第四节基因突变和基因重组(22)

高一生物必修二导学案（22）1第四节基因突变和基因重组（第1课时）基因突变【学习目标】1．概述基因突变的概念含义2．解释基因突变的原因3．举例说明基因突变的特征4．概述基因突变的意义5．举例说明诱变育种在生产中的应用。【重点难点】1.基因突变的特征和原因2.基因重组和基因突变在育种上的应用【自主学习】1.基因突变的概念:DNA分子中发生碱基对的，而引起的的改变，叫做基因突变。2、基因突变的原因：易诱发生物发生基因突变并提高突变频率的因素可分为三类：。在没有外界因素的影响时，基因突变也会由于DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等原因自发产生。可见，基因突变是由于外界因素或自身生理因素引起的DNA分子的损伤或DNA分子复制的差错。其发生的时期是。3、基因突变的特点①________②_______③_____________④_________⑤____________4、基因突变的意义:基因突变是基因产生的途径，是生物变异的来源，是生物进化的材料。【小资料】：生物的变异从形成的原因上分析可分为：不遗传的变异（仅由环境因素的影响造成的，遗传物质没有改变）和遗传的变异（遗传物质的改变引起的变异，来源主要有3个，基因突变、基因重组和染色体变异）。如右图所示：【共同探究】一、基因突变（一）、概念基因突变是指基因的改变，包括碱基对的。在光学显微镜下看不见。【思考题1】：基因突变的本质是DNA分子的发生了改变。DNA分子碱基对的变化一定能引起基因突变吗？为什么？。（二）、实例：镰刀型细胞贫血症：如右图。（三）、特点1、普遍性：任何生物都有可能发生基因突变。2、随机性：基因突变可以发生在生物个体发育过程中的任何时期、可以发生在细胞内不同的DNA分子上、可以发生同一DNA分子的不同部位。【小资料】：一般说来，基因突变发生的时期越早，生物个体表现突出的部分越多，反之越少；体细胞突变一般不能传给后代，若其控制的性状优良且符合人类的需求，则可通过嫁接或组织培养等进行无性繁殖而传递；生殖细胞发生突变可传给后代。人体某些体细胞基因突变可能发展为癌细胞。3、不定向性：一个基因可以向同的方向发生突变，产生一个以上的基因，而且突变的方向和环境没有明确的因果关系。如A→a1、a2、a3……；b→B1、B2、B3……。但是，每一个基因的突变都只能限定在其所控制的相对性状的范围内。4、低频性：在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。【思考题2】：由于DNA分子的结构是的，所以基因突变的频率一般是很低的。5、多害少利性：大多数突变对生物是有害的，也有少数突变是有利的，还有少数既无利也无害。【小资料】：任何一种生物都是长期进化的产物，它们与环境条件已经取得了高度的协调，已经对所生存的环境有了一定的适应性（现存生物体内的基因及其控制合成的蛋白质和代谢过程等都与所生存的环境有了一定的适应性）。如果发生基因突变，就有可能破坏这种协调关系，导致生高一生物必修二导学案（22）2长发育异常，其表现型不适应所生存的环境，甚至导致死亡。因此基因突变往往对生物的生存是有害的。如绝大多数人类的遗传病等。也有少数基因突变对生物是有利的，如植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等。基因突变的利与害是针对发生突变的生物本身而言的；是针对一定环境而言的。（四）、发生的过程及时间：基因突变发生在细胞分裂期（有丝分裂期或减数分裂第次分裂期）的DNA分子的过程中。【小资料】：任何生殖方式、任何细胞分裂方式都可能发生基因突变。（五）、结果：产生基因（产生新的基因）。【小资料】：基因突变可分为显性突变（a→A）和隐性突变（A→a），显性突变一般能在发生突变的当代就可以表现出突变的性状（当然还要看它能否被选择性表达，也要受环境的影响），而隐性突变（突变产生时为杂合子）要到下一代才可能表现出突变基因控制的性状。基因突变是可逆的。【思考题3】：基因的选择性表达与基因不表达是否是一回事？。基因不表达可能的原因有_____________。（六）、原因：基因突变的原因是由于环境条件的改变导致DNA分子损伤或DNA分子复制差错。如右图。（七）、类型：根据引起基因突变的原因，可将基因突变分为两种类型。（八）、意义：基因突变是基因产生的途径，是生物变异的来源，是生物进化的材料【小资料】：尽管自然条件下基因突变的频率很低，而且大多数突变对生物是有害的，但基因突变仍是生物进化的重要因素之一。因为虽然对于生物个体而言，发生自然突变的频率很低的，但一个物种往往有许多个体组成，就整个物种而言，在漫长的进化历程中产生的突变还是很多的，其中有不少突变是有利的，因此基因突变能为生物进化提供原材料，是生物进化的重要因素因素之一。【小资料】：基因突变与生物性状的改变（1）多数基因突变并不引起生物性状的改变，原因可能有：①突变发生在基因内部不编码蛋白质的部位，②突变后的基因仍表达成原有蛋白质（一个氨基酸可能有多个密码子决定）③为隐性突变，在杂合状态下不会引起性状的改变等（2）少数基因突变引起性状改变，如镰刀型细胞贫血症等。原因可能有：①碱基对的改变引起氨基酸的种类、数量、排列顺序的改变②碱基对的改变引起密码子改变为终止密码，使肽链缩短③碱基对的改变引起终止密码改变为氨基酸密码，使肽链延长。【思考题4】：若某基因原有303对碱基，现经突变，成为300对碱基，则它控制合成的蛋白质分子与原来的基因控制合成的蛋白质分子相比较，差异可能为A、只相差一个氨基酸，其它顺序不变B、长度相差一个氨基酸，其它顺序也有改变C、长度不变，但顺序改变D、A、B都有可能【思考题5】：原核生物中某一基因的编码区起始端插入了一个碱基对。在插入位点的附近，再发生下列哪种情况有可能对其编码的蛋白质结构影响最小A.置换单个碱基对B.增加4个碱基对C.缺失3个碱基对D.缺失4个碱基对【思考题6】：人类的正常血红蛋白(HbA)β链第63位氨基酸是组氨酸,其密码子为CAU或CAC。当β自链第63位组氨酸被酪氨酸(UAU或UAC)替代后,出现异常血红蛋白(HbM),导致一种贫血症;高一生物必修二导学案（22）3β自链第63位组氨酸被精氨酸(CGU或CGC)所替代而产生的异常血红蛋白(HbZ)将引起另一种贫血症。(1)写出正常血红蛋白基因中,决定β链第63位组氨酸密码子的碱基对组成。。(2)在决定β自链第63位组氨酸密码子的DNA三个碱基对中,任意一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗?为什么?。（九）、应用——诱变育种1、概念：诱变育种是指利用物理或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而选择出符合人类需要的新品种的育种方法。2、人工诱变的方法有：。3、原理：。4、优、缺点：（1）优点是。（2）缺点是。5、意义。【思考题7】：（10江苏卷）育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植蛛，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的。下列叙述正确的是A.这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的B.该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体C.观察细胞有丝分裂中期染色体形卷可判断基因突变发生的位置D.将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系【反思总结】：①基因突变是遗传物质在分子水平方面的改变。碱基对数目、种类改变非常小，若数目改变幅度过大，超过一个基因的范围则转化为染色体结构变异。②任何生物、任何分裂方式、任何生殖方式都可能发生基因突变。对核基因而言，突变后的基因之间遵循基因的分离定律。③基因片段上碱基数单个的添、减会出现移码现象，一定会导致生物性状的改变；若碱基对是以3的倍数添、减，则不会出现移码现象，只是局部碱基序列改变，合成的蛋白质上氨基酸的种类、排列顺序变化较小。④DNA复制时最容易发生差错导致突变，这也是细胞分裂间期最易发生基因突变的原因，是诱变育种的重要理论基础。⑤通过基因突变会产生新的基因和基因型。基因重组只能产生新的基因型而不能产生新的基因，要增加基因重组的内涵只有通过基因突变，所以基因突变是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料。⑥基因突变过程中的碱基对数目、种类的改变不是人类能控制的，所以用人工诱变育种有很大盲目性。【课堂巩固】1.下列有关基因突变的说法，不正确的是（）A.在自然条件下，基因突变频率是很低的B.基因突变是遗传物质改变引起的C.基因突变能产生新的基因D.人工诱导的基因突变都是有利的2.进行有性生殖的生物，下代和上代间总是存在着一定差异的主要原因是（）A.基因重组B.基因突变C.可遗传的变异D.染色体变异高一生物必修二导学案（22）4蛋白质正常异常氨基酸谷氨酸缬氨酸mRNAGAA(③)DNACTT①(②)GAAGTA3.若生物体的DNA分子增加或减少一个碱基，这种变化是（）A.细菌转化B.基因的自由组合C.基因突变D.等位基因分离4.基因突变常发生在细胞周期的（）A.分裂间期B.分裂期前期C.分裂期后期D.在分裂期的各期均有可能5.人发生镰刀型细胞贫血症的根本原因在于突变，其突变方式是（）A.增添或缺失某个碱基对B.碱基发生替换改变C.缺失一小段DNAD.增添一小段DNA6.在北京培育出的优质甘蓝品种，叶球最大的只有3.5公斤，当引种到拉萨后，由于昼夜温差大，日照时间长，叶球可重达7公斤左右，但再引种回北京后，叶球又只有3.5公斤，从甘蓝引种过程可以看出（）A.甘蓝具有遗传性，而不具有变异型B.仅由环境条件引起的变异不能遗传C.环境的改变可引起生物产生可遗传的变异D.甘蓝在生殖过程中无基因重组发生7.一株世代都是开红花的植物，在一次突然性冰冻后，有一个枝条上出现一朵白花，白花授粉后代所结的种子在种下去长成的植株都开白花。试分析该白花是来自于___________，其原因是_______________，使发育成该花芽的细胞在_____________________________时发生差错，从而使_______________的分子结构发生了改变。（2005年浙江题）8.将生物随飞船带入太空，可进行多项科学研究。如植物种子经太空返回地面后种植，往往能得到新的变异特性。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的___________辐射后，其_____________发生变异。现一般把这种育种方式称为______________。试举出这种育种方式的一个优点：____________________________________________。9.人类血红蛋白由574个氨基酸按一定顺序、一定结构组成特定的蛋白质，而镰刀型细胞贫血症病人的血红蛋白中有573个氨基酸与正常人一样，只有第四条肽链上的第六个氨基酸谷氨酸被缬氨酸所代替，从而改变了血红蛋白的结构和特征——缺氧时红细胞由圆饼状变为镰刀状。试分析右图并回答：（1）图中的①代表___________，②的碱基组成是_______，缬氨酸的密码子是______________。（2）DNA由正常变为异常是由于在___________过程中，可能由于各种原因发生差错，使________________发生局部改变，从而改变了____________。（3）经科学家研究，镰刀型细胞贫血症是常染色体隐性基因所致。设正常人的基因型为HH，则患者的基因型为_____，H基因的碱基组成中有_________，h基因的碱基组成中则是_____。患者和正常人婚配生了个正常后代，其基因型是___________。（4）通过以上图解和分析，充分说明了DNA分子上___________就会导致生物的________改变。（5）目前对人类遗传病还没有有效的治疗手段，人们寄希望于21世纪生物技术的突破来解决，你认为要治疗人类镰刀型细胞贫血症主要依赖下面哪项生物工程？（）A．基因工程B．细胞工程C．发酵工程D．酶工程高一生物必修二导学案（22）5【思考题1】：结构，不一定，只有发生在DNA分子有遗传效应的片段的碱基对的改变才能引起基因突变。【思考题2】：相对稳定性【思考题3】：不一回事，选择性表达是指有的基因转录，有的基因不转录。基因的选择性表达是在细胞分化过程中，基因