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第三章 基因工程
第二节 基因工程的基本操作程序
一、目的基因的筛选与获取
（一）目的基因的筛选与获取
1．目的基因概念：在基因工程的设计和操作中，用于 或 等的基因就是目的基因
（根据不同的需要，目的基因是不同的，主要是指 。
2．筛选目的基因的方法
(1)从相关的 和 的基因中进行筛选。
(2)获取方法有从 中获取，利用 扩增，通过化学方法人工合成。
3．利用PCR 获取和扩增目的基因
(1)PCR 概念：PCR 是 的缩写，是一项根据 的原理，在 提供参
与DNA 复制的 与 ，对 进行 的技术。
①全称： ②原理： ③操作环境： ④目的：
⑤优点： 。
(2)DNA 体内复制的条件
参与的组分
在DNA 复制中的作用
DNA 母链
提供DNA 复制的
4 种脱氧核
苷酸
合成DNA 子链的
解旋酶
打开DNA 双链
DNA 聚合
酶
催化合成DNA
引物
使DNA 聚合酶能够从 端开始连接脱
氧核苷酸
注：引物是一小段能与 的一段碱基序列 的 。
(3)DNA 体外复制（PCR）的条件
参与的组分
在DNA 复制中的作用
DNA 母链
提供DNA 复制的
4 种脱氧核苷酸
合成DNA 子链的
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引物
使DNA 聚合酶能够从 端开始连接脱
氧核苷酸
90℃以上高温
打开DNA 双链（变性温度）
耐高温的
催化合成DNA 子链
缓冲液（含
）
激活真核细胞和细菌的
其他不同的温度
需要不同温度
注：复制的原料实为 （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 。
(4)过程
目的基因DNA 后 ， 与单链相应 结合；然后
以 为模板在 作用下进行 ，即将4 种 加
到 ，如此 ， 每次循环一般可以分为 三步。
注：
温度上升到90 ℃左右，双链DNA 解聚为单链
复
性
温度下降到55 ℃左右，两种引物通过碱基互补配对
与两条单链DNA 结合
温度上升到72 ℃左右，Taq 酶从引物起始合成互补
链，可使新链由
端
延伸
拓展：DNA 复制的相关计算
4．子代DNA 分子总数 个；
5．第n 代产生的DNA 数： 个；
6．子代DNA 脱氧核苷酸链总数= 条
7．第n 代产生的DNA 链数： 条
n
①代后，DNA 分子有 个
n
②代后，DNA 链有 条
③第 代出现完整的目的基因
n
④代后，含引物的DNA 分子有 个
n
⑤代后，共消耗 个引物
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⑥第n 代复制，消耗了 个引物
n
⑦代后，完整的目的基因有 个
8．获取目的基因的其他方法：构建基因文库来获取目的基因：将含有某种生物不同基因的
许多 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基因，
称为基因文库。① ：包含一种生物所有的基因。② ：只包含一种生物
一部分基因，如cDNA 文库。利用化学方法人工合成：用DNA 合成仪，要获取的基因比
较小，核苷酸序列又已知，不需要模板。
（二）基因表达载体的构建
9．基因表达载体的构建 。
基因表达载体的组成
基因表达载体必须包括 、 、 、 等（若需
要能完成自主复制，还应有 ）。
（1）启动子
①本质：一段有特殊序列结构的 片段。
②位置：位于基因的 ，紧挨 。
③功能： 。
④特殊类型： 。
⑤诱导型启动子的特点： 。
（2）终止子
①本质：一段有特殊序列结构的 片段。
②位置：位于基因的 。
③功能： 。
注：启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比
比
较
项
启动子
终止子
起始密码子
终止密码子
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目
本
质
DNA 片段
DNA 片段
mRNA 上
mRNA 上三个相
邻的碱基
位
置
目的基因上游
目的基因
mRNA 首端
mRNA 尾端
功
能
RNA 聚合酶识别和结合
的部位，驱动基因转录
出mRNA
使转录在所需
要的地方停下
来
翻译的起始信号
（编码氨基酸）
翻译的结束信号
（不编码氨基酸）
（3）标记基因
①作用： 。
②常见类型：抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等
（4）基因表达载体的构建过程
、 、
、 、 。
（三）将目的基因导入受体细胞
10．1、将目的基因导入植物细胞—花粉管通道法
（1）操作方式
①用 将 直接注入 中。
②在 的一定时间内， ，将 滴加在 上，使目的基因借助 进
入 。
（2）受体细胞： 。
11．将目的基因导入植物细胞—农杆菌转化法
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(1)转化： 。
注：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)农杆菌特点：
①能在自然条件下侵染 和 ，而对大多数 没有侵染能力。
②农杆菌细胞内含有 ，当它侵染植物细胞后，能将 上的 ( ) 到被
侵染的细胞，并且将其 。
(3)农杆菌转化法的过程：将目的基因插入 中，通过农杆菌的 作用，就可以使目
的基因 ，并 ，使目的基因能够 。
12．将目的基因导入动物细胞—显微注射法
(1)受体细胞： 。
注：受精卵容易表现出全能性。
(2)过程： 并 →利用 将表达载体注入动物的 →
→ →获得 。
13．将目的基因导入微生物细胞—Ca2+处理法
(1)受体细胞：常用 作为受体细胞，其中以 最广泛
(2)原核生物的优点： 。
(3)Ca2+处理法 的一般过程： 大肠杆菌→使细胞处于一种 →将重组的
其中
（四）目的基因的检测与鉴定
14．目的基因的检测与鉴定
检测目的
检测方法
判断标准
目的基因是否插入转基因生物的
DNA
技术
是否出现杂交带
目的基因是否转录出了
分子杂交技术
是否出现
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目的基因是否翻译出蛋白质
技术
是否出现杂交带
个体水平的检测
如抗虫、抗病的接种实验
是否表现出相应的特性
15．DNA 片段的电泳鉴定
(1)实验原理：DNA 分子具有可解离的 ，在一定的pH 下，这些基团可以带上 。带电
粒子在电场作用下，向与其携带 的电极移动。
(2)影响DNA 分子的迁移率的因素： 。电泳出现位置不等的几条条带，说明存在长短不
一的DNA 片段，鉴定的PCR 产物不纯净。
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参考答案：
1． 改变受体细胞性状 获得预期表达产物 编码蛋白质的基因
【解析】略
2．(1) 已知结构 功能清晰
(2) 基因文库 PCR 技术
【解析】略
3．(1) 聚合酶链式反应 DNA 半保留复制 体外 各种组分 反应条件
目的基因的核苷酸序列 大量复制 聚合酶链式反应 DNA 半保留复制 体
外 对目的基因的核苷酸序列进行大量复制 可以在短时间内大量扩增目的基因
(2) 模板 原料 子链 引物的3’ _DNA 母链 互补配对 短单
链核酸
(3) 模板 原料 引物的3’ DNA 聚合酶 Mg2+ DNA 聚合酶
变性、复性和延伸 dNTP ATP
(4) 受热变性 解为单链 引物 互补序列 单链DNA DNA 聚合
酶 延伸 脱氧核苷酸 引物的3’ 重复循环多次 变性、复性和延伸
变性 延伸 5′端向3′
【解析】略
4．2n
【解析】略
5．2n-1
【解析】略
6．2n+1
【解析】略
7． 2n 2n 2n+1 一 2n 2n+1-2 2n 2n-2n
【解析】略
8． DNA 基因组文库 部分基因文库
【解析】略
9． 核心 目的基因 标记基因 启动子 终止子 复制原点
DNA 上游 转录的起始位点 RNA 聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录
出mRNA 诱导型启动子 当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达
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DNA 下游 使转录在所需要的地方停下来 三个相邻的碱基 下游
便于重组DNA 分子的筛选 同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割 黏性末端
（或平末端 相同黏性末端（或平末端 DNA 连接酶 重组DNA 分子
【解析】略
10．(1) 微量注射器 含目的基因的DNA 溶液 子房 植物受粉后 剪
去柱头 DNA 溶液 花粉管通道 花柱切面 胚囊
(2)受精卵
【解析】略
11．(1)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
(2) 双子叶植物 裸子植物 单子叶植物 Ti 质粒 Ti 质粒 T-DNA
可转移的DNA 转移 整合到该细胞的染色体DNA 上
(3) Ti 质粒的T-DNA 转化 进入植物细胞 整合到受体细胞的染色体
DNA 上 维持稳定和表达
【解析】略
12．(1)受精卵
(2) 构建基因表达载体 提纯 显微注射 受精 早期胚胎培养 胚
胎移植 具有新性状的动物
【解析】略
13．(1) 原核生物 大肠杆菌
(2)繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少、易于培养
(3) 感受态细胞法 Ca2+处理 能吸收周围环境中DNA 分子的生理状态 基
因表达载体导入
【解析】略
14． DNA 分子杂交 mRNA 杂交带 抗原—抗体杂交
【解析】略
15．(1) 基团 正电荷或负电荷 电荷相反
(2)DNA 的分子大小，DNA 分子的构象，凝胶的浓度
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【解析】略
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