人教版高一基因突变和基因重组教学设计1

基因突变和基因重组【本讲教育信息】一、教学内容基因突变和基因重组二、学习内容：基因突变基因突变的原因基因重组重组DNA技术基因的连锁和交换定律三、学习目标说明基因突变的特征和原因总结基因重组及其意义四、学习重点：基因突变是生物变异的一个重要来源，属于分子水平上的变化，这是本节的一个重点和难点。基因重组、重组DNA技术、基因的连锁和交换定律五、学习难点基因突变、基因重组、重组DNA技术基因的连锁和交换定律六、学习过程1.重组DNA技术重组DNA技术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要的产物的技术⑴1973年，美国科学家科恩等将两种不同生物的DNA分子进行体外重组，并首次在大肠杆菌中得到表达。重组DNA，需要有能在特定位置上切割DNA分子的限制性内切酶和能将DNA片段连接起来的DNA连接酶。⑵重组DNA技术的一般过程（重组DNA技术是基因工程的核心技术）①分离目的基因从生物细胞内直接分离或人工合成，获得目的基因。②选择基因工程载体运载目的基因需要载体，常用的载体有质粒、噬菌体等。③体外重组DNA用同一种限制性内切酶切割的目的基因和载体，在DNA连接酶的作用下形成重组DNA。④导入目的基因将带有目的基因的重组DNA导入受体细胞，基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、酵母菌和动植物细胞等。⑤筛选、培养受体细胞筛选并大量培养已获得重组DNA分子的受体细胞⑥目的基因表达目的基因在受体细胞中表达产生蛋白质。⑶基因工程的应用价值例如，治疗糖尿病的胰岛素、治疗侏儒症的人生长激素等基因工程药物和防治乙肝的疫苗等基因工程疫苗已广泛应用。用重组DNA技术生产的部分人类蛋白质及其功能蛋白质名称用途蛋白质名称用途α１-抗胰蛋白酶肺气肿的治疗胰岛素糖尿病的治疗促肾上腺皮质激素风湿的治疗干扰素抗病毒抗肿瘤B细胞生长因子免疫系统的功能失调白细胞介素癌症的治疗降钙素软骨病的治疗淋巴毒素抗肿瘤上皮生长因子促进伤口愈合尿激酶溶栓剂红细胞生成素贫血的治疗血清蛋白血浆补充物凝血因子Ⅷ和Ⅸ血友病的治疗生长调节素促进生长生长激素释放因子促进生长组织型纤溶酶原激活剂溶栓剂生长激素促进生长肿瘤坏死因子抗肿瘤⑷基因工程中的转基因技术可使人类按照自己的愿望定向地改造生物，特别是改造高等动植物①转基因作物已经在我国和美国、阿根廷、加拿大等许多国家大面积种植②转基因微生物已经被用于生产各种药品等③转基因动物的研究也取得了令人瞩目的进展Ⅰ通过转基因技术培育出的抗软化番茄、高脂肪酸向日葵、高产玉米等植物已投入商品化生产；培育出的各种具有抗逆性的作物新品种，在农业生产上具有重要意义。Ⅱ我国科学家已经将编码苏云金芽孢杆菌的一种毒蛋白的基因，通过转基因技术导入棉细胞内，成功地培育出抗棉铃虫的转基因抗虫棉，栽培抗虫棉等转基因抗虫作物可以大大减少农药的用量，不仅降低了生产成本，还能减少农药对环境的污染Ⅲ在养殖业上，科学家也利用转基因技术培育出转基因奶牛、转基因鱼等动物新品种。Ⅳ基因工程已经广泛应用于医、农、林、牧、渔、环境保护等许多方面。2.转基因生物的安全性问题⑴一些生态学家认为，转基因生物进入自然环境可能会有一定程度的风险①例如，转入抗除草剂基因的转基因作物有可能与亲缘关系较近的杂草发生天然杂交，从而产生具有抗除草剂基因的新杂草，出现更难对付的“超级杂草”危害。②处于实验阶段的转基因生物必须严加管理，所有新的转基因生物都必须通过严格的审查评估，排除风险后才能被批准进入自然环境。⑵基因工程既可用于特殊蛋白质的生产、动植物的遗传改良和人类基因治疗，又可用于制造更危险的具有毁灭性的生物武器。实验用转基因生物，特别是食用转基因生物产品对人体健康是否会造成不利的影响，一直是公众关心的问题。⑶大多数专家认为，已经投入商品化生产的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题的科学报道。⑷有人对基因治疗的安全问题也非常关切①从理论上说，目的基因导入人体细胞，有可能使受体的基因组成发生某种无法控制和预见的遗传变异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传播，进而可能对整个人类基因库产生难以预料的影响。3.空间技术育种空间技术育种是利用返回式航天器和高空气球所能达到的空间环境对植物（种子）的诱变作用，以产生有利变异的育种技术⑴2003年10月15日⑵空间技术育种已经取得了许多重要成果，培育出许多动植物新品种。4.基因的连锁和交换定律⑴美国遗传学家摩尔根采用果蝇作为遗传学研究材料，不仅证实了基因的分离定律和基因的自由组合定律是正确的，而且又发现了基因的连锁和交换定律。这一定律解释了孟德尔的遗传定律所不能解释的遗传现象。⑵连锁①果蝇两对相对性状的杂交实验②测交后代未出现自由组合定律分离比（灰身长翅︰黑身残翅=1︰1）③分析：两对等位基因位于同一对同源染色体上，减数分裂时，出现同一条染色体上的不同基因连在一起不分离的现象。④F1雄果蝇只产生两种雄配子，故只有两种测交子代（3）不完全连锁遗传（雌果蝇）①Fl的雌果蝇与双隐性类型测交，后代中除了多数是灰身长翅（BbVV）和黑身残翅（bbvv）果蝇（两者各占42%）以外，还有少数是灰身残翅（Bbvv）和黑身长翅（bbVv）果蝇（两者各占8％）。②解释ⅠF1雌果蝇的位于同一个染色体上的两个基因也大都是连锁遗传的，因此生成的两种配子特别多（各占42％）；Ⅱ小部分联会的同源染色体因交叉而互换了一部分，而交叉正在基因B与V和b与v中间，结果就产生了两种含有新基因组合的和配子各占8％。ⅢF1的灰身长翅雌果蝇与黑身残翅雄果蝇测交（4）连锁与互换现象在生物界普遍存在①完全连锁。在同一染色体上的连锁基因100％联系在一起传递给下一代。雄果蝇B、V基因是完全连锁的。②不完全连锁：在减数分裂形成四分体时，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交换。来自父方的染色单体和来自母方的染色单体，在减数分裂时，相互交换对应部分，能使染色体上的基因产生新的组合，是形成生物新类型的原因之一。每对同源染色体上都有很多对等位基因，如果控制不同性状的等位基因在同一对同源染色体上，那么，它们就不按照自由组合规律来遗传，而是按照连锁和互换定律来遗传。（5）基因的连锁和互换定律在实践上的应用基因互换产生的新类型能为育种工作提供原始材料；根据育种目标选择杂交亲本时，必须考虑性状之间的连锁关系①几个好的性状连锁在一起，这对育种工作就很有利②不利的性状与有利的性状连锁在一起，要采取措施，打破基因连锁，进行基因互换，让人们所要求的基因重组在一起，培育出优良品种来例：有两个大麦品种：一个是矮秆抗倒伏但不抗锈病的品种，另一个是高秆易倒伏但能抗锈病的品种。矮秆抗倒伏与不抗锈病这两个基因位于同一个染色体上，高秆易倒伏与抗锈病这两个基因也位于同一个染色体上。经过杂交，F1就会出现四种类型的后代，其中就有由于基因互换而出现的矮秆抗倒伏同时又抗锈病的类型，经过进一步培育和大量繁殖就可以成为良种。【典型例题】1.现在人们已经实现了分子水平上遗传物质的人工重组，下列实例中属于分子水平上人工重组基因的是（）A.利用杂交技术培育出新的高品质水稻品种B.科学工作者将猪的胰岛素转变成人的胰岛素C.能产生抗体的小鼠B淋巴细胞和骨髓细胞的融合D.将人的-抗胰蛋白酶基因导入到羊的DNA分子中解析：分子水平上人工重组是指基因工程中目的基因与受体细胞中的DNA分子重组。答案：D2.下列有关基因工程的叙述，正确的是A.限制性内切酶对特定的核苷酸序列的识别与DNA的来源无关，因此对各种DNA普遍适用B.目的基因是指编码蛋白质的基因，它不包括一些具有调控作用的核苷酸序列C.DNA连接酶既能缝合双螺旋DNA骨架上的切口，又能连接两条单链的DNA分子D.采用反转录法得到的目的基因有内含子解析：目的基因包括编码蛋白质的编码区和有调控作用的非编码区，DNA连接酶不能连接两条单链的DNA分子，反转录法的模板RNA一般是剪切掉内含子转录部分的成熟的信使RNA，所以反转录后不含有内含子。答案：A3.（经典回放）镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变，检测这种碱基序列的改变必须使用的酶是………（）A.解旋酶 B.DNA连接酶 C.限制性内切酶 D.RNA聚合酶解析：该题的考查点是基因的诊断，所用的技术是DNA探针，原理是DNA分子杂交技术。在进行基因诊断时，首先要用限制性内切酶切割DNA片段，获得正常人的血红蛋白基因，用同位素标记做成探针，然后用同一种限制性内切酶切割镰刀型细胞贫血症病人的DNA获得血红蛋白基因，然后放在同一容器中高温加热，使DNA变性，氢键断裂，再降温，DNA复性时两种DNA分子进行杂交，从而检测出血红蛋白基因碱基序列发生改变的部位。所以DNA分子杂交技术用到的酶是限制性内切酶。答案：C4.采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵中，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述正确的是A.人体细胞凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的3倍B.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵中C.在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中D.人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA解析：人体细胞是真核细胞，其基因中含有内含子，其碱基对数大于氨基酸数的三倍；山羊的受精卵中导入人凝血因子基因，长成的山羊每个体细胞中都含有这种基因；DNA连接酶是把两条DNA链末端之间的缝隙“缝合”起来，而不是参与转录。基因工程外源基因的导入多采用人工的方法，使体外重组的DNA分子转移到受体细胞，在本题中可采用显微注射法。答案：B5.在欧洲人中有一种罕见的遗传病，在人群中的发病率约为25万分之一，患者无生育能力。现有一对表现型正常的夫妇，生了一个患病的女儿和一个正常的儿子。后因丈夫车祸死亡，该妇女又与一个与自己没有任何亲缘关系的男子婚配，则这位妇女再婚后再生一个患病孩子的概率是A.1/4 B.1/250000 C.1/1000 D.1/50000解析：据题意知，该病为常染色体上的隐性遗传病，故原夫妇的基因型为Aa×Aa（设致病基因为a）。由人群中的发病率（aa）约为25万分之一，可知人群中a配子出现的几率为1/500。该妇女基因型为Aａ，则该妇女产生ａ配子的几率为1/2，与人群中没有亲缘关系的男子婚配，则生出病孩的几率为l/2×1/500＝1/l000。答案：C6.在玉米中，高茎基因（D）对于矮茎基因（d）是显性，常态叶基因（C）对于皱形叶基因（c）是显性。让纯种的高茎常态叶（DDCC）与矮茎