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

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,,,遺傳的分子基礎,1.結合教材P89～90，闡述基因重組的概念、方式及意義。 2.結合教材P90～92，了解DNA重組技術的基本原理和基本步驟，了解基因工程的應用及轉基因生物的安全性。,目標導讀,,1.基因重組的概念及意義。 2.DNA重組技術的基本原理和基本步驟。,,重難點擊,,一 基因重組,二 基因工程的概念及基本工具,當堂檢測,基因重組、基因工程及其應用,三 基因工程的一般過程及其應用,1.自由組合型 研究發(fā)現(xiàn)，雞冠的形態(tài)是由兩對基因決定的。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， 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)生物性狀重組是因為 發(fā)生了重組。我們把生物體在進行 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，上圖中的性原細胞經(jīng)減數(shù)分裂最終產(chǎn)生的4個子細胞只有 種。 (2)交叉互換通常發(fā)生在 時期，是由 染色體的 之間進行遺傳物質的互換造成的。 (3)交叉互換導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現(xiàn)的基因重組，和 、_____ _______一樣，是生物進化的源泉。 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,活學活用,1.下列關于基因重組的說法，不正確的是( ) A.生物體進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)分裂四分體時期，由于同源染色體的姐妹染色單體 之間的片段交換，可導致基因重組,C.減數(shù)分裂過程中，非同源染色體上的非等位基因自由 組合可導致基因重組 D.一般情況下，花藥內可發(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項正確； 減數(shù)分裂四分體時期，同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換可導致基因重組，姐妹染色單體上含有相同基因不會導致基因重組，B項錯誤；,非同源染色體上的非等位基因自由組合可導致基因重組，C項正確； 減數(shù)分裂過程中存在基因重組，而根尖細胞只能進行有絲分裂，所以不會發(fā)生基因重組，D項正確。 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，是把在一個生物體內分離得到或人工合成的 導入另一個生物的細胞，定向地使后者獲得新的 或表達所需產(chǎn)物的技術。,目的基因,遺傳性狀,2.基本工具 (1)限制性核酸內切酶 在大腸桿菌中，有一種叫做EcoRⅠ的限制性核酸內切酶，能夠專一識別GAATTC的序列，并在G和A之間將這段序列切開。如圖：,可見，限制性核酸內切酶的作用特點是識別____________序列，并在 上切割DNA分子，形成2個黏性末端。,特定的核苷酸,特定的位點,限制性核酸內切酶切割的是脫氧核苷酸之間的化學鍵，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連接酶進行連接。,堿基互補配對,脫氧核糖,磷酸,DNA連接酶和限制性核酸內切酶作用的部位都是一條鏈內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)運載體 ①作用：將外源基因送入 。 ②種類：質粒、 、動植物病毒等。質粒存在于細菌及酵母菌等生物細胞中(如圖)，是擬核或細胞核外能夠自主復制的環(huán)狀DNA分子。上面通常含有的抗性基因，可以作為標記基因，用于目的基因導入受體細胞的檢測依據(jù)。,受體細胞,噬菌體,質粒,運載體具備的條件：(1)能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存；(2)大腸桿菌質粒的分子結構圖具備多個限制性核酸內切酶切點，以便于與外源基因連接；(3)具有某些標記基因便于進行篩選。,,小貼士,歸納提煉,DNA連接酶與DNA聚合酶的比較,限制性核酸內切酶具備其他生物酶的共性：高效性、特異性和反應活性易受外界條件如溫度、pH的影響等。,2.下列有關基因工程中限制性核酸內切酶的描述，錯誤的是( ) A.一種限制性核酸內切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸 序列 B.限制性核酸內切酶的活性受溫度的影響 C.限制性核酸內切酶能識別和切割RNA D.限制性核酸內切酶可從原核生物中提取,活學活用,問題導析 (1)限制性核酸內切酶能識別并切割特定的 序列。 (2)限制性核酸內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 限制性核酸內切酶能識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，但對自身的DNA卻無損害作用，這樣可以保護細胞原有的遺傳信息。由于這種切割作用是在DNA分子內部進行的，故命名為限制性核酸內切酶。限制性核酸內切酶只能識別和切割DNA，不能識別和切割RNA。 答案 C,三 基因工程的一般過程及其應用,閱讀教材完善下面內容，探究相關問題：,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 運載體結合 ↓,,用同一種限制性核酸內切酶切割 和 目的基因 加入___________ 質粒和目的基因結合成____________,質粒,DNA連接酶,重組DNA分子,導入目的基因：主要是借鑒細菌或病毒侵染細胞的方法 ↓ 檢測與鑒定 目的基因及 目的基因的 表達,,檢測：根據(jù)受體細胞中是否具有 ， 判斷目的基因是否導入受體細胞 表達：受體細胞表現(xiàn)出 ，如棉花 抗蟲性狀的表現(xiàn),標記基因,特定的性狀,1.目的基因與質粒連接為什么要用相同的限制性核酸內切酶切割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？ 答案 重組DNA分子進入受體細胞后，受體細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達過程。例如檢驗抗蟲棉的抗蟲性，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。,基因工程操作中應注意的問題 (1)四個步驟中只有第三步導入目的基因不涉及堿基互補配對。 (2)目的基因必須與運載體結合后才能導入受體細胞，才能穩(wěn)定地保存，并進行復制。 (3)受體細胞常用微生物的原因：繁殖快、代謝快、目的產(chǎn)物多。 (4)培育轉基因動物，受體細胞一般選用受精卵。,,小貼士,3.基因工程的應用,抗逆性,抗棉鈴蟲,農(nóng)藥的用量,胰島素,重組,表達,轉基因細菌,4.轉基因生物的安全性 結合教材的“放眼社會”，可分正方、反方組辯論轉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.某科學家從細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與運載體結合后導入馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細胞中存在。結合圖形分析下列有關這一過程的敘述，不正確的是( ),活學活用,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與運載體的DNA連接酶的作用部位是圖中的② C.基因a進入馬鈴薯細胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復制而 復制，傳給子代細胞 D.通過該技術人類實現(xiàn)了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀 問題導析 (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鍵。,磷酸二酯鍵,(2)目的基因進入受體細胞后，會隨著馬鈴薯DNA分子的復制而復制，傳給子代細胞,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鍵；目的基因進入受體細胞后，會隨著馬鈴薯DNA分子的復制而復制，傳給子代細胞，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,交叉 互換,自由 組合,目的 基因,運載體,目的 基因,檢測與 鑒定,限制 性核 酸內 切酶,DNA 連接 酶,當堂檢測,1.下列有關基因重組的說法，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期同源染色體內的一對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致的 B.姐妹染色單體間相同片段的交換導致基因重組 C.基因重組導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致基因重組,1,2,3,4,5,解析 同卵雙生兄弟遺傳物質是相同的，他們之間的性狀差異可能是基因突變、染色體變異或環(huán)境導致的，A錯誤； 在減數(shù)分裂形成四分體時，位于同源染色體上的等位基因有時會隨著非姐妹染色單體的交叉互換而發(fā)生交換，導致基因重組，而姐妹染色單體上相同片段交換不會導致基因重組，B錯誤；,1,2,3,4,5,純合子自交后代不會出現(xiàn)性狀分離，C錯誤； 生物體通過減數(shù)分裂形成配子時，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分子復制時發(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)第一次分裂時發(fā)生了非同源染色體的自由組合，導致基因重組。 答案 D,1,2,3,4,5,4.基因工程技術也稱為DNA重組技術，其實施必須具備的四個必要條件是( ) A.目的基因、限制酶、運載體、體細胞 B.重組DNA、RNA聚合酶、限制酶、連接酶 C.模板DNA、信使RNA、質粒、受體細胞 D.工具酶、目的基因、運載體、受體細胞,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載體結合，并導入受體細胞，所以基因工程必須具備的四個必要條件是工具酶、目的基因、運載體和受體細胞。 答案 D,1,2,3,4,5,5.通過DNA重組技術使原有基因得以改造的動物稱為轉基因動物。運用這一技術可使羊奶中含有人體蛋白質，如圖表示這一技術的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是—G↓GATCC—，請據(jù)圖回答下列問題：,1,2,3,4,5,(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質基因的酶是__________ ______，人體蛋白質基因“插入”后連接在羊體細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,內切酶,DNA連接酶,1,2,3,4,5,(2)人體蛋白質基因之所以能連接到羊的染色體DNA中，原因是 ，人體蛋白質基因導入羊細胞時常用的運載體是 。 解析 不同生物的DNA化學組成和空間結構相同，即具有相同的物質基礎和結構基礎。目的基因導入受體細胞需先與運載體結合，最常用的運載體是質粒，也可以用動物病毒的DNA。,具有相同的物質基礎和結構基礎(有互補的堿基序列),細菌質?；虿《?1,2,3,4,5,(3)此過程中目的基因的檢測與表達中的表達是指_________ 。 解析 基因的表達是指基因通過控制蛋白質的合成來控制生物體的性狀，即通過轉錄和翻譯過程合成相應的蛋白質。,1,2,3,4,人體蛋白,質基因在羊體細胞內控制合成人體蛋白質,5,