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2019-2020年高中生物《基因突變和基因重組》教案10 新人教版必修2 【本講信息】 一、教學內容 基因突變和基因重組 二、學習內容： 基因突變 基因突變的原因 基因重組 重組DNA技術 基因的連鎖和交換定律 三、教學目標 說明基因突變的特征和原因 總結基因重組及其意義 四、教學重點： 基因突變是生物變異的一個重要來源，屬于分子水平上的變化，這是本節(jié)的一個重點和難點?；蛑亟M、重組DNA技術、基因的連鎖和交換定律 五、學習難點 基因突變、基因重組、重組DNA技術 基因的連鎖和交換定律 六、教學過程 1. 重組DNA技術 重組DNA技術是指將從一個生物體內分離得到或人工合成的目的基因導入另一個生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達所需要的產物的技術 ⑴ 1973年，美國科學家科恩等將兩種不同生物的DNA分子進行體外重組，并首次在大腸桿菌中得到表達。 重組DNA，需要有能在特定位置上切割DNA分子的限制性內切酶和能將DNA片段連接起來的DNA連接酶。 ⑵ 重組DNA技術的一般過程（重組DNA技術是基因工程的核心技術） ① 分離目的基因 從生物細胞內直接分離或人工合成，獲得目的基因。 ② 選擇基因工程載體 運載目的基因需要載體，常用的載體有質粒、噬菌體等。 ③ 體外重組DNA 用同一種限制性內切酶切割的目的基因和載體，在DNA連接酶的作用下形成重組DNA。 ④ 導入目的基因 將帶有目的基因的重組DNA導入受體細胞，基因工程中常用的受體細胞有大腸桿菌、酵母菌和動植物細胞等。 ⑤ 篩選、培養(yǎng)受體細胞 篩選并大量培養(yǎng)已獲得重組DNA分子的受體細胞 ⑥ 目的基因表達 目的基因在受體細胞中表達產生蛋白質。 ⑶ 基因工程的應用價值 例如，治療糖尿病的胰島素、治療侏儒癥的人生長激素等基因工程藥物和防治乙肝的疫苗等基因工程疫苗已廣泛應用。 用重組DNA技術生產的部分人類蛋白質及其功能 蛋白質名稱 用 途 蛋白質名稱 用 途 α１-抗胰蛋白酶 肺氣腫的治療 胰島素 糖尿病的治療 促腎上腺皮質激素 風濕的治療 干擾素 抗病毒抗腫瘤 B細胞生長因子 免疫系統(tǒng)的功能失調 白細胞介素 癌癥的治療 降鈣素 軟骨病的治療 淋巴毒素 抗腫瘤 上皮生長因子 促進傷口愈合 尿激酶 溶栓劑 紅細胞生成素 貧血的治療 血清蛋白 血漿補充物 凝血因子Ⅷ和Ⅸ 血友病的治療 生長調節(jié)素 促進生長 生長激素釋放因子 促進生長 組織型纖溶酶原激活劑 溶栓劑 生長激素 促進生長 腫瘤壞死因子 抗腫瘤 ⑷ 基因工程中的轉基因技術可使人類按照自己的愿望定向地改造生物，特別是改造高等動植物 ① 轉基因作物已經在我國和美國、阿根廷、加拿大等許多國家大面積種植 ② 轉基因微生物已經被用于生產各種藥品等 ③ 轉基因動物的研究也取得了令人矚目的進展 Ⅰ 通過轉基因技術培育出的抗軟化番茄、高脂肪酸向日葵、高產玉米等植物已投入商品化生產；培育出的各種具有抗逆性的作物新品種，在農業(yè)生產上具有重要意義。 Ⅱ 我國科學家已經將編碼蘇云金芽孢桿菌的一種毒蛋白的基因，通過轉基因技術導入棉細胞內，成功地培育出抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉，栽培抗蟲棉等轉基因抗蟲作物可以大大減少農藥的用量，不僅降低了生產成本，還能減少農藥對環(huán)境的污染 Ⅲ 在養(yǎng)殖業(yè)上，科學家也利用轉基因技術培育出轉基因奶牛、轉基因魚等動物新品種。 Ⅳ 基因工程已經廣泛應用于醫(yī)、農、林、牧、漁、環(huán)境保護等許多方面。 2. 轉基因生物的安全性問題 ⑴ 一些生態(tài)學家認為，轉基因生物進入自然環(huán)境可能會有一定程度的風險 ① 例如，轉入抗除草劑基因的轉基因作物有可能與親緣關系較近的雜草發(fā)生天然雜交，從而產生具有抗除草劑基因的新雜草，出現(xiàn)更難對付的“超級雜草”危害。 ② 處于實驗階段的轉基因生物必須嚴加管理，所有新的轉基因生物都必須通過嚴格的審查評估，排除風險后才能被批準進入自然環(huán)境。 ⑵ 基因工程既可用于特殊蛋白質的生產、動植物的遺傳改良和人類基因治療，又可用于制造更危險的具有毀滅性的生物武器。實驗用轉基因生物， 特別是食用轉基因生物產品對人體健康是否會造成不利的影響，一直是公眾關心的問題。 ⑶ 大多數(shù)專家認為，已經投入商品化生產的轉基因番茄、玉米等農產品都是安全的。迄今為止尚無食用轉基因生物產品引起任何嚴重問題的科學報道。 ⑷ 有人對基因治療的安全問題也非常關切 ① 從理論上說，目的基因導入人體細胞，有可能使受體的基因組成發(fā)生某種無法控制和預見的遺傳變異 ② 含有目的基因的人和正常人婚配有可能使那些目的基因在人群中傳播，進而可能對整個人類基因庫產生難以預料的影響。 3. 空間技術育種 空間技術育種是利用返回式航天器和高空氣球所能達到的空間環(huán)境對植物（種子）的誘變作用，以產生有利變異的育種技術 ⑴ 2003年10月15日，我國成功發(fā)射的“神舟五號”又搭載了相關的植物種子進行空間技術育種 ⑵ 空間技術育種已經取得了許多重要成果，培育出許多動植物新品種。 4. 基因的連鎖和交換定律 ⑴ 美國遺傳學家摩爾根采用果蠅作為遺傳學研究材料，不僅證實了基因的分離定律和基因的自由組合定律是正確的，而且又發(fā)現(xiàn)了基因的連鎖和交換定律。這一定律解釋了孟德爾的遺傳定律所不能解釋的遺傳現(xiàn)象。 ⑵ 連鎖 ① 果蠅兩對相對性狀的雜交實驗 ② 測交后代未出現(xiàn)自由組合定律分離比（灰身長翅︰黑身殘翅=1︰1） ③ 分析：兩對等位基因位于同一對同源染色體上，減數(shù)分裂時，出現(xiàn)同 一條染色體上的不同基因連在一起不分離的現(xiàn)象。 ④ F1雄果蠅只產生兩種雄配子，故只有兩種測交子代 （3）不完全連鎖遺傳（雌果蠅） ① Fl的雌果蠅與雙隱性類型測交，后代中除了多數(shù)是灰身長翅（BbVV）和黑身殘翅（bbvv）果蠅（兩者各占42%）以外，還有少數(shù)是灰身殘翅（Bbvv）和黑身長翅（bbVv）果蠅（兩者各占8％）。 ② 解釋 Ⅰ F1雌果蠅的位于同一個染色體上的兩個基因也大都是連鎖遺傳的，因此生成的兩種配子特別多（各占42％）； Ⅱ 小部分聯(lián)會的同源染色體因交叉而互換了一部分，而交叉正在基因B與V和b與v中間，結果就產生了兩種含有新基因組合的和配子各占8％。 Ⅲ F1的灰身長翅雌果蠅與黑身殘翅雄果蠅測交 （4）連鎖與互換現(xiàn)象在生物界普遍存在 ①完全連鎖。在同一染色體上的連鎖基因100％聯(lián)系在一起傳遞給下一代。雄果蠅B、V基因是完全連鎖的。 ② 不完全連鎖：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換而發(fā)生交換。來自父方的染色單體和來自母方的染色單體，在減數(shù)分裂時，相互交換對應部分，能使染色體上的基因產生新的組合，是形成生物新類型的原因之一。 每對同源染色體上都有很多對等位基因，如果控制不同性狀的等位基因在同一對同源染色體上，那么，它們就不按照自由組合規(guī)律來遺傳，而是按照連鎖和互換定律來遺傳。 （5）基因的連鎖和互換定律在實踐上的應用 基因互換產生的新類型能為育種工作提供原始材料；根據(jù)育種目標選擇雜交親本時，必須考慮性狀之間的連鎖關系 ① 幾個好的性狀連鎖在一起，這對育種工作就很有利 ② 不利的性狀與有利的性狀連鎖在一起，要采取措施，打破基因連鎖，進行基因互換，讓人們所要求的基因重組在一起，培育出優(yōu)良品種來 例：有兩個大麥品種：一個是矮稈抗倒伏但不抗銹病的品種，另一個是高稈易倒伏但能抗銹病的品種。矮稈抗倒伏與不抗銹病這兩個基因位于同一個染色體上，高稈易倒伏與抗銹病這兩個基因也位于同一個染色體上。經過雜交，F(xiàn)1就會出現(xiàn)四種類型的后代，其中就有由于基因互換而出現(xiàn)的矮稈抗倒伏同時又抗銹病的類型，經過進一步培育和大量繁殖就可以成為良種。 【典型例題】 1. 現(xiàn)在人們已經實現(xiàn)了分子水平上遺傳物質的人工重組，下列實例中屬于分子水平上人工重組基因的是（ ） A. 利用雜交技術培育出新的高品質水稻品種 B. 科學工作者將豬的胰島素轉變成人的胰島素 C. 能產生抗體的小鼠B淋巴細胞和骨髓細胞的融合 D. 將人的-抗胰蛋白酶基因導入到羊的DNA分子中 解析：分子水平上人工重組是指基因工程中目的基因與受體細胞中的DNA分子重組。 答案：D 2. 下列有關基因工程的敘述，正確的是 A. 限制性內切酶對特定的核苷酸序列的識別與DNA的來源無關，因此對各種DNA普遍適用 B. 目的基因是指編碼蛋白質的基因，它不包括一些具有調控作用的核苷酸序列 C. DNA連接酶既能縫合雙螺旋DNA骨架上的切口，又能連接兩條單鏈的DNA分子 D. 采用反轉錄法得到的目的基因有內含子 解析：目的基因包括編碼蛋白質的編碼區(qū)和有調控作用的非編碼區(qū)，DNA連接酶不能連接兩條單鏈的DNA分子，反轉錄法的模板RNA一般是剪切掉內含子轉錄部分的成熟的信使RNA，所以反轉錄后不含有內含子。 答案：A 3. （經典回放）鐮刀型細胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變，檢測這種堿基序列的改變必須使用的酶是………（ ） A. 解旋酶 B. DNA連接酶 C. 限制性內切酶 D. RNA聚合酶 解析：該題的考查點是基因的診斷，所用的技術是DNA探針，原理是DNA分子雜交技術。在進行基因診斷時，首先要用限制性內切酶切割DNA片段，獲得正常人的血紅蛋白基因，用同位素標記做成探針，然后用同一種限制性內切酶切割鐮刀型細胞貧血癥病人的DNA獲得血紅蛋白基因，然后放在同一容器中高溫加熱，使DNA變性，氫鍵斷裂，再降溫，DNA復性時兩種DNA分子進行雜交，從而檢測出血紅蛋白基因堿基序列發(fā)生改變的部位。所以DNA分子雜交技術用到的酶是限制性內切酶。 答案：C 4. 采用基因工程技術將人凝血因子基因導入山羊受精卵中，培育出了轉基因羊。但是，人凝血因子只存在于該轉基因羊的乳汁中。以下有關敘述正確的是 A. 人體細胞凝血因子基因編碼區(qū)的堿基對數(shù)目，等于凝血因子氨基酸數(shù)目的3倍 B. 可用顯微注射技術將含有人凝血因子基因的重組DNA分子導入羊的受精卵中 C. 在該轉基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺細胞，而不存在于其他體細胞中 D. 人凝血因子基因開始轉錄后，DNA連接酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA 解析：人體細胞是真核細胞，其基因中含有內含子，其堿基對數(shù)大于氨基酸數(shù)的三倍；山羊的受精卵中導入人凝血因子基因，長成的山羊每個體細胞中都含有這種基因；DNA連接酶是把兩條DNA鏈末端之間的縫隙“縫合”起來，而不是參與轉錄。基因工程外源基因的導入多采用人工的方法，使體外重組的DNA分子轉移到受體細胞，在本題中可采用顯微注射法。 答案：B 5. 在歐洲人中有一種罕見的遺傳病，在人群中的發(fā)病率約為25萬分之一，患者無生育能力?，F(xiàn)有一對表現(xiàn)型正常的夫婦，生了一個患病的女兒和一個正常的兒子。后因丈夫車禍死亡，該婦女又與一個與自己沒有任何親緣關系的男子婚配，則這位婦女再婚后再生一個患病孩子的概率是 A. 1/4 B. 1/250 000 C. 1/1 000 D. 1/50 000 解析：據(jù)題意知，該病為常染色體上的隱性遺傳病，故原夫婦的基因型為AaAa（設致病基因為a）。由人群中的發(fā)病率（aa）約為25萬分之一，可知人群中a配子出現(xiàn)的幾率為1/500。該婦女基因型為Aａ，則該婦女產生ａ配子的幾率為1/2，與人群中沒有親緣關系的男子婚配，則生出病孩的幾率為l/21/500＝1/l 000。 答案：C 6. 在玉米中，高莖基因（D）對于矮莖基因（d）是顯性，常態(tài)葉基因（C）對于皺形葉基因（c）是顯性。讓純種的高莖常態(tài)葉（DDCC）與矮莖皺形葉（ddcc）雜交，F(xiàn)1是高莖常態(tài)葉，再讓F1與雙隱性類型測交，其后代是：高莖常態(tài)葉（83），矮莖皺形葉（81），高莖皺形葉（19），矮莖常態(tài)葉（17）。試分析這兩對基因是否連鎖以及有無交換，并說明原因。 分析：DDCC（高莖常態(tài)葉）ddcc（矮莖皺形葉）→DdCc（高莖常態(tài)葉） 由測交后代分離比分析，可判斷D、C位于1條染色體上，d、c位于1條染色體上，控制不同性狀的基因為連鎖狀態(tài)。測交后代出現(xiàn)少量高莖皺形葉（19），矮莖常態(tài)葉（17），說明F1在形成配子時發(fā)生了交換。 【模擬試題】（答題時間：60分鐘） 一、選擇題 1. 干旱條件下育成的作物品種一般適于干旱地區(qū)種植；潮濕條件下育成的作物品種一般適于潮濕地區(qū)種植。在育種過程中干旱和潮濕條件所起的作用是…………（ ） A. 誘發(fā)基因突變 B. 引起染色體變異 C. 選擇基因型 D. 導致基因重組 2. 一個堿基對可加到DNA分子上或從DNA分子上除去。這種生物體的DNA堿基順序的變化是一種…………（ ） A. 細菌轉化 B. 基因自由組合 C. 基因突變 D. 等位基因分離 3. 為了培育節(jié)水高產的小麥品種，科學家將大麥與抗旱節(jié)水有關的基因導入小麥中，得到轉基因小麥，其水分利用率提高了20％。這項技術的遺傳學原理是 （ ） A. 基因突變 B. 基因重組 C. 基因復制 D. 基因分離 4. 與傳統(tǒng)的雜交育種和誘變育種相比，通過基因工程和細胞工程等現(xiàn)代生物技術培育農作物新品種的優(yōu)越性在于…………（ ） ①克服遠緣雜交的生殖隔離 ②對農作物進行定向改良 ③不存在生態(tài)和進化安全性問題 ④育種周期較短 A. ①②③ B. ①②④ C. ①③④ D. ②③④ 5. 下面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. 基因重組產生原來沒有的新基因 C. 基因重組是生物變異的重要來源 D. 基因重組能產生原來沒有的新性狀 6. 下列高科技成果中，根據(jù)基因重組原理進行的是…………（ ） ①我國科學家袁隆平利用雜交技術培育出超級水稻 ②我國科學家將蘇云金芽孢桿菌的某些基因移植到棉花體內，培育出抗蟲棉 ③我國科學家通過返回式衛(wèi)星搭載種子培育出太空椒 ④我國科學家通過體細胞克隆技術培養(yǎng)出克隆牛 A. ① B. ①② C. ①②③ D. ②③④ 7. 用基因工程生產胰島素的主要原因是………（ ） A. 工藝簡單，容易操作 B. 生產量大，價格較低 C. 所生產的胰島素可以口服 D. 所生產的胰島素療效大大提高 8. 基因A與a1、a2、a3的關系如下圖，該圖不能說明的是……………（ ） A. 基因突變是不定向的 B. 等位基因的出現(xiàn)是基因突變的結果 C. 正常基因與致病基因可以通過突變而轉化 D. 這些基因的轉化遵循自由組合定律 9. 限制性內切酶的特點是………………………（ ） A. 只能識別GAATTC序列 B. 識別特定的核苷酸序列和特定的酶切位點 C. 識別黏性末端 D. 切割質粒DNA的標記基因 10. 上海醫(yī)學遺傳研究所成功地培育出第一頭攜帶白蛋白的轉基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍。轉基因動物是指………………（ ） A. 提供基因的動物 B. 基因組中增加外源基因的動物 C. 能產生白蛋白的動物 D. 能表達基因信息的動物 11. 納米技術將激光束的寬度聚焦到納米范圍內，可對DNA分子進行超微型基因修復，把至今尚令人類無奈的癌癥、遺傳病徹底根治。對DNA的修復屬于（ ） A. 基因轉換 B. 基因重組 C. 基因突變 D. 染色體變異 12. 既要提高農作物的變異頻率，又要使后代變異性狀較快穩(wěn)定，可采用…………（ ） A. 雜交育種法 B. 誘變育種法 C. 單倍體育種法 D. 多倍體育種法 13. 下列敘述不是運載體必須具備的條件的是………（ ） A. 具有某些標記基因 B. 決定宿主細胞的生存 C. 不能在宿主細胞中復制 D. 有多個限制酶切點 14. 已知某信使RNA的堿基中，U占20％，A占10％，求它的模板基因中胞嘧啶占（ ） A. 25％ B. 30％ C. 35％ D. 70％ 15. 自然界中，一種生物某一基因及其三種突變基因決定的蛋白質的部分氨基酸序列如下： 正?；? 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 蘇氨酸 脯氨酸 突變基因1 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 蘇氨酸 脯氨酸 突變基因2 精氨酸 亮氨酸 亮氨酸 蘇氨酸 脯氨酸 突變基因3 精氨酸 苯丙氨酸 蘇氨酸 酪氨酸 丙氨酸 根據(jù)上述氨基酸序列確定這三種突變基因DNA分子的改變是……（ ） A. 突變基因1和2為一個堿基的替換，突變基因3為一個堿基的增添 B. 突變基因2和3為一個堿基的替換，突變基因1為一個堿基的增添 C. 突變基因1為一個堿基的替換，突變基因2和3為一個堿基的增添 D. 突變基因2為一個堿基的替換，突變基因1和3為一個堿基的增添 二、非選擇題 16. 艾滋病病毒（HIV）是一種球形的RNA病毒，HIV侵染T淋巴細胞并繁殖新一代病毒的過程示意圖如圖。請據(jù)圖完成下列問題： （1） 圖中①表示病毒侵染淋巴細胞。進入寄主細胞的是病毒的 。 （2） 遺傳學上將過程②稱為 。 （3） ③和④的信息傳遞過程分別稱為 。 （4） HIV有I和Ⅱ兩種類型，其中I型又有7個亞型。I型的基因組中4個主要基因的變異率最高可達22％。多達100種左右的HIV變異株是目前研制疫苗的主要困難，因此切斷傳播途徑是唯一行之有效的預防措施。HIV眾多變異類型是 的結果，這種變異的特點與一般生物的不同之處是 ，其原因是 。 （5） 2004年12月1日是國際上第17個 日。 （6） 據(jù)最近研究認為，引起“嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥”（SARS）的病原體可能是 。它和HIV一樣，遺傳信息的傳遞是按照 的規(guī)律進行的（可以用簡圖表達）。 17. 下圖是單克隆抗體制備過程示意圖，請據(jù)圖回答； （1） 圖示中，必須要用到的動物細胞工程技術是 。 （2） ②過程常在 誘導下完成，所獲得的雜交瘤細胞具有 的特性。在篩選雜交瘤細胞過程中，需要在培養(yǎng)液中加入某種試劑，該試劑應該能夠 。 A. 抑制淋巴細胞和雜交瘤細胞的DNA復制 B. 阻止淋巴細胞的原癌基因被激活 C. 選擇性抑制骨髓瘤細胞的DNA復制 D. 阻止雜交瘤細胞核糖體上所有蛋白質的合成 （3） ③過程所選用的培養(yǎng)液中通常含有 等成分。 （4） 雜交瘤細胞所產生的抗體具有 的特性。 （5） ④過程與體外培養(yǎng)相比，其優(yōu)點是 。 18. 根據(jù)下列所給的材料完成問題： 材料一：把人的胰島素基因拼接到大腸桿菌的質粒上，然后導入大腸桿菌體內，產生出人的胰島素。 材料二：把螢火蟲基因轉入煙草體內，培育出發(fā)熒光的煙草。 材料三：有人把蜘蛛產生絲腺蛋白的基因轉入羊體內，分泌的乳汁中加入某種物質后，可抽出細絲，這種細絲可望用作手術的縫合線 （1）上述生物新品種的產生運用了 技術。 （2）一種生物的基因在另一種生物體內能夠表達，而不是影響其他基因的表達，這說明基因是有 效應的 片段，具有一定的 性；同時可以說明各種生物共用一套 。 （3）上述技術所用到的工具酶有 。 （4）材料三中的縫合線與普通縫合線相比有何優(yōu)點？ 。 （5）可遺傳的變異分為三種，即 、 、 ，而基因工程改變一個物種的基因屬于 。 （6）從上述所給的材料，不能得出下列哪一結論： 。 A. 動植物之間可以相互轉移基因 B. 真核生物與原核生物之間可以相互轉移基因 C. 基因工程可以定向地改變生物的基因 D. 轉基因生物的出現(xiàn)對生物的進化是有利的 【試題答案】 一、選擇題 1. C；2. C；3. B；4. B；5. B；6. B；7. B；8. D；9. B；10. B；11. C；12. B；13. BC.； 14. C；15. A。 二、非選擇題 16. （1）RNA （2）逆轉錄 （3）轉錄和翻譯 （4）基因突變 突變頻率高和突變多方向性 單鏈RNA結構不穩(wěn)定 （5）世界艾滋病 （6）SARS冠狀病毒 RNA→DNA→mRNA→蛋白質 17. ⑴動物細胞融合和細胞培養(yǎng) ⑵ 滅活的仙臺病毒等 既能無限增殖又能產生特異性抗體 C ⑶ 葡萄糖、無機鹽、氨基酸、維生素、動物血清 ⑷ 特異性強、化學性質單一、靈敏度高 ⑸ 無需再提供營養(yǎng)物質以及無菌環(huán)境，操作簡便 18. （1）重組DNA （2）遺傳 DNA 獨立 密碼子 （3）限制性內切酶、DNA連接酶 （4）可以被分解吸收，不用拆線 （5）基因重組 基因突變 染色體變異 基因重組 （6）D