2次并制片觀察C．探究抗生素對細菌的選擇作用實驗中，需從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌，接種到已滅菌的液體培養(yǎng)基中擴大培養(yǎng)后，再繼續(xù)進行實驗D．電泳鑒定PCR產物實驗中，先在加樣口加入PCR產物與凝膠載樣緩沖液的混合液，再將電泳緩沖液加入電泳槽并沒過凝膠1cm后，電泳、觀察
10. 利用PCR可以在體外進行DNA片段的擴增,下列有關“DNA片段的擴增及電泳鑒定”實驗的敘述,錯誤的是(　　)A.PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭和蒸餾水等在使用前必須進行高壓滅菌處理B.PCR利用了DNA的熱變性原理C.PCR所用的緩沖液和酶從冰箱拿出之后,迅速融化D.在向微量離心管中添加反應組分時,每吸取一種試劑后,移液器上的槍頭都必須更換
11. 綠葉海天牛（簡稱甲）吸食濱海無隔藻（簡稱乙）后，身體就逐漸變綠，這些“奪來”的葉綠體能夠在甲體內長期穩(wěn)定存在，有科學家推測其原因是在甲的染色體DNA 上可能存在乙編碼葉綠體部分蛋白的核基因。為證實上述推測，以這種變綠的甲為材料進行實驗，方法和結果最能支持上述推測的是 （　?。?A. 提取甲的全部DNA，通過PCR 技術能克隆出乙的編碼葉綠體蛋白的核基因B. 通過核酸分子雜交技術，在甲體內檢測到乙的編碼葉綠體蛋白的核基因轉錄出的RNA C. 給甲提供14CO2，一段時間后檢測到其體內的部分有機物出現放射性D. 用乙編碼葉綠體蛋白的核基因做探針與甲的染色體DNA 雜交，結果顯示出雜交帶
12. 下圖是利用基因工程培育抗蟲植物的示意圖。以下相關敘述，正確的是 （　?。?A. ⑤只要表現出抗蟲性狀就表明植株發(fā)生了可遺傳變異B. ③侵染植物細胞后，重組Ti 質粒整合到④的染色體上C. ④的染色體上若含抗蟲基因，則⑤就表現出抗蟲性狀D. ②的構建需要限制性內切核酸酶和DNA 聚合酶參與

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第2節(jié) 基因工程的基本操作程序

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修3

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