高一生物苏教版必修二教学案：第四章 第四节 第二讲 基因重组 基因工程及其应用

学习目标：1.基因重组的类型及其对生物性状的影响2．基因突变、基因重组和染色体变异的比较3．基因工程的概念、工具、操作步骤和应用[教材梳理]一、基因重组1．概念生物体内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．基因重组的类型3.结果：自由组合可能产生与亲代基因型不同的个体；交叉互换造成染色单体上基因重组，可能产生新的表现型。

4．基因重组的意义(DNA重组技术)基因重组与基因突变、染色体变异一样，既是生物进化的源泉，也是形成生物多样性的重要原因之一。

二、基因工程1．含义：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。

2．工具：限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体三种。

3．操作的一般步骤4．基因工程的应用(1)基因工程在特殊蛋白质的生产中已显示出巨大的应用价值，如治疗糖尿病的胰岛素，防治乙肝的疫苗等已广泛应用。

(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、渔等领域，极大地促进了生产，但也可能会引发一些安全性问题。

[牛刀小试]一、基因重组1．阅读教材P89～90内容，观察图4－23、4－24，结合减数分裂与基因自由组合定律，探究下列问题：(1)基因重组产生了新基因和新性状吗？提示：没有。

基因重组只是将原有的基因进行了重新组合；基因控制性状，由于基因重组没有产生新基因，因此不会产生新性状，只是产生了新的性状组合。

(2)下列是孟德尔杂交实验的两种现象，请分析产生的原因是否属于基因重组，并说明理由。

①现象一：杂合紫花豌豆自交后代中出现白花豌豆。

提示：不是。

杂合紫花豌豆自交后代中出现白花豌豆，是控制同一性状的等位基因分离的结果，而基因重组指的是控制不同性状的基因重新组合。

②现象二：杂合黄色圆粒豌豆自交后代中出现黄皱、绿圆、绿皱豌豆。

提示：是。

杂合黄色圆粒豌豆自交后代出现黄皱、绿圆、绿皱豌豆，是由于两对非同源染色体上控制豌豆两种性状的非等位基因随非同源染色体的自由组合而重新组合的结果。

(3)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？同卵双胞胎间的差异是如何造成的？提示：同胞兄弟姐妹间差异的主要原因是“基因重组”。

同卵双胞胎间的差异主要源于后天环境及营养等。

(4)基因突变，基因重组与染色体变异，哪一类变异发生频率最低，哪一类变异最常发生？哪类变异引发的性状改变最剧烈？提示：基因突变发生的频率最低，基因重组最常发生，染色体变异引发的性状改变最剧烈。

2．判断正误(1)在减数第一次分裂前期和减数第一次分裂后期都可以发生基因重组。

(√)(2)生物有性生殖过程中，不同基因型的雌雄配子随机结合现象属于基因重组。

(×)3．连线二、基因工程1．阅读教材P90～91内容，仔细观察分析图4－25,4－26，探究下列问题。

(1)基因工程中工具酶的作用①DNA解旋酶、限制性内切酶和DNA连接酶都作用于DNA，试分析这三种酶的作用部位相同吗？提示：不相同。

DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，而限制性内切酶和DNA连接酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的化学键，即磷酸二酯键。

②目的基因和运载体为什么需用同一种限制性内切酶进行切割？提示：因为被同一种限制性内切酶切割后，目的基因和载体具有相同的黏性末端。

(2)试讨论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掉。

(3)目的基因能够在受体细胞中表达的基础是什么？提示：所有生物共用一套遗传密码。

(4)若想让植物细胞生产出动物蛋白，可采用何种育种技术？采用杂交育种或诱变育种技术可以吗？提示：要想让植物细胞生产出动物蛋白，可采用DNA 重组技术。

由于植物与动物间远源杂交不亲合，故不可采用杂交育种技术；由于诱变育种只能产生原基因的等位基因，故不能采用诱变育种技术。

2．判断正误(1)基因工程能够实现不同物种之间基因的重新组合。

(√) (2)基因工程的运载体本质都是DNA 分子。

(√)[重难突破]一、基因突变、基因重组、染色体变异的比较[特别提醒]关注几个“唯一”(1)唯一产生新基因的变异为基因突变；(2)唯一仅发生于有性生殖过程中的变异为基因重组；(3)唯一可发生于所有生物(病毒、原核生物、真核生物)的变异也为基因突变；(4)唯一可在光学显微镜下检出的变异为染色体变异。

二、基因工程1．基因工程的操作工具[特别提醒]目的基因的转运工具——运载体必须具备的条件：a.能在宿主内稳定保存并大量复制；b.有多个限制酶切位点，以便与外源基因连接；c.有标记基因，便于筛选。

2．基因工程操作的基本步骤3．基因工程操作中的两个注意点(1)切割目的基因和载体时，一般用同一种限制酶，使目的基因和载体产生相同的黏性末端，达到目的基因与载体结合的目的。

(2)目的基因导入受体细胞并非标志着基因工程的成功，只有目的基因在受体细胞中表达才说明基因工程的成功。

4．有性生殖和基因工程中基因重组的区别(1)有性生殖：基因重组――→自然发生有性生殖同一物种的不同基因重新组合。

(2)基因工程：基因重组――→人为发生无性生殖不同物种间的不同基因的重组。

[考向聚焦][例1] 下列生物技术或生理过程没有发生基因重组的是( )[解析] A 项，R 型活球菌与S 型死菌的DNA 混合后才具有了S 型球菌的特性，属于S型球菌的DNA分子与R型球菌的重组；B项，基因工程的原理也是基因重组；C项，减数第一次分裂前期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，普通青霉菌具有了高产的性状属于基因突变。

[答案] D“三看法”判断可遗传变异的类型(1)DNA分子内的变异：一看基因种类：即看染色体上的基因种类是否发生改变，若发生改变为基因突变。

二看基因位置：若基因种类和基因数目未变，但染色体上的基因位置改变，应为染色体结构变异中的“倒位”。

三看基因数目：若基因的种类和位置均未改变，但基因的数目改变则为染色体结构变异中的“重复”。

(2)DNA分子间的变异：一看染色体数目：若染色体的数目发生改变，可根据染色体的数目变化情况确定是染色体数目的“整倍变异”还是“非整倍变异”。

二看基因位置：若染色体的数目和基因数目均未改变，但基因所处的染色体片段位于非同源染色体上，则应为染色体变异中的“易位”。

三看基因数目：若染色体上的基因数目不变，则为减数分裂中同源染色体上的非姐妹染色单体交叉互换的结果，属于基因重组。

[例2]酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可用于生产食品和药品等。

科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。

基本的操作过程如图所示：(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于________。

(2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是________。

(3)要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用______进行切割。

(4)切割完成后，利用________将运载体与LTP1基因连接。

[解析]图中a表示目的基因的获取，b是来自大肠杆菌的质粒，c是重组质粒，目的基因插入抗四环素基因内部。

(1)基因工程可使原本不属于同一物种的基因组合在一起，从而使转基因生物产生特定的性状，其原理属于基因重组。

(2)从图示可以看出本实验中的运载体是质粒。

(3)重组质粒形成前，需用同种限制酶切割目的基因和质粒，得到相同的黏性末端。

(4)切割完成后，再用DNA连接酶连接。

[答案] (1)基因重组(2)质粒(3)同种限制酶(限制性核酸内切酶)(4)DNA连接酶————————————————[课堂归纳]—————————————————[网络构建]填充：①自由组合型②限制性内切酶③DNA连接酶④载体⑤分离目的基因、选择基因工程载体⑥体外重组DNA⑦导入目的基因⑧筛选、培养受体细胞[关键语句]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的过程。

2．基因重组既包括减数分裂过程中非同源染色体上非等位基因间的自由组合(自由组合型)，又包括同源染色体非姐妹染色单体交叉互换所致的染色单体上基因的组成和排列次序的改变(交叉互换型)。

3．基因工程是指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产物的技术。

4．基因工程的工具：能在特定位置上切割DNA分子的限制性内切酶、能将DNA片段连接起来的DNA连接酶和能携带目的基因进入受体细胞并得到表达的载体。

5．基因工程的一般过程包括：分离目的基因、选择基因工程载体→体外重组DNA→导入目的基因→筛选、培养受体细胞→目的基因表达。

知识点一、基因重组1．基因重组是指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，下列叙述不正确的是()A．基因重组有可能发生在减数第一次分裂的四分体时期B．基因重组可能发生在减数第一次分裂的后期C．基因重组是生物多样性的原因之一D．基因重组有可能发生在有丝分裂的后期解析：选D有丝分裂过程中没有同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合，因此不可能发生基因重组。

2．当牛精原细胞进行DNA复制时，细胞不可能发生()A．基因重组B．DNA解旋C．蛋白质合成D．基因突变解析：选A基因重组通常发生在减数第一次分裂过程中。

3．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甲图中的“a”基因是从“无”到“有”，属于基因突变，而乙图中的A、a、B、b基因是已经存在的，只是进行了重新组合。

4．[多选](江苏高考)在有丝分裂和减数分裂的过程中均可产生的变异是()A．DNA 复制时发生碱基对的增添、缺失或改变，导致基因突变B．非同源染色体之间发生自由组合，导致基因重组C．非同源染色体之间交换一部分片段，导致染色体结构变异D．着丝点分裂后形成的两条染色体不能移向两极，导致染色体数目变异解析：选ACD非同源染色体之间的自由组合只发生在减数分裂的过程中，故只有减数分裂过程中能发生基因重组。

知识点二、基因工程5．在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kan R)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。

如图为获得抗虫棉的技术流程，请据图回答：(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：提取目的基因、______________、将目的基因导入受体细胞、________________________。

(2)要使运载体与该抗虫基因连接，A过程中首先应使用________进行切割。

假如运载体被切割后，得到的分子末端序列为AATTCG，则能与该运载体连接的抗虫基因分子的末端是()A．CGTTAA B．AATCCTC．GCTTTA D．TAAA TC(3)切割完成后，用________将运载体与该抗虫基因连接，连接后得到的DNA分子称为________________________________________________________________________。