高中生物 第四章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第21課時(shí) 基因重組、基因工程及其應(yīng)用課件 蘇教版必修2.ppt

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,,,遺傳的分子基礎(chǔ),1.結(jié)合教材P89～90，闡述基因重組的概念、方式及意義。 2.結(jié)合教材P90～92，了解DNA重組技術(shù)的基本原理和基本步驟，了解基因工程的應(yīng)用及轉(zhuǎn)基因生物的安全性。,目標(biāo)導(dǎo)讀,,1.基因重組的概念及意義。 2.DNA重組技術(shù)的基本原理和基本步驟。,,重難點(diǎn)擊,,一 基因重組,二 基因工程的概念及基本工具,當(dāng)堂檢測(cè),基因重組、基因工程及其應(yīng)用,三 基因工程的一般過程及其應(yīng)用,1.自由組合型 研究發(fā)現(xiàn)，雞冠的形態(tài)是由兩對(duì)基因決定的。若玫瑰冠雞和豆冠雞交配，則子一代全部都是胡桃冠雞。如果子一代胡桃冠雞相互交配，子二代出現(xiàn)4種不同的性狀(如圖所示)。,一 基因重組,(1)子一代產(chǎn)生的雌雄配子各有 種，分別是____________ ，原因是減數(shù)分裂產(chǎn)生配子時(shí)， 染色體上的____ ___基因可以自由組合。 (2)子二代中除了親代類型外，又出現(xiàn)了 和 兩種重組類型。,4,RP、rp、Rp、,rP,非同源,非等,位,胡桃冠,單冠,(3)生物性狀重組是因?yàn)? 發(fā)生了重組。我們把生物體在進(jìn)行 的過程中，控制不同性狀的基因的 ，稱為基因重組。,基因,有性生殖,重新組合,2.交叉互換型 觀察下面減數(shù)分裂過程中染色體的交叉互換圖解,思考問題：,(1)若不發(fā)生交叉互換，上圖中的性原細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂最終產(chǎn)生的4個(gè)子細(xì)胞只有 種。 (2)交叉互換通常發(fā)生在 時(shí)期，是由 染色體的 之間進(jìn)行遺傳物質(zhì)的互換造成的。 (3)交叉互換導(dǎo)致染色單體上基因的 發(fā)生改變，從而可能出現(xiàn)新的 ，但不會(huì)出現(xiàn)新的 。,2,減數(shù)第一次分裂(四分體),同源,非姐妹染色單體,組成和排列順序,性狀,基因,(4)意義 ①通過有性生殖過程實(shí)現(xiàn)的基因重組，和 、_____ _______一樣，是生物進(jìn)化的源泉。 ②基因重組能夠產(chǎn)生多樣化的基因組合的子代，使后代多種多樣，這說明基因重組是 形成的原因之一。,基因突變,染色,體變異,生物多樣性,歸納提煉,基因突變和基因重組的比較,活學(xué)活用,1.下列關(guān)于基因重組的說法，不正確的是( ) A.生物體進(jìn)行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的 重新組合屬于基因重組 B.減數(shù)分裂四分體時(shí)期，由于同源染色體的姐妹染色單體 之間的片段交換，可導(dǎo)致基因重組,C.減數(shù)分裂過程中，非同源染色體上的非等位基因自由 組合可導(dǎo)致基因重組 D.一般情況下，花藥內(nèi)可發(fā)生基因重組，而根尖則不能 解析 控制不同性狀的基因的重新組合為基因重組，它包括自由組合型和交叉互換型，A項(xiàng)正確； 減數(shù)分裂四分體時(shí)期，同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換可導(dǎo)致基因重組，姐妹染色單體上含有相同基因不會(huì)導(dǎo)致基因重組，B項(xiàng)錯(cuò)誤；,非同源染色體上的非等位基因自由組合可導(dǎo)致基因重組，C項(xiàng)正確； 減數(shù)分裂過程中存在基因重組，而根尖細(xì)胞只能進(jìn)行有絲分裂，所以不會(huì)發(fā)生基因重組，D項(xiàng)正確。 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重組技術(shù)，是把在一個(gè)生物體內(nèi)分離得到或人工合成的 導(dǎo)入另一個(gè)生物的細(xì)胞，定向地使后者獲得新的 或表達(dá)所需產(chǎn)物的技術(shù)。,目的基因,遺傳性狀,2.基本工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶 在大腸桿菌中，有一種叫做EcoRⅠ的限制性核酸內(nèi)切酶，能夠?qū)Ｒ蛔R(shí)別GAATTC的序列，并在G和A之間將這段序列切開。如圖：,可見，限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)是識(shí)別____________序列，并在 上切割DNA分子，形成2個(gè)黏性末端。,特定的核苷酸,特定的位點(diǎn),限制性核酸內(nèi)切酶切割的是脫氧核苷酸之間的化學(xué)鍵，不是堿基之間的氫鍵；切割后不一定都產(chǎn)生黏性末端，也可能產(chǎn)生平口末端。,,小貼士,(2)DNA連接酶,同種限制性核酸內(nèi)切酶切割不同DNA分子后形成的黏性末端是可以通過 連接起來的，但是 和 之間的缺口要靠DNA連接酶進(jìn)行連接。,堿基互補(bǔ)配對(duì),脫氧核糖,磷酸,DNA連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶作用的部位都是一條鏈內(nèi)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，不是氫鍵，只是前者催化該鍵的形成，后者催化該鍵的斷裂。,,小貼士,(3)運(yùn)載體 ①作用：將外源基因送入 。 ②種類：質(zhì)粒、 、動(dòng)植物病毒等。質(zhì)粒存在于細(xì)菌及酵母菌等生物細(xì)胞中(如圖)，是擬核或細(xì)胞核外能夠自主復(fù)制的環(huán)狀DNA分子。上面通常含有的抗性基因，可以作為標(biāo)記基因，用于目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的檢測(cè)依據(jù)。,受體細(xì)胞,噬菌體,質(zhì)粒,運(yùn)載體具備的條件：(1)能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存；(2)大腸桿菌質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)圖具備多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn)，以便于與外源基因連接；(3)具有某些標(biāo)記基因便于進(jìn)行篩選。,,小貼士,歸納提煉,DNA連接酶與DNA聚合酶的比較,限制性核酸內(nèi)切酶具備其他生物酶的共性：高效性、特異性和反應(yīng)活性易受外界條件如溫度、pH的影響等。,2.下列有關(guān)基因工程中限制性核酸內(nèi)切酶的描述，錯(cuò)誤的是( ) A.一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸 序列 B.限制性核酸內(nèi)切酶的活性受溫度的影響 C.限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別和切割RNA D.限制性核酸內(nèi)切酶可從原核生物中提取,活學(xué)活用,問題導(dǎo)析 (1)限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別并切割特定的 序列。 (2)限制性核酸內(nèi)切酶一般從原核生物獲得，活性受 等影響。,核苷酸,溫度、酸堿度,解析 限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別并切割特定的核苷酸序列，它可以將外來的DNA切斷，即能夠限制異源DNA的侵入并使之失去活性，但對(duì)自身的DNA卻無損害作用，這樣可以保護(hù)細(xì)胞原有的遺傳信息。由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進(jìn)行的，故命名為限制性核酸內(nèi)切酶。限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別和切割DNA，不能識(shí)別和切割RNA。 答案 C,三 基因工程的一般過程及其應(yīng)用,閱讀教材完善下面內(nèi)容，探究相關(guān)問題：,提取目的基因——目的基因：人們所需要的特定基因 ↓ 目的基因與 運(yùn)載體結(jié)合 ↓,,用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割 和 目的基因 加入___________ 質(zhì)粒和目的基因結(jié)合成____________,質(zhì)粒,DNA連接酶,重組DNA分子,導(dǎo)入目的基因：主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的方法 ↓ 檢測(cè)與鑒定 目的基因及 目的基因的 表達(dá),,檢測(cè)：根據(jù)受體細(xì)胞中是否具有 ， 判斷目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 表達(dá)：受體細(xì)胞表現(xiàn)出 ，如棉花 抗蟲性狀的表現(xiàn),標(biāo)記基因,特定的性狀,1.目的基因與質(zhì)粒連接為什么要用相同的限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子？ 答案 為了使目的基因兩端的黏性末端與質(zhì)粒切口的黏性末端相同。,2.怎樣才能說明目的基因完成了表達(dá)？ 答案 重組DNA分子進(jìn)入受體細(xì)胞后，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達(dá)過程。例如檢驗(yàn)抗蟲棉的抗蟲性，可讓棉鈴蟲食用棉花的葉片，食用后棉鈴蟲中毒死亡，則說明抗蟲基因在棉株中得到了表達(dá)。,基因工程操作中應(yīng)注意的問題 (1)四個(gè)步驟中只有第三步導(dǎo)入目的基因不涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)。 (2)目的基因必須與運(yùn)載體結(jié)合后才能導(dǎo)入受體細(xì)胞，才能穩(wěn)定地保存，并進(jìn)行復(fù)制。 (3)受體細(xì)胞常用微生物的原因：繁殖快、代謝快、目的產(chǎn)物多。 (4)培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，受體細(xì)胞一般選用受精卵。,,小貼士,3.基因工程的應(yīng)用,抗逆性,抗棉鈴蟲,農(nóng)藥的用量,胰島素,重組,表達(dá),轉(zhuǎn)基因細(xì)菌,4.轉(zhuǎn)基因生物的安全性 結(jié)合教材的“放眼社會(huì)”，可分正方、反方組辯論轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題。,歸納提煉,基因重組和基因工程的比較,3.某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過基因工程的方法，將基因a與運(yùn)載體結(jié)合后導(dǎo)入馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細(xì)胞中存在。結(jié)合圖形分析下列有關(guān)這一過程的敘述，不正確的是( ),活學(xué)活用,A.獲取基因a的限制酶的作用部位是圖中的① B.連接基因a與運(yùn)載體的DNA連接酶的作用部位是圖中的② C.基因a進(jìn)入馬鈴薯細(xì)胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而 復(fù)制，傳給子代細(xì)胞 D.通過該技術(shù)人類實(shí)現(xiàn)了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀 問題導(dǎo)析 (1)限制酶和DNA連接酶均作用于 ，即①處，二者作用相反，分別是打開和連接該化學(xué)鍵。,磷酸二酯鍵,(2)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，會(huì)隨著馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細(xì)胞,使之產(chǎn)生 變異，從而改變其遺傳性狀。 解析 限制酶和DNA連接酶均作用于磷酸二酯鍵，即①處，二者作用相反，分別是打開和連接該化學(xué)鍵；目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，會(huì)隨著馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細(xì)胞，使之產(chǎn)生定向變異，從而改變其遺傳性狀。 答案 B,定向,,課堂 小結(jié),交叉 互換,自由 組合,目的 基因,運(yùn)載體,目的 基因,檢測(cè)與 鑒定,限制 性核 酸內(nèi) 切酶,DNA 連接 酶,當(dāng)堂檢測(cè),1.下列有關(guān)基因重組的說法，不正確的是( ) A.基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂過程中 B.基因重組產(chǎn)生原來沒有的新基因 C.基因重組是生物變異的豐富來源 D.基因重組能產(chǎn)生原來沒有的新基因型,,1,2,3,4,5,解析 基因重組是指四分體時(shí)期同源染色體內(nèi)的一對(duì)非姐妹染色單體間交叉互換或減數(shù)第一次分裂后期的非同源染色體上的非等位基因自由組合，均發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，A正確； 基因重組不能產(chǎn)生原來沒有的新基因，只有基因突變才能產(chǎn)生新的基因，B錯(cuò)誤；,1,2,3,4,5,基因重組是生物變異的豐富來源，C正確； 基因重組能產(chǎn)生原來沒有的新基因型，D正確。 答案 B,1,2,3,4,5,2.以下有關(guān)基因重組的敘述，正確的是( ) A.同卵雙生兄弟間的性狀差異是基因重組導(dǎo)致的 B.姐妹染色單體間相同片段的交換導(dǎo)致基因重組 C.基因重組導(dǎo)致純合子自交后代出現(xiàn)性狀分離 D.非同源染色體的自由組合能導(dǎo)致基因重組,1,2,3,4,5,解析 同卵雙生兄弟遺傳物質(zhì)是相同的，他們之間的性狀差異可能是基因突變、染色體變異或環(huán)境導(dǎo)致的，A錯(cuò)誤； 在減數(shù)分裂形成四分體時(shí)，位于同源染色體上的等位基因有時(shí)會(huì)隨著非姐妹染色單體的交叉互換而發(fā)生交換，導(dǎo)致基因重組，而姐妹染色單體上相同片段交換不會(huì)導(dǎo)致基因重組，B錯(cuò)誤；,1,2,3,4,5,純合子自交后代不會(huì)出現(xiàn)性狀分離，C錯(cuò)誤； 生物體通過減數(shù)分裂形成配子時(shí)，隨著非同源染色體的自由組合，非同源染色體上的非等位基因也自由組合，從而導(dǎo)致基因重組，D正確。 答案 D,1,2,3,4,5,3.下列甲、乙分裂過程中產(chǎn)生配子時(shí)發(fā)生的變異分別屬于( ),A.基因重組，不可遺傳變異 B.基因重組，基因突變 C.基因突變，不可遺傳變異 D.基因突變，基因重組,1,2,3,4,5,解析 由甲過程中產(chǎn)生了含a的精子可以判斷，在減數(shù)第一次分裂間期DNA分子復(fù)制時(shí)發(fā)生了基因突變；由乙過程產(chǎn)生了四種配子，可以判斷在減數(shù)第一次分裂時(shí)發(fā)生了非同源染色體的自由組合，導(dǎo)致基因重組。 答案 D,1,2,3,4,5,4.基因工程技術(shù)也稱為DNA重組技術(shù)，其實(shí)施必須具備的四個(gè)必要條件是( ) A.目的基因、限制酶、運(yùn)載體、體細(xì)胞 B.重組DNA、RNA聚合酶、限制酶、連接酶 C.模板DNA、信使RNA、質(zhì)粒、受體細(xì)胞 D.工具酶、目的基因、運(yùn)載體、受體細(xì)胞,1,2,3,4,5,解析 基因工程必須用到限制酶、DNA連接酶等工具酶，需要將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合，并導(dǎo)入受體細(xì)胞，所以基因工程必須具備的四個(gè)必要條件是工具酶、目的基因、運(yùn)載體和受體細(xì)胞。 答案 D,1,2,3,4,5,5.通過DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動(dòng)物稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。運(yùn)用這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示這一技術(shù)的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識(shí)別的序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：,1,2,3,4,5,(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是__________ ______，人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細(xì)胞染色體中需要的酶是 。 解析 剪取目的基因的酶是限制性核酸內(nèi)切酶，將不同的DNA片段連接起來的酶是DNA連接酶。,限制性核酸,內(nèi)切酶,DNA連接酶,1,2,3,4,5,(2)人體蛋白質(zhì)基因之所以能連接到羊的染色體DNA中，原因是 ，人體蛋白質(zhì)基因?qū)胙蚣?xì)胞時(shí)常用的運(yùn)載體是 。 解析 不同生物的DNA化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)相同，即具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞需先與運(yùn)載體結(jié)合，最常用的運(yùn)載體是質(zhì)粒，也可以用動(dòng)物病毒的DNA。,具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(有互補(bǔ)的堿基序列),細(xì)菌質(zhì)?；虿《?1,2,3,4,5,(3)此過程中目的基因的檢測(cè)與表達(dá)中的表達(dá)是指_________ 。 解析 基因的表達(dá)是指基因通過控制蛋白質(zhì)的合成來控制生物體的性狀，即通過轉(zhuǎn)錄和翻譯過程合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。,1,2,3,4,人體蛋白,質(zhì)基因在羊體細(xì)胞內(nèi)控制合成人體蛋白質(zhì),5,