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

该高中生物学导学案聚焦“基因工程的基本操作程序”，引导学生掌握目的基因的筛选与获取、表达载体构建、导入受体细胞及检测鉴定四个核心步骤，通过知识导航中的表格对比（如启动子与终止子、不同生物导入方法）和概念辨析搭建学习支架，衔接前后知识脉络。 资料亮点在于以结构化梳理（归纳总结、对比表格）和针对性习题（PCR技术、表达载体构建等重难点）为特色，助力学生形成生命观念（结构与功能统一），发展科学思维（设计基因工程构想），提升科学探究能力（复述PCR原理），有效支持自主学习与课堂教学。

3.2基因工程的基本操作程序 导学案 【学习目标】 1.生命观念：对基因工程的基本程序有整体的认知，形成结构和功能相统 一的观点。 2.科学思维：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。 3.科学探究：能复述PCR技术的原理和基本过程，了解扩增目的基因的方 法。 【学习重难点】 学习重点 (1)基因工程基本操作程序的四个步骤。 (2PCR扩增目的基因。 学习难点 利用PCR获取和扩增目的基因。 目的基因检测与鉴定的方法。 【知识导航】 1.目的基因的筛选与获取 (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。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。 (②)筛选合适的目的基因 ①从相关的己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。 ②利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。 (3)月的基因的获取 ①人工合成目的基因。 ②PCR获取和扩增目的基因。 ③通过构建基因文库来获取目的基因。 第1页/共6页 原理 DNA半保留复制 定的缓冲液、DNA模板、2种引物、4种脱 条件 氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶 通过控制温度使DNA复制在体外反复进行 仪器 PCR扩增仪 当温度超过90℃时，双链DNA 解聚为单链 变性 ' gTT3 不需解旋酶↓加热90C以上 3'TTTTTTTTTTT5′5'TTTTTTTTTTTT3' 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 复性 3LT5'531LT3 程 引物i3 引物Π 方句都是从5'端到3'端 当温度上升到72℃左右时，溶液中 的4种脱氧核背酸在耐高温的DNA 聚合酶的作用下，根据碱基互补配 对原则合成新的DA链 延伸 ms'gmmmor 引物1 弓引物Ⅱ 结果呈指数形式扩增 鉴定采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物 2.基因表达载体的构建—基因工程的核心 第2页/共6页 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传 的 给下一代；同时使目的基因能够表达和发挥作用 是一段有特 是一段有特 殊序列结构 殊序列结构 的DNA片段 的DNA片段 位于目的基 此处A-T含量高， G-C含量低 位于目的基 因的上游，是 因的下游，是 RNA聚合酶 目的 成 识别和结合 启动子基因 RNA聚合酶 脱离的部位， 的部位，能驱 表达载体终止 使转录过程 动基因转录 复 标记 原点 停止 出mRNA 基因 作用为鉴别受体细胞中是否含有目的基因， 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 限制酶切割位点 复制原点是载体DNA复制的起 始点，若复制原点被破坏，则 启动子终止子栽体将不能复制 江 复 目的基因 质粒 限制酶切应插入 原 割位点 启动子 标记基因 点 限制酶 和终止 过 飞限制酶 子文间 程 获取目的基因 DNA ○连接酶。 重组 DNA 分子 若考虑两两相连，则DNA连接酶连接DNA片段 会出现三种情况：目的基因与目的基因的连接、 目的基因与质粒的连接、质粒与质粒的连接， 需筛选出重组质粒 归纳总结启动子、终止子、 起始密码子、终止密码子对比 项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 DNA DNA mRNA mRNA 位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端 RNA聚合酶识别和 翻译的结束信号 使转录在所需要 翻译的起始信号 功能 结合的部位，驱动基 (正常情况下，不编 的地方停下来 (编码氨基酸) 因转录出mRNA 码氨基酸) 3.将目的基因导入受体细胞 第3页/共6页 生物种类 植物 动物 微生物 农杆菌转化法、花粉管 常用方法 显微注射法 Ca2+处理法 通道法 受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 农杆菌转化法：将目的 Ca2+处理细胞→细胞 基因插入Ti质粒的 将含有目的基因的表达载 处于一种能吸收周围 T一DNA中→农杆菌→ 体提纯→取卵（受精卵）→ 转化过程 环境中DNA分子的 导入植物细胞→整合 显微注射→受精卵发育→ 生理状态→基因表达 到受体细胞的染色体 获得具有新性状的动物 载体导入 DNA上→表达 辨析(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。此处“转化”与肺炎 链球菌转化实验中的转化”含义相同，实质都是基因重组。 (②)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入 第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒 的T-DNA上 拼接 第二次拼接（非人工操作）是指插入目的 基因的T-DNA拼接到受体细胞的染色体 DNA上 第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导 入农杆菌 导入 第二次导入（非人工操作）是指含目的基 因的T-DNA导入受体细胞 4.日的基因的检测与鉴定 目的基因转 mRNA 翻 蛋白质 个体 是否插入 录 译 ↑检测 ↑检测 检测 ↑检测 抗原一抗 抗虫、抗病 PCR等技术 体杂交 接种实验等 分子水平的检测 个体生物学 水平的鉴定 【习题巩固】 1.下图表示基因工程中目的基因的获取示意图，下列说法不正确的是() 第4页/共6页 cDNA cDNA文库 生物材料 ③ 获取目 ② 定大小 DNA 基因组文库 基因 范围DNA A③表示PCR技术，用来扩增目的基因 B.从基因文库中要得到所需的目的基因可以根据目的基因的相关信息来获取 C若获取的目的基因相同，则图中基因组文库小于cDNA文库 D.若基因比较小，核苷酸序列又已知，则可以直接通过人工合成的方法获取 2.(2025黑龙江哈尔滨三中期中)PCR是聚合酶链式反应的缩写，如图表示PCR的过程，下列叙述错误的是 引物a 90℃ 50℃ 729℃ A B DNA样品 引物 ,两个DNA分子 A.上述反应中A、B、C过程依次是变性、复性、延伸 B.反应体系中需加入耐高温的DNA聚合酶，该酶在B过程中起作用 C.引物a和引物b的长度应适宜，且相互之间不能发生碱基互补配对 D.A过程通过高温破坏DNA分子中的氢键，使双链DNA解聚为单链 3.用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，经四轮循环后产物中有五种不同的DNA分子。下列有关叙述错误的是 3 引物1 引物2 5 5 3 3 目的基因 图1 图2 A第一轮循环得到2个DNA分子，即①②各一个 B.第二轮循环得到4个DNA分子，即①②③④各一个 C.第三轮循环得到8个DNA分子，其中有2个是两条脱氧核苷酸链等长的，也就是有2个⑤ D.第四轮循环得到16个DNA分子，其中有4个⑤ 4.(2025湖南长沙月考)基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。下列关于基因表达载体及其构建的叙述， 正确的是() A用一种限制酶分别切割目的基因和质粒构建表达载体，比用两种限制酶效果更好 B.用两种限制酶切割目的基因和质粒之后，也要用两种酶即DNA连接酶、DNA聚合酶进行连接 C构建基因表达载体时，插入目的基因不能破坏标记基因、启动子、终止子等结构的完整性 D.基因表达载体包括起始密码子、终止密码子、复制原点、标记基因、目的基因等组成部分 5利用PC既可以快速扩增特定基因，也可以检测基因的表达。下列有关PCR的叙述错误的是( APCR用的DNA聚合酶是一种耐高温酶 B.变性过程中双链DNA的解开不需要解旋酶 第5页/共6页 C,复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则 D.延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP和4种核糖核苷酸 6.(2025全国卷)为在大肠杆菌中表达酶X,某同学将编码酶X的基因（目的基因）插入质粒P0,构建重 组质粒P,并转入大肠杆菌。该同学设计引物用PCR方法验证重组质粒构建成功（引物14结合位置如图 所示，→表示引物5’→3′方向)。回答下列问题： 引物1 目的基因 引物3 引物2 重组质粒Px (I)PCR是根据DNA复制原理在体外扩增DNA的技术。在细胞中DNA复制时解开双链的酶 是 一，而PCR过程中解开双链的方法是 (2)PCR过程中，因参与合成反应、不断消耗而浓度下降的组分有 答案 1--5CBDCD 6.(1)解旋酶 高温变性 (2)引物、脱氧核苷三磷酸 第6页/共6页