学年高中生物北师大版必修2第5章第2节 基因重组.docx
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学年高中生物北师大版必修2第5章第2节基因重组
第2节
基因重组
1．细菌通过接合生殖实现基因重组，高等生物通过非同源染色体上的非等位基因的自由组合和同源非姐妹染色单体的交叉互换，实现基因重组。
2．双亲的杂合性越高，遗传物质基础差异越大，基因重组产生变异的可能性也就越大。
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．基因工程是指将外源基因通过体外重组后导入受体细胞，使这个基因在受体细胞内复制和表达的技术，也称为重组DNA技术。
[自读教材·夯基础]
1．细菌的基因重组
细菌通过接合生殖实现了基因重组，产生与亲代存在着一定遗传差异的新细菌。
2．高等生物的基因重组
（1）类型：
①自由组合型：
在减数第一次分裂后期，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期，位于同源染色体上的等位基因有时会随非姐妹染色单体的交换而交换，导致染色单体上的基因重组。
（2）意义：
基因重组能产生多样化的基因型的子代，是生物变异的重要来源之一，对生物的进化具有重要意义。
[跟随名师·解疑难]
基因突变和高等生物基因重组的比较
基因突变
基因重组
本质
基因的分子结构发生改变，产生了新基因，产生新基因型，可能产生新性状
不同基因的重新组合，产生了新基因型，使性状重新组合
发生时
间及原
因
主要是有丝分裂和减数第一次分裂前的间期DNA分子复制时，由于外界理化因素或自身生理因素引起的基因结构的改变
减数第一次分裂四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体间交叉互换，以及减数第一次分裂后期非同源染色体上非等位基因的自由组合
条件
外界条件的剧变和内部因素的相互作用
不同个体之间的杂交，有性生殖过程中的减数分裂
意义
生物变异的根本来源，也是生物进化的重要因素之一
是生物变异的来源之一，也是生物进化的重要因素之一
发生
可能性
可能性很小，突变频率低
非常普遍，产生变异类型多
联系
①都使生物产生可遗传的变异
②在长期进化过程中，通过基因突变产生新基因，为基因重组提供了大量可供自由组合的新基因，基因突变是基因重组的基础
③二者均产生新的基因型，可能产生新的表现型
[关键一点] 基因重组中非同源染色体的非等位基因的自由组合符合孟德尔的自由组合规律。
同源染色体上非姐妹染色单体之间交叉互换，不符合自由组合规律。
1．在一个家庭里，兄弟姐妹之间在相貌上存在着或多或少的差异，这种变异主要来自于（ ）
A．基因突变 B．基因重组
C．环境影响D．营养不同
解析：
有性生殖过程中易发生基因重组。
答案：
B
2．有关高等生物基因重组的说法，不正确的是（ ）
A．基因重组发生在减数分裂的过程中
B．基因重组产生原来没有的新基因
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类型
解析：
基因重组产生新的基因型，并不产生新的基因。
答案：
B
[自读教材·夯基础]
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，这样的操作叫重组DNA技术，也叫做基因工程。
2．应用
（1）医药卫生领域：
用于生产基因工程药品，进行基因诊断和基因治疗。
（2）农牧业生产上：
培育高产、优质和具有特殊用途的动植物新品种。
（3）基因工程方法还可以用于环境保护。
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上，形成杂种质粒
⇓
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
（1）转基因生物与转基因食品不安全，要严格控制。
（2）转基因生物与转基因食品是安全的，应该大范围推广。
[跟随名师·解疑难]
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
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
含义
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
在生物体内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
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
[关键一点]
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到碱基互补配对。
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。
⑤培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。
3．下列应用中不属于基因工程的是（ ）
A．转基因抗虫棉的成功培育
B．利用工程菌生产胰岛素
C．用紫外线处理青霉菌以提高青霉素的产量
D．用奶牛生产人干扰素
解析：
用紫外线处理青霉菌是利用基因突变。
答案：
C
4．中国农业科学院的科学家继成功培育出了抗棉铃虫转基因抗虫棉后，又成功培育出了抗虫烟草、抗虫玉米、抗虫水稻等多种农作物，下列哪些是转基因抗虫作物的推广意义（ ）
①使危害农作物的害虫灭绝 ②农药用量减少 ③提高作物产量 ④环境污染降低 ⑤农业生产成本降低
A．①②③B．②③④
C．①④⑤D．②③④⑤
解析：
抗虫作物的推广能提高作物本身的抗虫能力，减少农药用量，减轻农药对环境的污染，也减少购买农药的费用。
作物受虫害降低能在一定程度上提高产量。
答案：
D
[例1] 高等生物的基因重组发生在有性生殖过程中，是控制不同性状的基因的重新组合，下列有关高等生物基因重组的说法正确的是（ ）
A．基因型为Aa的个体自交，因基因重组而导致子代性状分离
B．基因突变、基因重组都能够改变基因的结构
C．基因重组发生在初级精（卵）母细胞形成次级精（卵）母细胞过程中
D．在减数分裂四分体时期非同源染色体的互换也是基因重组
[解析] 解答本题的关键在于理解基因重组的两种类型。
逐项分析如下：
A项Aa个体自交，后代的性状分离是由于等位基因的分离和配子之间随机结合而形成的。
B项基因重组是基因的自由组合，不会改变基因的结构；基因突变是碱基对的增添、缺失、替换，所以能够导致基因结构的改变。
C项基因重组发生在减数第一次分裂期间，减数第一次分裂的结果是初级精（卵）母细胞形成次级精（卵）母细胞。
D项非同源染色体交换则不属于基因重组。
[答案] C
在有性生殖中可能出现，在无性生殖中不可能出现的现象是（ ）
A．基因突变B．染色体复制
C．蛋白质的合成D．基因重组
解析：
基因重组发生在有性生殖过程中，无性生殖能维持亲子代遗传物质的稳定，不会发生基因的重组。
答案：
D
[例2] 酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。
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。
基本的操作过程如下：
（1）该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传的变异的来源中属于______________。
（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。
（5）饮用转基因的酵母菌酿造的啤酒安全吗？
________________________________________________________________________。
[解析] 解答此题首先要明确基因工程的工具及操作步骤，逐题分析，然后组织答案。
（1）由于基因工程利用定向技术克服远缘杂交不亲和的障碍，使原本不在一起的基因组合到一起，使生物具有特定性状，其原理应为基因重组。
（2）运载体取自大肠杆菌的质粒（见图）。
（3）（4）基因工程中的剪刀为内切酶，两个序列相同、能互补配对的黏性末端可用连接酶“缝合”。
（5）可以从正、反两个角度考虑。
转基因的酵母菌酿造的啤酒对人类的健康有害，因为：
①转基因作物中的毒素可引起人类急、慢性中毒或产生致癌、致畸、致突变作用；②作物中可能含有致敏物质使人类机体产生过敏反应。
或答对人体安全，因为：
两种食品成分相同，目前还未找到不安全的证据。
（合理即可）
[答案]
（1）基因重组
（2）质粒
（3）内切酶 （4）连接酶
（5）反对观点：
不安全，转基因食品可能会损伤人体的消化系统，破坏人体免疫系统
赞成观点：
安全，转基因食品与非转基因食品成分相同，毒性分析不对人体健康产生影响（目前还未找到不安全的证据，回答上述两种观点之一即可）
归纳拓展
（一）知识整合
（二）重点关注
1．对高等生物基因重组的学习，要结合减数分裂中染色体的行为变化和基因自由组合规律深入理解。
2．DNA分子的结构、酶的专一性是学习基因工程的基础。
在学习时要注意将抽象的语言转化为直观的图解，使图文结合，加深对基因工程原理和步骤的理解。
3．基因工程是科学前沿，也是历年高考热点，通常考查的是基因工程的原理、操作工具及作用特点，基因工程操作的四个基本步骤，以及基因工程的应用。
一、选择题
1．农业技术人员在大田中发现一株矮壮穗大的水稻，将这株水稻所收获的种子再种植下去，发育而成的植株之间总会有差异，这种差异主要来自（ ）
A．基因突变B．基因缺失
C．基因重组D．环境条件改变
解析：
有性生殖的生物，变异的来源主要是基因重组。
答案：
C
2．下列有关基因重组的叙述，错误的是（ ）
A．只有真核生物存在基因重组
B．有性生殖过程中的基因重组为生物变异提供了极其丰富的来源
C．基因工程实现了不同物种之间的基因重组
D．同源染色体上的非姐妹染色单体上的基因可以发生基因重组
解析：
细菌可以通过接合生殖实现基因重组，基因重组并不只发生在真核生物中。
答案：
A
3．下列细胞在其生命活动过程中既有可能发生基因重组现象，又有可能发生基因突变现象的是（ ）
A．心肌细胞B．成熟红细胞
C．根毛细胞D．精原细胞
解析：
―→D项
答案：
D
4．如果将镰刀型细胞贫血症患者的血液，输给一个血型相同的正常人，将使正常人（ ）
A．基因产生突变，使此人患病
B．无基因重组，此人无病，其后代患病
C．基因重组将病遗传给此人
D．无基因突变，性状不遗传给此人
答案：
D
5．利用月季花的枝条扦插所产生的后代与利用月季花的种子播种所产生的后代相比，下列关于其变异来源的叙述正确的是（ ）
A．前者不会发生变异，后者有较大的变异性
B．前者一定不会产生基因重组，后者可能发生基因重组
C．前者一定不会发生基因突变，后者可能发生基因突变
D．前者一定不会因环境影响发生变异，后者可能因环境影响发生变异
解析：
扦插属于无性生殖，变异来源不可能是基因重组。
用种子繁殖属于有性生殖，基因重组是其变异来源可能之一；扦插和种子繁殖的变异来源都有基因突变，还受环境的影响。
答案：
B
6．以下有关基因重组的叙述，错误的是（多选）（ ）
A．非同源染色体的自由组合能导致基因重组
B．姐妹染色单体的交换可引起基因重组
C．纯合体自交因基因重组导致子代性状分离
D．同胞兄妹间的遗传差异与父母基因重组有关
解析：
基因重组是指生物在有性生殖过程中，控制不同性状的基因的重新组合，主要指减数分裂过程中因非同源染色体自由组合和四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换导致的控制不同性状的基因的重新组合。
有性生殖过程中的可遗传的变异，主要来源是基因重组。
纯合子自交后代不发生性状分离。
答案：
BC
7．下列有关基因工程的叙述中，正确的是（ ）
A．基因工程是细胞水平上的生物工程
B．基因工程的产物对人类都是有益的
C．基因工程产生的变异属于人工诱变
D．基因工程育种的优点之一是目的性强
解析：
基因工程是分子水平上的生物工程，该过程不属于人工诱变，应用的原理是基因重组，但有较强的目的性，能够定向地选择人类需要的基因产物。
基因工程是否安全，是一个有争议的问题。
答案：
D
8．科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质粒DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内获得成功表达。
图示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒DNA结合的位置，它们彼此能结合的依据是（ ）
A．基因自由组合规律
B．半保留复制原则
C．基因分离规律
D．碱基互补配对原则
答案：
D
9．下列关于基因工程的成果及应用的概述，正确的是（ ）
①在医药卫生方面，主要用于基因药物的生产、基因诊断和治疗疾病；②在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物；③在环境保护方面主要用于环境检测和对污染环境的净化；④用基因工程的方法培育的抗虫植物也能抗病毒
A．①②④B．①②③
C．②③④D．②③
答案：
B
10．美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野生玉米后发现，这种玉米含有包括苏云金芽孢杆菌（一种产生抗虫毒蛋白的细胞）基因在内的转基因作物的基因，由此可见：
①转基因作物的基因可传播到野生植物中
②转基因作物可对天然植物的遗传多样性构成威胁
③为防止基因污染，应当禁止转基因作物的研究
④自然杂交过程实质是一个长期的转基因过程，两者没有任何区别
其中正确的说法是（ ）
A．①②③④B．③
C．①②D．①
解析：
根据题意可知，转基因植物的基因传播到野生植物中，这样会对植物遗传多样性构成威胁。
自然杂交是通过受粉的方式实现转基因过程，与转基因技术中通过重组质粒转基因有一定区别。
答案：
C
二、非选择题
11．（2010·四川高考）为提高小麦的抗旱性，有人将大麦的抗旱基因（HVA）导入小麦，筛选出HVA基因成功整合到染色体上的高抗旱性T0植株（假定HVA基因都能正常表达）。
（1）某T0植株体细胞含一个HVA基因。
让该植株自交，在所得种子中，种皮含HVA基因的种子所占比例为________，胚含HVA基因的种子所占比例为_____________________。
（2）某些T0植株体细胞含两个HVA基因，这两个基因在染色体上的整合情况有如下图所示的三种类型（黑点表示HVA基因的整合位点）。
①将T0植株与非转基因小麦杂交：
若子代高抗旱性植株所占比例为50%，则两个HVA基因的整合位点属于图________类型；若子代高抗旱性植株所占的比例为100%，则两个HVA基因的整合位点属于图________类型。
②让图C所示类型的T0植株自交，子代中高抗旱性植株所占比例为________。
解析：
（1）T0植株含一个HVA基因，可以考虑为Aa，A代表HAV基因。
自交，种皮是其体细胞，基因型全为Aa，胚为F1幼体，含A基因的比例为3/4。
（2）A图考虑为AA，而非转基因小麦考虑为aa，则A图杂交后代抗旱比例为100%，B图可考虑为Aa（因两个HAV基因都在一条染色体上），则B图杂交后代抗旱比例为50%，C图可考虑为AaBb（A，B任一都抗旱），此时非转基因小麦考虑为aabb，则C图杂交后代抗旱比例为15/16（仅aabb不抗旱）。
答案：
（1）100% 75%
（2）①B A ②15/16
12．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________形成配子过程中，位于________________基因通过自由组合，或者位于______________________基因通过非姐妹染色单体交换进行重新组合。
（3）从F2代起，一般还要进行多代自交和选择。
自交的目的是____________；选择的作用是________。
解析：
（1）杂交育种的原理是通过基因重组把两个或多个优良基因（优良性状）集合在一个个体身上，从而达到育种目的。
（2）F1自交能产生多种非亲本类型，其原因是F1在减数分裂形成配子过程中，位于非同源染色体上的非等位基因通过自由组合，或者位于同源染色体上的等位基因通过非姐妹染色单体交换进行重新组合。
（3）进行多代自交的目的是获得基因型纯合的个体，还要经过选择才能得到所需的类型。
答案：
（1）优良性状（或优良基因）
（2）减数分裂 非同源染色体上的非等位
同源染色体上的非等位
（3）获得基因型纯合的个体 保留所需的类型
13．美国科学家利用基因工程技术，将人胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出了人胰岛素，操作过程如图所示：
（1）在上述基因操作中，由①→②过程所用的基因“剪刀”是____________________，由③→④过程的实现是通过与①→②过程相同的________________切割的结果；由④→⑤过程需要通过__________________形成重组DNA分子；由⑥→⑦过程是通过细胞的________实现的。
（2）不同生物间基因可以“移植”成功的结构基础是DNA的________结构，大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，说明它们和人类共用一套________，大肠杆菌合成人胰岛素的过程可以表示为__________________________________。
解析：
生产基因工程药品是基因工程的一个重要应用。
获取目的基因和切割运载体要使用同一种内切酶，才可以得到相同的黏性末端，在连接酶的作用下形成重组质粒，导入操作完成后，重组质粒随着细胞分裂可以传给子代细胞。
各种生物的DNA结构都是一样的，而且所有生物共同拥有一套遗传密码，这样基因工程才可以实现。
答案：
（1）内切酶 内切酶 连接酶 分裂
（2）双螺旋 遗传密码 DNA（基因）
mRNA
蛋白质（或人胰岛素）
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