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1、第1页/共53页第2页/共53页第第2课时基因重组与重组课时基因重组与重组DNA技术技术第3页/共53页1基因重组是指生物体在进行有性生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殖的过程中控制不同性状的基因重新组合的过程。新组合的过程。2基因重组既包括减数分裂过程中非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同源染色体上非等位基因间的自由组合，又包括同源染色体非姐妹染组合，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。基因的组成和排列次序的改变。第4页/共53页3基因重组只发生于有性生殖产生基
2、因重组只发生于有性生殖产生配子的过程中，它既是生物进化配子的过程中，它既是生物进化的源泉，又是形成生物多样性的的源泉，又是形成生物多样性的重要原因之一。重要原因之一。4重组重组DNA技术是指将从一个生物技术是指将从一个生物体内分离得到或人工合成的目的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后者获得新的遗传性状或表达所需产物的技术。需产物的技术。第5页/共53页5在重组在重组DNA的过程中需要的过程中需要有能在特定位置上切割有能在特定位置上切割DNA分分子的限制性内切酶和能将子的限制性内切酶和能将DNA片段连接起来的片段连接
3、起来的DNA连接酶。连接酶。6重组重组DNA技术的一般过程技术的一般过程包括：分离目的基因、选择基包括：分离目的基因、选择基因工程载体因工程载体体外重组体外重组DNA导入目的基因导入目的基因筛选培养受体筛选培养受体细胞细胞目的基因表达。目的基因表达。第6页/共53页第7页/共53页自读教材自读教材夯基础夯基础 1基因重组发生范围基因重组发生范围 填空填空 只有进行只有进行 的生物才能发生基因重组，它的生物才能发生基因重组，它是指控制不同性状的基因是指控制不同性状的基因 的过程。的过程。有性生殖重新组合第8页/共53页2基因重组的类型基因重组的类型 填表填表 类型类型发生时期发生时期发生原因发生
4、原因自由组合型自由组合型 上上非非等等位位基基因因随随非非同同源源染染色色体体自自由由组组合合而而组合组合交叉互换型交叉互换型 的的等等位位基基因因随随 的的交换而交换交换而交换减数第一次分裂后期非同源染色体减数第一次分裂四分体时期同源染色体上四分体非姐妹染色单体第9页/共53页 3基因重组的意义基因重组的意义 填空填空 基因重组与基因突变和染色体变异一样，既是基因重组与基因突变和染色体变异一样，既是 的的源泉，又是形成源泉，又是形成 的重要原因之一。的重要原因之一。生物进化生物多样性第10页/共53页 1源于同一父母的兄弟姐妹间其长相各有特点，其主源于同一父母的兄弟姐妹间其长相各有特点，其主
5、要原因是什么？同卵双胞胎间的差异是如何造成的？要原因是什么？同卵双胞胎间的差异是如何造成的？提示：提示：同胞兄弟姐妹间差异的主要原因是同胞兄弟姐妹间差异的主要原因是“基因重组基因重组”。同卵双胞胎间的差异主要源于后天环境及营养等。同卵双胞胎间的差异主要源于后天环境及营养等。第11页/共53页 2基因突变，基因重组与染色体变异，哪一类变异发生基因突变，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？最剧烈？提示：提示：基因突变发生的频率最低，基因重组最常发生，基因突变发生的频率最低，基因重组最常发
6、生，染色体变异引发的性状改变最大。染色体变异引发的性状改变最大。3洋葱根尖细胞分裂过程中可发生哪些类型的变异？洋葱根尖细胞分裂过程中可发生哪些类型的变异？提示：提示：洋葱根尖细胞进行的是有丝分裂，它不能发生基洋葱根尖细胞进行的是有丝分裂，它不能发生基因重组，但可能发生基因突变或染色体变异。因重组，但可能发生基因突变或染色体变异。第12页/共53页跟随名师跟随名师解疑难解疑难基因突变、基因重组、染色体变异的比较基因突变、基因重组、染色体变异的比较比较项目比较项目基因突变基因突变基因重组基因重组染色体变异染色体变异变异的本质变异的本质基基因因的的分分子子结结构构发生改变发生改变原原有有基基因因的的
7、重新组合重新组合染染色色体体结结构构或或数数目目发发生生改变改变发生时间发生时间有有丝丝分分裂裂间间期期和和减数分裂间期减数分裂间期减减数数第第一一次次分分裂裂前前期期和和后期后期细细胞胞分分裂裂间间期或分裂期期或分裂期第13页/共53页比较项目比较项目基因突变基因突变基因重组基因重组染色体变异染色体变异适适用用范范围围生物生物种类种类所所有有生生物物均均可可发生发生自自 然然 状状 态态下下，真真 核核生物生物真真核核生生物物细细胞胞增增殖殖过过程程均可发生均可发生生殖生殖类型类型无无性性生生殖殖、有有性生殖性生殖有性生殖有性生殖无无性性生生殖殖、有性生殖有性生殖第14页/共53页比较项目比
8、较项目基因突变基因突变基因重组基因重组染色体变异染色体变异产生结果产生结果 产生新的基因产生新的基因产产生生新新基基因因型型，没产生新基因没产生新基因没没产产生生新新基基因因，基基因因数数目目或或顺顺序序发发生生变化变化鉴定方法鉴定方法光镜下均无法检出，可根据是光镜下均无法检出，可根据是否有新性状或新性状组合确定否有新性状或新性状组合确定光镜下可检出光镜下可检出应用应用诱变育种诱变育种杂交育种杂交育种单倍体、单倍体、多倍体育种多倍体育种第15页/共53页比较项目比较项目基因突变基因突变基因重组基因重组染色体变异染色体变异联系联系三三者者均均属属于于可可遗遗传传变变异异，都都为为生生物物的的进进
9、化化提提供供了了原材料原材料基因突变产生新的基因，是生物变异的根本来源基因突变产生新的基因，是生物变异的根本来源基因突变是基因重组的基础基因突变是基因重组的基础基因重组是形成生物多样性的重要原因之一基因重组是形成生物多样性的重要原因之一第16页/共53页 特别提醒特别提醒关注几个关注几个“唯一唯一”(1)唯一产生新基因的变异为基因突变；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；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唯一可发生于所有生物(病毒、原核生物、真核生物病毒、原核生物、真核生物)的变异也为基因突变；的变异也为基因突变
10、；(4)唯一可在光学显微镜下检出的变异为染色体变异。唯一可在光学显微镜下检出的变异为染色体变异。第17页/共53页自读教材自读教材夯基础夯基础 1重组重组DNA技术及相关工具技术及相关工具 判断正误判断正误 (1)限制性内切酶和限制性内切酶和DNA连接酶的基本组成单位均为四连接酶的基本组成单位均为四种脱氧核苷酸。种脱氧核苷酸。()(2)在重组在重组DNA过程中，过程中，DNA连接酶的作用在于能在特连接酶的作用在于能在特定位置上切割定位置上切割DNA分子，限制性内切酶的作用在于能将分子，限制性内切酶的作用在于能将DNA片段连接起来。片段连接起来。()第18页/共53页 (3)重组重组DNA技术是
11、指将目的基因导入另一个生物体中，技术是指将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要的产物的技术。使后者获得新的遗传性状或表达所需要的产物的技术。()(4)重组重组DNA技术中所导入的目的基因必须从另一生物体技术中所导入的目的基因必须从另一生物体内分离获得。内分离获得。()第19页/共53页2操作的一般步骤操作的一般步骤 填空填空 第20页/共53页 3基因工程的应用基因工程的应用填空填空 (1)基因工程在基因工程在 的生产中已显示出巨大的应用价的生产中已显示出巨大的应用价值如治疗糖尿病的值如治疗糖尿病的 ，防治乙肝的，防治乙肝的 等已广泛应用。等已广泛应用。(2)使人类按
12、照自己的愿望使人类按照自己的愿望 地改造生物。地改造生物。(3)基因工程已广泛应用于医、农、林、牧、渔和基因工程已广泛应用于医、农、林、牧、渔和 等许多方面。等许多方面。特殊蛋白质胰岛素定向环境保护疫苗第21页/共53页 1若想让植物细胞生产出动物蛋白，可采用何种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？育种技术？采用杂交育种或诱变育种技术可以吗？提示：提示：要想让植物细胞生产出动物蛋白，可采用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，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
13、种只能产生原基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。因的等位基因，故不能采用诱变育种技术。第22页/共53页 2目的基因和载体为什么需用同一种限制性内切酶进目的基因和载体为什么需用同一种限制性内切酶进行切割？行切割？提示：提示：因为被同一种限制性内切酶切割后，目的基因和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。载体具有相同的黏性末端。3试讨论为什么不能将目的基因直接导入受体细胞？试讨论为什么不能将目的基因直接导入受体细胞？提示：提示：外源基因直接进入受体细胞，会被受体细胞内外源基因直接进入受体细胞，会被受体细胞内的酶分解掉
14、。的酶分解掉。第23页/共53页跟随名师跟随名师解疑难解疑难1对重组对重组DNA技术的理解技术的理解基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术操作环境操作环境生物体外生物体外操作对象操作对象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本过程基本过程剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达结果结果产生人类需要的基因产物或生物性状产生人类需要的基因产物或生物性状第24页/共53页2重组重组DNA技术的操作工具技术的操作工具操作工具名称操作工具名称 化学本质化学本质作用作用限制性内切限制性内切酶酶(限制酶限制酶)蛋白质蛋白质识识别别特特定定的的核核苷苷酸酸序序列列，在
15、在特特定定的的切切点点切切割割DNA分分子子，获获取取目目的的基因基因DNA连连接接酶酶蛋白质蛋白质连连接接脱脱氧氧核核糖糖和和磷磷酸酸形形成成的的骨骨架架缺口缺口载体载体DNA与目的基因结合并导入受体细胞与目的基因结合并导入受体细胞第25页/共53页3重组重组DNA技术操作的基本步骤技术操作的基本步骤第26页/共53页第27页/共53页4基因重组与重组基因重组与重组DNA技术的比较技术的比较比较项目比较项目基因重组基因重组重组重组DNA技术技术不不同同点点概念概念在在生生物物体体进进行行有有性性生生殖殖的的过过程程中中，控控制制不不同同性性状状的的基因的重新组合基因的重新组合将将从从一一个个
16、生生物物体体内内分分离离得得到到或或人人工工合合成成的的目目的的基基因因导导入入另另一一个个生生物物体体中中，使使后后者者获获得得新新的的遗遗传传性性状状或或表达所需要的产物的技术表达所需要的产物的技术重组重组基因基因同同一一物物种种的的不不同同基因基因不同物种间的不同基因不同物种间的不同基因繁殖繁殖方式方式有性生殖有性生殖无性生殖无性生殖第28页/共53页比较项目比较项目基因重组基因重组重组重组DNA技术技术不不同同点点变异变异大小大小小小大大意义意义是是生生物物变变异异的的来来源源之之一一，对对生生物物的的进进化化有有重要意义重要意义使使人人类类有有可可能能按按自自己己的的意意愿愿定定向向
17、地地改改造造生生物物，培育出新品种培育出新品种相同点相同点都都实实现现了了不不同同基基因因间间的的重重新新组组合合，都都能能使使生生物物产生变异产生变异第29页/共53页 特别提醒特别提醒目的基因的转运工具目的基因的转运工具运载体必须具备的运载体必须具备的条件：条件：a.能在宿主内稳定保存并大量复制；能在宿主内稳定保存并大量复制；b.有多个限制酶切有多个限制酶切位点，以便与外源基因连接；位点，以便与外源基因连接；c.有标记基因，便于筛选。有标记基因，便于筛选。第30页/共53页第31页/共53页 例例1下列生物技术或生理过程没有发生基因重组的是下列生物技术或生理过程没有发生基因重组的是 ()第
18、32页/共53页思路点拨思路点拨第33页/共53页 精讲精析精讲精析A项，项，R型活球菌与型活球菌与S型死菌的型死菌的DNA混合后混合后才具有了才具有了S型球菌的特性，属于型球菌的特性，属于S型球菌的型球菌的DNA分子与分子与R型球菌型球菌的重组；的重组；B项，基因工程的原理也是基因重组；项，基因工程的原理也是基因重组；C项，减数第项，减数第一次分裂的交叉互换和减数第一次分裂后期非同源染色体的自一次分裂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；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项，普通青霉菌具有了高产的性状属于基因突变。于基因突变。答案答案D第34页
19、/共53页 (1)DNA分子内的变异：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，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。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上的基因位置改变，应为染色体结构变异中的“倒位倒位”。三看基因数目：若基因的种类和位置均未改变，但基因三看基因数目：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的数目改变则为染色体结构变异中的“重复重复”。第35页/共53页 (2)DNA分子间的
20、变异：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体的数目变化情况确定是染色体数目的“整倍变异整倍变异”还是还是“非整非整倍变异倍变异”。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异中的“易位易位”。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
21、染色单体交叉互换的结果，属于基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。因重组。第36页/共53页 例例2美国科学家利用基因工程技术，将人胰岛素基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因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产了人胰岛素，操作过程如下图所示：殖，生产了人胰岛素，操作过程如下图所示：第37页/共53页 (1)过程所使用的酶与获取胰岛素基因所使用的酶过程所使用的酶与获取胰岛素基因所使用的酶_(相同或不同相同或不同)。(2)过程使用的酶是过程使用的酶是_，它的作用是使质粒与目，它的作用是使质粒与目的
22、基因结合形成的基因结合形成_分子。分子。(3)在基因工程中在基因工程中的目的是的目的是_。(4)在基因工程中的目的基因的表达与检测中是通过看大在基因工程中的目的基因的表达与检测中是通过看大肠杆菌是否产生肠杆菌是否产生_实现的。实现的。(5)大肠杆菌合成人胰岛素的过程可以表示为大肠杆菌合成人胰岛素的过程可以表示为_(用箭头和简要文字用箭头和简要文字)。第38页/共53页思路点拨思路点拨第39页/共53页 精讲精析精讲精析(1)获取目的基因和切割质粒使用的是同一获取目的基因和切割质粒使用的是同一种限制酶，这样可以获得相同的黏性末端。种限制酶，这样可以获得相同的黏性末端。(2)过程表示目过程表示目的
23、基因的基因(人胰岛素基因人胰岛素基因)与载体与载体(质粒质粒)结合成重组结合成重组DNA分子的分子的过程。过程。(3)表示将目的基因导入受体细胞表示将目的基因导入受体细胞(大肠杆菌大肠杆菌)的过程。的过程。(4)如果要检测人胰岛素基因是否在大肠杆菌内表达，应检测如果要检测人胰岛素基因是否在大肠杆菌内表达，应检测是否有人胰岛素产生。是否有人胰岛素产生。(5)大肠杆菌合成人胰岛素的过程是人大肠杆菌合成人胰岛素的过程是人胰岛素基因表达的过程，包括转录和翻译。胰岛素基因表达的过程，包括转录和翻译。第40页/共53页第41页/共53页1探究重组基因的来源或类型。探究重组基因的来源或类型。2设计实验探究重
24、组设计实验探究重组DNA分子是否导入分子是否导入受体细胞。受体细胞。第42页/共53页典例剖析典例剖析 下图下图表示某动物表示某动物(基因型为基因型为AaBb)的细胞分裂图。的细胞分裂图。图图表示细胞分裂过程中不同阶段的细胞数以及一个细表示细胞分裂过程中不同阶段的细胞数以及一个细胞中的染色体，染色单体和胞中的染色体，染色单体和DNA分子的数目。请据图回分子的数目。请据图回答下列问题：答下列问题：第43页/共53页 (1)图图所示的分裂时期对应于图所示的分裂时期对应于图的的_阶段。图阶段。图的的阶段对应于图阶段对应于图_细胞，此细胞中含有细胞，此细胞中含有_个染色个染色体组。体组。(2)从数量关
25、系分析，图从数量关系分析，图由由的过程中，细胞内发生的过程中，细胞内发生的主要变化是的主要变化是_；由；由图图的过程中染色体的主要行为的过程中染色体的主要行为变化是变化是_、_。(3)导致图导致图中中2、4号染色体上号染色体上B、b不同的原因是不同的原因是 。(4)若图若图和图和图来自同一个精原细胞，则来自同一个精原细胞，则的基因型应是的基因型应是 。第44页/共53页 解析解析先结合图先结合图分析，由分析，由的过程中，出现了染色的过程中，出现了染色单体、单体、DNA加倍，表明该过程是细胞分裂间期，该期细胞内发加倍，表明该过程是细胞分裂间期，该期细胞内发生的主要变化是生的主要变化是DNA的复制
26、和有关蛋白质的合成，图的复制和有关蛋白质的合成，图细胞为细胞为减数第二次分裂的后期，因此由减数第二次分裂的后期，因此由图图的过程中，细胞进行的过程中，细胞进行了减数第一次分裂和减数第二次分裂，其染色体的主要行为变了减数第一次分裂和减数第二次分裂，其染色体的主要行为变化分别为同源染色体分离和着丝粒分裂，染色单体分开成为染化分别为同源染色体分离和着丝粒分裂，染色单体分开成为染色体；解答色体；解答(3)、(4)题，关键是抓住图题，关键是抓住图来分析，观察图来分析，观察图的的4号染色体可知号染色体可知b的出现不是基因突变产生的，而是发生了交叉互的出现不是基因突变产生的，而是发生了交叉互换，再结合图换，
27、再结合图和图和图可推知减数第一次分裂后期基因可推知减数第一次分裂后期基因A和和b所所在的染色体移向同一极，即图中黑色的染色体，而基因在的染色体移向同一极，即图中黑色的染色体，而基因a和和B所所在的染色体移向另一极，由此可以确定图在的染色体移向另一极，由此可以确定图的基因型应是的基因型应是Ab。第45页/共53页 答案答案(1)2 (2)染色体复制同源染色体分离着丝粒分裂，染色染色体复制同源染色体分离着丝粒分裂，染色单体分开成为染色体单体分开成为染色体 (3)同源染色体的非姐妹染色单体间发生了交叉互换同源染色体的非姐妹染色单体间发生了交叉互换 (4)Ab第46页/共53页归纳拓展归纳拓展姐妹染色
28、单体相应片段基因不同的原因归纳姐妹染色单体相应片段基因不同的原因归纳图图1 图图2图图3 图图4第47页/共53页第48页/共53页 (3)来自交叉互换或基因突变：来自交叉互换或基因突变：在减数分裂过程中，仅显示姐妹染色单体上具不同基因，在减数分裂过程中，仅显示姐妹染色单体上具不同基因，但未显示是否发生互换，如上图但未显示是否发生互换，如上图3所示。则所示。则Aa产生的原因应为产生的原因应为“基因突变或交叉互换基因突变或交叉互换”。(4)来自染色体结构变异：来自染色体结构变异：若姐妹染色单体上含有控制不同性状的基因如若姐妹染色单体上含有控制不同性状的基因如A与与B(b)，如上图如上图4所示。则基因来源于染色体结构变异所示。则基因来源于染色体结构变异(如易位如易位)。第49页/共53页第50页/共53页点击下列图片进入点击下列图片进入第51页/共53页点击下列图片进入点击下列图片进入第52页/共53页感谢您的观看。第53页/共53页