1、第第 21 课时课时 基因重组基因重组 目标导读 1.结合实例，阐明细菌和高等生物的基因重组的方式和意义。2.阅读教材图文， 概述基因工程的概念、操作步骤及其应用。 重难点击 高等生物基因重组的方式。 一 细菌的基因重组与高等生物的基因重组 通过有性生殖实现基因重组是生物实现变异的重要形式。阅读教材，结合材料，完成下面的 思考。 1细菌的基因重组 有些细菌常常以简单的有性生殖方式接合生殖繁衍后代。通过接合生殖，一个细菌的遗 传物质可以进入到另一个细菌中，使细菌内的遗传物质有了新的组合。当这些细菌再通过分 裂形成子细胞时，重新组合成的遗传物质就传递到了子细胞中。 由此可见， 细菌通过接合生殖实现
2、了基因重组， 产生了与亲代存在着一定遗传差异的新细菌。 2高等生物的基因重组 (1)孟德尔利用纯种的黄色圆粒豌豆(YYRR)和纯种的绿色皱粒豌豆(yyrr)杂交，F1的基因型是 YyRr， F2中除了具有与亲代相同的基因型 YYRR 和 yyrr 外， 还产生了 YYRr、 YyRR、 YyRr、 YYrr、 Yyrr、 yyRR 和 yyRr 几种新的基因类型， 而且出现了黄色皱粒和绿色圆粒的重组类型。 分析原因：生物个体在减数分裂形成配子时，非同源染色体上的非等位基因间的自由组合， 使控制不同性状的基因进行了重新组合，出现了亲代所没有的基因型。新的基因重组类型又 导致了不同相对性状的重组，
3、使后代出现了不同于亲本的表现型。 (2)如果一个杂合体在 n 对基因上有差别， 而且这些基因都是独立遗传的(这些等位基因分别位 于 n 对同源染色体上)，那么将产生 2n种配子，若让其自交，子代将至少产生 3n种不同的基 因型。这说明父本与母本的杂合性越高，二者的遗传物质基础差异越大，基因重组产生变异 的可能性就越大。 (3)如图为减数分裂过程中的染色体交叉互换过程 据图可知：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， 导致染色单体上的基因重新组合， 这是另一种类型的基因重组。 3基因重组的意义 通过有性生殖过程实现的基因重组，为生物变异
4、提供了极其丰富的来源。这是形成生物多样 性的重要原因之一，对于生物进化具有十分重要的意义。 4基因重组在生产中的应用杂交育种 (1)杂交育种的概念： 将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起， 再经过选择和培育， 获得新品种的方法。 (2)杂交育种的原理：基因重组。即控制不同优良性状的基因通过减数分裂和受精作用重新组 合在一起，产生新的基因型，从而使人们所需要的位于不同个体上的优良性状集中到一个个 体上。 (3)杂交育种的基本步骤 具有优良性状的两个亲本杂交。 子一代只表现出显性性状，让子一代自交。 从子二代中选出具有符合要求的性状的个体进行多次自交纯化获得新品种。 如果生物是靠有性生殖繁
5、殖后代的，例如小麦、大豆等，则必须选育出具有优良性状的纯合 体，以免后代发生性状分离；但如果生物不是靠有性生殖繁殖后代，而是靠无性生殖繁殖后 代，例如马铃薯、甘薯、果树等，那么只要得到具有该优良性状的个体就可以了，没有必要 进行基因的纯化。如果要利用作物的杂种优势，则需要年年杂交、年年制种。 (4)杂交育种的优缺点 优点：“集优”，即可使位于不同个体上的两个或多个优良性状集中到一个个体上。 缺点：杂交后代会出现性状分离，育种进程缓慢，筛选过程复杂。 (5)应用 在农业生产中，是改良作物品质、提高农作物单位面积产量的常规方法。 在畜牧业中，可用于家畜、家禽的优良品种的选育。 小贴士 (1)基因重
6、组只是基因的重新组合，只产生新的基因型，不产生新的基因。 (2)基因重组不会产生新性状，只会出现原有性状的重新组合。 归纳提炼 基因重组两种类型的细胞学基础 (1)自由组合型 (2)交叉互换型 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 问题导析 (1)高等生物个体在减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因间
7、自由组 合，可以发生基因重组。 (2)高等生物个体在减数第一次分裂前期，同源染色体的非姐妹染色单体间发生交叉互换，可 以发生基因重组。 答案 B 解析 控制不同性状的基因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。 二 基因的人工重组基因工程 1基因工程的诞生 基因工程的出现使人类有可能按照
8、自己的意愿直接定向地改变生物性状，培育出新品种。结 合教材 P8182内容，完善下图，试总结基因工程的有关知识。 (1)基因工程的概念：将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞 内复制、转录和翻译(表达)，这样的操作就是重组 DNA 技术，也叫做基因工程。 (2)由图示可知，进行基因工程的操作工具有内切酶、连接酶和运载体(常见为质粒)。 (3)由上述生产过程试总结基因工程的一般操作过程 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 用同一种内切酶切割目的基因和质粒 加入连接酶 质粒和目的基因结合成重组DNA分子 将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或
9、病毒侵染细胞的方法 目的基因的表达：受体细胞表现出特定的性状，如细菌生产出人胰岛素 (4)目的基因能够在受体细胞中表达的基础是什么？ 答案 所有生物共用一套遗传密码。 2结合教材归纳基因工程的应用 (1)在医药卫生领域可用于生产基因工程药品、基因诊断和基因治疗。 (2)在农牧业生产上主要是培育高产、优质或具有特殊用途的动植物新品种。 (3)基因工程的方法还可用于环境保护等方面。 3基因工程的安全性 (1)反对者认为，基因工程的产物是非“天然”的，因此它具有更大的不可预测的危险。如果 应用不当，一旦产生不良后果，其危害会不断扩展和传递。 (2)支持者认为，基因工程所用的这些基因如番茄、南瓜、鱼等
10、生物的基因并不是这些生物所 特有的，它们在大量的植物和动物体内都可以找到，所以说基因工程并不是像有些人认为的 那么可怕。 小贴士 基因工程中的工具与工具酶 (1)区别：工具酶属于工具，但工具并不仅指工具酶。 (2)两种工具酶的作用示意图 内切酶切割 DNA 分子示意图 连接酶的连接作用示意图 (3)内切酶和连接酶作用的结果分别是切割和连接磷酸二酯键。内切酶具有专一性，即能识别 特定的核苷酸序列，并在特定位点进行切割；连接酶能连接磷酸二酯键，而不特异性地识别 核苷酸序列。 归纳提炼 基因工程操作步骤的几个问题 (1)基因工程的四个操作步骤中只有第三步将目的基因导入受体细胞不涉及碱基互补配对。 (
11、2)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞，才能稳定的保存，并进行复制和表达， 目的基因不能单独进入受体细胞。 (3)受体细胞常用微生物的原因是微生物繁殖快、代谢快、目的基因产物多。 (4)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。 (5)培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或体细胞。 活学活用 2利用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是( ) A用内切酶切割烟草病毒的核酸 B用连接酶连接经切割的抗除草剂基因和运载体 C将重组 DNA 分子导入烟草原生质体 D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 答案 A 解析 构建重组 DNA 分子时，需用同种内切酶切割目的基因和运
12、载体，再用连接酶连接形 成重组 DNA 分子，而烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA，所以 A 项错误。重组 DNA 分子形 成后要导入受体细胞(若是植物细胞，则可导入其原生质体)，若导入的受体细胞是体细胞， 经组织培养可获得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞 不具有抗除草剂的能力，可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。 3转基因食品已大量进入我们的日常生活，如图为“转基因大豆油”的部分图示。下列关于 转基因大豆的叙述不正确的是( ) A培育过程中可能用到抗病、抗虫等抗性基因 B目的基因的受体细胞可以是大豆受精卵，也可以是体细胞 C转基因大豆的种植过程中减少了农药等
13、的使用量，生产成本更低 D固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一 答案 D 解析 与豆科植物共生的根瘤菌中有固氮基因，因此固氮基因不是目的基因。 1以下有关基因重组的叙述，错误的是( ) A非同源染色体的自由组合能导致基因重组 B同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换可引起基因重组 C纯合体自交因基因重组导致子代性状分离 D同胞兄妹间的遗传差异与父母间遗传物质的基因重组有关 答案 C 解析 纯合体自交的后代不会发生性状分离。 2下列情况引起的变异属于基因重组的是( ) 非同源染色体上非等位基因的自由组合 基因型为 DD 的豌豆，种植在土壤贫瘠的地方而出现矮茎性状，下一代种植在水肥充足的 地方
14、，全表现为高茎 同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生局部交换 DNA 分子中发生碱基对的替换、增添和缺失 A B C D 答案 C 解析 基因重组有两种情况：一是在减数分裂的四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体 之间发生的交叉互换，二是减数分裂后期非同源染色体上的非等位基因的自由组合。 3 科学家们经过多年的努力创立了一种新兴生物技术基因工程， 实施该工程的最终目的 是( ) A定向提取生物体的 DNA 分子 B定向地对 DNA 分子进行人工“剪切” C在生物体外对 DNA 分子进行改造 D定向地改造生物的遗传性状 答案 D 解析 基因工程就是通过对生物体的基因进行修饰改造，使之按照人们的意愿
15、表现出人们所 需要的性状，产生人类所需要的基因产物，可见基因工程的目的是要定向改造生物的遗传性 状。 4下列有关基因重组的叙述中，正确的是( ) A基因型为 Aa 的个体自交，因基因重组而导致子代性状分离 B基因 A 因替换、增添或缺失部分碱基而形成它的等位基因 a 属于基因重组 C同源染色体上非姐妹染色单体之间的互换可能导致基因重组 D造成同卵双生姐妹间性状上差异的主要原因是基因重组 答案 C 解析 Aa 个体自交，后代的性状分离是由于等位基因的分离和配子之间随机结合而形成的； 基因 A 中碱基对的替换、增添或缺失属于基因突变；同源染色体上非姐妹染色单体之间的互 换属于基因重组； 同卵双生是
16、由同一受精卵发育而来的， 所以细胞核中的遗传物质是一样的， 其性状差异主要是由于外界环境引起的。 5酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的 LTP1 基 因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生 LTP1 蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本 的操作过程如下： (1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于_。 (2)本操作中为了将 LTP1 基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是_。 (3)要使运载体与 LTP1 基因连接，首先应使用_进行切割。 (4)切割完成后，利用_将运载体与 LTP1 基因连接。 答案 (1)基因重组 (2)质粒 (3)内切酶 (4)连接酶 解析 (1)由于基因工程利用定向技术克服远缘杂交不亲和的障碍，使原本不能在一起的基因 组合到一起，使生物具有特定性状，故其原理应为基因重组。(2)运载体取自大肠杆菌的质粒 (见图)。(3)(4)基因工程中的剪刀为内切酶，两个序列相同、能互补配对的黏性末端可用连接 酶“缝合”。