基因工程的基本操作程序（第1课时）

第三章基因工程

第2节第1课时目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建

（课前+课中+课后，三案一体）

课前案

【预习新知】

一、目的基因的筛选与获取

1.目的基因的概念

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就是日的

基因。根据不同的需要，目的基因不同，主要指缴暹白质的基因。

2.筛选合适的目的基因

从相关的已知结构和功能清晰的基因中筛选。

3.利用PCR获取和扩增目的基因

（1）PCR的含义：聚合酶链式反应的缩写,是一项根据DNA半保留复制的原理,在体外提

供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核甘酸序列进行大量复制的技术。

（2）条件：引物、DNA模板、耐高温的DNA聚合酶、4种脱氧核甘酸等。

（3）扩增过程：目的基因DNA受热变性后分解为单链,引物与单链结合；然后以单链DNA

为模板，在DNA聚合酶的作用下延伸,即将4种脱氧核昔酸加入到引物的二端，如此循环多

次。每次循环一般可分为变性、复性和延伸三步。

二、基因表达载体的构建

1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发

挥作用。

2.基因表达载体的构建过程

3.基因表达载体的组成及作用

【预习自测】

l.Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。（X）

2.PCR技术中，DNA模板链上的碱基G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高JJ）

3.PCR技术扩增目的基因时需用解旋酶将DNA双链打开。（X）

第1课时目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建课中案

【导】

1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗

虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。你知道转基

因抗虫棉抗虫的机制是什么吗?培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？

【思】

1.基因工程的基本操作程序主要包括那几个步骤？

2.基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些？

【议】

1.基因工程操作过程中，哪些步骤中具有碱基互补配对现象？

基因工程操作过程中第一、二、四步中均有碱基互补配对现象，而只有第三步没有。

2.基因工程过程中的关键是什么？

基因工程第二步基因表达载体的构建。

3.PCR技术的原理是什么？

DNA半保留复制。

4.PCR反应过程

过程说明图解

$模板DNA，

1111111111111111111111111111111117

Uii।IIII।IIII1IiII।1।1Ii।i।iiI।।ii

3'y

5'工

变性当温度超过90℃时，双链DNA解聚为单链11I1IIII1IIIlIIIlIIIIII1IIIllIIIl1

H111111[111111111111111111111111i

r5,

S'3：

........................................................,1,1,11111

引物1

温度下降到50c左右，两种引物通过碱基互补___/

复性/DNA引物

配对与两条单链DNA结合引物2*^

.E...............................................................

3-$

【展】学生展示讨论结果

【评】

对比PCR与DNA复制过程

PCR技术DNA复制

相原则碱基互补配对

同原料四种脱氧核昔酸

点条件模板、酶、能量

解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化

不

场所体外复制细胞内（主要在细胞核内）

同

酶耐高温的DNA聚合酶解旋酶、DNA聚合酶

点

结果大量的DNA片段形成整个DNA分子

【检】引导学生总结本节课内容

【练】完成课后案

第1课时目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建课后案

1.下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性内切核酸酶、DNA

聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是（）

A.①②③④B.①②④③

C.①④②③D.①④③②

【答案】C

【分析】分析图解：图①中双链DNA分子切成两段，中间出现了黏性末端，图②中两个具有

平末端的DNA片段连接成一个完整的DNA分子，图③中DNA分子的双链解开，图④是以解

开的单链DNA作为模板形成子链的过程。

【详解】ABCD、限制性核酸内切酶用于切割DNA片段，故①用的是限制性核酸内切酶；DNA

聚合酶用于DNA的复制过程，将单个的脱氧核糖核甘酸连接起来，形成脱氧核糖核甘酸链，

故④用的是DNA聚合酶；DNA连接酶用于连接DNA片段，故②用的是DNA连接酶；解旋酶

会使DNA双链解旋而分开，故③用的是解旋酶，C正确，ABD错误。

故选C。

2.科学家常用PCR特异性地快速扩增目的基因，PCR反应需要在一定的缓冲液中进行，需要

提供DNA母链、4种脱氧核苜酸、耐高温的DNA聚合酶和2种引物。下列相关叙述错误的是

()

A.DNA母链：提供DNA复制的模板

B.4种脱氧核苜酸：合成DNA子链的原料

C.耐高温的DNA聚合酶：打开DNA双链并延伸DNA子链

D.2种引物：使DNA聚合酶能够从引物的3,端开始连接脱氧核甘酸

【答案】C

【分析】PCR原理：在高温作用下，打开DNA双链，每条DNA单链作为母链，以4种游离脱

氧核甘酸为原料，合成子链，在引物作用下，DNA聚合酶从引物3,端开始延伸DNA链，即DNA

的合成方向是从子链的5,端自3,端延伸的，实际上就是在体外模拟细胞内DNA的复制过程。

【详解】AB、PCR技术是一项体外扩增DNA的技术，该过程中需要用DNA母链作为复制的模

板，需要4种脱氧核甘酸作为复制的原料，AB正确；

C、PCR技术中，DNA双链是在高温条件下解旋的，耐高温的DNA聚合腑用于催化子链的延

伸，C错误；

D、PCR技术中需要一对引物，作用是使DNA聚合酶能够从引物的3,端开始连接脱氧核昔酸，

D正确。

故选Co

3.基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤,是成功的关键，下列相关说法不正确的是()

A.构建基因表达载体的目的包括使目的基因在受体细胞中能稳定存在且遗传给下一代

B.基因工程中使用的标记基因有许多种，有的标记基因是质粒上固有的

C.一个基因表达载体一般包括目的基因、标记基因、起始密码和终止密码等结构

D.基因表达载体中的复制原点是质粒DNA的复制的起点

【答案】C

【分析】基因工程技术的基本步骤：

1、弓的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。

2、基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达或体包括目的基因、启动子、终

止子和标记基因等。

3、将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植

物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法利花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的

方法是显微注射法；将FI的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。

4、目的基因的检测与鉴定：（1）分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否

插入目的基因DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA分子杂交技术；③检

测目的基因是否翻译成蛋白质抗原抗体杂交技术。（2）个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴

定、活性鉴定等。

【详解】A、基因表达载体的构建的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并旦可以遗传

给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用，A正确；

B、质粒上的标记基因有的是固有的，也可以是人为加上去的，B正确；

C、一个基因表达载体一般包括目的基因、标记基因、启动子和终止子等结构，C错误；

D、因表达载体中的复制原点是质粒DNA的复制的起点，没有复制远点，质粒DNA就不能复

制，D正确。

故选C。

4.将外源基因送入细胞通常是利用质粒作为载体。下列有关质粒的叙述，正确的是（）

A.质粒从细胞中提取出来后即可以直接使用，无须人工改造

B.质粒上常有特殊的标记基因，以便于重组DNA分子的麻选

C.质粒是具有自我复制能力的DNA分子，只存在于原核生物中

D.质粒一般只有一个限制酶切制位点，以便于目的基因指入

【答案】B

【分析】作为运载体必须具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存：②具有一至多个

限制酶切点，供外源DNA片段插入；③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择：④是安

全的，对受体细胞无害，而且要易从供体细胞分离出来。

【详解】A、天然的质粒不能直接作为载体，基因工程中用到的质粒都是在天然质粒的基础上

进行过人工改造的，A错误；

B、载体上需要具有某些标记基氏，以便于重组DNA分子的筛选，常见的标记基因有抗生素抗

性基因等，B正确；

C、质粒不只存在于原核生物中，如酵母菌中也含有质粒，C错误；

D、质粒一般有一至多个限制酶的切割位点，以便于目的基因播入，D错误。

故选Bo

5.科研人员以抗四环素基因为标记基因，通过基因工程的方法让大肠杆菌生产鼠的B珠蛋白，

治疗鼠的镰刀型细胞贫血症。下列相关实验设计，不合理的是（