3.2 基因工程的基本操作程序导学案-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3章 第2节　基因工程的基本操作程序 【学习目标】 1．简述基因工程的基本操作程序。 2．掌握获取目的基因的方法。 3．熟悉目的基因导入受体细胞的方法。 4．了解农杆菌转化法。 5．会进行目的基因检测和鉴定方法的比较。 知识点一　目的基因的筛选与获取 【自主学习】 1．基因工程的基本操作程序 (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)目的基因：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认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。 3．获取目的基因的途径 (1)人工合成目的基因。 (2)构建基因文库获取目的基因。 (3)PCR获取目的基因。 4．利用PCR获取和扩增目的基因 (1)PCR是聚合酶链式反应的缩写。 (2)PCR原理：DNA半保留复制。 (3)PCR条件：一定的缓冲溶液、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。 (4)每次循环的过程：变性→复性→延伸。 ①变性：加热至90 ℃以上时，双链DNA解聚为单链。 ②复性：冷却至50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 ③延伸：加热至72 ℃左右时，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)特点：上一轮循环的产物作为下一轮反应的模板，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，n为扩增循环的次数)。 (6)鉴定：常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。 (7)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 合成对象 DNA片段或基因 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 【重点突破】 1． PCR反应与体内DNA复制的引物在化学本质上是否相同？请分析原因。 不相同。体内DNA复制所需引物为RNA聚合酶合成的一小段RNA，但PCR反应时所用引物是人工加入的一小段DNA。 2．判断PCR是否需要解旋酶和DNA聚合酶两种酶，并说明判断的理由。 不需要解旋酶。理由：PCR中解旋是通过控制温度实现的，当温度上升到90 ℃以上时，DNA的双螺旋结构被打开。需要DNA聚合酶。理由：能将单个核苷酸加到已有的单链片段的3′端上，但该酶需耐高温。 3．PCR的每次循环中应如何控制温度？请分析原因。 每次循环中先高温解旋，再低温使引物与模板结合，最后适当升温有利于耐高温的DNA聚合酶发挥作用。 4．PCR过程中两种引物的碱基序列能否互补？说明理由。 不能。因为两种引物分别与两个DNA单链的3′端互补结合，而DNA的两条单链的3′端碱基序列往往不同，如果2种引物的碱基序列互补那么会影响引物与DNA单链的结合。 5．如果在某基因组定位了一个目的基因X，但是其核苷酸序列未知，现已知X邻近区域的上、下游的部分DNA序列，此时如何设计引物？ 虽然目的基因X的核苷酸序列未知，但X临近区域的上、下游的部分DNA序列已知，因此可根据X临近区域的上、下游已知序列设计引物。 6．若PCR过程中加入模板DNA片段a个，经过n次复制后，产生的DNA片段中含有模板DNA片段a的DNA个数为多少？试分析原因。 2a个。因为DNA是半保留复制，一开始的模板链最终分布在子代DNA分子中。 7．一个目的基因(DNA)分子在第3次扩增时，需要几种引物？需要几个引物？ 一个目的基因(DNA)分子在第3次扩增时，需要2种引物；第三轮是在第二轮的基础上进行的，第二轮得到四个DNA分子，共八条链，因此需要8个引物。 知识点二　基因表达载体的构建和将目的基因导入受体细胞 【自主学习】 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．将目的基因导入受体细胞 (1)导入植物细胞 ①花粉管通道法 a．用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。 b．在植物受粉后的一段时间内，剪去