人教版高一基因突變和基因重組教學(xué)設(shè)計1

基因突變和基因重組【本講教育信息】一、教學(xué)內(nèi)容基因突變和基因重組二、學(xué)習(xí)內(nèi)容：基因突變基因突變的原因基因重組重組DNA技術(shù)基因的連鎖和交換定律三、學(xué)習(xí)目標(biāo)說明基因突變的特征和原因總結(jié)基因重組及其意義四、學(xué)習(xí)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(shù)、基因的連鎖和交換定律五、學(xué)習(xí)難點基因突變、基因重組、重組DNA技術(shù)基因的連鎖和交換定律六、學(xué)習(xí)過程1.重組DNA技術(shù)重組DNA技術(shù)是指將從一個生物體內(nèi)分離得到或人工合成的目的基因?qū)肓硪粋€生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需要的產(chǎn)物的技術(shù)⑴1973年，美國科學(xué)家科恩等將兩種不同生物的DNA分子進(jìn)行體外重組，并首次在大腸桿菌中得到表達(dá)。重組DNA，需要有能在特定位置上切割DNA分子的限制性內(nèi)切酶和能將DNA片段連接起來的DNA連接酶。⑵重組DNA技術(shù)的一般過程（重組DNA技術(shù)是基因工程的核心技術(shù)）①分離目的基因從生物細(xì)胞內(nèi)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(zhì)粒、噬菌體等。③體外重組DNA用同一種限制性內(nèi)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(dǎo)入目的基因?qū)в心康幕虻闹亟MDNA導(dǎo)入受體細(xì)胞，基因工程中常用的受體細(xì)胞有大腸桿菌、酵母菌和動植物細(xì)胞等。⑤篩選、培養(yǎng)受體細(xì)胞篩選并大量培養(yǎng)已獲得重組DNA分子的受體細(xì)胞⑥目的基因表達(dá)目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)產(chǎn)生蛋白質(zhì)。⑶基因工程的應(yīng)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(yīng)用。用重組DNA技術(shù)生產(chǎn)的部分人類蛋白質(zhì)及其功能蛋白質(zhì)名稱用途蛋白質(zhì)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(zhì)激素風(fēng)濕的治療干擾素抗病毒抗腫瘤B細(xì)胞生長因子免疫系統(tǒng)的功能失調(diào)白細(xì)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(jìn)傷口愈合尿激酶溶栓劑紅細(xì)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(diào)節(jié)素促進(jìn)生長生長激素釋放因子促進(jìn)生長組織型纖溶酶原激活劑溶栓劑生長激素促進(jìn)生長腫瘤壞死因子抗腫瘤⑷基因工程中的轉(zhuǎn)基因技術(shù)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(zhuǎn)基因作物已經(jīng)在我國和美國、阿根廷、加拿大等許多國家大面積種植②轉(zhuǎn)基因微生物已經(jīng)被用于生產(chǎn)各種藥品等③轉(zhuǎn)基因動物的研究也取得了令人矚目的進(jìn)展Ⅰ通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出的抗軟化番茄、高脂肪酸向日葵、高產(chǎn)玉米等植物已投入商品化生產(chǎn)；培育出的各種具有抗逆性的作物新品種，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要意義。Ⅱ我國科學(xué)家已經(jīng)將編碼蘇云金芽孢桿菌的一種毒蛋白的基因，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)導(dǎo)入棉細(xì)胞內(nèi)，成功地培育出抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，栽培抗蟲棉等轉(zhuǎn)基因抗蟲作物可以大大減少農(nóng)藥的用量，不僅降低了生產(chǎn)成本，還能減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染Ⅲ在養(yǎng)殖業(yè)上，科學(xué)家也利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出轉(zhuǎn)基因奶牛、轉(zhuǎn)基因魚等動物新品種。Ⅳ基因工程已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)、農(nóng)、林、牧、漁、環(huán)境保護(hù)等許多方面。2.轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題⑴一些生態(tài)學(xué)家認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)入自然環(huán)境可能會有一定程度的風(fēng)險①例如，轉(zhuǎn)入抗除草劑基因的轉(zhuǎn)基因作物有可能與親緣關(guān)系較近的雜草發(fā)生天然雜交，從而產(chǎn)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(zhuǎn)基因生物必須嚴(yán)加管理，所有新的轉(zhuǎn)基因生物都必須通過嚴(yán)格的審查評估，排除風(fēng)險后才能被批準(zhǔn)進(jìn)入自然環(huán)境。⑵基因工程既可用于特殊蛋白質(zhì)的生產(chǎn)、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(zhuǎn)基因生物，特別是食用轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品對人體健康是否會造成不利的影響，一直是公眾關(guān)心的問題。⑶大多數(shù)專家認(rèn)為，已經(jīng)投入商品化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因番茄、玉米等農(nóng)產(chǎn)品都是安全的。迄今為止尚無食用轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品引起任何嚴(yán)重問題的科學(xué)報道。⑷有人對基因治療的安全問題也非常關(guān)切①從理論上說，目的基因?qū)肴梭w細(xì)胞，有可能使受體的基因組成發(fā)生某種無法控制和預(yù)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(jìn)而可能對整個人類基因庫產(chǎn)生難以預(yù)料的影響。3.空間技術(shù)育種空間技術(shù)育種是利用返回式航天器和高空氣球所能達(dá)到的空間環(huán)境對植物（種子）的誘變作用，以產(chǎn)生有利變異的育種技術(shù)⑴2003年10月15日⑵空間技術(shù)育種已經(jīng)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(xué)家摩爾根采用果蠅作為遺傳學(xué)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。④F1雄果蠅只產(chǎn)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）①Fl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ⅠF1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(jié)果就產(chǎn)生了兩種含有新基因組合的和配子各占8％。ⅢF1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(yīng)部分，能使染色體上的基因產(chǎn)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(yīng)用基因互換產(chǎn)生的新類型能為育種工作提供原始材料；根據(jù)育種目標(biāo)選擇雜交親本時，必須考慮性狀之間的連鎖關(guān)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(jìn)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(jīng)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(jīng)過進(jìn)一步培育和大量繁殖就可以成為良種?！镜湫屠}】1.現(xiàn)在人們已經(jīng)實現(xiàn)了分子水平上遺傳物質(zhì)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(shù)培育出新的高品質(zhì)水稻品種B.科學(xué)工作者將豬的胰島素轉(zhuǎn)變成人的胰島素C.能產(chǎn)生抗體的小鼠B淋巴細(xì)胞和骨髓細(xì)胞的融合D.將人的-抗胰蛋白酶基因?qū)氲窖虻腄NA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(xì)胞中的DNA分子重組。答案：D2.下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是A.限制性內(nèi)切酶對特定的核苷酸序列的識別與DNA的來源無關(guān)，因此對各種DNA普遍適用B.目的基因是指編碼蛋白質(zhì)的基因，它不包括一些具有調(diào)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(zhuǎn)錄法得到的目的基因有內(nèi)含子解析：目的基因包括編碼蛋白質(zhì)的編碼區(qū)和有調(diào)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(zhuǎn)錄法的模板RNA一般是剪切掉內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分的成熟的信使RNA，所以反轉(zhuǎn)錄后不含有內(nèi)含子。答案：A3.（經(jīng)典回放）鐮刀型細(xì)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(nèi)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(shù)是DNA探針，原理是DNA分子雜交技術(shù)。在進(jìn)行基因診斷時，首先要用限制性內(nèi)切酶切割DNA片段，獲得正常人的血紅蛋白基因，用同位素標(biāo)記做成探針，然后用同一種限制性內(nèi)切酶切割鐮刀型細(xì)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(fù)性時兩種DNA分子進(jìn)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(shù)用到的酶是限制性內(nèi)切酶。答案：C4.采用基因工程技術(shù)將人凝血因子基因?qū)肷窖蚴芫阎?，培育出了轉(zhuǎn)基因羊。但是，人凝血因子只存在于該轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中。以下有關(guān)敘述正確的是A.人體細(xì)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(shù)將含有人凝血因子基因的重組DNA分子導(dǎo)入羊的受精卵中C.在該轉(zhuǎn)基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺細(xì)胞，而不存在于其他體細(xì)胞中D.人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)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(xì)胞是真核細(xì)胞，其基因中含有內(nèi)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(dǎo)入人凝血因子基因，長成的山羊每個體細(xì)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(zhuǎn)錄?；蚬こ掏庠椿虻膶?dǎo)入多采用人工的方法，使體外重組的DNA分子轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，在本題中可采用顯微注射法。答案：B5.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(guān)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.1/250000 C.1/1000 D.1/50000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Aa×Aa（設(shè)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(chǎn)生ａ配子的幾率為1/2，與人群中沒有親緣關(guān)系的男子婚配，則生出病孩的幾率為l/2×1/500＝1/l000。答案：C6.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