2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3同步练习 第3章 第2节 第1课时 目的基因的筛选与获取和基因表达载体的构建.docx

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和基因表达载体的构建

课标内容(1)阐明基因工程的原理和基本操作程序。

(2)尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。

知识点1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.筛选合适的目的基因

3.获取目的基因的方法

4.利用PCR获取和扩增目的基因

(1)PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，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)基本条件

(3)过程

基于PCR的过程，完成下列问题：

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。

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。

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聚合酶的催化下，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′端延伸合成新的子链DNA。

(4)仪器：PCR扩增仪(RCR仪)。

(5)PCR产物的鉴定方法：琼脂糖凝胶电泳。

知识点2基因表达载体的构建

1.构建基因表达载体的目的

(1)使目的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

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连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处(如图所示)。

(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)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。

(4)PCR扩增技术中，需用解旋酶使双链DNA解聚。(×)

提示：不需要解旋酶。

(5)DNA聚合酶能够从引物的5′端开始连接脱氧核苷酸。(×)

提示：3′端。

一、利用PCR获取和扩增目的基因

【情境探疑】

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)请完善图1中的信息。

(2)高温变性的目的是使双链DNA解聚为单链。

(3)PCR所需引物是依据目的基因的一段已知序列设计而成的，图1中引物A与引物B不同(填“相同”或“不同”)，其在PCR过程中不能(填“能”或“不能”)重复利用。

(4)DNA复制时为什么需要引物？

提示：在DNA扩增时，DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从引物的3′端延伸DNA链，因此DNA复制时应加入两种引物。

(5)图1所示利用PCR技术扩增目的基因，从第几轮循环才会产生完整的目的基因(可用相关图解解释)?

提示：第3轮，如图所示：

(6)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Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效。第2组：引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效。

(7)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。

(8)如果循环n次，则共需消耗多少对引物？

提示：共需消耗(2n－1)对引物。

1.引物

DNA复制时，DNA聚合酶不能从DNA模板链的一端直接开始合成子链，而是需要从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸，形成DNA子链。因此进行PCR扩增的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列来合成引物。

(1)引物的本质：引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸，既可以是DNA单链，也可以是RNA单链。细胞内的DNA进行复制时，也需要引物，一般是RNA片段。

(2)引物的长度：用于PCR的引物长度通常为20～30个核苷酸。

(3)一个PCR反应所需引物的种类：2种。DNA的两条链是反向平行的，2种引物要分别与两条模板链结合。

2.PCR所需要的原料

在PCR过程中实际加入的为dNTP，即脱氧核糖核苷三磷酸，包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。其分子结构为：

既可作为合成DNA子链的原料，又可为DNA的合成提供能量。

3.生物体内DNA复制与PCR技术的比较

【典例应用】

例1下列有关体内DNA复制与PCR技术比较的叙述，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