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18.3变异一、学习目标1、知道变异的普遍性及产生可遗传变异的三大原因；2、从分子水平上阐明基因突变的概念和意义；3、说明基因重组的概念和意义；认识染色体畸变的类型和意义；4、收集遗传育种的具体实例，列举人工诱变在生产实践中的应用及其优点。5、认识环境因子对细胞变异的影响作用；懂得变异使生物的进化成为可能；二、知识框架三、知识清单变异的概念:同种生物之间，亲代与子代之间存在的差异。不可遗传的变异（仅由环境变化引起，遗传物质未变化）变异的类型基因重组（分子水平）可遗传的变异基因突变（分子水平）（遗传物质变化引起）染色体畸变（细胞水平）1、基因重组（1）概念：生物体在有性生殖过程中，控制不同性状的基因之间的重新组合，结果使后代中出现不同于亲本的类型。（2）类型：自然状态下：①生物体在减数分裂形成配子时，位于非同源染色体上的非等位基因之间的自由组合。②由于同源染色体之间的非姐妹染色单体发生交换而产生的非等位基因的重组。人工条件下：③重组DNA技术，即基因工程，按照人类的需要将基因重新组合。（可定向地改变生物体的基因型，实现生物“超远源杂交”）（3）意义：①基因重组为生物的变异、生物的多样性提供了丰富的来源；②基因重组为动植物的育种和生物进化提供了丰富的物质基础。③基因重组为杂交育种提供理论依据。变异的类型不可遗传变异可遗传变异(遗传物质变化)基因重组（分子水平）基因突变（分子水平）染色体畸变（细胞水平）原因/类型：自由组合型、交换型、重组DNA技术概念、意义杂交育种概念（碱基对的替换、缺失或增加）类型、特点、意义突变育种结构变异数目变异非整倍化变异整倍化变异多倍体单倍体概念、自然成因特点和多倍体育种概念、特点和单倍体育种自然存在的单倍体基因重组只是后代中生物个体的基因型改变，而无新基因的产生。22、基因突变（1）①概念：基因突变是指DNA分子中碱基对的替换、缺失或增加而使基因特定核苷酸序列发生改变的现象。②发生时间：细胞分裂间期（具体是S期）。③实例：镰状细胞贫血症④基因突变引起变异的过程：DNA分子中核苷酸序列的改变→mRNA分子中遗传密码改变→蛋白质分子的结构变化→生物性状变化（变异）（2）基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在性细胞中。若变异发生在体细胞中，一般不能遗传给后代。若发生在性细胞中，且该细胞参与了受精作用，就可以传给后代。（3）特点：①具有普遍性；②利害性：大部分是中性的；（利害性对生物本身或对人类而言，可能不一致）③具有可逆性和多方向性；④自然发生的频率很低。（可通过人工诱变提高突变频率）（4）意义①基因突变是新基因的根本来源，是生物变异的主要原因，对生物的进化有重要作用。②基因突变为突变育种提供理论依据。3、染色体畸变：指染色体结构和数目的变异。（1）染色体结构变异类型：染色体片段的缺失、重复、倒位和易位等。结果：使排列在染色体上的基因的数目和排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。染色体结构变异大多数情况下对生物本身不利。实例：猫叫综合征（5号染色体的短臂部分缺失引起）（2）染色体数目变异非整倍化变异：如：21-三体综合征等整倍化变异——以染色体组为单位①染色体组：是指细胞中的一组完整的非同源染色体，在形态上各不相同，携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息。例：二倍体生物生殖细胞中的一组染色体。果蝇体细胞配子减数分裂果蝇配子中的染色体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X（编号）组成一个染色体组。由图可知：果蝇的配子中含有1个染色体组。体细胞中含有2个染色体组，故果蝇是二倍体。3②多倍体概念：由合子发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的生物。自然成因：在体细胞有丝分裂过程中或进行减数分裂形成配子时，外界环境条件（特别是温度的急剧变化）或生物内部因素的干扰，使染色体不能均分到子细胞中，结果产生了染色体数目加倍的体细胞或配子。实例：普通小麦（六倍体）、水仙（四倍体）特点：植株粗壮；抗性强，营养含量高；生长慢，发育延迟，结实性差。③单倍体概念：体细胞中含有的染色体数和本物种配子中的染色体数相同的生物。自然成因：未受精的卵细胞发育而来（单性生殖）实例：雄蜂、雄蚁、生活史中大部分以单倍体细胞存在的一些藻类植物（衣藻等）特点：植株瘦弱；抗性差；高度不育。▲二倍体、单倍体和多倍体的辨别：关键看该生物体是由合子（受精卵）发育而成，还是由配子直接发育而成——ⅰ由合子发育而成的，根据体细胞中的染色体组数，称几倍体；如：洋葱体细胞中有4个染色体组，则称为四倍体。ⅱ由配子发育而成的则都称为单倍体。如：普通小麦（六倍体）的花粉经离体培育而成的小麦苗，即称为普通小麦的单倍体，含3个染色体组，但不能称作三倍体。4、人工诱变及其控制（应用）（1）人工诱变的定义：人类利用物理因素（如各种射线）或利用化学物质（如亚硝酸、硫酸二乙酸、秋水仙素等）处理生物，使生物发生基因突变或诱导多倍体形成。（2）人工诱变的主要类型①多倍体育种基本原理：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。实例：三倍体无籽西瓜的培育母本：二倍体西瓜（2n=22）↓秋水仙素四倍体西瓜（2n=44）父本：二倍体西瓜（2n=22）↓减数分裂↓减数分裂雌配子（1n=22）雄配子（1n=11）子代：三倍体西瓜植株（2n=33）二倍体西瓜的花粉刺激↓使子房壁发育成果实无籽西瓜（2n=33）★三倍体植株在减数分裂过程中，染色体联会紊乱，不能形成正常配子，故“无籽”。秋水仙素的作用：抑制纺锤体的形成，导致复制后的染色体在细胞分裂时不分离，从而引起细胞内染色体数目的加倍注意和培育无籽番茄的区别4②单倍体育种——花药离体培养法基本原理:育种过程实例：P：DDTT×ddtt（亲本_杂交_）F1：DdTtF1配子：DTDtdTdt花粉离体培养单倍体幼苗：DTDtdTdt秋水仙素处理纯合体：DDTTDDttddTTddtt（选择所需性状即可）单倍体育种优点：明显缩短培育优良品种的时间，获得能稳定遗传的纯合体。③突变育种：太空育种等突变育种优点：提高突变率，创造人类需要的变异类型。（3）人工诱变与人类生活生产实践的关系：P27四、学习反馈基础练习：完成练习册8.3由于基因突变，导致蛋白质中的一个赖氨酸发生了改变。根据以下图、表回答问题：（1）图中I过程发生的场所是____________________，II过程叫_________________。（2）除赖氨酸以外，图解中X是密码子表中哪一种氨基酸的可能性最小_____________。原因是_______________________________________________________。（3）若图中X是甲硫氨酸，且②链与⑤链只有一个碱基不同，那么⑤链不同于②链上的那个碱基是_________________。离体培养花药单倍体植株秋水仙素处理幼苗纯合、可育的植株思考：突变育种的不利因素有哪些？5答案：（1）核糖体转录（2）丝氨酸要同时突变两个碱基（3）A