第讲基因突变、基因重组

1第四部分遗传与进化第31讲基因突变、基因重组一、考点内容全解（一）本讲考点是什么1.基因重组（1）减数分裂过程中的基因重组有两种：①四分体期的交换重组(非自由组合)，如下左图：②减数分裂第一次分裂过程中的非等位基因的自由组合，如上右图：（2）通过基因工程使基国转移而实现基因重组2.基因突变(1)概念：基因分子结构的改变，包括DNA碱基对的增添、缺失和改变(2)特点：普遍性、低频性、不定向性(多向性)、可逆性、多害少利性(3)类型：自然突变、诱发突变(4)原因和结果突变原因外因DNA损伤如宇宙射线、化学试剂、温度剧变内因复制差错结果DNA碱基对改变，可形成等位基因mRNA局部密码子改变或移码突变蛋白质异常蛋白(性状改变)3.人工诱变在育种中的应用(1)原理：利用物理或化学因素处理生物，使它发生基因突变(2)方法：物理方法：辐射诱变、激光诱变化学方法：用秋水仙素、硫酸二乙酯、亚硝酸等处理(3)意义：创造动物、植物和微生物新品种(4)特点：提高变异频率，使后代性状较快稳定；大幅度改变某些性状；诱发产生的有利个体并不多，需处理大量的供试材料。（二）考点例析[例1](2002年上海高考题)下列高科技成果中，根据基因，重组原理进行的是①我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻；②我国科学家将苏云金杆菌的某些基因转入棉花体内，培育出抗虫棉；我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒；③我国科学家通过体细胞克隆技术培养出克隆牛2A．①B．①②C①②③D．②③④[解析]本题主要考查基因重组的概念，测试学生对一些高科技成果所蕴舍的生IC学原理的分析。杂交育种所依据的是基于减数分裂的基因重组；转基因抗虫棉是通过基因工程转人抗虫基因到棉花细胞染色体上而形成重组DNA；太空育种是利用基因交变的原理；克隆牛的诞生是依据无性繁殖的原理。[答案lB[例2]关于基因突变的下列叙述中，错误的是()A．基因突变是指基因结构中碱基对的增添、缺失或改变B．基因突变是由于基因中脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序的部分改变而发生的C．基因突变可以在一定的外界环境条件或生物内部因素的作用下引起的D．基因突变的频率是很低的，并且都是有害的[解析]本题主要考查对基因突变的全面理解。A项说明了基因的本质，B项阐明了基因突变的原因，C项指出了引起基因突变的因素，所以都是正确的。D项错误，基因突变发生频率很低，而且一般是有害的，但有一些突变是中性的，还有少数是有利的，这正是诱变育种的依据。[答案]D[同类变式一]基因A与a1、a2、a3的关系如图，该图不能说明的是()A．基因突变是不定向的B．等位基因的出现是基因突变的结果C．正常基因与致病基因可以通过突变而转化D．这些基因的转化遵循自由组合定律[解析]本例主要考查基因突变的不定向性和可逆性，以及基因突变的结果。图示表明通过基因突变产生等位基因，而突变的不定向性导致产生复等位基，它们之间可相互转变。由于是等位之间的变化情况，所以本图与基因的自由组合定律无关。[答案]D[例3]将生物随飞船带人太空，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，现把这种育种方式称为，其优点有[解析]本题综合考查人工诱变育种的原理、方法和优点，问题立意新，考生必须要将所学学科知识与具体问题情景结合起来。太空育种主要利用空间辐射和微重力，诱发种子细胞DNA基因突变。[答案]宇宙射线；遗传物质(或基因或DNA)；诱变育种；提高突变频率，加快育种进程[同类变式]昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将控制酯酶合成的基因分离出采，通过生物工程技术将它导入细菌体内，并与细菌的DNA分子结合起来。经过这样处理的细菌仍能分裂繁殖。请根据上述资料回答：(1)人工诱变在生产实践中已得到广泛应用，因为它能提高，通过人工选择获得(2)酯酶的化学本质是，基因控制酶酯合成要经过和两个过程。(3)通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分沁酯酶，这是由于(4)请你具体说出一项上述科研成果的实际应用。[解析]本题是[例3]的拓展，不仅考查诱文育种的优点，更结合了诱变育种及转基因育种在实践上的应用，突出了考生创新能力的考查力度。[答案](1)基因突变的频率；人们所需要的突变性状(2)蛋白质；转录；翻译(3)控制酯酶合成的基因随细菌DNA分子复制，并在后代中表达(4)将转入酯酶基因的细菌释放到农田中，用于降解污水中的有机磷农药，以保护环境二、方法技巧规律高考题以选择题为主，考查内容集中在：基因突变的概念、原理及诱文育种等。近年来，随着纳米技术、基因治疗研究的深入，高考题的时代气息也越来越浓。1．从遗传信息的传递(中心法则)角度理解基因突变本质2．正确区分三种可遗传的变异，列表比较如下：变异种类本质结果基因重组基因的重新组合产生新的基因型基因突变碱基对的改变(点突变)产生等位基因染色体结构变异DNA分子部分区段改变(重复、缺失、倒位、易位)基因重复或缺失3变异数目变异整个DNA分子缺失或加倍(显微镜可观察到变化)[例4]若某基因原有303对碱基，现经过突变，成为300对碱基，它合成的蛋白质分子与原来基因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外，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[解析]解题关键是对中心陆则，以及基国突变本质的正确理解。在不考虑转最后加工的酋提下，DNA303个碱基对可转录为mRNA共101个密码子，除去终止密码子可编码100个氨基酸。同理，突变后的基因可编码99个，即减少了一个氨基酸。由于缺少的三对碱基可能是相邻的三个碱基对，并且处于第1～3或第4～6或第7～9……位置，则除少1个氨基酸外，其它氨基酸顺序不变。但如果缺少的是起始密码子，则该基因不会表达，而其他情况，则整个密码子全部打乱，但数目仅减少1个。[答案]D[特别提示]由于AUG既是甲硫氨酸密码，又是起始密码，所以肽链合成的第一个氨基酸总是甲硫氨酸。[同类变式一]一个碱基对可加到DNA分子或从DNA分子上除去，这种生物DNA碱基顺序的变化是()A．基因重组B．染色体变异C．基因突变D．不遗传的变异[解析]基因突变是个别碱基对的改变如缺失、增添或增加导致基因遗传信息的改变。解答本题一定要与染色体结构变异相区分开来。[答案]C[同类变式二]科学家运动基因工程删除了猪细胞中的对人产生排斥的基因，培育成可以用于人类进行器官如心脏移植的“敲除基因猪”。从变异的角度来看，这种变异是()A．基因重组B．染色体变异C．基因突变D．不遗传变异[解析]本题要求从基阁的角度理解玉奥可遗传变异的实质。由于这种变异涉及基因(具遗传效应的DNA片段)的缺失，应属染色体变异。[答案]B[例5](广东高考题)人类的正常血红蛋白(HbA)β链第63位氨基酸是组氨酸，其密码于为CAU或CAC。当β链第63位组氨酸被酪氨酸(UAU或UAC)替代后，出现异常出红蛋白(HbM)，导致一种贫血症；β链第63位氨基酸被精氨酸(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63WE位组氨酸密码子的碱基对组成。(2)在决定β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?[解析]本题以中心陆则，基因突变(中性突变)为知识载体，主要测试考生获取知识能力、理解能力和分析综合能力。血红蛋白异常，归根到底是由于基因中碱基对的排列顺序改变(基因突变)引起的。由于组成蛋白质的氨基酸只有20种，而遗传密码于有61种，故一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可由几种密码子决定。[答案](1)(2)不一定。当或中的第三对碱基发生A／T→G／C或G／C→A／T变化后，产生的密码子为CAC或CAU，仍然是组氨酸的密码子，因而不影响产生正常血红蛋白。三、基础能力测试1．在一块栽种红果番茄的田地里，农民发现有一株番茄结的是黄色的，这是因为该株番茄()A．发生基因突变B．发生染色体畸变C．发生基因重组D．生长环境发生变化2．分析如右图遗传病系谱推知5号个体的致病基因采源于()A．基因突变B．2号C．1号或2号D．1号和2号3．一种开粉红花的植物，其基因组为Cc,被种植在一个岛上，它是一年生的自花传粉植物，每年产生四粒种子，假使在它后代中出现了开白花的植株，那么此植株就是()A．多倍体B．隐性纯合体C．显性不完全的杂合体D．突变种4．下列细胞中，最不容易发生基因突变的是()A．正在分裂的蛙红细胞B．人神经元细胞C．正在分裂的精原细胞D．蛙原肠胚细胞41235．医院用“”刀治疗肿瘤，其原理是利用了射线()A．电离作用，使肿瘤细胞转阴B．穿透能力，杀死肿瘤细胞C．热效应，减轻病人痛苦D．高能量，破坏DNA抑制其增殖6．产生镰刀型细胞贫血症的根本原因是()A．红细胞易变形破裂B．血红蛋白中的一个氨基酸不正常C．信使RNA中的一个密码发生了变化D．基因中的一个碱基发生了变化7．“一母生九子，九子各不同”，原因主要是()A．基因重组B．基因突变C．染色体变异D．环境影响8．大雨花的红色对白色为显性，一株杂合的大丽花植株有许多分枝，盛开众多红色花朵，其中有一朵花半边红色半边白色，原因是()A．幼苗体细胞突变B．早期叶芽的体细胞突变C．花芽分化时的体细胞突变D．杂合植株产生的生殖细胞9．图为两条同源染色体在减数分裂时的配对行为，则表明该细胞()A．发生了基因突变B．发生了染色体变异C．不发生基因重组D．发生碱基互补配对四、潜能挑战测试10．下图纵轴表示青霉菌的菌株数，横轴表示青霉菌产生的青霉素产量，曲线a表示使用诱变剂前菌株数与产量之间的变化，曲线b、c、d表示使用不同剂量诱变剂后菌株数与产量之间的变化。请根据图回答：(1)曲线b和a相比，说明了(2)b、c,d三曲线比较，说明了(3)比较b、c、d三条曲线的变化，最符合人们要求的菌株是，从中我们可得到什么启示?11．有两个氨基酸依赖型红色面包霉突变株a和b，进行一系列的实验：实验一：将上述两个突变株分别接种于下面六种培养基上，两种突变株都不能在1、3、5培养基上生长，而在2、4、6培养基上都能生长。培养基的成分如下表所示。此外，这些培养基中不含实验三合成的鸟氨酸和瓜氨酸，则突变株a和b需要氨基酸才能生长。实验二：突变株a和野生型进行杂交，将生长的子囊孢子一个个分别接种在培养基6上，长成单倍体菌丝。以后将各菌丝分别移植于培养基1上，这些菌丝中，能生长的和不能生长的之比为1：1。突变株b和野生型间进行杂交，也得到同样的结果。请问突变株a和b的氨基酸依赖性，分别由基因决定。实验三：突变株a和b必需的氨基酸(假定为X)，在野生型体内，按下面所示途径合成(反应1、2、3分别由不同的酶所催化)。底物鸟氨酸瓜氨酸氨墓酸X用瓜氨酸代替氨基酸X时，突变株a能生长，但用鸟氨酸代替氨基酸X就不能生长。无论用瓜氨酸还是鸟氨酸代替氨基酸X，突变株b都不能生长。那么，突变株a是过程受阻，突变株b则是过程受阻而不能生长。反应受阻的根本原因是五、参考答案与提示1．A(从这种性状出现的频率角度分析)2．A(该病由显性基因控制)3．B(Cc自交可得cc(白花)。一定要防止“思维定势”)4．B(成熟神经元细胞不再分裂)5．D(辐射诱变，破坏细胞周期基因)6．D(“根本”原因是基因突变)7．A(主要原时是减数分裂通过基因重组产生的配子的基因型不同)8．C(花芽分化时某些物体细胞发生隐性突变形成隐性纯合体)9．B(染色体缺失或重复)10．(1)诱变剂可以引起青霉菌发生基因突变，使青霉素的产量提高了；(2)基因突变具有不定向性(3)d曲线对应的青霉菌株；人们可以通过反复诱变，不断地从诱发产生的突变株中筛选出高产菌株，从而提高青霉素的产量11．显性；反应2；反应3；基因发生了突变，不能合成有