《2024年高中生物新教材同步学案 选择性必修第三册 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（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2024年高中生物新教材同步学案 选择性必修第三册 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（含解析）（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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)类型：与生物抗逆性、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因，如培育转基因抗虫棉用到的Bt抗
2、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。(3)基本条件场所：在一定的缓冲液中进行，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
3、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)上一轮循环的产物可以作为下一个循环的模板，因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n，其中n为扩增循环的次数)。(6)鉴定：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定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()
4、(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()答案(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。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：1PCR扩增的是完整的模板DNA分子吗？并说明理由。提示不是；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
5、例是多少？提示第3轮；1/4。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？提示根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。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。提示第1组：引物 和引物 会因局部发生碱基互补配对而失效。第2组：引物 自身折叠后会因出现局部碱基互补配对而失效。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？提示要在两种引物的5端分别添加上限制酶的识别序列。6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。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
6、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0212022422362n2n1(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答案A解析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如图表示利用PCR技术扩增目的基
7、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答案D解析由题图可知，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、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
8、体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，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)。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()答案(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mR
9、NA上。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，一般会直接被分解，即使可以转录翻译成蛋白质，游离的DNA片段也无法随着细胞分裂而进行复制，导致子代细胞中不再含有目的基因。因此，获取Bt基因后，还需要借助载体将其导入棉花细胞，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？提示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请结合图示，回答下列问题：(1)构建基因表达载体时，能否用Sma酶切割质粒？为什么？提示不能；因为Sma会破坏质粒的抗生素抗性基
10、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)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与载体的反向连接。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Sma 。(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Sma
11、。(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。拓展延伸真、原核细胞基因的结构和表达(1)基因的结构(2)基因表达遗传信息原核生物基因真核生物基因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
12、构建也有所差别答案B解析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(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Hind和Pst切割质粒，可得到2条DNA片段B不能用Alu酶切割质粒和外源DNA的原因是Alu酶会破坏目的基因C构建重组DNA时，需选择Sma酶和Pst酶同时切割质粒和外
13、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答案C解析限制酶Hind和Pst在质粒上各有一个识别切割位点，用Hind和Pst切割质粒，可得到2条DNA片段，A正确；Alu的切割位点位于目的基因中，用Alu酶切割外源DNA会破坏目的基因，B正确；不宜选择Sma酶和Pst酶同时切割质粒和外源DNA，因为质粒中的两个标记基因均会被破坏，且DNA会反向连接至载体上，C错误；构建重组DNA时，选择限制酶Hind和Pst同时切割质粒和外源DNA，会破坏质粒中的氯霉素抗性基因，保留四环素抗性基因，所以导入了重组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
14、的培养基上生长，D正确。 题组一目的基因的筛选与获取1(2023陕西西安高二调研)基因工程操作“四步曲”的正确顺序是()目的基因的筛选与获取将目的基因导入受体细胞基因表达载体的构建目的基因的检测与鉴定A BC D答案C2下列关于PCR技术的叙述，正确的是()APCR技术建立在对扩增的目的基因序列完全已知的基础上B该技术需要解旋酶和耐高温的DNA聚合酶C该技术需要一对特异性的引物，要求一对引物的序列是互补的D该技术应用DNA半保留复制原理，也需要模板、原料、能量、酶等条件答案D解析PCR技术扩增的目的基因序列不一定完全是已知的，A错误；该技术是通过高温来使DNA解旋的，不需要解旋酶，B错误；该技术需要的一对引物，分别能与模板DNA的两条链进行碱基互补配对，其序列不是互补的，C错误。3用PCR扩增下面的DNA片段：5GACCTGTGGAAGCCATACGGGATTG33CTGGACACCTTCGGTATGCCCTAAC5供选择的引物有：5GACCTGTGGAAGC35CATACGGGATTG35GTATGCCC
