2018版高中生物第四章遗传的分子基础第四节第2课时基因重组和基因工程及其应用教学案苏教版必修.docx

第2课时基因重组和基因工程及其应用1.基因重组是指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。2基因重组只发生于有性生殖产生配子的过程中，它既 是生物进化的源泉，又是形成生物多样性的重要原因之 一。3DNA重组技术是把在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的细胞，定向地使后者获 得新的遗传性状或表达所需产物的技术。4DNA重组过程需要限制酶、DNA连接酶和运载体。一、基因重组1概念解读(1)发生过程：生物体在进行有性生殖的过程中。(2)实质：控制不同性状的基因重新组合。2类型填表类型发生时期发生原因自由组合型减数第一次分裂后期非同源染色体上非等位基因随非同源染色体自由组合而组合交叉互换型减数第一次分裂四分体时期同源染色体非姐妹染色单体之间的交换3意义(1)是生物进化的源泉。(2)是形成生物多样性的重要原因之一。二、基因工程及其应用1DNA重组技术的一般过程填图2基因工程的应用(1)生产基因工程药物。如治疗糖尿病的胰岛素。(2)使人类按照自己的愿望定向地改造生物。(3)基因工程已广泛应用于医、农、林、牧、渔和环境保护等许多方面。1判断下列说法的正误(1)基因重组发生在有性生殖过程中()(2)基因重组时产生了新基因()(3)基因重组不会产生新性状()(4)限制酶和DNA连接酶的基本组成单位均为四种脱氧核苷酸()(5)限制酶的作用在于能将DNA片段连接起来()(6)DNA重组技术是指将目的基因导入生物体中的技术()2由雌雄配子结合形成的受精卵可能具有与亲代不同的基因型，其主要原因是()A基因重组B基因突变C染色体变异解析：选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。3一对夫妻所生的子女，个体之间的性状有一定的差异，造成这些差异的主要原因是()A基因突变 B基因重组 C染色体变异解析：选B一对夫妻生了两个小孩，这两个小孩之间有很多差异，这种变异主要来自于基因重组。4基因重组发生的时间不可能是()ADNA复制时B减数分裂的四分体期C减数第一次分裂后期解析：选A有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期，即DNA复制时能发生基因突变；在减数分裂的四分体期同源染色体上非姐妹染色单体之间交叉互换，以及在减数第一次分裂的后期非同源染色体上非等位基因的自由组合都属于基因重组。5基因重组能够发生在下列哪种生物中()A原核生物 B病毒 C熊猫解析：选C原核生物只能进行无性繁殖，如分裂生殖，不能发生基因重组；病毒没有细胞结构，也不能进行无性繁殖，只能发生基因突变；大熊猫属于真核生物，在进行有性生殖的过程中能发生基因重组。6下列物质中，具有特异性识别作用的是()A质粒 BDNA连接酶 C限制酶解析：选C限制酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定位点进行切割，具有特异性。7下列生物属于应用转基因技术培育出来的是()A抗虫棉 B杂交水稻 C克隆羊解析：选A抗虫棉是运用转基因技术培育出来的品种。基因突变与基因重组的区别与联系项目基因突变基因重组本质基因的分子结构发生改变原有基因的重新组合时间有丝分裂间期和减数第一次分裂间期减数第一次分裂前期和后期类型自发突变人工诱变基因自由组合同源染色体间的交换范围所有生物能进行有性生殖的生物结果产生新的基因产生新基因型应用诱变育种杂交育种联系都是可遗传变异，都为生物的进化提供了原材料基因突变产生新的基因，是生物变异的根本来源基因突变是基因重组的基础基因重组是形成生物多样性的重要原因之一名师点拨三看法判定基因突变与基因重组(1)一看亲子代基因型。如果亲代基因型为BB或bb，则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变。如果亲代基因型为Bb，则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变或交叉互换。(2)二看细胞分裂方式。如果是有丝分裂中染色单体上基因不同，则为基因突变的结果。如果是减数分裂过程中染色单体上基因不同，可能发生了基因突变或交叉互换。(3)三看细胞分裂图。如果是有丝分裂后期图像，两条子染色体上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图甲。如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(同白或同黑)上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图乙。如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(颜色不一致)上的两基因不同，则为交叉互换(基因重组)的结果，如图丙。思考探究1(1)在教材P89图423鸡冠形态遗传图示中，子二代重组类型有哪些？在子二代中所占比例分别是多少？提示：胡桃冠和单冠。在子二代中，胡桃冠占9/16，单冠占1/16。(2)源于同一父母的兄弟姐妹间其长相各有特点，其主要原因是什么？提示：同胞兄弟姐妹间差异的主要原因是基因重组。(3)洋葱根尖细胞分裂过程中可发生哪些类型的变异？提示：洋葱根尖细胞进行的是有丝分裂，它不能发生基因重组，但可能发生基因突变或染色体变异。题组冲关1下列有关基因重组的说法，不正确的是()A基因重组能够产生多种基因型B基因重组发生在有性生殖的过程中C基因重组是生物变异的根本来源D非同源染色体上非等位基因可以发生重组解析：选C基因重组能够产生多种基因型；基因重组发生在有性生殖的减数分裂过程中；基因突变是生物变异的根本来源；减数第一次分裂后期，非同源染色体上非等位基因的自由组合导致基因重组。2下列实例中依据基因重组原理的是()A我国著名育种专家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻品种B三倍体无子西瓜的培育C二倍体植株的花药离体培养，并用秋水仙素处理，使之成为纯合子D乘宇宙飞船上过太空的辣椒种子结出的果实较平常大一倍以上解析：选A杂交育种的原理是基因重组；三倍体无子西瓜的培育属多倍体育种，花药离体培养继而获得纯合子属单倍体育种，二者的原理都为染色体数目的变异。辣椒种子经过宇宙射线处理后选育优良品种属于诱变育种，原理为基因突变。1对DNA重组技术的理解别称基因工程、基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切拼接导入表达结果产生人类需要的基因产物或生物性状2DNA重组技术的操作工具名称本质作用限制酶蛋白质识别特定的核苷酸序列，在特定的切点切割DNA分子，获取目的基因DNA连接酶蛋白质连接脱氧核糖和磷酸形成的骨架缺口运载体DNA与目的基因结合并导入受体细胞3对DNA重组技术操作步骤的理解(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，只是前者切开，后者连接。(2)要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。(3)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将目的基因导入受体细胞，没有涉及碱基互补配对。(5)动物一般用受精卵作为受体细胞；植物一般用体细胞作为受体细胞，再通过植物组织培养方式形成新个体；微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。4基因重组与DNA重组技术的比较比较项目基因重组DNA重组技术不同点概念在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产物的技术重组基因同一物种的不同基因不同物种间的不同基因变异大小小大意义是生物变异的来源之一，对生物的进化有重要意义使人类有可能按自己的意愿定向地改造生物，培育出新品种相同点都实现了不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异名师点拨工具酶与其他酶的比较(1)DNA连接酶和限制酶的作用部位。DNA连接酶和限制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，而不是碱基之间的氢键，只是前者催化该键的形成，后者催化该键的断裂。(2)限制酶和解旋酶的异同。相同点：都作用于DNA分子中的化学键；化学本质都是蛋白质。不同点：作用部位不同。前者作用于磷酸二酯键，后者作用于氢键。(3)DNA连接酶和DNA聚合酶的异同。DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸加到DNA片段上；DNA连接酶是把DNA片段连接成完整的DNA分子，两者都是连接脱氧核糖和磷酸之间的磷酸二酯键。思考探究2(1)作用于下图中过程和的酶分别是什么？提示：作用于过程的酶是限制酶，作用于过程的酶是DNA连接酶。(2)体外重组DNA过程中，一定是目的基因和运载体(质粒)重组吗(仅考虑两种DNA分子)?提示：不一定。可能是目的基因与目的基因重组，也可能是运载体(质粒)与运载体(质粒)重组。(3)为什么不能将目的基因直接导入受体细胞？提示：外源基因直接进入受体细胞，会被受体细胞内的酶分解。题组冲关3要将目的基因与运载体连接起来，在基因操作中应选用()A只需DNA连接酶B不同的限制酶和DNA连接酶C只需限制酶D同一种限制酶和DNA连接酶解析：选D要将目的基因与运载体连接起来，需先选用同一种限制酶分别切割目的基因和运载体，使之形成相同的黏性末端，再用DNA连接酶将二者连接，以形成重组DNA分子。4在用DNA重组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分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞解析：选A限制酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的核酸是RNA；目的基因与运载体的连接由DNA连接酶催化；受体细胞为植物细胞，所以可以是烟草原生质体；目的基因为抗除草剂基因，所以筛选的时候应该用含除草剂的培养基。 一、选择题1俗话说：“一母生九子，连母十个样。”这种现象在遗传学上被称为“变异”。引起这种“变异”的原因主要是()A自然选择 B基因重组C染色体变异 D基因突变解析：选B可遗传变异包括基因突变、基因重组和染色体变异，“一母生九子，连母十个样”体现了不同子代个体之间存在的差异，变异的主要来源是在有性生殖过程中控制不同性状的基因重新组合，即基因重组。2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：选D甲图中，精原细胞的基因型为AA，却产生了基因型为a的精子，说明发生了基因突变；乙图中精原细胞的基因型为AaBb，产生了AB和ab的配子，说明两对基因之间发生了基因重组。3下列各项中属于基因重组的是()A杂合高茎与矮茎豌豆测交的后代有高茎和矮茎B雌雄配子随机结合产生不同类型的子代个体CYyRr自交后代出现不同于亲本的新类型D基因型为Cc的紫花豌豆自交后代出现开白花豌豆解析：选C杂合高茎与矮茎豌豆测交的后代有高茎和矮茎符合基因的分离定律；基因重组发生在减数分裂过程中，雌雄配子随机结合产生不同类型的子代属于受精作用；YyRr自交后代出现不同于亲本的新类型，实质是非同源染色体上非等位基因的自由组合，属于基因重组；基因型为Cc的个体自交后代发生性状分离，实质是等位基因的分离，不属于基因重组。4基因突变、基因重组和染色体变异三者的共同点是()A都能产生可遗传的变异B都能产生新的基因C产生的变异均对生物不利D产生的变异均对生物有利解析：选A基因突变、基因重组和染色体变异都是可遗传变异；只有基因突变才能产生新基因；基因突变和染色体变异大都对生物体有害；变异是不定向的，有害有利取决于环境。5细胞的有丝分裂和减数分裂都可能产生可遗传的变异，其中仅发生在减数分裂过程的变异是()A非同源染色体之间自由组合，导致基因重组B染色体复制时受诱变因素影响，导致基因突变C非同源染色体某片段移接，导致染色体结构变异D染色体不分离或不能移向两极，导致染色体数目变异解析：选A在减数第一次分裂后期，非同源染色体之间自由组合，导致基因重组；有丝分裂和减数分裂的间期，都能发生碱基对的增添、缺失或替换，进而引起基因突变；非同源染色体某片段移接，属于染色体结构变异，可发生在有丝分裂和减数分裂过程中；染色体数目的变异也可发生在有丝分裂和减数分裂过程中。6下列对甲、乙两图的叙述，错误的是()A图甲发生在同源染色体之间 B图乙发生在非同源染色体之间 C图甲导致基因重组，图乙是染色体易位 D甲乙两种变异对生物体都是不利的 解析：选D图甲发生在同源染色体之间的非姐妹染色单体之间，进行了交叉互换；图乙发生在非同源染色体之间，发生了染色体易位；图甲导致基因重组，图乙是染色体易位，属于染色体结构变异；甲变异对生物体一般是有利的，乙变异对生物体一般是有害的。7DNA重组技术的正确操作步骤是()体外重组DNA分子将重组DNA分子导入受体细胞筛选和鉴定获取目的基因A BC D解析：选CDNA重组技术的正确步骤是获取目的基因体外重组DNA分子将重组DNA分子导入受体细胞筛选和鉴定。8下图为DNA分子的某一片段，其中分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是()ADNA连接酶、限制酶、解旋酶B限制酶、解旋酶、DNA连接酶C解旋酶、限制酶、DNA连接酶D限制酶、DNA连接酶、解旋酶解析：选C图中处是氢键，可由解旋酶破坏；处是磷酸二酯健，可由限制酶破坏；处是两个DNA片段间的“缺口”，可由DNA连接酶催化连接。9如图为某二倍体生物精原细胞分裂过程中，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：选C基因重组发生在减数第一次分裂的四分体时期或后期，图示中AE段表示有丝分裂，FG段表示减数第一次分裂，HI段表示减数第二次分裂。二、非选择题10美国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，生产人胰岛素，操作过程如下图所示：(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与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)。解析：(1)获取目的基因和切割质粒使用的是同一种限制性核酸内切酶，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)人胰岛素(5)DNA(基因)mRNA蛋白质一、选择题1下列关于基因突变和基因重组的叙述，错误的是()A基因突变是生物变异的根本来源B基因突变使一个基因变成它的等位基因C基因重组只能产生新的基因型，不能产生新的基因，因此对生物进化没有作用D自然条件下，基因重组发生在有性生殖过程中解析：选C基因重组不能产生新的基因，只是原有基因的重新组合，产生新的基因型，由于产生的具有新基因型的后代可能适应变化了的环境，因而对生物进化也具有重要意义。2为了培育高产节水品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其水分利用率提高了20%，这项技术的遗传学原理是()A基因突变B基因重组C基因复制 D基因分离解析：选B转基因小麦的培育利用的是DNA重组技术，其原理是基因重组。3DNA重组技术中提取目的基因所需用的酶是()ADNA连接酶 BDNA聚合酶C蛋白质水解酶 D限制酶解析：选DDNA重组技术中需用限制酶切割含目的基因的DNA分子，以获取目的基因。4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一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上同源染色体的非姐妹染色单体之间发生交叉互换DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或替换A BC D解析：选B属于基因重组，属于染色体结构变异，属于基因重组，属于基因突变。5.右图为果蝇体内某个细胞的染色体组成示意图，下列相关叙述正确的是()A图中的染色体1、5、7、8可组成一个染色体组B此细胞若进行减数分裂，则细胞质分裂为不均等分裂C在细胞分裂过程中等位基因D、d不一定发生分离D含有基因B、b的染色体片段发生交换属于染色体结构变异解析：选C细胞有丝分裂过程中等位基因D、d不发生分离；一个染色体组中不含同源染色体；该果蝇为雄性，减数分裂过程中细胞质均等分裂；含有B、b的染色体片段发生交换应属基因重组。6科学家将含人的抗胰蛋白酶基因的重组DNA注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育成的羊能分泌含抗胰蛋白酶的奶。这一过程不涉及()ADNA的自我复制B以DNA的一条链为模板合成RNACRNA的自我复制D按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质解析：选C由受精卵发育成成熟个体过程涉及细胞的分裂、生长和分化过程。其中涉及DNA分子的复制，以DNA的一条链为模板合成RNA的转录过程以及以mRNA为模板合成蛋白质的翻译过程。但没有RNA的自我复制过程。7(江苏高考)下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的是()A种植转基因作物应与传统农业种植区隔离B转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中C种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性D转基因植物的目的基因可能转入根际微生物解析：选B种植转基因作物(如抗虫棉)应与传统农业(普通棉花)种植区隔离，否则传统农业种植区的作物可能会受到影响；目的基因的本质为DNA，动物食用后会将其消化、分解成小分子脱氧核苷酸，所以目的基因不会转入动物体细胞中；转基因作物可能由于目的基因通过花粉扩散而影响野生植物的遗传多样性；导入转基因生物的目的基因有可能与感染转基因作物的某些细菌或病毒杂交，从而重组得到对人类或其他生物有害的病原体。8下图是某种高等动物的几个细胞分裂示意图(数字代表染色体，字母代表染色体上带有的基因)。图中不可能反映的是()A图甲细胞表明该动物发生了基因重组B图乙细胞在DNA复制时由于双螺旋解开，容易发生基因突变C图丙细胞中1与2的片段部分交换属于基因重组D图丙细胞表示发生自由组合解析：选A图甲细胞中有同源染色体，且染色体着丝点已分开，姐妹染色单体分离，属于有丝分裂后期，造成相同染色体上基因不同是基因突变的结果，此时不会发生基因重组。9下列生物技术或生理过程没有发生基因重组的是()解析：选DA项，R型活细菌与S型死菌的DNA混合后才具有了S型细菌的特性，属于S型细菌的DNA分子与R型细菌的重组；B项，基因工程的原理是基因重组；C项，减数第一次分裂的交叉互换和减数第一次分裂后期非同源染色体的自由组合属于基因重组；D项，普通青霉菌通过诱变具有了高产的性状属于基因突变。二、非选择题10斑马鱼的酶D由17号染色体上的D基因编码。具有纯合突变基因(dd)的斑马鱼胚胎会发出红色荧光。利用转基因技术将绿色荧光蛋白(G)基因整合到斑马鱼17号染色体上，带有G基因的胚胎能够发出绿色荧光。未整合G基因的染色体的对应位点表示为g。用个体M和N进行如下杂交实验：(1)在上述转基因实验中，将G基因与质粒重组，需要的两类