①从基因文库中获取目的基因不需要模板链，①错误；  
②利用PCR技术扩增目的基因需要模板链，②正确；  
③反转录法合成目的基因需要以模板链，③正确；  
④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因不需要模板链，④错误．
故选：D．