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第六单元变异、育种与进化专题１４ 生物的变异与育种对应学生用书起始页码Ｐ１４３考点１基因突变与基因重组 一、基因突变的实例与概念１．实例———镰刀型细胞贫血症（１）图示中ａ、ｂ、ｃ过程分别代表ＤＮＡ复制、转录和翻译。突变主要发生在ＤＮＡ复制过程中。（２）患者贫血的直接原因是血红蛋白异常，根本原因是发生了基因突变，碱基对由ＴＡ突变成ＡＴ。２．概念：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。二、基因突变的原因、特点、结果、类型与意义１．发生时期主要发生在ＤＮＡ复制时（有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期）。２．原因类型举例引发突变原因外因物理因素紫外线、Ｘ射线损伤细胞内ＤＮＡ化学因素亚硝酸、碱基类似物改变核酸碱基生物因素某些病毒影响宿主细胞ＤＮＡ内因ＤＮＡ分子复制偶尔发生错误 ３．基因突变的特点（１）普遍性：所有生物均可发生基因突变。（２）随机性：基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期和ＤＮＡ分子的任何部位。（３）低频性：自然状态下，突变频率很低。（４）不定向性：一个基因可以向不同方向发生突变产生复等位基因，还可能发生回复突变。（如图所示）（５）多害少利性：突变性状大多数有害少数有利。４．基因突变的结果：产生一个以上的等位基因。５．基因突变的类型（１）显性突变：ａａ突变 →Ａａ（表现新性状）（２）隐性突变：ＡＡ突变→Ａａ（不表现新性状）→ａａ（表现出新性状）。６．基因突变的意义→新基因产生的途径→生物变异的根本来源→生物进化的原始材料 （１）只要ＤＮＡ分子中发生碱基对替换、增添和缺失就引起基因突变吗？提示：不一定，如果发生在没有遗传效应的ＤＮＡ片段中，基因的结构没有改变，即不会引起基因突变。（２）基因突变一定产生等位基因吗？提示：病毒和原核细胞的基因一般是单个存在的，不存在等位基因。因此，真核生物基因突变一般产生它的等位基因，而原核生物和病毒基因突变产生的是一个新基因。 三、基因突变与生物性状的关系（１）基因突变可能会影响生物性状原因：基因突变→ｍＲＮＡ上密码子改变→编码的氨基酸可能改变→蛋白质的结构和功能改变→生物性状改变。突变类型影响范围对肽链的影响备注替换小只改变１个氨基酸的种类或不改变替换的结果也可能使肽链合成终止增添大插入位置前不影响，影响插入位置后的序列缺失大缺失位置前不影响，影响缺失位置后的序列①增添或缺失的位置越靠前，对肽链的影响越大；②增添或缺失的碱基数是３的倍数，则仅影响个别氨基酸 （２）基因突变不一定导致生物性状改变的３个原因①ＤＮＡ分子上突变部分可能在非编码部位（如内含子和非编码区）。②由于密码子的简并性，多种密码子可决定同一种氨基酸，因此某碱基改变，不一定改变蛋白质中氨基酸的种类。③若基因突变为常染色体隐性突变，如ＡＡ中一个Ａ→ａ，此时性状不改变。 四、基因重组１．概念基因重组发生过程→有性生殖过程中发生生物→进行有性生殖的真核生物实质→控制不同性状的基因重新组合 ２．类型类型发生时期实质自由组合型减Ⅰ后期非同源染色体上的非等位基因自由组合交叉互换型减Ⅰ前期同源染色体上的等位基因随非姐妹染色单体交换而交换３．结果：产生新的基因型。４．意义（１）是生物变异的来源之一。（２）为生物进化提供材料。（３）是形成生物多样性的重要原因之一。 （１）精子与卵细胞随机结合属于基因重组吗？为什么？提示：不属于。基因重组一般发生在精子和卵细胞的形成过程中。精子与卵细胞的随机结合发生在受精作用时。（２）基因重组产生新性状吗？提示：基因重组只是“原有基因间的重新组合”，它没产生“新基因”，只是产生了“新基因型”，其所产生的性状应称为“重组性状”而不是“新性状”。考点２染色体变异 一、染色体结构变异变异类型具体变化结果举例染色体结构变异缺失缺失某一片段重复增加某一片段易位某一片段移接到另一条非同源染色体上倒位某一片段位置颠倒染色体上的基因数目或排列顺序发生改变猫叫综合征果蝇的棒状眼人慢性粒细胞白血病 二、染色体数目变异１．类型类型实例个别染色体的增减２１三体综合征以染色体组形式成倍增减三倍体无子西瓜 ２．染色体组（１）组成如图中雄果蝇体细胞染色体中的一个染色体组可表示为：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ｘ或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ｙ。（２）组成特点①形态上：细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同。②功能上：控制生物生长、发育、遗传和变异的一组染色体。３．单倍体、二倍体和多倍体项目单倍体二倍体多倍体发育起点配子受精卵受精卵续表项目单倍体二倍体多倍体植株特点（１）植株弱小（２）高度不育正常可育（１）茎秆粗壮 （２）叶、果实、种子较大（３）营养物质含量丰富体细胞染色体组数≥１２≥３形成过程雄配子直接发育成个体（如花药离体培养）→单倍体 ＋雌配子直接发育成个体（孤雌生殖如雄蜂）→单倍体üþýïïïï所含染色体组数不定，可为一、二或多个染色体组 受精作用↓受精卵发育→生物体二倍体（两个染色体组）多倍体（三个或三个以上染色体组， 有几个染色体组就叫几倍体）{形成原因自然成因单性生殖正常的有性生殖外界环境条件剧变（如低温）人工诱导花药离体培养秋水仙素处理单倍体幼苗秋水仙素处理萌发的种子或幼苗举例蜜蜂的雄蜂几乎全部的动物和过半数的高等植物香蕉（三倍体）；马铃薯（四倍体）；八倍体小黑麦 （１）染色体片段的交换一定是染色体结构变异吗？提示：不一定是。染色体片段交换发生在同源染色体非姐妹染色单体相同位置之间叫基因重组，而发生在非同源染色体之间及同源染色体非姐妹染色体的不同位置之间叫易位，属于染色体结构变异。（２）单倍体的细胞中一定含有１个染色体组吗？提示：不一定。二倍体植物的单倍体含有１个染色体组，由多倍体的配子发育成的单倍体不是，如四倍体和六倍体植物的配子发育成的单倍体分别含有２个和３个染色体组。（３）精子和卵细胞是单倍体吗？提示：单倍体是生物个体，而不是配子，精子和卵细胞属于配子，不是单倍体。考点３育种 一、杂交育种１．原理：基因重组。２．过程（１）培育杂合子品种选取符合要求的纯种双亲杂交（♀×♂）→Ｆ１（即为所需品种）。（２）培育隐性纯合子品种选取符合要求的双亲杂交（♀×♂）→Ｆ１→Ｆ２→选出表现型符合要求的个体种植并推广。（３）培育显性纯合子品种①植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得Ｆ１→Ｆ１自交→获得Ｆ２→鉴别、选择需要的类型，连续自交至不发生性状分离为止。②动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得Ｆ１→Ｆ１雌雄个体交配→获得Ｆ２→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的Ｆ２个体。３．优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。４．缺点：获得新品种的周期长。 二、诱变育种１．原理：基因突变。２．过程Ｘ射线、紫外线物理处理萌发种子或幼苗→化学亚硝酸、硫酸二乙酯３．优点（１）可以提高突变频率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。（２）大幅度地改良某些性状。４．缺点：有利变异个体往往不多，需处理大量材料。三、单倍体育种１．原理：染色体（数目）变异。２．方法（针对二倍体植物而言）花药离体培养→单倍体幼苗人工诱导用秋水仙素处理→染色体数目加倍，得到正常纯合子３．优点：明显缩短育种年限，所得个体均为纯合体（针对二倍体植物所得单倍体而言）。４．缺点：技术复杂。四、多倍体育种１．方法：用秋水仙素或低温处理。２．处理材料：萌发的种子或幼苗。３．原理分裂的细胞秋水仙素或低温处理→抑制纺锤体形成导致→染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍 ４．实例：三倍体无子西瓜（１）两次传粉第一次传粉：杂交获得三倍体种子第二次传粉：刺激子房发育成果实{（２）三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜在减数分裂过程中，染色体联会紊乱，不能产生正常配子。五、针对不同育种目标的育种方案选择 （１）单倍体育种与多倍体育种中秋水仙素处理的对象有何不同？提示：单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理使染色体数目加倍，若操作对象是单倍体植株，属于单倍体育种；若操作对象为正常植株，叫多倍体育种。（２）三倍体西瓜为什么无种子？真的一颗都没有吗？提示：三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞，因此，不能形成种子。但并非绝对一颗种子都没有，其原因是在进行减数分裂时，有可能形成正常的配子。对应学生用书起始页码Ｐ１４６一 辨析基因突变、基因重组与染色体结构变异（科学思维）１．辨析基因突变和染色体结构变异（１）方法 一看基因种类即看染色体上的基因种类是否发生改变，若发生改变则为基因突变，由基因中碱基对的替换、增添或缺失所致 二看基因位置↓若基因种类和基因数目未变，但染色体上的基因位置改变，应为染色体结构变异中的“易位”或“倒位”（２）示例 ２．辨析染色体结构变异与基因重组染色体易位交叉互换图解区别位置可发生于非同源染色体之间发生于同源染色体的非姐妹染色单体间原理染色体结构变异基因重组观察可在显微镜下观察到在显微镜下观察不到 ３．辨析基因突变与基因重组（１）根据细胞分裂方式 ①如果是有丝分裂中姐妹染色单体上基因不同，则为基因突变的结果，如图甲。②如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，可能发生了基因突变或交叉互换，如图乙。（２）根据变异前体细胞的基因型①如果亲代基因型为ＡＡ或ａａ，则引起姐妹染色单体上Ａ与ａ不同的原因是基因突变。②如果亲代基因型为Ａａ，则引起姐妹染色单体上Ａ与ａ不同的原因是基因突变或交叉互换。（２０１９湖南永州一模，２３）下列不属于染色体变异的是（ ）Ａ．用烟草花药培养出了单倍体植株Ｂ．人的第５号染色体短臂缺失引起的猫叫综合征Ｃ．人的某对常染色体之间交换了对应部分的结构Ｄ．人的第２１号染色体多一条引起的先天性愚型思路导引 依据基因突变→染色体变异→基因重组→概念区别→分析作答解析 花药离体培养获得单倍体植株，原理是染色体数目的变异，Ａ正确；猫叫综合征是由人类第５号染色体部分缺失引起的，属于染色体结构变异，Ｂ正确；非同源染色体之间相互交换片段属于染色体结构变异（易位），而同源染色体的非姐妹染色单体之间交换了对应部分而引起的变异属于基因重组，Ｃ错误；先天性愚型的成因是多一条２１号染色体，属于染色体数目的变异，Ｄ正确。答案 Ｃ错因分析 部分考生没有认同“同源染色体非姐妹染色单体上等位基因的互换属于基因重组”而错选。１－１ （２０１９山东青岛期初调研，１６）普通果蝇的第Ⅲ号染色体上的３个基因按猩红眼基因—桃色眼基因—三角翅脉基因的顺序排列，另一种果蝇（Ｘ）中的第Ⅲ号染色体上，其序列则是猩红眼基因—三角翅脉基因—桃色眼基因，这一差异构成了两个物种之间的差别，下列叙述正确的是（ ）Ａ．果蝇Ｘ的产生是基因突变的结果Ｂ．果蝇Ｘ的产生是染色体易位的结果Ｃ．基因顺序的改变不影响基因的表达Ｄ．该变异一定是导致了生殖隔离１－１答案 Ｄ 根据题干信息分析可知，两种果蝇的第Ⅲ号染色体上的３个基因中，后两个基因的位置发生了改变，即基因的排列顺序发生了改变，该变异可能是染色体结构变异（倒位），Ａ、Ｂ错误；题中两种果蝇的基因顺序发生了改变，导致表现型不同，说明基因顺序的改变影响了基因的表达，Ｃ错误；普通果蝇与突变果蝇（Ｘ）是两个物种，它们之间肯定存在生殖隔离，Ｄ正确。 １－２ （２０１８湖南长郡中学第三次月考，２３）如图所示为某染色体上的若干基因。其中Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的片段。有关叙述正确的是（ ）Ａ．ｃ