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1第2节基因重组1．理解高等生物基因重组的含义和原理。(重点)2．了解基因工程的基本概念及其与基因重组的关系。(难点)一、生物的基因重组1．细菌的基因重组(1)细菌的生殖方式有二分裂生殖和接合生殖。(2)细菌通过接合生殖实现了基因重组。2．高等生物的基因重组(1)概念：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。(2)类型①自由组合型：在减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因也自由组合。②交叉互换型：在减数分裂形成四分体时，位于同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体的交叉互换而发生交换。3．意义(1)为生物变异提供极其丰富的来源。(2)对生物进化具有重要意义。二、基因的人工重组——基因工程1．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)，这样的操作叫重组DNA技术，也叫作基因工程。2．应用(1)医药卫生领域：生产基因工程药品、基因诊断和基因治疗。(2)农牧业生产上：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以用于环境保护等方面。3．实例：利用基因工程生产人胰岛素从细菌中提取质粒⇓用相同的内切酶切割质粒DNA和含有人的胰岛素基因的DNA⇓用连接酶将人的胰岛素基因连到切开的质粒DNA分子上，形成杂种质粒⇓2将杂种质粒导入细菌细胞⇓细菌生产出人的胰岛素4．安全性争论反对者认为，基因工程产物是非“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。而支持者认为，基因工程所用的这些基因如番茄、南瓜、鱼等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。判一判(1)基因工程能够定向改变生物的性状。(√)(2)基因工程是在细胞水平上的操作。(×)(3)基因工程可以培育新物种。(×)(4)基因工程的产物是非“天然”的，具有不可预知的危险，应当禁止基因工程。(×)想一想在真核生物中，基因突变和基因重组对生物多样性的形成哪一个影响较大？试分析原因。提示：基因重组。基因重组发生在有性生殖过程中，真核生物中有性生殖比较普遍，而基因突变频率较低。基因重组1．基因重组的两种类型可通过图示法加以理解记忆2．基因突变和基因重组的比较项目基因突变基因重组发生时间常发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期的DNA复制过程中形成有性生殖细胞的减数分裂过程中变异实质基因结构发生改变，产生新的基因控制不同性状的基因重新组合，产生新的基因型，没有产生新的基因3产生过程物理、化学、生物因素可引起基因结构发生改变，也可自发产生减数分裂产生配子时，控制不同性状的基因重新组合种类(1)自然突变；(2)人工诱变(1)基因自由组合；(2)基因交叉互换适用范围所有生物都可以发生适用于真核生物有性生殖细胞核遗传应用人工诱变育种杂交育种发生可能性可能性小非常普遍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：选B。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。正确理解基因重组的原理(1)基因重组使控制不同性状的基因重新组合，因此会产生不同于亲本的新类型。(2)基因重组发生的时间是在减数第一次分裂的后期和四分体时期，而不是在受精作用过程中。(3)基因重组为生物变异提供了极其丰富的来源，是形成生物多样性的重要原因之一。(4)基因重组在人工操作下也可实现，如基因工程、肺炎双球菌转化中都发生了基因重组。2．如图是基因型为Aa的个体不同分裂时期的图像，请根据图像判定每个细胞发生的变异类型()4A．①基因突变②基因突变③基因突变B．①基因突变或基因重组②基因突变③基因重组C．①基因突变②基因突变③基因突变或基因重组D．①基因突变或基因重组②基因突变或基因重组③基因重组解析：选C。图中①②分别属于有丝分裂的中期和后期；A与a所在的DNA分子都是经过复制而得到的，由于交叉互换只发生在减数分裂过程中，所以图中①②的变异只能属于基因突变；③属于减数第二次分裂的后期，由于减数分裂过程中可以发生交叉互换，所以不能确定A与a的不同是基因突变还是基因重组的结果。姐妹染色单体含有等位基因的原因分析基因突变或交叉互换都会导致姐妹染色单体中含有等位基因(如图)。在确定变异类型时，可根据题意来确定，方法如下：(1)若为体细胞有丝分裂(如根尖分生区细胞、受精卵等)，则只能是基因突变造成的；(2)若为减数分裂，则原因是基因突变(间期)或交叉互换(减数第一次分裂)；(3)若题目中问造成B、b不同的根本原因，应考虑可遗传变异中的最根本来源——基因突变；(4)若题目中有“××分裂××时期”提示，如减Ⅰ前期造成的则考虑交叉互换，间期造成的则考虑基因突变。基因的人工重组——基因工程1．基因工程概念的剖析基因工程的别名重组DNA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5原理基因重组基本过程提取→拼接→导入→检测与鉴定结果产生人类需要的基因产物2．基因工程与高等生物基因重组的比较比较项目基因工程高等生物基因重组不同点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、转录和翻译的操作过程在生物体进行有性生殖过程中，控制不同性状的基因的重新组合重组方式不同物种间的不同基因同一物种的不同基因繁殖方式无性生殖有性生殖变异大小大小意义使人类有可能按自己的意愿直接定向地改造生物，培育出新品种是生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义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3．基因工程操作的基本步骤提取目的基因目的基因：人们所需要的特定基因取得途径直接分离人工合成↓目的基因与运载体结合①用同一种内切酶切割质粒和目的基因②加入DNA连接酶③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：借助细菌和病毒侵染细胞、显微注射法等↓目的基因的检测与鉴定检测：根据标记基因的表达，判断目的基因导入与否鉴定：受体细胞表现出特定的性状，如棉花抗虫性状的表现(1)切割运载体和目的基因时需用同一种内切酶，才能获得相同的黏性末端。(2)四个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。(3)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。(4)受体细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢快、目的产物多。6(5)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。1．下列有关基因工程技术的叙述，正确的是()A．重组DNA技术所用的工具酶是内切酶、连接酶和运载体B．所有的内切酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功地实现表达解析：选C。A项，基因操作的工具酶有内切酶、连接酶，而运载体是基因的运输工具。B项，一种内切酶只能识别特定的核苷酸序列，不同的内切酶识别的核苷酸序列一般不同。C项，目的基因导入受体细胞是为了获得目的基因的产物，因此能够快速繁殖是选择受体细胞的重要条件之一。D项，目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才能说明目的基因成功实现表达。基因工程中两种酶的作用(1)内切酶：识别特定的核苷酸序列，在特定位点进行切割。(2)DNA连接酶：连接DNA片段。2．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。构建抗除草剂的烟草要用内切酶切割杂草中含抗除草剂基因的DNA与运载体。核心知识小结7[要点回眸][规范答题]1．细菌通过接合生殖．．．．实现基因重组。2．高等生物的基因重组包括非．同源染色体上非等位基因的自．．．．．．．．．．．．．由组合．．．和同源染色体间非姐妹．．．．．．．．．染色单体上等位基因的交叉互．．．．．．．．．．．．．换．。3．基因工程就是将外源基因．．．．通过体外重组后导入受体细胞内，实现基因的重组。[随堂检测]1．一对夫妇所生子女中，也有很大差异，这种差异主要来自()A．基因突变B．基因重组C．环境影响D．基因分离解析：选B。父母双方在减数分裂中通过基因重组产生多种多样的配子，随精子和卵细胞随机结合，增加了后代的多样性。2．下列情况引起的变异属于基因重组的是()①非同源染色体上非等位基因的自由组合②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，全表现为高茎③同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生局部交换④DNA分子中发生碱基对的改变、增添和缺失A．①②B．③④C．①③D．②④解析：选C。基因重组有两种情况：一是在减数第一次分裂的四分体时期同源染色体上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的自由组合。3．下面有关基因重组的说法中，不正确的是()A．非同源染色体的自由组合可导致基因重组B．基因重组产生原来没有的新性状C．基因重组是生物变异的主要来源D．基因重组能产生原来没有的新基因型解析：选B。基因重组发生在减数分裂过程中，即减数第一次分裂后期同源染色体分开，非同源染色体自由组合，A项正确；通过基因重组可以产生新的基因型，D项正确；基因重8组是生物变异的主要来源，C项正确；产生原来没有的新性状是基因突变的结果，B项错误。4．下列甲、乙分裂过程中产生配子时发生的变异属于()A．均为基因重组，可遗传的变异B．甲为基因重组、乙为基因突变，均为可遗传的变异C．均为基因突变，可遗传的变异D．甲为基因突变、乙为基因重组，均为可遗传的变异解析：选D。图甲中的“a”基因是从“无”到“有”，属于基因突变；图乙中的A、a、B、b基因是已经存在的，只是进行了重新组合；基因突变和基因重组均属于可遗传的变异，故选D。5．由于乙肝病毒感染的宿主范围很窄，仅限于人和灵长类动物，因此无法用细胞培养的方法生产疫苗，但可用基因工程的方法进行生产，现已知乙肝病毒的核心蛋白和表面抗原蛋白的氨基酸序列，生产示意图如下。下列相关说法不正确的是()乙肝病毒――→①分离有关基因――→②导入细菌――→③发酵大量生产疫苗A．生产乙肝疫苗的过程也达到了定向改造细菌的目的B．在①②过程中需要内切酶和DNA连接酶C．用于生产疫苗的目的基因为编码核心蛋白的基因和表面抗原蛋白基因D．这种转基因的细菌一定是安全的，不用担心其扩散到自然界解析：选D。上述过程应用了基因工程技术，能定向改造生物的遗传性状；在操作时要应用内切酶来获得目的基因，并用DNA连接酶使之与运载体结合；该过程的目的基因为表面抗原蛋白基因和编码核心蛋白的基因；转基因生物的安全性还存在争议，无法判断其安全性，应避免其扩散进入自然界。6．根据所学知识，回答下列问题：(1)水稻杂交育种是通过品种间杂交，创造新变异类型而选育新品种的方法。其特点是将两个纯合亲本的________________________________________________________________________通过杂交集中在一起，再经过选择和培育获得新品种。(2)若这两个杂交亲本各具有期望的优点，则杂交后，F1自交能产生多种非亲本类型，其原因是F1在___________________