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-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二生物选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单项）

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 [学习目标]　1.运用结构与功能和技术思维理解PCR技术的过程、原理、条件等内容。　2.结合基因工程的基本操作程序，针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。 知识点一　目的基因的筛选与获取 1．筛选合适的目的基因 2．获取目的基因 (1)利用PCR获取和扩增目的基因 ①原理：DNA半保留复制 ②PCR反应的条件 参与的组分 在DNA复制中的作用 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 (耐高温的)DNA聚合酶 催化合成DNA子链 引物(长度通常为20～30个核苷酸) 分为2种，分别与两条模板链结合，使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 温度 控制温度使DNA复制在体外反复进行 缓冲液(含Mg2＋) 真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活 学生用书↓第71页 ③PCR扩增的过程 提醒：复性不一定均为引物与DNA模板结合。复性时，引物与DNA模板的结合是随机的，也存在DNA解开的两条链的结合。 ④PCR产物的鉴定：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定。 (2)通过构建基因文库来获取目的基因。 [思维辨析] 1．目的基因一定是编码蛋白质的基因。(×) 2．DNA聚合酶能够从引物的5′端开始连接脱氧核苷酸。(×) 3．PCR过程不需要解旋酶。(√) 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。(√) 探究点　分析PCR技术的原理和过程，提高科学思维能力 聚合酶链式反应是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，下图为PCR扩增中第一轮的变化，结合所学知识回答下列问题： (1)结合下图分析PCR过程中为什么需要引物？DNA链复制的方向是怎样的？ 提示：DNA聚合酶不能从头合成子链，只能把游离的脱氧核苷酸连接到已经存在的片段上。加入引物，能够使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。DNA链复制的方向总是从子链的5′端向3′端延伸。 (2)PCR扩增目的基因时，复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会破坏引物与模板的碱基配对，复性温度过低又会造成引物不能与DNA模板链的特定部位结合。复性温度的设定与引物长度、碱基组成有关，假设引物的长度相同，在GC含量高时，对复性温度的设定有什么要求？说明理由。 提示：在引物的G—C含量高时，设定的复性温度要高一些。因为DNA分子中G—C之间有三个氢键，A—T之间有两个氢键。 (3)在利用PCR获取和扩增目的基因时，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： 　归纳总结 1．生物体内DNA复制与PCR反应的比较 比较项目 体内DNA复制 PCR反应 解旋 在解旋酶作用下，细胞提供能量，部分DNA双链解开 90 ℃以上高温下解旋，DNA双链全部解开，不需要解旋酶 酶 解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶 耐高温的DNA聚合酶 引物 一小段RNA 可以是RNA或单链DNA分子片段 合成子链 在引物基础上，一条链连续合成；另一条链不连续合成，再由DNA连接酶连接 分别从两条链的引物的3′端开始延伸，都是连续合成 过程 学生用书↓第72页 循环次数 受生物体自身控制 30次左右 产物 完整DNA 两个引物之间的DNA片段 相同点 都需要DNA模板、4种脱氧核苷酸、分别与两条模板链相结合的两种引物；都是半保留复制，严格遵循碱基互补配对原则 2．PCR中的数量关系 复制次数 1 2 3 n DNA分子数 2 4 8 2n 含引物的DNA分子数 2 4 8 2n 含其中一种引物的DNA分子数 1＝21－1 3＝22－1 7＝23－1 2n－1 同时含两种引物的DNA分子数 0＝21－2 2＝22－2 6＝23－2 2n－2 共消耗引物的对数 1＝21－1 3＝22－1 7＝23－1 2n－1 含脱氧核苷酸链等长的DNA分子数 0＝21－2 0＝22－4 2＝23－6 2n－2n (2023·海南期末)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 D　[由于复制过程中子链的合成方向是从5′端向3′端，所以耐高温的DNA聚