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第二節 基因重組使子代出現變異
第四章 生物的變異
素養目標
組織學生討論非同源染色體的自由組合和同源染色體上非姐妹染色單體的交叉互換分別導致非等位基因的自由重組和交換重組，進一步造成有性生殖后代遺傳物質組成的多樣性。
01
生命觀念
組織學生討論雜交育種的應用。
02
科學思維
教學重難點
01
02
基因重組的原理
雜交育種的應用
課程導入
雜交水稻育的原理是什么
非同源染色體間的自由組合導致基因重組
基因重組
02
兩對及以上等位基因
條件
04
雜交育種、基因工程育種
應用
01
具有不同遺傳性狀的雌、雄個體進行有性生殖時，控制不同性狀的基因重新組合，導致后代出現不同于親本類型的現象或過程。
概念
03
非同源染色體間的自由組合導致基因重組；
同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換導致基因重組
方式
自由組合型——非同源染色體上的非等位基因自由組合
非同源染色體間的自由組合導致基因重組
自由組合型——非同源染色體上的非等位基因自由組合
非同源染色體間的自由組合導致基因重組
自由組合型
非同源染色體間的自由組合導致基因重組
若每對等位基因都位于不同的同源染色體上：
Aa產生的配子種類有 種
AaBb產生的配子種類有 種：
AaBbCc產生的配子種類有 種
n對等位基因產生的配子種類有 種
4
2
8
2n
AB：Ab：aB：ab=1：1：1：1
A:a=1:1
沒有發生基因重組
至少兩對等位基因的雜合子才能發生基因重組
生物多樣性的重要原因之一
A
A
a
a
B
B
b
b
a
a
B
B
b
b
A
A
A
B
a
b
A
b
a
B
同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換導致基因重組
發生時期：前期Ⅰ
交叉互換不一定基因重組
在減數第一次分裂的前期，位于同源染色體上的非等位基因有時會隨非姐妹染色單體的交換而交換，導致同源染色體上的非等位基因重組。
在減數分裂中，同源染色體的非姐妹染色單體交叉互換的位點和次數有諸多變化，這樣能夠通過基因重組產生的配子種類變得異常多樣，從而極大地增加了有性生殖后代的變異性。
判斷
同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換導致基因重組
（1）基因重組能否產生新的基因？
（2）基因重組能否產生新的基因型？
（3）基因重組能否產生新的性狀？
（4）基因重組能否產生新的性狀組合？
意義：基因重組是通過有性生殖過程實現的，基因重組的結果是導致生物性狀的多樣性，為動物、植物育種和生物進化提供豐富的物質基礎。
×
√
×
√
基因突變與基因重組的比較
基因突變 基因重組
產生原因
結果
發生時間
適用范圍
基因內部堿基對的替換、增添或缺失
①自由組合型 ②交叉互換型
產生等位基因
產生新的基因型
任何時期，最易發生在復制、轉錄時
減數第一次分裂前期、后期
所有生物
進行有性生殖的生物
同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換導致基因重組
雜交育種
基因重組可應用于雜交育種
利用基因重組的原理，有目的的將兩個或多個品種的優良性狀組合在一起，培育出更優良的新品種的方法。
抗病、黃果肉
（ssrr）
（SSRR）
易感病、紅果肉
如何培育出一個既抗病又是紅果肉的新品種，并且新品種的性狀能穩定遺傳？
基因重組可應用于雜交育種
ssrr
×
抗病、黃果肉
SSRR
易感病、紅果肉
×
P
F1
F2
SsRr
易感病、紅果肉
S_R_
S_rr
ssR_
抗病、黃果肉
易感病、紅果肉
易感病、黃果肉
抗病、紅果肉
ssrr
×
抗病、紅果肉
aaRR
×
……
9/16
3/16
3/16
1/16
穩定遺傳的純合子占
不穩定遺傳的雜合子占
1/3
2/3
雜交育種的過程
基因重組可應用于雜交育種
選擇具有不同優良性狀的親本通過雜交獲得F1，F1自交獲得F2，從中篩選具有優良性狀的個體進行連續自交，最終獲得需要的類型。
缺點：育種周期長
過程：雜交→自交→選擇→ 純合化
原理：基因重組
優點：使位于不同個體上的多個優良性狀集中于一個個體上——即“集優”
雜交育種
基因重組可應用于雜交育種
A優良植株
B優良植株
×
F1植株
F2植株
選擇
純合A、B優良植株
自交
具A、B優良植株
連續自交
選擇
雜交
一般可以通過雜交、選擇、純合化等手段培育出新品種
雜交：親本雜交得F1
選擇：人工選擇，從F2開始，因為在F2中 出現性狀重組的個體。
純合化手段：連續自交，可以提高子代純合子比例。
基因重組發生在自交過程中。
基因重組可應用于雜交育種
雜交水稻之父 · 袁隆平
1964-1965年，袁隆平及其助手在幾十萬個稻穗中尋找到了6株雄性不育植株，通過人工授粉，結出種子，接著不斷播種，一代一代地篩選，挑出最好的種子，直到1975年的時候已經完全攻克了種植的難關，開始正式批量種植雜交水稻。此后十年內中國雜交水稻累計增產超億噸，每年增產的大米可以多養活6000萬人。
雜交育種和誘變育種的比較
基因重組可應用于雜交育種
項目 雜交育種 誘變育種
原理 基因重組 基因突變、染色體畸變
方法 雜交→自交→選優 輻射誘變、化學誘變
優點 不同個體的優良性狀可集中到同一個體上 提高變異頻率，大幅度改良某些性狀，加速育種進程
缺點 時間長、需要及時發現優良性狀 有利變異少，需要處理大量實驗材料，具有不確定性
轉基因技術可以實現物種間的基因重組
轉基因技術：利用分子生物學和基因工程的手段，將某種生物的基因（外源基因）轉移到其他生物物種中，使其出現原物種不具有的新性狀的技術。
轉基因生物：由于外源基因的導入而引起原有遺傳物質組成發生改變的生物。
01
02
轉基因
過程
轉基因技術可以實現物種間的基因重組
農桿菌
質粒
外源基因插入位點
T-DNA
含目的基因的DNA片段
重組質粒
植物受體細胞
具有新性狀的植物
成果
轉基因技術可以實現物種間的基因重組
生長快、肉質好的轉基因魚
（中國）
乳汁中含有人生長激素的轉基因牛
（阿根廷）
成果
轉基因技術可以實現物種間的基因重組
轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒
轉魚抗凍基因的番茄
轉基因技術
轉基因技術可以實現物種間的基因重組
優點：定向改造生物性狀，實現種間遺傳物質的交換（克服遠緣雜交不親和）；針對性更強，效率更高，經濟效益更明顯；高產、優質、抗病蟲害和減少環境污染
缺點：技術難度大；可能破壞生態環境、威脅人類健康，尤其是轉 基因食品的安全性。
課堂練習
解析：本題考查基因重組的有關內容。只有進行有性生殖的生物，在減數分裂過程中才會發生基因重組；基因重組可以發生在精子和卵細胞的形成過程中；同源染色體的非姐妹染色單體之間發生的交叉互換，屬于基因重組；基因重組可以增加配子的多樣性，使同一雙親的后代具有更豐富的變異。
1.下列關于基因重組的敘述中，錯誤的是（ ）
A.只要有細胞結構的生物都進行基因重組
B.基因重組可以發生在有性生殖細胞形成的過程中
C.同源染色體的非姐妹染色單體之間可以發生基因重組
D.基因重組可以增加配子的多樣性，使同一雙親的后代具有更豐富的變異
A
課堂練習
2.下列有關基因突變和基因重組的敘述，正確的是（ ）
A.自然發生的基因突變是不定向的，而誘發的基因突變是定向的
B.四分體中同源染色體上非姐妹染色單體之間交換相應的片段屬于基因重組
C.基因重組能產生新的基因型，而基因突變不能產生新的基因型
D.基因突變和基因重組均可使染色體上出現新基因
解析：基因突變具有不定向性，自然突變和人工誘變都具有這個特性，A項錯誤。基因重組包括減數第一次分裂四分體時期同源染色體上非姐妹染色單體之間交換相應片段和減數第一次分裂后期非同源染色體的自由組合，B項正確。基因重組能產生新的基因型，而基因突變能產生新基因，也能產生新的基因型，C項錯誤。基因突變會產生新基因，但基因重組不能產生新基因，D項錯誤。
B
課堂練習
3.下列有關雜交育種的敘述，錯誤的是（ ）
A.雜交育種的原理是基因重組，可以集合兩個或多個親本的優良性狀
B.雜交育種的目的可能是獲得純種，也可能是獲得雜合子以利用其雜種優勢
C.與誘變育種相比，雜交育種的操作過程簡單，育種時間較短
D.雜交育種中出現的優良性狀個體不一定需要連續自交來獲得純合體
解析：雜交育種的原理是基因重組，可以將兩個或多個親本的優良性狀集中在一起，A項正確。雜交育種的目的可能是獲得純種，也可能是獲得雜合子以利用其雜種優勢，B項正確。與誘變育種相比，雜交育種的操作過程煩瑣，育種時間較長，C項錯誤。雜交育種中出現的優良性狀個體若是隱性性狀個體，則不需要連續自交獲得純合體，若是顯性性狀個體，則可能需要連續自交來獲得純合體，D項正確。
C
課堂練習
4.下列有關生物變異的說法中，正確的是（ ）
A.基因重組可以產生多對等位基因
B.發生在生物體內的基因重組都能遺傳給后代
C.基因重組所產生的新基因型不一定會表達為新的表現型
D.基因重組會改變基因中的遺傳信息
解析：雜交育種的原理是基因重組，可以將兩個或多個親本的優良性狀集中在一起，A項正確。雜交育種的目的可能是獲得純種，也可能是獲得雜合子以利用其雜種優勢，B項正確。與誘變育種相比，雜交育種的操作過程煩瑣，育種時間較長，C項錯誤。雜交育種中出現的優良性狀個體若是隱性性狀個體，則不需要連續自交獲得純合體，若是顯性性狀個體，則可能需要連續自交來獲得純合體，D項正確。
C
總結歸納
基因重組
類型
自由組合
交叉互換
轉基因技術
時間
時間
后期 Ⅰ
前期 Ⅰ
范圍
有性生殖
同種生物
范圍
人工條件異種生物
結果
不產生新的基因，但是會產生新的基因型
不產生新的性狀，但會產生新的性狀組合
意義
導致生物性狀的多樣性
為動植物育種和生物進化提供豐富的物質基礎

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