2024-2025學年新教材高中生物第5章基因突變及其他變異第1節(jié)基因突變和基因重組教案新人教版必修2

PAGE12-第1節(jié)基因突變和基因重組課標內容要求核心素養(yǎng)對接1．概述堿基的替換、增加或缺失會引發(fā)基因中堿基序列的變更。2．闡明基因中堿基序列的變更有可能導致它所編碼的蛋白質及相應的細胞功能發(fā)生變更。3．描述細胞在某些化學物質、射線以及病毒的作用下，基因突變概率可能提高，而某些基因突變能導致細胞分裂失控，甚至發(fā)生癌變。4．闡明進行有性生殖的生物在減數(shù)分裂過程中，染色體所發(fā)生的自由組合和交叉互換，會導致基因重組，從而使子代出現(xiàn)變異。1.生命觀念：用結構和功能觀，說出基因突變和基因重組的物質基礎；運用進化與適應觀，理解基因突變和基因重組與生物進化的關系。2．科學思維：采納概括與歸納，理解基因突變和基因重組的概念。3．科學探究：基于證據(jù)，論證基因突變和基因重組是可遺傳的變異。4．社會責任：認同健康的生活方式，遠離致癌因子。一、基因突變的實例1．實例：鐮狀細胞貧血(1)圖示中a、b、c過程分別代表DNA復制、轉錄和翻譯?；蛲蛔儼l(fā)生在a(填字母)過程中。(2)人們患鐮狀細胞貧血的干脆緣由是血紅蛋白異樣，根本緣由是發(fā)生了基因突變，堿基對由eq\o(=,\s\up10(A),\s\do10(T))替換成eq\o(=,\s\up10(T),\s\do10(A))。2．概念3．基因突變對后代的影響(1)若發(fā)生在配子中，將傳遞給后代。(2)若發(fā)生在體細胞中，一般不能遺傳。但有些植物的體細胞發(fā)生了基因突變，可以通過無性生殖遺傳。二、細胞的癌變1．細胞癌變的機理2．癌細胞的特征三、基因突變的緣由、特點和意義1．基因突變的緣由(1)外界因素(連線)：(2)內部因素：DNA復制間或發(fā)生錯誤。2．基因突變的特點3．基因突變的意義(1)對生物體的意義：①大多有害：破壞生物體與現(xiàn)有環(huán)境的協(xié)調關系。②個別有利：如植物的抗病性突變、耐旱性突變等。③中性突變：既無害也無益，如有的基因突變不會導致新的性狀出現(xiàn)。(2)對進化的意義：①產(chǎn)生新基因的途徑。②生物變異的根原來源。③為生物的進化供應了豐富的原材料。四、基因重組1．概念2．類型[填表]類型發(fā)生時期實質自由組合型減數(shù)分裂后期非同源染色體上的非等位基因自由組合互換型減數(shù)第一次分裂前期同源染色體上的等位基因隨著非姐妹染色單體交換而發(fā)生重組3.意義(1)定義：是生物變異的來源之一，對生物的進化具有重要意義。(2)理由：有性生殖過程中的基因重組使產(chǎn)生的配子種類多樣化，進而產(chǎn)生基因組合多樣化的子代，其中一些子代可能會含有適應某種變更的、生存所必需的基因組合，因此有利于物種在一個無法預料將會發(fā)生什么變更的環(huán)境中生存。推斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)1．基因突變肯定引起基因結構的變更，但不肯定引起生物性狀的變更。 ()2．在致癌因子的作用下，正常動物細胞可轉變?yōu)榘┘毎?()3．若沒有外界因素的影響，基因就不會發(fā)生突變。 ()4．減數(shù)分裂四分體時期，姐妹染色單體的局部交換可導致基因重組。 ()5．基因重組只能產(chǎn)生新基因型和重組性狀，不能產(chǎn)生新基因和新性狀。 ()[答案]1．√2．√3．×提示：突變是普遍存在的，在DNA復制的時候，堿基有可能發(fā)生錯配。4．×提示：同源染色體的非姐妹染色單體間的局部交換可導致基因重組。5．√基因突變1．基因突變的機理2．基因突變與生物性狀的關系(1)基因突變肯定會引起基因結構的變更而產(chǎn)生新的基因，即基因中堿基排列依次的變更。(2)DNA中堿基對的增加、缺失和替換不肯定是基因突變。因為基因是有遺傳效應的DNA片段，不具有遺傳效應的DNA片段也可能發(fā)生堿基對的變更，但不屬于基因突變。(3)長期的進化已使多數(shù)生物對環(huán)境表現(xiàn)出了很好的適應性，而基因突變往往會變更這種適應性而表現(xiàn)為有害。(4)生殖細胞的突變率一般比體細胞的突變率高，這是因為生殖細胞在進行減數(shù)分裂時對外界環(huán)境更加敏感。1．如圖為人WNK4基因部分堿基序列及其編碼蛋白質的部分氨基酸序列示意圖。已知WNK4基因會發(fā)生突變，導致1169位賴氨酸變?yōu)楣劝彼帷Ｔ摶虬l(fā)生的是()甘氨酸：GGG賴氨酸：AAA、AAG谷氨酰胺：CAG、CAA谷氨酸：GAA、GAG絲氨酸：AGC丙氨酸：GCA天冬酰胺：AAUA．①處插入堿基對G—CB．②處堿基對A—T替換為G—CC．③處缺失堿基對A—TD．④處堿基對G—C替換為A—TB[由題干可知WNK4基因發(fā)生了突變，導致1169位賴氨酸變?yōu)楣劝彼?，而賴氨酸的密碼子為AAA、AAG，谷氨酸的密碼子為GAA、GAG，因此可能的變更為密碼子由AAA→GAA或AAG→GAG，而基因的轉錄鏈對應的變更為TTT→CTT或TTC→CTC。由題干中WNK4的基因序列可知，應為TTC→CTC，因此基因應是由A—T替換為G—C。]2．擬南芥細胞中某個基因編碼蛋白質的區(qū)段插入了一個堿基對，下列分析正確的是()A．根尖成熟區(qū)細胞一般均可發(fā)生此過程B．該細胞的子代細胞中遺傳信息不會發(fā)生變更C．若該變異發(fā)生在基因中部，可能導致翻譯過程提前終止D．若在插入位點再缺失3個堿基對，對其編碼的蛋白質結構影響最小C[根尖成熟區(qū)細胞屬于高度分化的細胞，已經(jīng)失去分裂實力，細胞中不會發(fā)生DNA復制，一般不會發(fā)生此過程，A項錯誤；擬南芥細胞中某個基因編碼蛋白質的區(qū)段插入了一個堿基對，說明發(fā)生了基因突變，導致遺傳信息發(fā)生變更，突變的基因會隨DNA分子進入子細胞，B項錯誤；若該變異發(fā)生在基因中部，有可能使該基因轉錄的mRNA分子中提前出現(xiàn)終止密碼子，導致翻譯過程提前終止，C項正確；若在插入位點再缺失3個堿基對，會使該基因轉錄的密碼子從插入位點后全部變更，導致其編碼的蛋白質結構與原來差異很大，D項錯誤。]基因突變類問題的解題方法細胞的癌變1．癌細胞的主要特征(1)無限增殖：細胞來源分裂次數(shù)存活時間正常人肝細胞50～6045.8～55天海拉宮頸癌細胞無限分裂1951年至今(2)形態(tài)結構發(fā)生顯著變更：(3)易分散和轉移：細胞膜上的糖蛋白削減→細胞間的黏著性降低→細胞簡單分散和轉移。2．癌變機理生活聯(lián)系：癌細胞生命活動相對較為旺盛，細胞內線粒體、核糖體的活動活躍，試分析：(1)線粒體活動活躍的緣由是什么？提示：主要為癌細胞的分裂供應能量，同時也為其他生命活動供應能量。(2)核糖體活動活躍的緣由是什么？提示：在細胞分裂前的間期合成大量的蛋白質，為細胞分裂做打算。1．在致癌因子的作用下，正常動物細胞可轉變?yōu)榘┘毎Ｓ嘘P癌細胞特點的敘述錯誤的是()A．細胞中可能發(fā)生單一基因突變，細胞間黏著性增加B．細胞中可能發(fā)生多個基因突變，細胞的形態(tài)發(fā)生變更C．細胞中的染色體可能受到損傷，細胞的增殖失去限制D．細胞中遺傳物質可能受到損傷，細胞表面的糖蛋白削減A[依據(jù)大量的病例分析，癌癥的發(fā)生并不是單一基因突變的結果，至少在一個細胞中發(fā)生5～6個基因突變，才能給予癌細胞全部的特征，這是一種累積效應；癌細胞中遺傳物質可能受到損傷，細胞表面的糖蛋白削減使得癌細胞之間的黏著性顯著降低，A項錯誤、D項正確。癌細胞的形態(tài)結構發(fā)生顯著變更，細胞中可能發(fā)生多個基因突變，B項正確。癌細胞中的染色體可能受到損傷，癌細胞具有無限增殖實力，C項正確。]2．癌細胞與正常細胞相比，與RNA和DNA合成有關的酶的活性顯著增加，相應的核酸的分解速率明顯降低。這與癌細胞所具有的哪種特征有關()A．能夠無限增殖B．細胞呈球形C．細胞彼此間的黏著性減小D．細胞呼吸以無氧呼吸為主A[癌細胞的特征之一是無限增殖，須要進行大量核酸合成，此過程須要有關酶催化，因此癌細胞中核酸的分解速率明顯降低。]巧記癌變細胞的特征(1)“不死”—能夠無限增殖；(2)“變態(tài)”—細胞形態(tài)結構發(fā)生顯著變更；(3)“擴散”—糖蛋白削減，細胞間黏著性降低，易在體內分散和轉移?；蛑亟M1．對基因重組概念的理解2．類型重組類型互換型自由組合型發(fā)生機制四分體時期，同源染色體的非姐妹染色單體間的交叉互換位于非同源染色體上的非等位基因的自由組合示意圖3．姐妹染色單體含有等位基因的緣由分析基因突變或交叉互換都會導致姐妹染色單體中含有等位基因(如圖)。在確定變異類型時，可依據(jù)題意來確定，方法如下：(1)若為體細胞有絲分裂(如根尖分生區(qū)細胞、受精卵等)，則只能是基因突變造成的。(2)若為減數(shù)分裂，則緣由是基因突變(間期)或互換(減數(shù)分裂Ⅰ)。(3)若題目中問造成B、b不同的根本緣由，應考慮可遺傳變異中的最根原來源——基因突變。(4)若題目中有“××分裂××時期”提示，如減數(shù)分裂Ⅰ前期造成的則考慮交叉互換，間期造成的則考慮基因突變。4．基因突變和基因重組的比較項目基因突變基因重組變異本質基因分子結構發(fā)生變更基因的重新組合發(fā)生時期一般發(fā)生在有絲分裂前的間期或減數(shù)分裂前的間期減數(shù)分裂Ⅰ四分體時期和減數(shù)分裂Ⅰ后期適用范圍全部生物進行有性生殖的真核生物結果產(chǎn)生新基因產(chǎn)生新基因組合，不產(chǎn)生新基因意義生物變異的根原來源，為生物進化供應原材料生物變異的重要來源應用誘變育種雜交育種聯(lián)系通過基因突變產(chǎn)生新基因(原基因的等位基因)，為基因重組供應兩對或兩對以上的等位基因，是基因重組的基礎應用實踐：如圖是基因型為AaBb的某高等動物的細胞分裂示意圖，據(jù)圖回答：圖1圖2(1)圖1細胞處于什么時期？圖中形成B、b現(xiàn)象的緣由是什么？提示：有絲分裂后期；基因突變。(2)圖2細胞的名稱是什么？圖中形成B、b現(xiàn)象的緣由可能是什么？提示：次級精母細胞或極體；基因突變或基因重組(互換)。(3)若該動物的基因型為AaBB，則產(chǎn)生圖2現(xiàn)象的緣由又是什么？提示：基因突變。1．(不定項)下列配子產(chǎn)生的過程是通過基因重組導致的是()A．基因組成為的個體產(chǎn)生了Ab和aB的配子B．基因組成為的個體產(chǎn)生了Ab和aB的配子C．基因組成為的個體產(chǎn)生了ab和AB的配子D．基因組成為的個體產(chǎn)生了ABC和abc的配子BCD[基因重組有兩種類型，一是四分體時期同源染色體上非姐妹染色單體的交叉互換，二是減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體上非等位基因的自由組合。A項中是基因突變，B項中是交叉互換，C、D項中是非同源染色體上非等位基因的自由組合。]2．下列關于基因重組的說法，不正確的是()A．生物體進行有性生殖的過程中，限制不同性狀的基因的重新組合屬于基因重組B．減數(shù)分裂四分體時期，由于同源染色體的姐妹染色單體之間的局部交換，可導致基因重組C．減數(shù)分裂過程中，非同源染色體上的非等位基因自由組合可導致基因重組D．一般狀況下，花藥內可發(fā)生基因重組，而根尖不能發(fā)生基因重組B[自然狀況下，基因重組的發(fā)生有兩種過程：一是在減數(shù)第一次分裂的前期即四分體時期，同源染色體上的非姐妹染色單體的交叉互換；二是在減數(shù)第一次分裂的后期，同源染色體分開，非同源染色體自由組合。](1)多種精子和多種卵細胞之間有多種結合方式，導致后代性狀多種多樣，但不屬于基因重組。(2)雜合子自交，后代發(fā)生性狀分別，根本緣由是等位基因的分別，而不是基因重組。(3)有絲分裂和細菌的二分裂及病毒的復制過程中一般不會發(fā)生基因重組。(4)“肺炎鏈球菌的轉化試驗”、轉基因技術等屬于廣義的基因重組。[課堂小結]知識網(wǎng)絡構建核心語句歸納1.基因突變有堿基的替換、增加和缺失三種方式。2．基因突變會引起基因結構的變更，但卻不肯定引起生物性狀的變更。3．癌細胞具有的特征：能夠無限增殖，形態(tài)結構發(fā)生顯著變更，細胞膜上的糖蛋白等物質削減，細胞之間的黏著性顯著降低，簡單在體內分散和轉移，等等。4．誘發(fā)基因突變的因素有物理因素、化學因素和生物因素?；蛲蛔兙哂衅毡樾浴㈦S機性、不定向性及低頻性等特點。5．基因突變可以產(chǎn)生新基因，而基因重組只能產(chǎn)生新的基因型。6．基因重組包括非同源染色體上非等位基因的自由組合和同源染色體上非姐妹染色單體交叉互換兩種類型。1．(不定項)下圖表示人類鐮刀型細胞貧血癥的病因，已知谷氨酸的密碼子是GAA，由此分析正確的是()A．限制血紅蛋白合成的一段基因隨意一個堿基對發(fā)生替換都會引起貧血癥B．②過程是以α鏈為模板，以核糖核苷酸為原料，由ATP供能，在酶的作用下完成的C．轉運纈氨酸的tRNA一端袒露的三個堿基可能是CAUD．人發(fā)生此貧血癥的根本緣由在于蛋白質中的一個谷氨酸被纈氨酸取代BC[限制血紅蛋白合成的一段基因隨意一個堿基對發(fā)生替換不肯定引起貧血癥；②過程是以α鏈為模板，合成的是mRNA，所用原料是核糖核苷酸；依據(jù)纈氨酸的密碼子是GUA，可知對應的tRNA上的反密碼子為CAU；人類患鐮刀型細胞貧血癥的根本緣由是基因上的堿基對被替換。]2．下列有關基因突變的敘述，正確的是()A．高等生物中基因突變只發(fā)生在生殖細胞中B．基因突變必定引起個體表現(xiàn)型(表型)發(fā)生變更C．環(huán)境中的某些物理因素可引起基因突變D．根細胞的基因突變是通過有性生殖傳遞的C[高等生物中基因突變可發(fā)生在任何細胞中，A項錯誤；基因突變不肯定引起個體表現(xiàn)型(表型)發(fā)生變更，如AA→Aa，生物性狀不變，B項錯誤；環(huán)境中的某些物理因素(如X射線、紫外線)可引起基因突變，C項正確；根細胞的基因突變不能通過有性生殖傳遞，可以通過無性生殖傳遞，D項錯誤。]3．下列關于細胞癌變的敘述，錯誤的是()A．癌細胞可以無限增殖B．癌細胞的形態(tài)和結構發(fā)生顯著變更C．細胞癌變的實質是抑癌基因突變?yōu)樵┗駾．健康的飲食方式可降低細胞癌變的發(fā)生率C[癌細胞可以無限增殖，A正確；癌細胞的形態(tài)和結構發(fā)生顯著變更，B正確；細胞癌變的實質是原癌基因和抑癌基因的突變，C錯誤；健康的飲食方式可降低細胞癌變的發(fā)生率，D正確。]4．以下有關基因重組的敘述，錯誤的是()A．非同源染色體的自由組合能導致基因重組B．非姐妹染色單體的交換可引起基因重組C．純合子自交因基因重組導致子代性狀分別D．常染色體上的基因能與性染色體上的基因發(fā)生基因重組C[生物體進行有性生殖的過程中，限制不同性狀的基因的重新組合稱為基因重組。基因重組一般發(fā)生在減數(shù)第一次分裂的四分體時期和減數(shù)第一次分裂后期，即同源染色體上非姐妹染色單體的交叉互換引起染色單體上非等位基因的重組和非同源染色體自由組合導致非同源染色體上非等位基因的重組，A、B正確；純合子自交，子代一般不會發(fā)生性狀分別，若出現(xiàn)性狀分別，最可能的緣由是基因突變，C錯誤；常染色體上的基因和性染色體上的基因是非同源染色體上的非等位基因，能發(fā)生基因重組，D正確。]5．由于基因突變，蛋白質中的一個賴氨酸發(fā)生了變更。依據(jù)題中所示的圖、表回答問題：第一個字母其次個字母第三個字母UCAGA異亮氨酸蘇氨酸天冬酰胺絲氨酸U異亮氨酸蘇氨酸天冬酰胺絲氨酸C異亮氨酸蘇氨酸賴氨酸精氨酸A甲硫氨酸蘇氨酸賴氨酸精氨酸G(1)圖中Ⅰ