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2016—2017学年生物必修二教案编制人：李艳玲审定人：1第5章基因突变及其他变异第1节基因突变和基因重组【教学目标】1.举例说明基因突变的特点和原因。2.举例说出基因重组。3.说出基因突变和基因重组的意义。【教学重点和难点】（一）教学重点1．基因突变的概念及特点。2．基因突变的原因。（二）教学难点基因突变和基因重组的意义。【教学方法】讨论法、讲授法。【教学课时】1课时。【教学过程】引言：前面我们对遗传问题进行了学习、知道了主要的遗传物质是DNA，控制生物性状遗传的遗传物质的结构和功能的基本单位是基因，以及遗传的三个基本定律和伴性遗传。可见遗传的问题很复杂。那么，变异呢？也同样如此。在丰富多彩的生物界中，蕴含着形形色色的变异现象。今天，我们就来学习这方面的知识。【问】（1）通过美容手术，纹成弯弯的柳叶眉，这种柳叶眉能遗传吗？为什么？（2）“一猪生九仔，连母十个样”，这种个体的差异，主要是什么原因产生的？【介绍】生物的变异可分为两大类：不可遗传的变异和可遗传的变异。可遗传变异有三种来源：基因突变、基因重组和染色体变异。【强调】可遗传的变异不是由于环境因素的影响而引起的性状改变，而是由于生殖细胞内的遗传物质的改变引起的，因而能够遗传给后代。【归纳】（一）基因突变【基因突变的实例】课件的展示正常红细胞和镰刀型细胞贫血症红细胞图片。【问】（1）镰刀型细胞贫血症是怎样引起的一种遗传病？（教师简介镰刀型细胞贫血症）学生阅书P80~81后回答。是由基因突变引起的一种遗传病，是由于基因的分子结构发生了改变产生的。2016—2017学年生物必修二教案编制人：李艳玲审定人：2（2）大家回顾一下，什么叫基因？基因的分子结构如何？出示基因结构变化示意图，对图讲解。基因是有遗传效应的DNA片段，基因中的脱氧核苷酸排列顺序（碱基顺序）就代表遗传信息。不同的基因，脱氧核苷酸的排列顺序（碱基顺序）不同。1．基因突变的概念。强调基因结构不管按以上的哪一种情况变化，归根结底都是碱基的排列顺序发生了改变，从而改变了遗传信息，引起生物性状的变异。由于DNA分子中发生的碱基对的增添、缺失或改变，而引起的基因结构的改变，叫基因突变。基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变，基因突变使一个基因变成它的等位基因，且通常会引起一定的表现型变化。那么，基因突变是如何产生的呢？2．基因突变的原因，以人类的镰刀型细胞贫血症为例。【显示】正常型红细胞与镰刀型细胞贫血症的红细胞的性状比较图。镰刀型贫血症是一种异常血红蛋白病。一旦缺氧，患者红细胞变成长镰刀型，血液的粘性增加，引起红细胞的堆积，导致各器官血流的阻塞。而出现脾脏肿大，四肢的骨骼、关节疼痛，血尿和肾功能衰竭等症状，病重时，红细胞受机械损伤而破裂产生溶血现象，引起严重贫血而造成死亡。【显示】镰刀型细胞贫血症病因图解。【问】（1）镰刀型贫血症病人的红细胞和正常人的为什么不一样？（2）镰刀型贫血症病人的血红蛋白中的谷氨酸为什么被缬氨酸取代？【强调】镰刀型细胞贫血症发病的根本原因是控制血红蛋白会成的基因中一个碱基对发生了改变，由变成。（3）基因突变有何意义？基因突变是生物变异的根本来源，为生物进化提供了最初的原材料，是生物进化的内因，没有变异就没有进化，因而在生物进化中具有重要意义。3.基因突变的特点【问】基因突变作为生物变异的重要来源，它有哪些特点呢？【强调】自然条件下发生的基因突变叫做自然突变，人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。在高等生物里，大约10万到1亿个生殖细胞中才会有一个发生基因突变。可见突变其实也是不容易发生的。【归纳】①普遍性，②随机性，③稀有性，④有害性，⑤不定向性。4．基因突变的意义基因突变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，是生物进化的原材料。2016—2017学年生物必修二教案编制人：李艳玲审定人：3（二）基因重组1．基因重组的概念。【问】什么叫基因重组？基因重组产生的根本原因是什么？举例说明。基因重组是指生物进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。【强调】这里必须注意到，基因重组只是生物个体的基因型发生了改变，出现了亲代没有的新的基因组合，而基因本身的结构并没有改变。2．基因重组的原因。基因重组产生的根本原因主要有两方面，一方面是由于基因的自由组合，即控制两对或两对以上相对性状的等位基因，位于两对或两对以上同源染色体上，该生物个体在减数分裂形成配子时，非同源染色体上的非等位基因间的自由组合。另一方面是由于位于同源染色体上的原来连锁在一条染色体的非等位基因，F1在减数分裂第一次分裂的前期，复制后的同源染色体联会后，非姐妹染色单体之间由于交叉而交换，基因也随着交换。上述二种原因，都能形成基因的重组，而新的重组基因类型又导致了不同相对性状的重组，使后代产生变异。基因重组是通过有性生殖来实现的，如果两个亲本的杂合性越高、遗传物质的差距越大，基因重组的类型就越多，后代产生的变异也就越多。以豌豆为例，当具有10对相对性状的亲本进行杂交时，如果只考虑基因的自由组合（l0对等位基因位于10对同源染色体上）所引起的基因重组，F2可能出现的表现型就有210=1024种……。3．基因重组的意义。引导阅读思考。【总结】生物的变异，根据生物体内的遗传物质是否改变，分为可遗传变异和不可遗传变异两类。可遗传变异中的基因突变，是基因分子结构的改变。是在一定的外界条件或者生物内部因素的作用下，使得DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，结果是基因中的脱氧核苷酸的排列顺序发生改变，最终导致原来的基因变为它的等位基因。基因突变不同于基因重组，基因重组是基因的重新组合，产生了新的基因型，基因突变是基因结构的改变，产生了新的基因，产生了新的遗传物质。因而基因突变是生物产生变异的根本原因、为生物进化最供了最初的原材料。基因重组是通过有性生殖过程来实现的，如果两个亲本的杂合性越高、遗传物质差距越大，基因重组的类型就越多，后代产生的变异就越多。因而基因重组为生物的变异提供了极其丰富的来源，是形成生物多样性的重要原因之一，对生物进化具有十分重要的意义。近年来，应用重组DNA技术，可以把经过改造的基因，通过载体送入生物细胞中，并使新的基因在细胞内正确表达。通过此种途径，获得人类需要的转基因动物或转基因植物。【典型例题】1．将同一品种的小麦分别种在水肥条件不同的农田，其株高等性状表现出很大差异，这种现象在遗传学上称为（）A．遗传性B．遗传重组引起的变异2016—2017学年生物必修二教案编制人：李艳玲审定人：4C．基因突变产生的差异D．不遗传的变异【解析】生物的变异分为不遗传的变异和遗传的变异，前者是由于环境条件的改变引起生物性状的变异，后者是由于遗传物质改变引起的生物性状的变异。同一品种的小麦含有相同的遗传物质，若在相同的环境条件下，其表现出来的性状是一样的。同一品种的小麦在水肥不同的农田，其性状差异是由于环境条件不同引起的，而非遗传物质改变引起的。若由基因突变引起的，则只限于极少数个体出现性状差异。因为品种是纯合子，也不存在由基因重组和染色体变异导致性状变异的问题。所以是一种不遗传的变异。【答案】D。2．基因突变大多数都有害的原因是（）A．基因突变形成的大多是隐性基因B．基因突变破坏了生物与环境之间形成的均衡体系C．基因突变形成的表现效应往往比基因重组更为明显D．基因突变对物种的生存和发展有显著的负作用【解析】如果对基因突变的有害性理解不深刻，易选C和D，因基因突变后，性状改变确定非常显著，而且往往对个体生存确实不利；但表现效应明显不一定导致有害，虽然基因突变大多有害，可是对生物的进化具有重要的意义。故C、D不合题意。A项中的隐性基因不一定就有害，何况基因突变是不定向的。只有B项叙述才是真正导致有害性的原因。该题重在分析供选项之间隐含的微妙关系，必须应用基础知识作出推理，确定正确答案。【答案】B。3．果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10-5，一个大约有109个果蝇的群体，每一代出现的基因突变数是（）A．2×109B．2×108C．2×107D．108【解析】自然界中生物的自发突变的频率很低，这是对于单个基因而言，但种群是由许多个体所组成，每个个体的每个细胞中都含有成千上万个基因，依据题干所列出的数值，这个果蝇群体每一代出现的基因突变数目是2×104×10-5×108=2×108（个）。该题通过有关数据的分析，说明基因突变是生物变异的根本来源。对于生物群体而言，基因突变的性状也是非常巨大的。【答案】B。4．用一定剂量的秋水仙素处理某种霉菌，诱发了基因突变，秋水仙素最有可能在下列哪项过程中起作用？（）A．有丝分裂间期B．有丝分裂全过程C．受精作用过程D．减数分裂第一次分裂间期【解析】基因突变最易发生于DNA分子复制过程中，即细胞有丝分裂间期（导致体细胞发生突变）或减数分裂第一次分裂间期（导致生殖细胞发生突变）。当然，对有性生殖的动、植物，只有生殖细胞中的基因突变才能影响到子代性状的变化。霉菌的繁殖方式是无性生殖（孢子生殖），它不进行减数分裂。该题是关于基因突变发生时期的应用题，属于化学诱变的范围。考查学生对知识的迁移能力。2016—2017学年生物必修二教案编制人：李艳玲审定人：5【答案】A。5．根据图示分析人类镰刀型细胞贫血症的病因，并回答：（1）请给予图中①②③以特定的含义：①__________；②__________；③__________。（2）患镰刀型细胞贫血症的根本原因是，控制__________合成的___________________，从而改变了遗传信息。（3）镰刀型细胞贫血症是常染色体上隐性遗传病，该隐性致病基因在图中对应的碱基组成为__________；正常基因在图中对应的组成为______。（4）根据镰刀型细胞贫血症的发病率和表现特征，说明基因突变具有__________和__________的特点。【解析】镰刀型细胞贫血症的病因是由于病人的血红蛋白分子的一条多肽链上，有一个氨基酸的种类发生了改变，即由正常的谷氨酸变成了异常的缬氨酸，根本原因是合成血红蛋白分子的遗传物质DNA的碱基序列发生了改变，就是发生了基因突变，由突变成。【答案】（1）①基因突变；②CAT；③GUA。（2）血红蛋白；DNA碱基序列发生了改变。（3）；。（4）突变率低；有害性。【板书设计】一、基因突变1．定义：DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。2.时间：有丝分裂间期或减数第一次分裂间期的DNA复制时3．外因：物理、化学、生物因素内因：可变性4．特点：①普遍性②随机，无方向性③频率低④有害性[来源:学科网ZXXK]5．意义：①产生新基因②变异的根本来源③进化的原始材料6．实例：镰刀型细胞贫血二、基因重组[来源:Z*xx*k.Com]1．在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。2.时间：减数第一次分裂前期或后期2．意义：①产生新的基因型②生物变异的来源之一③对进化有意义三、比较基因突变与基因重组基因突变和基因重组比较表基因突变基因重组本质[来源:学科网]基因的分子结构发生改变，产生了新基因，出现了新的性状。不同基因的重新组合，不产生新基因，而是产生新的基因型，使不同性状重新组合。[来源:学2016—2017学年生物必修二教案编制人：李艳玲审定人：6§科§网]发生时间及原因细胞分裂间期DNA分子复制时，由于外界理化因素或自身生理因素引起的碱基对的替换、增添或缺失。减数第一次分裂后期中，随着同源染色体的分开，位于非同源染色体上的非等位基因进行了自由组合。条件外界环境条件的变化和内部因素的相互作用。有性生殖过程中进行减数分裂形成生殖细胞。意义生物变异的根本来源，是生物进化的原材料。生物变异的来源之一，是形成生物多样性的重要原因。发生可能突变频率低，但普遍存在。有性生殖中非常普遍。【布置作业】课本P84练习一、二。【课后反思】