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,遗传的分子基础,1.结合教材P8990，阐述基因重组的概念、方式及意义。 2.结合教材P9092，了解DNA重组技术的基本原理和基本步骤，了解基因工程的应用及转基因生物的安全性。,目标导读,1.基因重组的概念及意义。 2.DNA重组技术的基本原理和基本步骤。,重难点击,一 基因重组,二 基因工程的概念及基本工具,当堂检测,基因重组、基因工程及其应用,三 基因工程的一般过程及其应用,1.自由组合型 研究发现，鸡冠的形态是由两对基因决定的。若玫瑰冠鸡和豆冠鸡交配，则子一代全部都是胡桃冠鸡。如果子一代胡桃冠鸡相互交配，子二代出现4种不同的性状(如图所示)。,一 基因重组,(1)子一代产生的雌雄配子各有 种，分别是_ ，原因是减数分裂产生配子时， 染色体上的_ _基因可以自由组合。 (2)子二代中除了亲代类型外，又出现了 和 两种重组类型。,4,RP、rp、Rp、,rP,非同源,非等,位,胡桃冠,单冠,(3)生物性状重组是因为 发生了重组。我们把生物体在进行 的过程中，控制不同性状的基因的 ，称为基因重组。,基因,有性生殖,重新组合,2.交叉互换型 观察下面减数分裂过程中染色体的交叉互换图解,思考问题：,(1)若不发生交叉互换，上图中的性原细胞经减数分裂最终产生的4个子细胞只有 种。 (2)交叉互换通常发生在 时期，是由 染色体的 之间进行遗传物质的互换造成的。 (3)交叉互换导致染色单体上基因的 发生改变，从而可能出现新的 ，但不会出现新的 。,2,减数第一次分裂(四分体),同源,非姐妹染色单体,组成和排列顺序,性状,基因,(4)意义 通过有性生殖过程实现的基因重组，和 、_ _一样，是生物进化的源泉。 基因重组能够产生多样化的基因组合的子代，使后代多种多样，这说明基因重组是 形成的原因之一。,基因突变,染色,体变异,生物多样性,归纳提炼,基因突变和基因重组的比较,活学活用,1.下列关于基因重组的说法，不正确的是( ) A.生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的 重新组合属于基因重组 B.减数分裂四分体时期，由于同源染色体的姐妹染色单体 之间的片段交换，可导致基因重组,C.减数分裂过程中，非同源染色体上的非等位基因自由 组合可导致基因重组 D.一般情况下，花药内可发生基因重组，而根尖则不能 解析 控制不同性状的基因的重新组合为基因重组，它包括自由组合型和交叉互换型，A项正确； 减数分裂四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换可导致基因重组，姐妹染色单体上含有相同基因不会导致基因重组，B项错误；,非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组，C项正确； 减数分裂过程中存在基因重组，而根尖细胞只能进行有丝分裂，所以不会发生基因重组，D项正确。 答案 B,二 基因工程的概念及基本工具,1.概念 基因工程，又叫做DNA重组技术，是把在一个生物体内分离得到或人工合成的 导入另一个生物的细胞，定向地使后者获得新的 或表达所需产物的技术。,目的基因,遗传性状,2.基本工具 (1)限制性核酸内切酶 在大肠杆菌中，有一种叫做EcoR的限制性核酸内切酶，能够专一识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段序列切开。如图：,可见，限制性核酸内切酶的作用特点是识别_序列，并在 上切割DNA分子，形成2个黏性末端。,特定的核苷酸,特定的位点,限制性核酸内切酶切割的是脱氧核苷酸之间的化学键，不是碱基之间的氢键；切割后不一定都产生黏性末端，也可能产生平口末端。,小贴士,(2)DNA连接酶,同种限制性核酸内切酶切割不同DNA分子后形成的黏性末端是可以通过 连接起来的，但是 和 之间的缺口要靠DNA连接酶进行连接。,碱基互补配对,脱氧核糖,磷酸,DNA连接酶和限制性核酸内切酶作用的部位都是一条链内脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，不是氢键，只是前者催化该键的形成，后者催化该键的断裂。,小贴士,(3)运载体 作用：将外源基因送入 。 种类：质粒、 、动植物病毒等。质粒存在于细菌及酵母菌等生物细胞中(如图)，是拟核或细胞核外能够自主复制的环状DNA分子。上面通常含有的抗性基因，可以作为标记基因，用于目的基因导入受体细胞的检测依据。,受体细胞,噬菌体,质粒,运载体具备的条件：(1)能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；(2)大肠杆菌质粒的分子结构图具备多个限制性核酸内切酶切点，以便于与外源基因连接；(3)具有某些标记基因便于进行筛选。,小贴士,归纳提炼,DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,限制性核酸内切酶具备其他生物酶的共性：高效性、特异性和反应活性易受外界条件如温度、pH的影响等。,2.下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是( ) A.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸 序列 B.限制性核酸内切酶的活性受温度的影响 C.限制性核酸内切酶能识别和切割RNA D.限制性核酸内切酶可从原核生物中提取,活学活用,问题导析 (1)限制性核酸内切酶能识别并切割特定的 序列。 (2)限制性核酸内切酶一般从原核生物获得，活性受 等影响。,核苷酸,温度、酸碱度,解析 限制性核酸内切酶能识别并切割特定的核苷酸序列，它可以将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活性，但对自身的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故命名为限制性核酸内切酶。限制性核酸内切酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。 答案 C,三 基因工程的一般过程及其应用,阅读教材完善下面内容，探究相关问题：,提取目的基因目的基因：人们所需要的特定基因 目的基因与 运载体结合 ,用同一种限制性核酸内切酶切割 和 目的基因 加入_ 质粒和目的基因结合成_,质粒,DNA连接酶,重组DNA分子,导入目的基因：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法 检测与鉴定 目的基因及 目的基因的 表达,检测：根据受体细胞中是否具有 ， 判断目的基因是否导入受体细胞 表达：受体细胞表现出 ，如棉花 抗虫性状的表现,标记基因,特定的性状,1.目的基因与质粒连接为什么要用相同的限制性核酸内切酶切割DNA分子？ 答案 为了使目的基因两端的黏性末端与质粒切口的黏性末端相同。,2.怎样才能说明目的基因完成了表达？ 答案 重组DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。例如检验抗虫棉的抗虫性，可让棉铃虫食用棉花的叶片，食用后棉铃虫中毒死亡，则说明抗虫基因在棉株中得到了表达。,基因工程操作中应注意的问题 (1)四个步骤中只有第三步导入目的基因不涉及碱基互补配对。 (2)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞，才能稳定地保存，并进行复制。 (3)受体细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢快、目的产物多。 (4)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。,小贴士,3.基因工程的应用,抗逆性,抗棉铃虫,农药的用量,胰岛素,重组,表达,转基因细菌,4.转基因生物的安全性 结合教材的“放眼社会”，可分正方、反方组辩论转基因生物的安全性问题。,归纳提炼,基因重组和基因工程的比较,3.某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是( ),活学活用,A.获取基因a的限制酶的作用部位是图中的 B.连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的 C.基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而 复制，传给子代细胞 D.通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状 问题导析 (1)限制酶和DNA连接酶均作用于 ，即处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键。,磷酸二酯键,(2)目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞,使之产生 变异，从而改变其遗传性状。 解析 限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键；目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。 答案 B,定向,课堂 小结,交叉 互换,自由 组合,目的 基因,运载体,目的 基因,检测与 鉴定,限制 性核 酸内 切酶,DNA 连接 酶,当堂检测,1.下列有关基因重组的说法，不正确的是( ) A.基因重组发生在减数分裂过程中 B.基因重组产生原来没有的新基因 C.基因重组是生物变异的丰富来源 D.基因重组能产生原来没有的新基因型,1,2,3,4,5,解析 基因重组是指四分体时期同源染色体内的一对非姐妹染色单体间交叉互换或减数第一次分裂后期的非同源染色体上的非等位基因自由组合，均发生在减数分裂过程中，A正确； 基因重组不能产生原来没有的新基因，只有基因突变才能产生新的基因，B错误；,1,2,3,4,5,基因重组是生物变异的丰富来源，C正确； 基因重组能产生原来没有的新基因型，D正确。 答案 B,1,2,3,4,5,2.以下有关基因重组的叙述，正确的是( ) A.同卵双生兄弟间的性状差异是基因重组导致的 B.姐妹染色单体间相同片段的交换导致基因重组 C.基因重组导致纯合子自交后代出现性状分离 D.非同源染色体的自由组合能导致基因重组,1,2,3,4,5,解析 同卵双生兄弟遗传物质是相同的，他们之间的性状差异可能是基因突变、染色体变异或环境导致的，A错误； 在减数分裂形成四分体时，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交叉互换而发生交换，导致基因重组，而姐妹染色单体上相同片段交换不会导致基因重组，B错误；,1,2,3,4,5,纯合子自交后代不会出现性状分离，C错误； 生物体通过减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非同源染色体上的非等位基因也自由组合，从而导致基因重组，D正确。 答案 D,1,2,3,4,5,3.下列甲、乙分裂过程中产生配子时发生的变异分别属于( ),A.基因重组，不可遗传变异 B.基因重组，基因突变 C.基因突变，不可遗传变异 D.基因突变，基因重组,1,2,3,4,5,解析 由甲过程中产生了含a的精子可以判断，在减数第一次分裂间期DNA分子复制时发生了基因突变；由乙过程产生了四种配子，可以判断在减数第一次分裂时发生了非同源染色体的自由组合，导致基因重组。 答案 D,1,2,3,4,5,4.基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是( ) A.目的基因、限制酶、运载体、体细胞 B.重组DNA、RNA聚合酶、限制酶、连接酶 C.模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞 D.工具酶、目的基因、运载体、受体细胞,1,2,3,4,5,解析 基因工程必须用到限制酶、DNA连接酶等工具酶，需要将目的基因与运载体结合，并导入受体细胞，所以基因工程必须具备的四个必要条件是工具酶、目的基因、运载体和受体细胞。 答案 D,1,2,3,4,5,5.通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请据图回答下列问题：,1,2,3,4,5,(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_ _，人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中需要的酶是 。 解析 剪取目的基因的酶是限制性核酸内切酶，将不同的DNA片段连接起来的酶是DNA连接酶。,限制性核酸,内切酶,DNA连接酶,1,2,3,4,5,(2)人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体DNA中，原因是 ，人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的运载体是 。 解析 不同生物的DNA化学组成和空间结构相同，即具有相同的物质基础和结构基础。目的基因导入受体细胞需先与运载体结合，最常用的运载体是质粒，也可以用动物病毒的DNA。,具有相同的物质基础和结构基础(有互补的碱基序列),细菌质粒或病毒,1,2,3,4,5,(3)此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指_ 。 解析 基因的表达是指基因通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状，即通过转录和翻译过程合成相应的蛋白质。,1,2,3,4,人体蛋白,质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质,5,
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