2024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

PAGE10-第1節(jié)基因突變和基因重組[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.歸納基因突變的概念和方式。2.概述基因突變的緣由、特點及意義。3.概述基因重組的概念、方式及意義，并與基因突變進行比較。學(xué)問點一基因突變的實例學(xué)問梳理1.基因突變的實例——鐮刀型細胞貧血癥(1)病因圖解和特點患者的DNA中一個堿基對eq\o(□,\s\up3(04))eq\o(=,\s\up16(T),\s\do16(A))被替換成了eq\o(□,\s\up3(05))eq\o(=,\s\up16(A),\s\do16(T))，從而導(dǎo)致密碼子由eq\o(□,\s\up3(06))GAA變?yōu)閑q\o(□,\s\up3(07))GUA，進而導(dǎo)致血紅蛋白分子中eq\o(□,\s\up3(08))谷氨酸變?yōu)閑q\o(□,\s\up3(09))纈氨酸，引起了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變更，最終導(dǎo)致性狀的變更。(2)致病機理①干脆緣由：谷氨酸eq\o(→,\s\up16(替換為))eq\o(□,\s\up3(10))纈氨酸，即氨基酸的替換②根本緣由：基因中堿基對的eq\o(□,\s\up3(11))替換，eq\o(=,\s\up16(T),\s\do16(A))eq\o(→,\s\up16(替換為))eq\o(=,\s\up16(A),\s\do16(T))2．基因突變的概念DNA分子中發(fā)生堿基對的eq\o(□,\s\up3(12))替換、eq\o(□,\s\up3(13))增加和eq\o(□,\s\up3(14))缺失，而引起的eq\o(□,\s\up3(15))基因結(jié)構(gòu)的變更，叫做基因突變。3．基因突變發(fā)生的時期基因突變主要發(fā)生在eq\o(□,\s\up3(16))細胞分裂間期DNA復(fù)制過程中，即在eq\o(□,\s\up3(17))有絲分裂間期和eq\o(□,\s\up3(18))減數(shù)第一次分裂前的間期。4．基因突變對后代的影響(1)若發(fā)生在eq\o(□,\s\up3(19))配子中，將遵循遺傳規(guī)律傳遞給后代。(2)若發(fā)生在eq\o(□,\s\up3(20))體細胞中，一般不能遺傳。但有些植物的體細胞發(fā)生基因突變，可通過eq\o(□,\s\up3(21))無性繁殖傳遞。1.生物變異類型有哪些？提示：(1)不行遺傳的變異：由外界環(huán)境影響引起的變異，遺傳物質(zhì)并沒有發(fā)生變更；(2)可遺傳的變異：由遺傳物質(zhì)變更引起的變異，包括基因突變、基因重組和染色體變異。2．推斷是不是可遺傳變異，關(guān)鍵依據(jù)是什么？提示：遺傳物質(zhì)是否發(fā)生變更。3．為什么在DNA分子復(fù)制時易發(fā)生基因突變？提示：DNA分子復(fù)制過程中，DNA雙鏈解旋，此時DNA結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易導(dǎo)致堿基對的數(shù)量或排列依次發(fā)生變更，從而使遺傳信息發(fā)生變更。4．DNA分子中堿基對的增加、缺失、替換，肯定會引起基因突變嗎？提示：不肯定。因為基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，若這種變更發(fā)生在DNA分子中的非基因片段，沒有引起基因結(jié)構(gòu)的變更，不是基因突變。5．基因突變有堿基對的增加、缺失和替換等幾種類型，基因突變是否會導(dǎo)致基因數(shù)量的變更？在光學(xué)顯微鏡下能不能視察到？提示：基因突變是基因內(nèi)部發(fā)生的堿基對的變更，從而變更了基因中堿基的排列依次，但沒有變更基因在DNA分子和染色體上的位置，也沒有變更基因的數(shù)量。不能。典題精析[例1]基因突變肯定會導(dǎo)致()A．性狀變更B．遺傳信息的變更C．遺傳規(guī)律的變更D．堿基互補配對原則的變更解題分析基因中堿基對的替換、增加和缺失肯定會變更基因中堿基的排列依次，從而變更遺傳信息，但由于密碼子的簡并性，可能不變更該密碼子確定的氨基酸，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能并無大的影響，因此性狀不肯定發(fā)生變更，基因突變不會變更遺傳信息的傳遞規(guī)律，也不會變更堿基互補配對的原則。答案B[例2]假如一個基因的中部缺失了1個核苷酸對，不行能的后果是()A．沒有蛋白質(zhì)產(chǎn)物B．翻譯為蛋白質(zhì)時在缺失位置終止C．限制合成的蛋白質(zhì)削減多個氨基酸D．翻譯的蛋白質(zhì)中，缺失部位以后的氨基酸序列發(fā)生變更解題分析基因的中部缺失1個核苷酸對，在缺失之前的部分仍能正常表達形成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，A錯誤；基因的中部缺失一個核苷酸對，經(jīng)轉(zhuǎn)錄后，在信使RNA上可能提前形成終止密碼子，使相應(yīng)限制合成的蛋白質(zhì)削減多個氨基酸，或者因基因的中部缺失1個核苷酸對，使相應(yīng)信使RNA上從缺失部分起先向后的密碼子都發(fā)生變更，從而使合成的蛋白質(zhì)中，在缺失部位以后的氨基酸序列都發(fā)生變更，B、C、D正確。答案A[例3]下面為人WNK4基因部分堿基序列及其編碼蛋白質(zhì)的部分氨基酸序列示意圖。已知WNK4基因發(fā)生一種突變，導(dǎo)致1169位賴氨酸變?yōu)楣劝彼?。該基因發(fā)生的突變是()A．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—T解題分析依據(jù)圖中1168位的甘氨酸的密碼子GGG，可知WNK4基因是以其DNA分子下方的一條脫氧核苷酸鏈為模板轉(zhuǎn)錄形成mRNA的，那么1169位的賴氨酸的密碼子是AAG，①②兩種變更方式都會使1169位賴氨酸變?yōu)楣劝彼幔洽贂蛊浜缶幋a的氨基酸序列發(fā)生變更，A不符合題意，B符合題意；③的變更得到的是絲氨酸，其后編碼的氨基酸序列也會發(fā)生變更，C不符合題意；④的變更得到的仍是賴氨酸，D不符合題意。答案B題后歸納1.基因突變對蛋白質(zhì)的影響2．基因突變變更生物性狀的成因(1)肽鏈不能合成。(2)肽鏈延長(終止密碼子推后出現(xiàn))。(3)肽鏈縮短(終止密碼子提前出現(xiàn))。(4)肽鏈中氨基酸種類變更。以上變更會引發(fā)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能變更，進而引發(fā)生物性狀的變更。3．基因突變未引起生物性狀變更的緣由(1)突變部位：基因突變發(fā)生在基因的非編碼區(qū)。(2)密碼子簡并性：若基因突變發(fā)生后，引起了mRNA上的密碼子變更，但由于一種氨基酸可能對應(yīng)多個密碼子，若新產(chǎn)生的密碼子與原密碼子對應(yīng)的是同一種氨基酸，此時突變基因限制的性狀不變更。(3)隱性突變：若基因突變?yōu)殡[性突變，如AA中其中一個A→a，此時性狀也不變更。(4)有些突變變更了蛋白質(zhì)中個別氨基酸，但該蛋白質(zhì)的功能不變。學(xué)問點二基因突變的緣由和特點學(xué)問梳理1.緣由2．特點(1)eq\o(□,\s\up3(08))普遍性：在生物界中普遍存在。(2)eq\o(□,\s\up3(09))隨機性：可以發(fā)生在個體發(fā)育的任何時期和部位，而且突變發(fā)生的越早，對生物影響eq\o(□,\s\up3(10))越大。(3)不定向性：一個基因可以向不同的方向發(fā)生突變，可產(chǎn)生一個以上的eq\o(□,\s\up3(11))等位基因。(4)eq\o(□,\s\up3(12))低頻性：自然狀態(tài)下，突變頻率很低。(5)多害少利性3．基因突變與環(huán)境關(guān)系(1)多數(shù)基因突變破壞生物體與eq\o(□,\s\up3(13))現(xiàn)有環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系，而對生物有害。(2)基因突變可能使生物產(chǎn)生新的性狀，適應(yīng)變更的環(huán)境，獲得新的eq\o(□,\s\up3(14))生存空間。(3)基因突變既無害也無利。4．意義(1)eq\o(□,\s\up3(15))新基因產(chǎn)生的途徑。(2)生物變異的eq\o(□,\s\up3(16))根原來源。(3)生物進化的eq\o(□,\s\up3(17))原始材料。沒有外來誘變因素影響時，會不會發(fā)生基因突變？誘變因素能不能確定基因突變的方向？能不能提高突變頻率？提示：會。由于DNA復(fù)制間或發(fā)生錯誤或DNA的堿基組成發(fā)生變更等緣由自發(fā)產(chǎn)生突變；誘變因素能提高突變頻率，但不能確定突變的方向。典題精析[例1]下列有關(guān)基因突變的說法正確的是()①無論是低等生物還是高等生物都可能發(fā)生基因突變②生物在個體發(fā)育的特定時期才可發(fā)生基因突變③基因突變只定向形成新的等位基因④基因突變對生物的生存往往是有利的⑤不同基因突變的頻率是相同的⑥基因突變的方向是由環(huán)境確定的⑦一個基因可以向多個方向突變A．①⑦B．①③④C．②⑤⑦D．④⑥⑦解題分析基因突變在生物界中普遍存在，①正確；基因突變是隨機發(fā)生的，可發(fā)生在個體發(fā)育的任何時期，②錯誤；基因突變具有不定向性，一個基因可以向不同的方向發(fā)生突變，且突變的方向和環(huán)境沒有明確的因果關(guān)系，③⑥錯誤，⑦正確；大多數(shù)基因突變對生物體是有害的，④錯誤；不同基因突變的頻率不同，且都具有低頻性，⑤錯誤。答案A[例2]基因A與a1、a2、a3的關(guān)系如圖所示，該圖不能說明的是()A．基因突變是不定向的B．等位基因的出現(xiàn)是基因突變的結(jié)果C．病毒也可以發(fā)生上述變異D．這些基因的轉(zhuǎn)化遵循自由組合定律解題分析圖中看出，每個基因都可以向多個方向突變，可以表示基因突變是不定向的，A正確；圖中A基因可以突變?yōu)閍1、a2、a3等位基因，B正確；病毒也可以發(fā)生基因突變，C正確；基因突變不遵循基因遺傳規(guī)律，D錯誤。答案D學(xué)問點三基因重組學(xué)問梳理1.概念在生物體進行eq\o(□,\s\up3(01))有性生殖的過程中，限制eq\o(□,\s\up3(02))不同性狀的基因的重新組合。2．基因重組的類型3．意義基因重組是eq\o(□,\s\up3(07))生物變異的來源之一，對eq\o(□,\s\up3(08))生物進化具有重要意義。1.基因重組能產(chǎn)生新的基因嗎？提示：不能?；蛑亟M只是生物原有基因的重新組合，使生物形成多樣的性狀組合，但不能使生物產(chǎn)生新基因。2．為什么只有有性生殖的生物才能發(fā)生基因重組？提示：基因重組只發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，只有有性生殖的生物才能進行減數(shù)分裂，所以只有進行有性生殖的生物才會發(fā)生基因重組。典題精析[例1]子代不同于親代的性狀，主要來自基因重組，下列圖解中哪些過程可以發(fā)生基因重組()A．①②③④⑤ B．①②③④⑤⑥C．④⑤ D．③⑥解題分析基因重組指在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。發(fā)生在減數(shù)分裂過程中。答案C[例2]如圖表示某高等動物的幾個細胞分裂示意圖(數(shù)字代表染色體，字母代表染色體上帶有的基因)。圖中不行能反映的是()A．圖甲細胞中1與2的片段部分交換，屬于基因重組B．圖乙細胞發(fā)生了基因突變或基因重組C．圖丙表明該細胞發(fā)生了基因突變或基因重組D．圖丙細胞為次級精母細胞解題分析依據(jù)題干可知，圖甲、圖乙、圖丙分別是同一種動物的幾個細胞分裂示意圖。圖甲細胞中同源染色體正在分開，處于減數(shù)第一次分裂后期；圖乙細胞中著絲點已分裂，而且有同源染色體，處于有絲分裂后期；圖丙細胞中著絲點已分裂，沒有同源染色體，處于減數(shù)其次次分裂后期。1與2的片段部分交換，屬于同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生交叉互換，為基因重組，A正確；基因重組通常發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，所以圖乙細胞不行能發(fā)生基因重組，B錯誤；圖丙細胞中，由兩條姐妹染色單體形成的子染色體中所含的基因不完全相同，其緣由可能是減數(shù)第一次分裂前的間期DNA復(fù)制出現(xiàn)錯誤，發(fā)生了基因突變，也可能是減數(shù)第一次分裂的四分體時期，同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生了交叉互換，C正確；圖甲細胞是均等分裂，應(yīng)為初級精母細胞，該動物為雄性，因而圖丙細胞為次級精母細胞，D正確。答案B題后歸納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(dǎo)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(減數(shù)第一次分裂前的間期)或基因重組(減數(shù)第一次分裂四分體時期)。(3)若題目中問造成B、b不同的根本緣由，應(yīng)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××?xí)r期”提示，如減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。當(dāng)堂檢測——查漏補缺鞏固提升1．基因突變的隨機性表現(xiàn)在()①生物個體發(fā)育的任何時期都可發(fā)生基因突變②細胞內(nèi)不同的DNA分子上都可能發(fā)生基因突變③基因突變一般發(fā)生在細胞的分裂間期④DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯都可能發(fā)生基因突變A．①②B．③④C．①③D．②③④答案A解析基因突變的隨機性表現(xiàn)在基因突變可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期，可以發(fā)生在細胞內(nèi)不同的DNA分子上，同一DNA分子的不同部位，①、②符合題意。DNA翻譯過程不會發(fā)生基因突變。2．用人工誘變的方法使黃色短桿菌的某基因模板鏈的部分脫氧核苷酸序列(可轉(zhuǎn)錄三個密碼子)發(fā)生如下變更：CCGCTAACG→CCGCGAACG，那么黃色短桿菌將發(fā)生的變更和結(jié)果是(可能用到的密碼子：天冬氨酸—GAU、GAC；丙氨酸—GCA、GCU、GCC、GCG)()A．基因突變，性狀變更B．基因突變，性狀沒有變更C．染色體結(jié)構(gòu)變更，性狀沒有變更D．染色體數(shù)目變更，性狀變更答案A解析依據(jù)題意可知，脫氧核苷酸序列由CCGCTAACG→CCGCGAACG，發(fā)生了堿基對的替換，屬于基因突變，所編碼氨基酸的密碼子由GAU→GCU，即編碼的氨基酸由天冬氨酸