高中生物《目的基因获取和基因表达载体的构建》导学案+课后练习题

1.2基因工程的基本操作程序第1课时目的基因获取和基因表达载体的构建[学习目标] 1.掌握基因工程的基本操作程序。

2.理解获取目的基因的途径及基因表达载体的构建。

知识点一目的基因的获取知识梳理1.基因工程操作的基本程序(1)□01目的基因的获取。

(2)□02基因表达载体的构建。

(3)将目的基因导入□03受体细胞。

(4)目的基因的□04检测与□05鉴定。

2．目的基因的获取(1)目的基因概念：主要指编码□01蛋白质的基因，也可以是一些具有□02调控作用的因子。

(2)目的基因的来源①从□03生物中直接获取。

②□04人工合成的方法合成。

(3)目的基因获取方法①从基因文库中获取a．前提条件：□05目的基因序列未知。

b．基因文库：将含有某种生物不同基因的许多□06DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。

d．构建过程e．提取依据：根据基因的有关信息，如□17基因的核苷酸序列、□18基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。

②利用PCR技术扩增目的基因a．PCR含义：是多聚酶链式反应的缩写，是一项在生物体外□19复制特定DNA片段的核酸合成技术。

b．PCR原理：□20DNA双链复制。

c．前提条件：有一段已知目的基因的□21核苷酸序列，以便根据这一序列合成□22引物。

d．要求模板：□23目的基因两条链原料：dNTP酶：热稳定□24DNA聚合酶(□25Taq酶)引物：人工合成的两条□26DNA片段(引物1，引物2)e．扩增过程f．方式：指数形式扩增(2n，n为扩增循环的次数)g．结果：□31获得大量目的基因③人工合成a．前提条件：核苷酸序列□32已知，基因□33比较小。

b．方法：通过□34DNA合成仪用化学方法直接人工合成。

[问题探究] 1.所有的目的基因都可以从基因文库中获得吗？提示：不可以。

基因文库包括部分基因文库(如cDNA文库)和基因组文库，前者含有某生物的部分基因，不可能从中获得全部目的基因，后者包含该生物的所有基因，可以获得所有的目的基因。

2．PCR过程中需要解旋酶吗？所需要的DNA聚合酶应具有什么特点？提示：PCR过程中，DNA双链解开是在高温下完成的，不需要解旋酶；由于PCR过程温度较高，所以需要能耐高温的DNA聚合酶。

典题分析题型一目的基因获取方法的辨析[例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．由于真核细胞的基因中含有不表达的DNA片段，所以一般使用人工合成的方法获取真核细胞中的目的基因C．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D．PCR技术的原理是DNA复制，需DNA连接酶催化DNA合成解题分析PCR技术的原理是DNA分子的复制，需要耐高温的DNA聚合酶催化DNA合成，D错误。

答案 D[例2]下图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法。

相关叙述正确的是()A．三种方法都需要酶并均在体外进行B．①②③碱基对的排列顺序均相同C．三种方法均属于人工合成法D．方法a不遵循中心法则解题分析这三种方法都是在体外进行的，且都用到酶(方法a需要逆转录酶和DNA聚合酶，方法b需要限制酶，方法c需要DNA聚合酶)，A正确；①③序列中一般不含有内含子，②中含有内含子，所以①②③碱基对的排列顺序不相同，B错误；图示a和c属于人工合成法，而b是从供体细胞的DNA中直接分离目的基因的方法，C错误；方法a遵循中心法则，D错误。

答案 A技法提升获取目的基因的方法选择(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，从基因文库中获取目的基因。

(2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过DNA合成仪利用化学方法直接人工合成。

(3)如果知道要扩增的目的基因及两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，可以通过PCR技术扩增目的基因。

题型二PCR过程分析和体内DNA复制的比较[例3]利用PCR技术将某小段DNA分子扩增n代，需()A．测定DNA分子两端的核苷酸序列，以便设计引物对B．2n对引物参与子代DNA分子的合成C．向反应体系中加入解旋酶、DNA聚合酶等D．保持反应体系温度恒定，确保扩增的正常进行解题分析PCR技术中引物的设计是根据扩增的DNA片段两端的核苷酸序列，A正确；依题意，将某DNA分子扩增n代，形成2n个DNA分子，其中除了两条最初的模板不含引物，其他的链均含有引物，因此需要2n－1对引物，B 错误；PCR技术是在体外进行DNA扩增，不需要解旋酶，高温使氢键断裂，需要耐高温的DNA聚合酶，C错误；通过改变温度，从而使DNA变性、复性和延伸循环进行，D错误。

答案 A[例4]PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比，主要有两点不同，它们是()①PCR过程需要的引物是人工合成的单链DNA②PCR过程不需要DNA聚合酶③PCR过程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通过对反应温度的控制来实现的④PCR过程中，DNA不需要解旋，直接以双链DNA为模板进行复制A．③④B．①②C．①③D．②④解题分析PCR过程需要的引物是人工合成的单链DNA，①正确；PCR过程需要耐高温的DNA聚合酶，②错误；PCR过程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通过对反应温度的控制来实现的，然后以单链DNA为模板进行复制，③正确，④错误。

所以C正确。

答案 C题后归纳PCR技术与体内DNA复制的异同点知识点二基因表达载体的构建知识梳理1.重要性：基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。

2．操作目的：使目的基因在受体细胞中□01稳定存在，并且可以□02遗传给下一代，同时，使目的基因能够□03表达和发挥作用。

3．组成4．构建过程：一般用同一种□01限制酶分别切割载体和目的基因，再用□02 DNA连接酶把两者连接(如图)。

[问题探究] 1.目的基因插入载体的位置是随机的吗？提示：目的基因插入载体的位置不是随机的：基因表达载体需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子和终止子之间的部位，若目的基因插入启动子部位，启动子将失去原功能，同时也不能插入标记基因中，否则会使标记基因被破坏无法进行筛选。

2．构建重组质粒时只能用同一种限制酶切割目的基因和载体吗？提示：切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。

如果切割质粒和获取目的基因的限制酶不同，但两者切割后形成的黏性末端相同，在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。

也可以用两种不同的限制性核酸内切酶，分别对质粒和含有目的基因的DNA片段进行切割就可以有效避免载体与载体以及目的基因与目的基因的连接，提高连接的有效性。

典题分析题型三启动子、终止子、起始密码子和终止密码子的区分[例5]下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是()A．起始密码子是一段DNA序列，位于胰岛素基因的首端B．表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点C．借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来D．启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用解题分析起始密码子是mRNA上三个相邻的碱基，是蛋白质翻译的开始，A错误；基因表达载体的复制原点和启动子是不同的位点，基因表达载体的复制开始于复制原点，胰岛素基因的表达开始于启动子，B错误；抗生素抗性基因可作为基因工程中的标记基因，可将含有目的基因的受体细胞筛选出来，C正确；启动子在基因表达的转录中起作用，终止密码子在基因表达的翻译中起作用，D 错误。

答案 C题后归纳题型四限制酶的选择[例6]如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中PstⅠ、SmaⅠ、Eco RⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。

下列说法错误的是()A．图示过程是基因工程的核心步骤B．表达载体构建时需要用到限制酶SmaⅠC．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来D．除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构解题分析图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的核心步骤，A正确；构建过程中需要将目的基因完整切割下来，此时要用到限制酶PstⅠ、Eco RⅠ，B错误；抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞，C正确；基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等，D正确。

答案 B技法提升构建基因表达载体时限制酶的选择(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。

②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。

③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，应使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲可选择用PstⅠ和Eco RⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。

(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。

②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。

[基础对点]知识点一目的基因的获取1．有关目的基因的获取和基因文库的理解，不正确的是()A．目的基因可以从自然界中分离，也可以人工合成B．目的基因主要指编码蛋白质的基因C．基因文库就是基因组文库D．cDNA文库只含有某种生物的一部分基因答案 C解析目的基因可以从自然界中已有的物种中分离出来，也可以人工合成，A正确；目的基因主要指编码蛋白质的基因，B正确；基因文库分为基因组文库和部分基因文库，前者拥有一种生物的全部基因，后者仅拥有一种生物的一部分基因，如cDNA文库，D正确，C错误。

2．以下甲、乙两图表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法，以下说法中错误的是()A．甲方法可建立该细菌的基因组文库B．乙方法可建立该细菌的cDNA文库C．甲方法要以脱氧核苷酸为原料D．乙方法需要反转录酶参与答案 C解析甲方法是从细菌中直接提取出全部的DNA，再切割出目的基因，故可以建立该细菌的基因组文库，A正确；乙方法是由mRNA反转录获取目的基因，故可以建立该细菌的cDNA文库，B正确；乙方法需要反转录酶和脱氧核苷酸为原料，D正确；甲方法中，只是利用限制性核酸内切酶将其原有的DNA切断即可，不需要以脱氧核苷酸为原料，C错误。

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技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成A．①②B．②③C．③④D．①③答案 B解析PCR技术利用的是DNA双链复制原理，即将双链DNA之间的氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应的模板，②需要；反转录法则是以目的基因的信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下，先反转录形成互补的单链DNA，再合成双链的DNA，③需要；①④则均不需要模板，B正确。