【同步学与练】高中生物人教版（2019）选择性必修3学案：第3章 第2节 第1课时 目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建（学生版）

第2节基因工程的基本操作程序第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。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)____________的构建。(3)将目的基因导入________。(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，用于改变受体细胞性状或获得预期__________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______________的基因。(3)类型：与________、________、________和工业用酶等相关的基因，如培育转基因抗虫棉用到的________________，即Bt基因。3．筛选合适的目的基因：从___________________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________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________________的缩写。它是一项在体外提供参与DNA复制的____________与____________，对目的基因的______________进行大量复制的技术。(2)原理：____________。(3)基本条件①场所：在一定的__________液中进行，其中一般要添加Mg2＋。②模板：DNA母链。③原料：4种________。④酶：________的DNA聚合酶。⑤引物：使DNA聚合酶能够从引物的____端开始连接脱氧核苷酸。(4)过程①变性：当温度超过____℃时，双链DNA________为单链。②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。③延伸：当温度上升到____℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在________________的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。(5)上一轮循环的产物可以作为下一个循环的________，因而每一次循环后目的基因的量可以________，即成________形式扩增(约为2n，其中n为扩增循环的次数)。(6)鉴定：常采用________________来鉴定PCR的产物。判断正误(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G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高()任务一：PCR扩增技术图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．PCR扩增的是完整的模板DNA分子吗？并说明理由。2．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？比例是多少？3．如果已知某目的基因的序列和结构，利用PCR筛选和扩增出该目的基因的关键是什么？4．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。5．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？6．如果循环n次，则共需消耗多少对引物？PCR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1＝21－13＝22－17＝23－12n－1同时含两种引物的DNA分子数0＝21－22＝22－26＝23－22n－2共消耗引物的对数1＝21－13＝22－17＝23－12n－1含脱氧核苷酸链等长的DNA分子数0＝21－20＝22－42＝23－62n－2n1．(2023·山西太原高二诊断)下列有关获取目的基因的叙述，错误的是()A．目的基因就是编码蛋白质的基因B．获取目的基因是基因工程的第一步C．来自苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白基因可作为转基因抗虫棉的目的基因D．序列比对工具的应用为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会2．如图表示利用PCR技术扩增目的基因的部分过程，其原理与细胞内DNA复制类似。下列有关叙述错误的是()A．耐高温的DNA聚合酶总将游离的脱氧核苷酸连接到3′端B．在第三轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段C．引物之间或引物自身发生碱基互补配对，则不能有效扩增目的基因D．从理论上推测，第三轮循环产物中含有引物A的DNA片段占3/4二、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________和________。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________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________将含目的基因的DNA片段拼接到载体的切口处(如图所示)。判断正误(1)基因工程操作程序的核心步骤是目的基因的获取()(2)基因表达载体中有的含有启动子和终止密码子()(3)标记基因不一定是抗生素抗性基因()任务二：分析基因表达载体构建的目的和方法1．获取Bt基因后不能直接将它导入受体细胞，是因为游离的DNA进入受体细胞，一般会____________，即使可以转录翻译成蛋白质，游离的DNA片段也无法随着________而进行复制，导致子代细胞中________________。因此，获取Bt基因后，还需要________________________，才能使棉花植株获得抗虫特性。2．构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在哪里？为什么？3．请结合图示，回答下列问题：(1)构建基因表达载体时，能否用SmaⅠ酶切割质粒？为什么？(2)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点是什么？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PstⅠ，而不选择SmaⅠ。(2)保留标记基因、启动子、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SmaⅠ。(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PstⅠ；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PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。拓展延伸真、原核细胞基因的结构和表达(1)基因的结构(2)基因表达遗传信息①原核生物基因②真核生物基因3．下列关于基因表达载体构建的叙述，错误的是()A．启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，组成它的基本单位是脱氧核苷酸B．基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止密码子、标记基因等组件C．人工构建的诱导型启动子，当诱导物存在时，可激活或抑制目的基因的表达D．由于受体细胞不同，基因表达载体的构建也有所差别4．(2023·江苏苏州高二期末)某科研小组利用质粒(图甲)和目的基因(图乙)构建重组DNA。下列分析不正确的是()A．用限制酶HindⅢ和PstⅠ切割质粒，可得到2条DNA片段B．不能用AluⅠ酶切割质粒和外源DNA的原因是AluⅠ酶会破坏目的基因C．构建重组DNA时，需选择SmaⅠ酶和PstⅠ酶同时切割质粒和外源DNAD．导入了重组DNA的细菌能在含四环素的培养基上生长而不能在含氯霉素的培养基上生长

第2节基因工程的基本操作程序第1课时目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建一、教材梳理1．(1)筛选与获取(2)基因表达载体(3)受体细胞(4)检测与鉴定2．(1)表达产物(2)编码蛋白质(3)生物抗逆性生产药物毒物降解Bt抗虫蛋白基因3．相关的已知结构和功能清晰4．(2)PCR5．(1)聚合酶链式反应各种组分反应条件核苷酸序列(2)DNA半保留复制(3)①缓冲③脱氧核苷酸④耐高温⑤3′(4)①90解聚②50两种引物③72耐高温的DNA聚合酶(5)模板增加一倍指数(6)琼脂糖凝胶电泳判断正误(1)×(2)×(3)√(4)√解析(1)PCR反应中温度的周期性改变是为了变性、复性、延伸，DNA聚合酶催化子链的延伸。(2)PCR扩增技术中，高温使双链DNA解聚。核心探讨任务一1．不是；PCR扩增的仅仅是两种引物之间所对应的特定DNA片段。2．第3轮；1/4。3．根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。4．第1组：引物Ⅰ和引物Ⅱ会因局部发生碱基互补配对而失效。第2组：引物Ⅰ′自身折叠后会因出现局部碱基互补配对而失效。5．要在两种引物的5′端分别添加上限制酶的识别序列。6．共需消耗2n－1对引物。典题应用1．A[目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子，A错误。]2．D[由题图可知，以原来的每条母链为模板经第一轮合成的两个DNA分子中，只含有引物A或引物B，而以新合成的子链为模板合成新DNA分子时，两种引物都含有，故第三轮循环共产生8个DNA分子，其中含有引物A的分子是7个，即占7/8，D错误。]二、教材梳理1．稳定存在表达发挥作用2．启动子上游RNA聚合酶终止子下游转录标记3．(1)限制酶(2)同种(3)DNA连接酶判断正误(1)×(2)×(3)√解析(1)基因工程操作程序的核心步骤是基因表达载体的构建。(2)基因表达载体中有的含有启动子和终止子，终止密码子位于mRNA上。核心探讨任务二1．直接被分解细胞分裂不再含有目的基因借助载体将其导入棉花细胞2．启动子下游和终止子上游；因为只有插入在启动子和终止子之间，目的基因才可以正常表达。3．(1)不能；因为SmaⅠ会破坏质粒的抗生素抗性基因。该基因是标记基因，便于重组DNA分子的筛选，若被破坏，无法进一步筛选。(2)可以防止质粒和目的基因的自身环化以及目的基因与载体的反向连接。典题应用3．B[启动子在基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，组成它的基本单位是脱氧核苷酸，A正确；基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等，B错误；由于受体细胞有植物、动物以及微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方法不同，因此基因表达载体的构建是不完全相同的，D正确。]4．C[限制酶HindⅢ和PstⅠ在质粒上各有一个识别切割位点，用HindⅢ和Pst