5.1基因突变和基因重组第2课时(课件共37张PPT)

(共37张PPT)
第1节 基因突变和
基因重组（第2课时）
第5章 基因突变及其他变异
基因突变是如何产生的呢？
回顾旧知
基因突变的三个实例：
实例一：镰状细胞贫血
实例二：豌豆的皱粒
实例三：囊性纤维化
碱基的替换
碱基的增添
碱基的缺失
基因突变是DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列改变的结果。
基因突变的原因
【资料1】二战时，美国在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，导致以后大量畸形胎儿出生，畸形生物出现。
【资料2】苏丹红的致癌原理：苏丹红进入人体后，在过氧化物酶的作用下形成苯和萘环羟基衍生物，进一步生成自由基，自由基可以与DNA、RNA等结合，从而产生致癌作用。
【资料3】乙肝病毒的致癌原理：肝炎病毒的基因融合于肝细胞的基因，使肝细胞发生变异。肝脏炎症的不断刺激，使肝细胞进一步变异，肝细胞不凋亡，而且不断地再生，就形成了肿瘤。
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
紫外线(UV)
形成嘧啶二聚体
复制停止或碱基错配
基因突变
UV
——物理因素
基因突变的原因
在紫外线照射下，DNA分子可能发生多种形式的结构改变，从而导致基因突变。
基因突变的原因
隔夜菜
“注意远离隔夜菜，少吃腌制食品”
亚硝酸盐
腌制菜
——化学因素
基因突变的原因
碱基类似物
参与DNA分子复制
复制或转录出错
基因突变
T
A
T*
A
A
T*
T
G
注：T*为胸腺嘧啶类似物
亚硝酸盐、碱基类似物等能改变核酸的碱基。
——生物因素
基因突变的原因
某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA。
RNA
RNA
DNA
DNA
DNA
乙肝病毒的致癌原理：肝炎病毒的基因融合于肝细胞的基因，使肝细胞发生变异。肝脏炎症的不断刺激，使肝细胞进一步变异，肝细胞不凋亡，而且不断地再生，就形成了肿瘤。
乙肝病毒
基因突变的原因
物理因素：紫外线、X射线等
化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物等
生物因素：某些病毒
DNA分子复制时偶尔发生错误
基因碱基序列的改变
（内因）
诱发突变
自发突变
（外因）
学习新知
一个基因可以发生不同的突变，产生1个以上的等位基因。
普遍性
随机性
基因突变既有自发突变又有诱发突变且在生物界中普遍存在。
基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，细胞内不同DNA分子上，以及同一DNA的不同部位。
不定向性
基因突变的特点
低频性
在自然状态下，基因突变的频率是很低的。如高等生物中105～108个生殖细胞中有1个发生基因突变。
基因突变的特点
——普遍性
基因突变既有自发突变又有诱发突变且在生物界中普遍存在。
基因突变的例子：人类色盲、人类白化病、白虎、白化苗……
人类白化病
人类红绿色盲
白化苗
白虎
基因突变的特点
——随机性
基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，
细胞内不同DNA分子上，以及同一DNA的不同部位。
基因突变的特点
——不定向性
一个基因可以发生不同的突变，产生1个以上的等位基因。
A
a1
a2
a3
a5
a7
a8
a6
a4
W+（红眼）
白眼 血红眼 象牙眼 樱红眼 杏红眼 伊红眼 浅 黄 色 眼 微色眼 蜜色眼 珍珠眼 珊瑚色眼
W Wbl Wi Wc Wa We Wb Wt Wh Wp Wco
基因突变的特点
——低频性
在自然状态下，基因突变的频率是很低的。如高等生物中105~108个生殖细胞中有1个发生基因突变。
基因 突变率
大肠杆菌的组氨酸缺陷型基因 2×10-6
果蝇的白眼基因 4×10-5
果蝇的褐眼基因 3×10-5
玉米的皱缩基因 1×10-6
小鼠的白化基因 1×10-5
人类的色盲基因 3×10-5
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
基因突变的特点
那基因突变是有利的还是有害的呢？
镰状细胞贫血主要流行于非洲的疟疾高发地区。具有一个镰状细胞贫血突变基因的个体（即杂合子）在氧含量正常的情况下，并不表现出镰状细胞贫血的症状，因为该个体能同时合成正常和异常的血红蛋白，并对疟疾有较强的抵抗力。
基因对生物的生存是否有利，往往取决于生物生存的环境。
镰状红细胞
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。
基因突变的意义
基因突变→产生新基因→形成新性状→生物变异的根本来源
生物进化的原始材料
从个体的角度，对于个体来说，基因突变可能有害、可能有利，也有可能是中性的，既无害也无益。
从种族的繁衍和进化的角度，基因突变产生的新个体，可能更好地适应环境的变化，基因突变为生物的进化提供了丰富的原材料。
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
基因突变的应用
——诱变育种
用辐射法处理大豆，培育成“黑农五号”大豆品种，含油量提高了2.5%，大豆产量提高了16%。
“黑农五号”大豆
青霉素高产菌株的选育
人们对青霉菌进行X射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株。
航天育种
利用太空中的特殊环境培育了很多优良品种，取得了极大的经济效益。
利用物理、化学因素处理生物，使生物发生基因突变，创造人类需要的生物新品种。
基因突变的应用
——诱变育种
诱变育种的特点
①提高基因突变频率，加速育种进程；产生新基因，大幅度地改良某些性状；获得前所未有的新性状。
②难以控制突变方向，具有一定的盲目性，有利个体少；需大量处理实验材料，工作量大。
基因重组
为什么会出现新的性状组合？
F1
P
×
YYRR
yyrr
F2
Y_R_
Y_rr
yyR_
9
3
：
yyrr
3
1
：
：
YyRr
基因重组
基因重组
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。
前提
本质
B
b
A
D
a
d
非同源染色体
非等位基因
同源染色体
非等位基因
如何实现控制不同性状基因的重新组合？
减数分裂
基因重组
基因重组
——自由组合
Y
y
R
r
Y
Y
R
R
y
y
r
r
Y
Y
r
r
R
R
y
y
y
r
y
r
Y
R
Y
R
Y
R
Y
R
y
r
y
r
Y
Y
r
r
R
R
y
y
Y
r
Y
r
y
R
y
R
Y
y
R
r
y
Y
r
R
基因重组
父本
母本
4
4
配子种类
组合方式
16种
子代基因型
9种
子代表型
4种
YyRr
减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因也自由组合，产生不同的配子。
基因重组
8（23）
64种
父本
母本
配子种类
组合方式
子代基因型
子代表型
8（23）
27种（33）
8种（23）
Y
y
R
r
A
a
基因型 AaYyRr
基因重组
223
223×223种
父本
母本
配子种类
组合方式
子代基因型
子代表型
223
323种
223种
基因的自由组合→多种多样的配子→多种多样的子代
更多
基因重组
——交叉互换
染色体互换的示意图（左）和照片（右）
同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换而发生交换。
基因重组
——交叉互换
AaBb
AB
Ab
aB
ab
基因重组
基因重组是生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义。
有性生殖过程中的基因重组
配子种类多样化
子代基因组合多样化
基因重组的应用
——杂交育种
将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经选择和培育，获得新品种。
五花鱼
朝天泡眼金鱼
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。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。
基因重组的应用
——杂交育种
矮杆抗病
DDTT
ddtt
高秆抗病
矮秆不抗病
ddRR
基因重组的应用
——杂交育种
P
DDTT
ddtt
×
DdTt
F1
高秆抗病
矮秆不抗病
矮秆抗病
F2
D_T_
D_tt
ddT_
ddtt
后代全为
矮秆抗病
后代出现
性状分离
操作简单，目的性强。集不同品种的优良性状于一身。
不足：
育种年限长，过程繁琐。只能利用已有的基因重组，不能创造新的基因。
优点：
基因突变 基因重组
本质
结果
发生时间原因
条件
意义
发生 可能
基因结构改变，产生新的基因
控制不同性状基因的重新组合，产生新的基因型
主要在细胞分裂间期，由于外界理化因素或自身生理因素引起的基因碱基对的替换、缺失或增添
减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合；
减数第一次分裂前期的四分体时期的交叉互换；
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
①新基因产生的途径；②生物变异的根本来源；③生物进化的原始材料
①是生物变异的重要来源；②是形成生物多样性的重要原因；③对生物的进化具有重要的意义
突变频率低，但普遍存在
有性生殖中非常普遍
产生了新基因，可能出现了新性状
不产生新基因，而是产生新的基因型
基因突变和基因重组的比较
基因重组
基因突变
DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变
普遍性、随机性、不定向性、低频性
概念
特点
意义
原因
外因：诱发突变（物理因素、化学因素、生物因素）
内因：自发突变（DNA分子复制时偶尔发生错误）
是生物变异的根本来源，是产生新基因的途径，为生物的进化提供了丰富的原材料
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
概念
类型
意义
自由组合、交叉互换
是生物变异的来源之一，提供进化的原材料
诱变育种
杂交育种
例1．下列有关基因突变和基因重组的叙述，正确的是（ ）
A．基因突变具有普遍性，基因重组是生物变异的根本来源
B．基因突变改变了基因结构，所以一定能遗传给后代
C．基因突变只发生在细胞分裂的间期
D．有性生殖过程中基因重组有利于生物适应复杂的环境
D
基因突变
基因突变若发生在体细胞中，则不能遗传给下一代
基因突变具有随机性，可以发生在任何时期，主要发生在细胞分裂的间期
例2．基因重组是生物体在进行有性生殖过程中，控制不同性状的基因重新组合。下列有关基因重组的叙述正确的是（ ）
A．基因重组一定不会使DNA结构发生改变
B．减数分裂间期DNA复制时可能发生基因重组
C．异卵双生的两个子代遗传物质差异主要是由基因重组导致的
D．基因型为Aa的生物自交产生的子代中出现三种基因型是基因重组的结果
C
基因重组中交叉互换可以使DNA的结构发生改变
基因重组包括交叉互换（减Ⅰ前期）和自由组合（减Ⅰ后期）
基因重组是非等位基因的重组，Aa中不存在非等位基因，因此没有基因重组