生物人教版（2019）必修2 5.1基因突变和基因重组（共31张ppt)

(共31张PPT)
问题探讨
我国早在1987年就利用返回式卫星进行航天育种研究:将作物种子带入太空，利用太空中的特殊环境诱导基因发生突变，然后在地面选择优良的品种进行培育。通过航天育种，我国已在水稻、小麦、棉花、番茄、南瓜和青椒等作物上培育出一系列优质品种，取得了极大的经济效益。
讨论1：航天育种的生物学原理是什么
通过太空高辐射、微重力(或无重力)的特殊环境提高作物基因突变的频率,从而筛选出人们需要的品种。
基因突变
基因突变的实例
镰状细胞贫血
1.红细胞层面：
中央微凹圆饼状
弯曲镰刀状
正常人
镰状细胞贫血症患者
这种病的病因是什么呢
镰状细胞贫血是一种遗传病，患者的红细胞是弯曲的镰刀状，易破裂，使人患溶血性贫血。
镰状细胞贫血
2.血红蛋白层面：
在组成血红蛋白分子的肽链上，发生了_______________。
氨基酸的替换
3.mRNA层面:
血红蛋白分子的肽链对应的mRNA中发生__________。
碱基替换
正常血红蛋白分子：
异常血红蛋白分子：
基因突变的实例
基因突变的实例
镰状细胞贫血
4.DNA(基因)层面：
DNA
氨基酸
血红蛋白
红细胞
谷氨酸
缬氨酸
正常
异常
mRNA
右图是镰状细胞贫血病因的图解，
请完成图解。
镰状细胞贫血
4.DNA(基因)层面：碱基发生了替换
DNA
氨基酸
血红蛋白
红细胞
谷氨酸
缬氨酸
正常
异常
mRNA
基因突变的实例
总结：镰状细胞贫血症的发病原因
DNA
氨基酸
血红蛋白
红细胞
谷氨酸
缬氨酸
正常
异常
mRNA
根本原因：
直接原因：
基因中碱基发生替换
蛋白质中氨基酸发生替换
思考：基因的碱基对发生了替换，氨基酸序列和性状一定会发生改变吗？
思考：碱基的替换对生物性状影响的大小？
DNA
···A U C C G C···
··· A U U C G C···
异亮氨酸
精氨酸
异亮氨酸
mRNA
··· A T C C G C ···
··· T A G G C G ···
正常
··· T A A G C G···
··· A T T C G C···
碱基替换
精氨酸
思考：如果这个基因发生碱基的增添或缺失，
氨基酸序列是否也会改变 所对应的性状呢
基因突变的概念
DNA分子中发生碱基的______、______或______，而引起的基因__________的改变，叫作基因突变。
替换
增添
缺失
碱基序列
替换
增添
缺失
思考：碱基对的增添对生物性状影响的大小？
DNA
···A U C C G C···
··· A U A U C G C···
异亮氨酸
精氨酸
异亮氨酸
mRNA
··· A T C C G C ···
··· T A G G C G ···
正常
··· T A T A G C G···
··· A T A T C G C···
碱基增添
脯氨酸
思考：碱基对的缺失对生物性状影响的大小？
DNA
···A U C C G C···
··· A U C G C···
异亮氨酸
精氨酸
异亮氨酸
mRNA
··· A T C C G C ···
··· T A G G C G ···
正常
··· T A G C G···
··· A T C G C···
碱基缺失
思考·讨论
基因突变一定会传给后代吗？
基因突变
发生在
配子中
发生在体细胞中
将遵循遗传规律传递给后代
一般不能遗传
有些植物(无性繁殖的生物)的体细胞发生了基因突变，可以通过无性生殖遗传。
基因突变的原因是什么？
如:皮肤癌不可遗传给后代
基因突变可以发生在发育的任何时期，通常发生在DNA复制时期，即细胞分裂间期
基因突变的原因
如某些病毒的遗传物质等
物理因素:
如紫外线、X射线等
化学因素:
如亚硝酸盐、碱基类似物等
生物因素:
(1)外因
（提高突变率）
(2)内因:
DNA复制偶尔发生错误等
1.普遍性
自然界中诱发基因突变的因素很多，而且基因突变也会自发产生，因此，基因突变在生物界是普遍存在的。
在自然状态下，基因突变的频率是很低的。据估计，在高等生物中，105~108个生殖细胞中，才会有1个生殖细胞发生基因突变。
2.低频率性
基因突变的特点
基因突变的特点
一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的等位基因。
由于DNA碱基组成的改变是随机的、不定向的,因此，基因突变具有随机性和不定向性。
3.随机性
基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期;可以发生在细胞内不同的DNA分子上，以及同一个DNA分子的不同部位。
4.不定向性
基因突变易发生的时期：
一般是细胞分裂前的间期，DNA复制过程中
基因突变的结果
A
A
a
A
产生了等位基因（即产生新基因），但不一定会导致生物性状改变
（1）真核细胞：
（2）原核细胞和病毒：
遗传物质结构简单，基因数目少，而且一般是单个存在的，不存在等位基因。因此基因突变产生的是一个新基因
基因突变不一定改变生物体的性状
（1）隐性突变，AA→Aa
（3）发生在基因的非编码序列，如非编码区和内含子部分
基因
非基因
非基因
（2）密码子的简并性
非编码区
非编码区
编码区
内含子：不能编码蛋白质
外显子：能编码蛋白质
基因突变的意义
形成新性状
基因突变
生物变异的根本来源
产生新基因
生物进化的原始材料
对生物体来说，基因突变有的是有害的，有的是有利的，还有的是中性的。
(等位基因的来源）
是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，生物进化的原始材料。
诱发突变的应用 —— 诱变育种
利用物理因素(如紫外线、X射线等)或化学因素(如亚硝酸盐等)处理生物，使生物发生基因突变，可以提高突变率，创造人类需要的生物新品种。
例如：用辐射方法处理大豆，选育出含油量高的大豆品种。
辐射
种植
收获
筛选
油多黄豆
课堂训练
1.关于镰刀型细胞贫血症的叙述，下列错误的是(　　)
A．镰刀型细胞贫血症是一种遗传病
B．镰刀型细胞贫血症患者的红细胞容易破裂
C．镰刀型细胞贫血症形成的根本原因属于变异中的基因突变
D．该病是由于正常血红蛋白上的缬氨酸被谷氨酸替代造成的
D
2.原核生物中某一基因的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.替换1个碱基对
B.增加1个碱基对
C.缺失3个碱基对
D.缺失4个碱基对
D
课堂训练
细胞的癌变
思考 讨论：结肠癌发生的原因
正常结肠上皮细胞
原癌基因突变
抑癌基因Ⅲ突变
癌
癌细胞转移
抑癌基因I突变
抑癌基因II突变
从基因角度看，结肠癌发生的原因是什么？
原癌基因、抑癌基因突变
健康人的细胞中存在原癌基因和抑癌基因吗？
原癌基因
抑癌基因
细胞的正常的生长和增殖
抑制细胞的增殖，促进凋亡
原癌基因
抑癌基因
细胞增殖
＋
×
失控
无限增殖
细胞癌变
细胞的癌变
细胞癌变后有哪些特征？
（3）细胞膜上的糖蛋白等物质减少，
细胞之间的黏着性显著降低，
容易在体内分散和转移。
（1）能够无限增殖。
（2）形态结构发生显著变化。
正常的成纤维细胞
癌变后的成纤维细胞
细胞的癌变
与社会的联系
2018年国家癌症中心统计数据显示，我国肺癌发病人数为78.1万人，男性发病率为女性的二倍，这与男性有较高吸烟率有关。烟草的烟雾中含有的多种成分如多环芳烃等具有致癌作用。
黄曲霉素被认为是肝癌的重要诱因。发霉的食物中有较多黄曲霉素。
长期食用腌制食品如咸菜、腊肉、酸菜等，
其中含有的亚硝酸盐可能导致食道癌和胃癌。
与社会的联系
癌变的原因
致癌因子
细胞癌变
原癌基因被激活
抑癌基因被抑制
外因
内因
生活
中的
致癌
因子
物理致癌因子
化学致癌因子
生物致癌因子
紫外线、X射线等
亚硝酸盐、多环芳烃等
人乳头瘤病毒、HIV等
（1）不要买不新鲜或腐烂的蔬菜和水果。
（2）咸菜、咸肉等食物中含有致癌物质亚硝酸盐，应少吃。
（3）做米饭、煮粥之前要把米淘洗干净，以减少霉变对身体的损害。
（4）熏烤的鱼、肉、香肠等食物中含有致癌物质，应少吃。
（5）多吃富含纤维素的食物，如芹菜、韭菜、鲜枣、红薯等。
（6）炒菜时油不要放得太多。研究表明，乳腺癌、大肠癌、卵巢癌
的发生都与脂肪过量摄取有关。
与社会的联系
健康的生活方式
二、基因重组
2. 基因重组类型
(1)自由组合型
a. 时间：减数分裂Ⅰ后期
b.位于非同源染色体上的
非等位基因自由组合
1. 概念
指在生物体进行有性生殖的过程中，控制
不同性状的基因(非等位基因)的重新组合。
二、基因重组
2. 基因重组类型
(2)互换型
a. 时间：减数分裂Ⅰ前期
b.位于同源染色体上的等位基因互换，
导致染色单体上的非等位基因重组。
(3)转基因（DNA重组技术）
二、基因重组
3. 基因重组的意义
（1）基因重组是生物变异的主要来源
（3）基因重组为生物进化提供了原材料
（2）基因重组是形成生物多样性的重要原因
有性生殖亲本
多样化配子
多样化个体
受精卵
不同环境
减数分裂
受精作用
发育
适应
我国是最早养殖和培育金鱼的国家。金鱼的祖先是野生鲫鱼。在饲养过程中，野生鲫鱼产生基因突变，人们选择喜欢的品种培养，并进行人工杂交。
与社会的联系
例如:将透明鳞和正常鳞的金鱼杂交，得到了五花鱼;将朝天眼和水泡眼的金鱼杂交，得到了朝天泡眼。正是因为基因突变、基因重组以及人工选择，才会出现色彩斑斓、形态各异的金鱼，极大地丰富了人们的生活。
项目 基因突变 基因重组
本质
发生时间 及原因
可能性
意义
联系
基因碱基序列发生改变，产生了新基因，出现了新的性状。
控制不同性状的基因重新组合，产生新的基因型和表现型。
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.
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。
在有性生殖过程中,减数第一次分裂后期，非同源染色体的自由组合。四分体时期的交叉互换。
可能性小，突变频率低
普遍发生在有性生殖过程中
①都使生物产生可遗传变异；②在长期进化过程中，基因突变为基因重组提供了大量可供自由组合的新基因，基因重组使突变的基因以多种形式传递；③两者均产生新的基因型，可能产生新的表型
比较与小结