3.2.1获取目的基因与构建基因表达载体（教学设计）-高中生物人教版（2019）选择性必修3.docxVIP

新教材生物学人教版选择性必修3生物技术与工程

第3章第2节教学设计

第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序

第1课时获取目的基因与构建基因表达载体

目录

一、核心素养对接

二、必备知识

三、探究实践

四、深化归纳

五、应用创新

第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序

第1课时获取目的基因与构建基因表达载体

一、核心素养对接

1．结合实例，采用文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。

2．运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等。

3．结合模式图说出基因表达载体的组成，并理解构建目的。

二、必备知识

（一）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。

（二）目的基因的筛选与获取(第一步)

1．目的基因

(1)概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。

(2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。

2．筛选合适的目的基因

(1)较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。

(2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了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。

(3)认识基因结构和功能的技术方法：测序技术、序列数据库、序列比对工具。

3．利用PCR获取和扩增目的基因

(1)原理：DNA半保留复制。

(2)DNA复制所需的基本条件

参与的组分

在DNA复制中的作用

解旋酶(体外用高温代替)

打开DNA双链

DNA母链

提供DNA复制的模板

4种脱氧核苷酸

合成DNA子链的原料

DNA聚合酶

催化合成DNA子链

引物

使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸

(3)过程

基于PCR的过程，请回答下列问题：

①过程Ⅰ为变性，该阶段的温度为90℃以上，目的是使双链DNA解聚为单链。

②过程Ⅱ为复性，该阶段的温度为50℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。

③过程Ⅲ为延伸，该阶段的温度为72℃左右，该过程需要在耐高温的DNA聚合酶的作用下，利用4种脱氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对原则从子链的3′端延伸合成新的DNA链。

(4)仪器：PCR扩增仪(PCR仪)。

(5)鉴定方法：琼脂糖凝胶电泳。

微思考

PCR反应缓冲液中一般要添加Mg2+，原因是什么？

提示：真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。

（三）基因表达载体的构建(第二步)

1．基因表达载体的作用

(1)使基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代。

(2)使目的基因能够表达和发挥作用。

2．基因表达载体的组成

基于基因表达载体的模式图，回答下列问题：

[A]启动子，RNA聚合酶识别和结合的部位，可以驱动基因转录出mRNA，位于目的基因的上游，[B]目的基因。[C]终止子，转录停止的部位，位于目的基因的下游。[D]复制原点，[E]标记基因。

3．构建过程

(1)用一定的限制酶切割载体。

(2)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)用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。

微思考

启动子和起始密码子有什么不同？

提示：启动子位于DNA分子上，启动的是转录过程，起始密码子位于mRNA分子上，是翻译过程的起始位置。

判一判(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．从已知结构和功能清晰的基因中筛选目的基因是获取目的基因的一种有效方法。 (√)

2．Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。 (×)

提示：Taq酶是耐高温的DNA聚合酶。

3．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。(×)

提示：PCR反应中温度的周期性改变是为了让DNA分子解聚、引物与DNA单链结合和子链延伸。

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。 (√)

5．PCR反应中DNA分子边解旋边复制。 (×)

提示：PCR反应中DNA分子完全解旋之后再进行复制。

6．基因表达载体中启动子是DNA聚合酶识别和结合的部位。 (×)

提示：启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。

三、探究实践

核心点一：PCR

合作探究

图1、图2分别是PCR反应相关过程。

1．图1所示利用PCR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)，两组引物都不合理，请分别说明理由。

提示：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。

3．要保证目的基因