3.2基因工程的基本操作程序（第一课时）导学案-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

学科 生物 年级 高二 时间 课题 3.2 基因工程的基本操作程序 课型 新授课 课时 第1课时 主备教师 学习目标 1.运用结构与功能观等观念，理解PCR技术的过程、原理、条件等内容。 2.运用文字与图示的方式，说明目的基因的筛选与获取和基因表达载体的构建。 第一步：目的基因的筛选与获取 （一）目的基因 1.概念 在基因工程的设计和操作中，用于 或获得 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，主要是指 的基因，如与生物抗逆性、生产药物、毒物降解、工业用酶等相关基因。 3.实例 培育转基因抗虫棉用到的目的基因是什么？ （二）筛选合适的目的基因方法 从 中进行筛选是较为有效的方法之一。 在培育转基因抗虫棉之前，用苏云金杆菌制成的生物杀虫剂广泛用于防治棉花虫害已有多年历史。 认识基因结构和功能的方法： 。 （三）获取目的基因的方法 1. 目的基因； 前提： 方法： 2.通过 来获取目的基因； 3.常用 特异性地快速扩增目的基因 （四）利用PCR获取和扩增目的基因 1.含义 PCR是 的缩写。是一项根据 的原理，在 提供参与DNA复制的 与 ，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 （1）原理： （2）操作环境： （3）目的：对目的基因的核苷酸序列进行大量复制。 （4）优点： 2.体内DNA复制的过程（复习） （1）解旋：在能量的驱动下， 将DNA双螺旋的两条链解开， 断裂。 （2）合成引物：在引物酶的作用下，产生一小段RNA作为 ，后期引物会被切除。 引物的作用简单理解就是引出DNA聚合酶，因为DNA聚合酶必须识别3，端才能结合上去。 （3）合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的 为原料，按照 ，各自合成与母链互补的一条子链。 （4）重新螺旋 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 3.体内DNA复制所需的基本条件（完成下表并对比体外PCR的各基本条件） （1）复制的原料实为dNTP（dATP、dTTP、dCTP、dGTP），同时水解产生能量为合成DNA子链提供能量，因此体系中不需要添加ATP。 （2）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。用于PCR的引物长度通常为20〜30个核苷酸。体外复制的引物一般为DNA单链。 （3）PCR反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行。真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要 激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2+ 。 4.PCR的反应过程 ①变性 当温度上升到 以上时，双链DNA自动解聚为单链。 ②复性（退火） 当温度下降到 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 当温度上升到 左右时，溶液中的 在 的作用下，根据碱基互补配对原则延伸合成新的DNA链。 5.PCR的结果 由于一个循环得到的产物又可以作为下一个循环的 ，因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍。 即成 形式扩增（约为 ，其中n为扩增循环的次数）。 6.PCR产物的鉴定 常采用 来鉴定PCR的产物。 任务一：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.PCR扩增的是完整的模板DNA分子吗？并说明理由。 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？比例是多少？ 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？ 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。 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？ 6.如果循环n次，则共需消耗多少对引物？ 任务二：PCR中的数量关系小结 练一练： 1．下列有关获取目的基因的方法，叙述错误的是( ) A．从基因文库中直接获取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性 B．如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可以利用化学方法直接人工合成 C．PCR技术的原理是DNA的半保留复制，需DNA连接酶催化DNA合成 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 2．下列有关体内DNA复制与PCR技术比较的叙述，不正确的是( ) 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解旋 C．体内DNA复制需要能量，PCR也需要能量 D．二者遵循的碱基互补配对原则相同 3．下列获取目的基因的方法中需要模板链的是( ) ①从基因文库中获取目的基因　②利用PCR扩增目的基因　 ③逆转录　④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成 A．①② B．②③ C．③④ D．①③ 4．PCR技术是在DNA聚合酶作用下，在体外进行DNA大量扩增的一种分子生物技术。下列叙述正确的是( ) A．双链DNA在高温下氢键和磷酸二酯键断裂形成2条DNA单链 B．温度降低后，单链DNA和引物结合的部分碱基序列相同 C．以2条DNA单链为模板，以4种NTP为原料，经耐高温酶在高温下合成2个新的DNA D．设置PCR仪的温度进行反应可重复循环多次，DNA呈指数式扩增 5、某研究小组利用PCR技术扩增一段目的基因，已知该目的基因片段长度为500bp，初始模板DNA分子数量为2个。若PCR反应共进行10个循环，且所有循环均高效完成、无扩增损耗。下列相关叙述正确的是（ ） A. 理论上可获得该目的基因片段总数为1024个 B. 理论上可获得只含目的基因片段的DNA分子数为1004个 C. 第10次循环结束时，新合成的DNA链数为1024条 D. 整个PCR过程共消耗引物分子总数为2048个 3.2基因工程的基本操作程序--第1课时1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $