2017_2018学年高中生物遗传的分子基础第17课时基因重组基因工程及应用学案苏教版.docx

第17课时基因重组、基因工程及应用学习目标1阐明基因重组概念、类型及意义。2.概述基因工程及应用。|基础知识|一、基因重组1概念生物体在进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合的过程。2类型类型发生时期发生原因自由组合型减后期非同源染色体自由组合导致非同源染色体上的非等位基因自由组合交叉互换型减前期四分体的非姐妹染色单体的交叉互换导致同源染色体上的非等位基因重组3.意义基因重组能够产生新的表现型，既是生物进化的源泉，也是形成生物多样性的重要原因之一。二、基因工程及应用1概念基因工程又叫重组DNA技术，是指将从一个生物体内分离得到或人工合成的目的基因导入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要的产物的技术。2工具(1)限制酶：能够识别特定的核苷酸序列，在特定的位点上切割DNA分子。(2)DNA连接酶：能将DNA片段连接在一起。(3)运载体：将外源基因送入受体细胞的专门运输工具，如质粒、噬菌体等。3过程4应用生产某些特殊蛋白质、转基因生物等。|自查自纠|(1)基因重组发生在有丝分裂和减数分裂的过程中()(2)四分体的姐妹染色单体交叉互换可引起等位基因重组()(3)减后期，等位基因分离，非等位基因均自由组合()(4)基因突变可产生新基因，基因重组不能产生新基因()(5)基因工程的工具酶包括限制酶、DNA连接酶和运载体()(6)对待转基因技术应趋利避害，不能因噎废食()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)|图解图说|限制酶的“剪切”与DNA连接酶的“缝合”作用。_转基因抗虫棉，专门破坏害虫的消化系统，导致其死亡。_基因工程中，为什么目的基因在不同物种中均能成功表达？提示：不同的生物共同一套遗传密码。探究点一基因重组1基因重组是指在生物体进行_的过程中，_的基因的重新组合；下图发生了基因重组的是_过程。提示有性生殖控制不同性状2下图为基因型AaBb的两个精原细胞，甲产生的配子类型为_；不发生交叉互换时乙产生的配子类型为_，发生交叉互换时乙产生的配子类型是_。提示AB、ab或Ab、aBAB和abAB、ab、Ab、aB1能够发生基因重组的是“非等位基因”，同源染色体上的非等位基因通过交叉互换实现重组，非同源染色体上的非等位基因通过非同源染色体的自由组合实现重组。雌雄配子随机结合以及Aa自交形成aa均不属于基因重组。2肺炎双球菌转化、转基因技术属于广义的基因重组。3基因重组只是原有基因的重新组合，不能产生新基因、新性状，但会产生新基因型、新表现型。【典例1】 以下各项发生了基因重组的是()A基因型为Aa的个体自交，后代发生性状分离B雌、雄配子随机结合，产生不同类型的子代个体CYyRr个体自交后代出现不同于亲本的新类型D同卵双生姐妹间性状出现差异尝试解答_解析一对等位基因无法发生基因重组，A错误；基因重组发生在减数第一次分裂而非受精作用过程中，B错误；基因重组指在生物体进行有性生殖过程中，控制不同性状的基因重新组合，C正确；同卵双生姐妹遗传物质相同，其性状出现差异是由基因突变、环境等引起的，D错误。答案C【跟踪训练】1下图为某二倍体生物细胞内的同源染色体对数的变化曲线。基因重组最可能发生在()AAB段BCD段CFG段DHI段解析由题图可知，CD段细胞内同源染色体的对数加倍，为有丝分裂后期，AF为有丝分裂过程；GH段细胞内没有了同源染色体，因此FG段为减数第一次分裂过程，HI段为减数第二次分裂过程；基因重组发生在减数第一次分裂四分体时期和后期。答案C探究点二基因重组与基因突变、染色体变异1下列图甲、图乙是二倍体生物细胞分裂图，分析回答：(1)甲图细胞的变异类型是_。(2)若亲本为AABbDd，乙图细胞的变异类型是_；若亲本为AABBDd，乙图细胞的变异类型是_。2下图是雄果蝇体细胞染色体组成图，若和部分片段互换，变异类型是_；若X和Y部分对应片段互换，变异类型是_。提示1.(1)基因突变(2)基因突变或基因重组基因突变2.染色体结构变异基因重组1基因重组只能发生在减数分裂过程中，基因突变和染色体变异在减数分裂和有丝分裂过程中均可发生。2原核生物和病毒的可遗传变异来源只能是基因突变，不可能发生基因重组和染色体变异。3新基因产生的唯一途径是基因突变。4只有染色体变异可用光镜检出。5交叉互换是同源染色体间的对应片段互换，易位是非同源染色体间的片段互换。6染色体上基因数量改变是染色体结构变异，基因中碱基数量改变是基因突变。【典例2】 下图为一个基因型为 AaBb(两对基因独立遗传)的精原细胞产生的两个次级精母细胞的分裂图形，则该减数分裂过程发生了()A交叉互换与姐妹染色单体未分离B交叉互换与同源染色体未分离 C基因突变与同源染色体未分离D基因突变与姐妹染色单体未分离 尝试解答_解析由于精原细胞的基因型为 AaBb(两对基因独立遗传)，左图中上面两个染色体相同位置上的基因是 A 和 a，而右图中相应基因也为 A、a，所以是由于交叉互换导致的，右图中能明显看出姐妹染色单体分开形成的染色体未分离。答案A【跟踪训练】2下图和表示发生在常染色体上的变异，和所表示的变异类型分别属于()A基因重组和易位B易位和易位C易位和基因重组D基因重组和基因重组解析根据图中染色体的变化正确区分变异的类型。中发生的是同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换，属于基因重组；中发生的是非同源染色体之间片段的交换，属于易位。答案A知识脉络要点晨背1.基因重组中的基因是指非等位基因，发生在有性生殖过程中。2.狭义的基因重组包括交叉互换和自由组合两种类型，广义的还包括基因工程。3.交叉互换发生在同源染色体间，易位发生在非同源染色体间。4.基因工程的工具有限制酶、DNA连接酶、运载体。1下列情况引起的变异属于基因重组的是()A同源染色体上非等位基因的自由组合B一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上C同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换DDNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变解析基因重组有三种情况：一是在减数第一次分裂的四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间发生的交叉互换；二是减数第一次分裂后期非同源染色体上的非等位基因自由组合；三是基因工程。答案C2利用月季花的枝条扦插和利用月季花的种子播种均能产生后代，下列关于二者变异来源的叙述，正确的是()A前者不会发生变异，后者有较大的变异性B前者一定不会发生基因重组，后者可能发生基因重组C前者一定不会发生基因突变，后者可能发生基因突变D前者一定不会因环境影响发生变异，后者可能因环境影响发生变异解析基因重组发生在进行有性生殖的生物通过减数分裂产生配子的过程中。扦插属于无性生殖，其变异来源不可能是基因重组，种子繁殖属于有性生殖，变异可以来自基因重组。扦插和种子繁殖的变异来源都有基因突变，还受环境的影响。答案B3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，基因重组解析由甲过程中产生了含a的精子可以判断发生了基因突变；由乙过程产生了两种配子，可以判断在减数第一次分裂时发生了非同源染色体的非等位基因自由组合，导致基因重组。答案D4两个核酸片段在适宜的条件下，经X酶的作用，发生下列变化(如图)，则X酶是()ADNA连接酶BRNA聚合酶CDNA聚合酶D限制性核酸内切酶解析题图所示的是把两个具有相同黏性末端的DNA分子片段间的磷酸和脱氧核糖连在一起，所以需要DNA连接酶。答案A5下列有关转基因生物安全性的叙述，错误的是()A转基因生物不会对人类造成危害B我国已经对转基因食品和农产品强制实施了产品标识制度C开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提D目前人们最为关注的是转基因食品的安全性解析转基因技术是一把双刃剑，有利有弊。答案A课后跟踪分层训练(时间：35分钟)1以下几种生物，其可遗传的变异既可来自基因突变，又可来自基因重组的是()A蓝藻B噬菌体C烟草花叶病毒D豌豆解析基因突变可以发生在所有生物中，而基因重组只发生在进行有性生殖的生物中；病毒和原核生物都无法进行有性生殖，所以无法发生基因重组，而豌豆可以进行有性生殖，所以豌豆既可以发生基因突变，又可以发生基因重组。答案D2下列关于基因突变与基因重组的叙述，错误的是()A基因突变可产生新基因B基因重组可产生新性状C基因重组可产生新基因型D二者均属可遗传变异解析只有基因突变才可产生新基因，新性状。答案B3下列各选项中能够体现基因重组的是()A利用人工诱变的方法获得青霉素高产菌株B利用基因工程手段培育生产人干扰素的大肠杆菌C在海棠枝条上嫁接苹果的芽，海棠和苹果之间实现基因重组D二倍体与四倍体杂交后获得的三倍体无子西瓜解析青霉素高产菌株的获得是基因突变的结果；大肠杆菌生产人干扰素是通过转基因实现的，属于基因重组；在海棠枝条上嫁接苹果的芽，海棠和苹果的遗传物质均没有改变；无子西瓜的培育利用了染色体数目变异的原理。答案B4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非姐妹染色单体的交换可引起基因重组C纯合子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基因重组有关解析纯合子自交后代不发生性状分离。答案C5在有丝分裂和减数分裂的过程中，不能同时存在的变异是()ADNA复制时发生碱基对的增添、缺失或替换，导致基因突变B非同源染色体之间发生自由组合，导致基因重组C非同源染色体之间交换部分片段，导致染色体结构变异D着丝点分裂后形成的两条染色体不能移向两极，导致染色体数目变异解析非同源染色体之间发生自由组合，导致基因重组仅发生在减过程中；有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期DNA复制过程中均可发生基因突变；C、D两项中导致的染色体结构、数目变异在有丝分裂和减数分裂过程中均可发生。答案B6如图表示某哺乳动物体内正在进行分裂的一个细胞，该细胞()A一定发生过基因突变B一定发生过交叉互换C含有4个染色体组D分裂产生的成熟生殖细胞有两种解析该细胞发生过基因突变，含两个染色体组，分裂产生的成熟生殖细胞只有一种，其余为极体。答案A7下图中a、b、c、d表示人的生殖周期中不同的生理过程。下列说法正确的是()A只有a、b过程能发生基因突变B基因重组主要是通过c和d来实现的Cb和a的主要差异之一是同源染色体的联会Dd和b的主要差异之一是姐妹染色单体的分离解析a过程表示有丝分裂，b过程表示减数分裂，c过程表示受精作用，d过程表示个体发育过程(细胞分裂和分化)。基因突变可发生在个体发育的任何时期，但主要集中在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。基因重组发生在减数分裂过程中。减数分裂和有丝分裂的主要差异在于减数分裂过程中发生同源染色体的联会、分离及同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换。答案C8下列实践活动包含基因工程技术的是()A水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种B抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦C将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经植物组织培养获得抗病植株D用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆解析基因工程的实质在于实现“外源基因”在受体细胞中的表达。答案C9科学家发现种植转抗除草剂基因作物后，附近许多与其亲缘关系较近的野生植物也获得了抗除草剂性状。这些野生植物的抗性变异来源于()A基因突变B染色体数目变异C基因重组D染色体结构变异解析根据题意分析可知：转抗除草剂基因作物与其亲缘关系较近的野生植物杂交，其变异属于基因重组，A、B、D错误，C正确。答案C10在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用限制性内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和运载体C将重组DNA分子导入烟草细胞D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞解析限制酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA。答案A11A、a和B、b是控制两对相对性状的两对等位基因，位于1号和2号这一对同源染色体上，1号染色体上有部分来自其他染色体的片段，如图所示。下列有关叙述不正确的是()AA和a、B和b均符合基因的分离定律B可以通过显微镜来观察这种染色体移接现象C染色体片段移接到1号染色体上的现象称为基因重组D同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换后可能产生4种配子解析1号和2号是一对同源染色体，1号染色体上有部分来自其他染色体的片段，是属于染色体结构变异，故C项错误。答案C12下图为某哺乳动物某个DNA分子中控制毛色的a、b、c三个基因的分布状况，其中、为无遗传效应的序列。有关叙述正确的是()Ac基因碱基对缺失，属于染色体变异B在减数分裂四分体时期的交叉互换，可发生在a、b之间C、中发生的碱基对的替换，属于基因突变D基因与性状之间并不都是一一对应关系解析c基因碱基对缺失、增添或替换，属于基因突变；在减数分裂四分体时期的交叉互换，是发生在同源染色体非姐妹染色单体之间的；、为无遗传效应的序列，、中发生的碱基对的替换，不会引起基因结构的改变，因此不属于基因突变；一个性状可以由一对基因控制，也可以由多对基因控制，还会受到环境的影响。答案D13某植株的一条染色体发生缺失突变，获得该缺失染色体的花粉不育，缺失染色体上具有红色显性基因B，正常染色体上具有白色隐性基因b(如图)。如以该植株为父本，测交后代中部分表现为红色性状。下列解释最合理的是()A减数分裂时染色单体1或2上的基因b突变为BB减数第二次分裂时姐妹染色单体3与4发生分离C减数分裂后产生了BB、Bb、bb三种类型的雄配子D减数第一次分裂时非姐妹染色单体之间交叉互换解析正常情况下该植物只能产生白色隐性基因b的配子，测交后代不能出现红色性状；若考虑变异，如果出现基因突变bB，则后代会出现红色性状，但在自然状态下基因突变频率是很低的，因而出现的数量极其少，而达不到题干信息中要求的“部分”表现为红色性状的要求。而根据基因重组四分体时期非姐妹染色单体发生交叉互换可知，染色单体3或4上的红色显性基因B和染色单体1或2上的白色隐性基因b可发生交换，因而能够产生含有红色显性基因B的配子，则后代会出现红色性状，故选择D。答案D14某地区生长的野生植物类群中出现了许多变异植株。请分析回答下列有关问题：(1)植株的可遗传变异类型中，只能发生在减数分裂过程中的是_。(2)部分变异植株与正常植株相比，茎秆粗壮，营养物质含量明显增加，原因是环境因素影响了这些植株有丝分裂中_的形成，导致了_成倍地增加而引起的。(3)某种植物有甲、乙两株突变体，对它们同一基因形成的信使RNA进行检测，发现甲的第二个密码子中第二个碱基C变为U，乙的第二个密码子中第二个碱基前多了一个U，则与正常植株相比_的性状变化大。(4)某植株产生了一种新的抗病基因，要将该基因提取出来，应用_酶处理它的DNA分子，这种酶的作用部位是_。(5)目前，基因工程中常用的运载体有_。解析(1)植物在通过减数分裂形成配子的过程中，会发生基因重组，而在有丝分裂中不能发生基因重组。(2)环境因素(如低温)可影响有丝分裂过程中纺锤体的形成，形成多倍体。(3)甲的第二个密码子中第二个碱基C变U，属于基因突变中的替换，只改变一个氨基酸或不改变；乙的第二个密码子中第二个碱基前多了一个U，属于基因突变中的增添，插入位置前不影响，影响插入后的所有氨基酸序列，因此乙与正常植株相比，性状变化较大。(4)从DNA分子中获取目的基因要用限制酶，其作用部位是磷酸二酯键。(5)目前常用的运载体有质粒、噬菌体、动植物病毒等。答案(1)基因重组(2)纺锤体染色体组(3)乙(4)限制磷酸二酯键(5)质粒、噬菌体、动植物病毒等15科学家利用基因工程技术，将人胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产了人胰岛素，操作过程如图所示：(1)过程所使用的酶与获取胰岛素基因所使用的酶_(填“相同”或“不同”)。(2)过程使用的酶是_，它的作用是使质粒与目的基因结合形成_分子。(3)在基因工程中的目的是_。(4)在基因工程中的目的基因的表达和检测中是通过看大肠杆菌是否产生_实现的。(5)大肠杆菌合成人胰岛素的过程可以表示为_(用箭头和简要文字作答)。解析(1)获取目的基因和切割质粒使用的是同一种限制酶，这样可以获得相同的黏性末端。(2)过程表示目的基因(人胰岛素基因)与运载体(质粒)结合成重组DNA分子的过程。(3)表示将目的基因导入受体细胞(大肠杆菌)的过程。(4)如果要检测人胰岛素基因是否在大肠杆菌内表达，应检测是否有人胰岛素产生。(5)大肠杆菌合成人胰岛素的过程是人胰岛素基因表达的过程，包括转录和翻译。答案(1)相同(2)DNA连接酶重组DNA(或重组质粒)(3)将目的基因导入受体细胞(4)