3.2.1基因工程的基本操作程序-导学案-2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3.docx

1、高二生物导学案第三章 第2节基因工程的基本操作程序导学案01班级 姓名 第1课时目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建【学习目标】1.简述PCR的原理、条件及过程。 2.简述基因表达载体的组成及构建过程。【预习案】一、目的基因的筛选与获取1培育转基因抗虫棉的四个步骤:(1)目的基因的 。(2) 。(3)将目的基因 。(4)目的基因的 。2目的基因(1)概念：在基因工程的设计和操作中，用于 就是目的基因。(2)作用：根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指 。(3)实例：培育转基因抗虫棉用到的 ，即 基因。3筛选合适的目的基因：从 中进行筛选是较为有效的方法之一。4获取目的基因的方法(1)

2、 目的基因。(2)常用 地快速扩增目的基因。(3)通过 来获取目的基因。5利用PCR获取和扩增目的基因(1)含义：PCR是 的缩写。它是一项在 提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的 进行大量复制的技术。(2)原理： 。(3)基本条件场所：在一定的 中进行，其中一般要添加 。模板：DNA母链。原料： 。酶： 酶。引物：使DNA聚合酶能够从 开始连接脱氧核苷酸。(4)过程变性：当温度 时，双链DNA 为单链。复性：当温度下降到 左右时， 通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。延伸：当温度 左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在 酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。(5)鉴定

3、：常采用 来鉴定PCR的产物。二、基因表达载体的构建1基因表达载体构建的目的:让目的基因在受体细胞中 ，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够 。2基因表达载体的组成3基因表达载体的构建过程(1)首先用一定的 切割载体。(2)然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。(3)再利用 酶将含目的基因的DNA片段拼接到载体的切口处(如图所示)。【探讨案】探讨点1PCR扩增技术如图1、图2分别是PCR扩增技术相关过程，请思考回答下列问题：1图1所示利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段？2图2是某同学设计的两组引物(只标注了

4、部分碱基序列)都不合理，请分别说明理由。3要保证目的基因能与载体相连接，还要对引物进行什么操作？4如果循环n次，则共需消耗多少对引物？探讨点2基因表达载体的构建方法请结合下图，回答问题：5构建基因表达载体时，能否用Sma限制酶切割质粒？为什么？6与只使用EcoR相比较，使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点是什么？【检测案】1.判断正误，并说明理由() (1)PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应() (2)PCR扩增技术中，需用解旋酶使双链DNA解聚() (3)PCR过程使用的DNA聚合酶的特点是耐高温() (4)PCR技术中，DNA模板链上碱基

5、G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高() (5)基因工程操作程序的核心步骤是目的基因的获取() (6)基因表达载体中有的含有启动子和终止密码子() (7)标记基因不一定是抗生素抗性基因() (8)当诱导物存在时，诱导型启动子可以激活或抑制目的基因的表达()2下列有关PCR技术的说法，错误的是APCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术BPCR技术的原理是DNA分子半保留复制C复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则DPCR过程中只需要用到模板DNA、两种引物分子、4种脱氧核苷酸原料 ()3(2021山东济南章丘四中质检)下列有关体内DNA复制与PCR技术比较的叙述

6、，错误的是A二者子链的延伸方向相同，均为5端3端B二者均需要解旋酶破坏氢键来实现解旋C体内DNA复制需要能量，PCR反应也需要能量D二者遵循的碱基互补配对原则相同 ()4下图为基因表达载体的模式图，下列有关说法，错误的是A基因表达载体的构建是在生物体外完成的B任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别C图中启动子位于基因的上游，是RNA聚合酶识别和结合的部位D抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，便于重组DNA分子的筛选 ()5图甲、乙中的箭头表示三种限制性内切核酸酶的酶切位点，AmpR表示氨苄青霉素抗性基因，neo表示新霉素抗性基因。下列叙述错误的是A在构建重组质粒时，可用Pst和Hind切割

7、质粒和外源DNAB在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因C若只用Pst处理质粒和外源DNA分子片段，无法避免自身环化和反向连接D导入重组质粒的大肠杆菌可以在含氨苄青霉素的培养基中生长【核心归纳1】1比较PCR扩增技术和体内DNA复制的异同项目体内DNA复制PCR扩增技术解旋方式解旋酶催化DNA在高温作用下变性解旋场所细胞内(主要在细胞核内)PCR扩增仪内酶解旋酶、DNA聚合酶耐高温的DNA聚合酶温度条件细胞内温和条件需控制温度，在较高温度下进行结果DNA分子DNA片段或目的基因相同点(1)模板：均需要DNA的两条单链作为模板；(2)原料：均为4种脱氧核苷酸；(3)酶：均需DNA聚合酶2.P

8、CR中的数量关系复制次数123nDNA分子数2482n含引物的DNA分子数2482n含其中一种引物的DNA分子数1211322172312n1同时含两种引物的DNA分子数0212222262322n2共消耗引物的对数1211322172312n1含脱氧核苷酸链等长的DNA分子数0212022422362n2n【核心归纳2】1区分启动子和终止子与起始密码子和终止密码子：启动子和终止子位于DNA上，是基因表达载体必需的部分，而起始密码子和终止密码子位于mRNA上，决定翻译的开始和结束。2图解限制酶的选择原则(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择Pst，而不选择Sam。(2)保留标记基因、启动子、

9、终止子、复制原点原则：所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择Sma。(3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶切割质粒，如图中Pst；为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图也可选择Pst和EcoR两种限制酶。【学习了本节课，请做简要小结】第三章 第2节 基因工程的基本操作程序1导学案答案【预习案】一、目的基因的筛选与获取1培育转基因抗虫棉的四个步骤:(1)目的基因的筛选与获取。(2)基因表达载体的构建。(3)将目的基因导入受体细胞。(4)目的基因的检测与鉴定。2目的基因(1)概念：在基因工程的设计和操作中，用于改

10、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。(2)作用：根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指编码蛋白质的基因。(3)实例：培育转基因抗虫棉用到的Bt抗虫蛋白基因，即Bt基因。3筛选合适的目的基因：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。4获取目的基因的方法(1)人工合成目的基因。(2)常用PCR特异性地快速扩增目的基因。(3)通过构建基因文库来获取目的基因。5利用PCR获取和扩增目的基因(1)含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项在体外提供参与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。(2)原理：DNA半保留复制。

11、(3)基本条件场所：在一定的缓冲溶液中进行，其中一般要添加Mg2。模板：DNA母链。原料：4种脱氧核苷酸。酶：耐高温的DNA聚合酶。引物：使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸。(4)过程变性：当温度超过90 时，双链DNA解聚为单链。复性：当温度下降到50 左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。延伸：当温度上升到72 左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。(5)鉴定：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。二、基因表达载体的构建1基因表达载体构建的目的:让目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代

12、，同时使目的基因能够表达和发挥作用。2基因表达载体的组成3基因表达载体的构建过程(1)首先用一定的限制酶切割载体。(2)然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。(3)再利用DNA连接酶将含目的基因的DNA片段拼接到载体的切口处(如图所示)。【探讨案】探讨点1PCR扩增技术如图1、图2分别是PCR扩增技术相关过程，请思考回答下列问题：1图1所示利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段？提示第3轮。2图2是某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理，请分别说明理由。提示第1组：引物和引物局部发生碱基互补配对而失效

13、。第2组：引物自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效。3要保证目的基因能与载体相连接，还要对引物进行什么操作？提示要在两种引物的5端分别添加上限制酶的识别序列。4如果循环n次，则共需消耗多少对引物？提示共需消耗2n1对引物。探讨点2基因表达载体的构建方法请结合下图，回答问题：5构建基因表达载体时，能否用Sma限制酶切割质粒？为什么？提示不能；因为Sma会破坏质粒的抗性基因。质粒上的抗性基因是标记基因，便于重组DNA分子的筛选，若被破坏，无法进一步筛选。6与只使用EcoR相比较，使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点是什么？提示可以防止质粒和目的基因的自身环化以及目的基因

14、与载体的反向连接。【检测案】1.判断正误答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2D解析PCR过程中需要模板DNA、两种引物分子、4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶等，D错误。3B解析DNA体内复制与利用PCR技术扩增DNA时，子链的延伸方向相同，均为5端3端，A正确；PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，在高温条件下氢键断裂，B错误；DNA体内复制与利用PCR扩增DNA时都需要能量，但两者所需能量来源不同，C正确；DNA体内复制与利用PCR扩增DNA时，遵循的碱基互补配对原则相同，D正确。4B5D解析切割目的基因时，用BamH切割会破坏目的基因，只用Pst切割目的基因和质粒载体，会出现目的基因和质粒的自身环化，或目的基因和质粒的反向连接，而用Pst和Hind进行酶切，能确保目的基因和质粒的正向连接，并且质粒上保留新霉素抗性基因作为标记基因，A、C正确；在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因，至少需保留其中的一个，B正确；用Pst切割后，质粒上氨苄青霉素抗性基因被破坏了，导入重组质粒的大肠杆菌不可以在含氨苄青霉素的培养基中生长，D错误。