第3章 第2节 基因工程的基本操作程序-2020-2021学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程 新课标辅导【精讲精练】人教版（word）

第2节　基因工程的基本操作程序 【学习目标】 1．概述基因工程的基本操作程序主要的步骤——科学思维 2．阐明目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤涉及的技术和方法——科学思维 知识点一　第一步：目的基因的筛选与获取 [新知梳理] 1．目的基因：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。主要是指编码蛋白质的基因。 2．筛选目的基因的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是最有效的方法之一。 3．利用PCR获取和扩增目的基因 (1)原理：DNA半保留复制。 (2)条件： ①在缓冲液中进行，需提供DNA模板，分别与两条模板链结合的2种引物，4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。 ②通过控制温度使DNA复制在体外反复进行。 (3)过程： (4)结果：目的基因成指数形式扩增。 [互动探究] 1．苏云金杆菌制成的生物杀虫剂广泛用于防止棉花虫害，这对培育转基因抗虫棉有何启发？ 提示：可以从苏云金杆菌体内提取出与抗虫有关的抗虫基因(Bt基因)，再将抗虫基因转入棉花体内，并让其表达，培育出抗虫棉。 2．利用PCR扩增目的基因时，DNA两条模板链间氢键的断裂是否需要解旋酶？为什么？ 提示：不需要解旋酶，而是通过加热到90℃以上，让双链DNA解聚为单链。 3．利用PCR扩增目的基因时，为什么要用2种不同的引物？ 提示：DNA是两条反向平行的双链结构，而复制时只能从固定的方向(模板链的3′端)开始，所以引物的碱基序列是不同的。 [归纳总结] PCR技术与生物体内DNA复制的比较 比较项目 PCR技术 DNA复制 区别 解旋方式 DNA在高温作用下变性解旋 解旋酶催化 场所 细胞外(在PCR扩增仪内) 细胞内(主要在细胞核内) 酶 耐高温的DNA聚合酶 DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等 温度条件 需控制温度，在较高温度下进行 细胞内温和条件 合成的对象 DNA片段或基因[来源:学科网ZXXK] DNA分子 联系 ①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成 ②原料：均为四种脱氧核苷酸 ③酶：均需要DNA聚合酶进行催化 ④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 [题组通关] 1．PCR技术扩增DNA，需要的条件是(　　) ①目的基因　②引物　③四种脱氧核苷酸　④耐高温的DNA聚合酶　⑤mRNA　⑥核糖体　⑦能量 A．②③④⑤⑥ B．①③④⑦ C．①②③⑤⑥ D．①②③④⑦ 解析　PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术，条件是有一段已知的目的基因的核苷酸序列和根据核苷酸序列合成的引物，原料是四种脱氧核苷酸，也需要多种酶，如Taq酶。物质的合成需要消耗能量。 答案　D 2．基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题： (1)PCR技术扩增目的基因的原理是_____________________________________________________________________。 (2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是________。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是____________。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的________。 (3)目前在PCR反应中常使用的耐高温的DNA聚合酶是Taq酶，而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_____________________________________________________________________。 解析　(1)PCR技术的原理是DNA的半保留复制。(2)体内进行DNA复制时，需要解旋酶和DNA聚合酶，解旋酶可以打开双链之间的氢键，DNA聚合酶可以催化磷酸二酯键的形成。在体外进行PCR扩增时，利用高温即加热至90℃以上，变性破坏双链之间的氢键，解旋酶和高温处理都破坏了DNA双链中碱基对之间的氢键。(3)由于在PCR过程中，需要不断地改变温度，该过程中涉及较高温度处理变性，细胞内的DNA聚合酶在高温处理下会变性失活，PCR过程中需要用耐高温的Taq聚合酶催化。 答案　(1)DNA的半保留复制　(2)解旋酶　加热至90 ℃以上　氢键　(3)Taq酶热稳定性高，大肠杆菌的DNA聚合酶在高温下会变性失活 知识点二　第二步：基因表达载体的构建 [新知梳理] 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，并且可以遗传给下一代。 (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 (1)先用一定的限制酶切割载体，使