5.1 基因突& 5.2 基因重组 课件(共55张PPT)

(共55张PPT)
第一节　基因突变
第二节　基因重组
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.结合具体实例,分析基因突变的原因;概述基因突变的概念、类型和特点;理解基因突变的意义。
2.解释基因重组的实质与类型;概述基因重组在生物进化中的意义。
素养阐释
1.在理解基因突变的概念、特点以及基因重组概念的基础上,形成结构与功能观、进化与适应观等生命观念,阐释基因突变是生物变异的根本来源。
2.基于个体的性状和生物变异的现象,通过分析推理、归纳概括、构建模型阐释遗传信息改变和基因重组的分子机制。
3.能运用基因突变和基因重组的原理,解释生活中的一些变异现象。
自主预习 新知导学
一、“基因碱基序列”的改变有多种类型
1.基因突变的类型
(1)点突变
①概念:基因的单个碱基对发生改变而引起的单个氨基酸的变化称为点突变。
②类型
(2)移码突变
①概念:DNA中增添或缺失碱基对的突变称为移码突变。
②影响:往往导致合成的蛋白质没有活性,或是形成终止密码子,使肽链合成提前终止,对生物的危害相对较大。
2.不同基因的突变产生的效应不同
(1)基因突变引起酶结构的改变导致变异出现,如白化病。
(2)基因突变常常引起蛋白质正常结构的改变而直接导致细胞形态、结构以及功能的改变。
实例:镰状细胞贫血——DNA上的一个
碱基对发生了改变,引起了血红蛋白分子多肽链上的一个谷氨酸被缬氨酸代替。
示意图如下:
图Z5-1-1
3.基因突变的概念:基因突变是基因内部由于碱基的替换、缺失、插入而导致的碱基排列顺序的改变。基因突变使一个基因变成了它的等位基因,并且可能会引起表型某种程度的改变。
4.基因突变的意义:生物变异的根本来源,为生物进化提供了原始材料,同时基因突变也使人工诱变育种、改造生物成为可能。
二、基因突变有多种特点
1.普遍性:基因突变在自然界中广泛存在。
2.随机性:基因突变可以发生在生物个体发育的任一时期,也可以发生在细胞内的不同DNA分子或一个DNA分子的任意基因上。
3.多方向性:一个基因可以向不同的方向发生突变,产生一个以上的等位基因。
4.低频性:在自然状态下,对一种生物来说,基因突变的频率是很低的。
三、基因突变大多是有害的
1.大多数的基因突变是有害的。有害的基因突变一般表现为某种性状的缺陷或生活力和育性的降低,严重的基因突变甚至能导致生物体的死亡。
2.有些基因的功能是微效的,即使它们发生突变,也不会影响生物正常的生理活动。
3.有些基因突变对生物的生存有利。
总结:基因突变的有害性和有利性也是相对的,在一定条件下突变的效应是可以转化的。
四、环境因素可以诱发基因突变
1.基因突变的内因:基因突变可能由DNA复制过程中自发的碱基配对错误未能正确修复造成。
2.基因突变的外因
(1)物理因素
①常见种类:主要是多种射线,包括紫外线、X 射线以及γ射线等。
②机理:它们大多能破坏DNA分子中的某些化学键,使DNA长链发生断裂或空间立体结构发生改变,从而引起基因突变。
(2)化学因素
①有些化合物的化学结构式与某些碱基很类似,如5-溴尿嘧啶与胸腺嘧啶的结构很接近。如果这些物质被细胞吸收,细胞在DNA复制时很容易发生碱基的替换,导致基因结构的改变。
②有些化合物(如亚硝胺)会对DNA上的碱基进行化学修饰,改变碱基种类,引发碱基配对错误,导致基因突变发生。
(3)生物因素:一些病毒侵入生物体细胞后,其DNA能整合到宿主细胞的DNA中,改变基因的内部结构,引起基因突变。
3.癌变
(1)原因
①内因:原癌基因和抑癌基因的突变。
②外因:致癌剂。
(2)预防:首先要养成良好的生活饮食习惯,不吸烟、不酗酒、不摄入霉变食物等,尽量减少与致癌因素接触的机会。
4.应用
通过物理、化学因素诱导基因突变,增加突变的频率,提高育种效率。
五、基因重组
1.概念:减数分裂过程中,非同源染色体的自由组合和同源染色体的交叉互换,会导致控制不同性状的基因重组,从而使子代出现变异。
2.类型
(1)自由组合:在减数分裂形成配子时,非同源染色体上非等位基因之间的自由组合。
(2)交叉互换:减数第一次分裂前期的联会阶段,同源染色体上的非姐妹染色单体之间的互换形成了新的染色体类型。
3.意义:基因重组是生物变异的主要来源,也是形成生物多样性的重要原因,为生物进化提供了原材料。
4.应用——杂交育种
(1)原理:基因重组。
(2)实例
①植物杂交育种:抗倒伏、易感稻瘟病水稻品种×易倒伏、高抗稻瘟病水稻品种→抗倒伏、高抗稻瘟病水稻品种。
②动物杂交育种:生长快、体形大的波尔山羊×肉质好、瘦肉率高的黑山羊→生长快、体形大、肉质好、瘦肉率高的杂交波尔黑山羊。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)R基因可突变为r基因,r基因还可能再突变为R基因。(　　)
(2)用激光、γ射线处理青霉菌可提高突变率。(　　)
(3)基因突变产生的性状对生物个体一定是有害的。(　　)
(4)一对等位基因不存在基因重组,一对同源染色体存在基因重组。(　　)
(5)减数第二次分裂时非姐妹染色单体之间自由组合。(　　)
√
√
×
√
×
(6)非同源染色体自由组合,导致减数分裂过程中发生基因重组。(　　)
(7)癌变就是细胞在致癌剂的作用下,原癌基因和抑癌基因发生突变所致。
(　　)
(8)基因突变是生物变异的根本来源,基因重组是生物变异的主要来源。
(　　)
(9)基因突变为生物进化提供了原始材料,基因重组不能为生物进化提供原材料。(　　)
(10)基因突变能产生新的基因,基因重组只能产生新的基因型。(　　)
√
√
√
×
√
2.某基因复制时发生了一个碱基对的替换,导致转录形成的mRNA长度不变,但合成的多肽链缩短。下列解释不合理的是(　　)。
A.该基因突变一般情况下属于无义突变
B.突变可能导致mRNA上的终止密码子提前出现
C.该突变导致转录时需要的核苷酸数目减少
D.该突变导致翻译时需要的氨基酸数目减少
答案:C
3.下列有关基因重组的叙述,正确的是(　　)。　
A.基因型为Aa的个体自交,因基因重组而导致子代性状分离
B.基因重组是生物变异的根本来源
C.同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换可能导致基因重组
D.造成同卵双生姐妹间性状差异的主要原因是基因重组
答案:C
合作探究 释疑解惑
知识点一
基因突变
问题引领
1.请用概念图的形式描述基因突变、点突变、同义突变、错义突变、无义突变、移码突变的关系。
2.基因突变不一定改变生物体的性状,下列哪些情况与该结论相对应
①基因突变发生在非编码片段　②基因突变是随机的、普遍的　③基因突变后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸　④基因突变为隐性突变,如AA→Aa
提示:①③④。
3.通过载人飞船搭载携带优秀芒果基因的芒果种胚细胞一起上太空。这些芒果种胚细胞通过太空特殊的环境诱变,并在实验室培养基培养,希望能培育出芒果的新品种。上述实验是太空育种的一部分,请思考下面的问题。
(1)太空育种的主要原理是什么
提示:基因突变。
(2)太空中使芒果种胚细胞发生变异的主要因素有哪些
提示:太空育种主要通过强辐射、微重力和高真空等太空综合环境因素诱发植物种子的基因突变。
(3)飞船中搭载的植物多数是正在萌发的种子或幼苗,为什么
提示:正在萌发的种子或幼苗的细胞分裂旺盛,在DNA复制时容易受外界环境的影响而发生基因突变。
(4)人们通过这些芒果种胚细胞一定能获得需要的芒果新品种吗
提示:不一定,因为基因突变具有多方向性,多数基因突变对生物是有害的。
4.黄曲霉素、亚硝胺等致癌剂容易诱发癌症,其原因是什么
提示:原癌基因是控制细胞生长和分裂的一类基因,抑癌基因编码的蛋白质可阻止细胞周期进程,或者是促进细胞凋亡,或者既阻止细胞周期调节,又促进细胞凋亡。在致癌剂的作用下,原癌基因和抑癌基因发生突变,导致细胞分裂失控,甚至发生癌变。
归纳提升
1.基因突变的类型和影响
基因突变类型 影响范围 对肽链的影响
点突变 小 只改变一个氨基酸或没有影响
移码突变 (增添或缺失) 大 插入或缺失位点以后对应的氨基酸序列都变
基因突变有可能改变生物性状,但也有些基因突变不改变生物性状。若突变发生于真核生物基因结构的内含子内,此基因转录的mRNA未发生改变,因而合成的蛋白质也不发生改变,此时性状不改变;由于密码子具有简并性,有时发生的点突变并不会导致氨基酸种类改变,不影响蛋白质的结构和功能;某些突变虽改变了蛋白质中个别氨基酸的位置或种类,但并不影响该蛋白质的功能;隐性基因的功能突变在杂合状态下也不会引起性状的改变。
2.癌变的机理
典型例题
图Z5-1-2为人的WNK4基因的部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。已知WNK4基因发生了一种突变,导致1 169位赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是(　　)。
A.①处插入碱基对G-C
B.②处碱基对A-T替换为G-C
C.③处缺失碱基对A-T
D.④处碱基对G-C替换为A-T
答案:B
图Z5-1-2
解析:根据图中1 168位的甘氨酸的密码子GGG,可知WNK4基因是以其DNA分子下方的一条脱氧核糖核苷酸链为模板转录形成mRNA的,那么1 169位的赖氨酸的密码子是AAG,因此取代赖氨酸的谷氨酸的密码子最可能是GAG,由此可推知该基因发生的突变是②处碱基对A-T被替换为G-C。
【变式训练】
1.如果一个基因的中部缺失了1个核苷酸对,下列不可能出现的是(　　)。
A.所控制合成的蛋白质减少多个氨基酸
B.翻译为蛋白质时在缺失位置终止
C.没有蛋白质产物
D.翻译的蛋白质中,缺失后的氨基酸序列发生变化
答案:C
2.下列关于基因突变特点的说法,正确的是(　　)。
①对某种生物而言,在自然状态下基因突变的频率是很低的　②基因突变在生物界中是普遍存在的　③所有的基因突变对生物体都是有害的　④基因突变是多方向的　⑤基因突变只发生在某些特定的条件下
A.①②③ B.③④⑤
C.①②④ D.②③⑤
答案:C
知识点二
基因重组
问题引领
1.一对等位基因能否发生基因重组 一对相对性状的遗传过程中可能发生基因重组吗
提示:不能。可能。若一对相对性状由两对或两对以上的等位基因控制,就可能发生基因重组。
2.基因重组和基因突变在发生时期、范围、结果方面有什么不同
提示:基因重组发生于减数第一次分裂的联会期和后期,基因突变主要发生于细胞分裂间期DNA分子复制时;所有生物都能发生基因突变,但只有进行有性生殖的生物才能发生基因重组;基因突变能产生新基因,出现新性状,基因重组只能产生新基因型,出现新表型。
归纳提升
1.基因重组的常见类型比较
基因重组的类型 非同源染色体上非等位基因之间的自由组合 同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换
发生时间 减数第一次分裂后期 减数分裂的四分体时期
发生重组的原因 同源染色体分开,等位基因分离,非同源染色体自由组合,导致非同源染色体上非等位基因间的基因重组 同源染色体上的非姐妹染色单体之间交叉互换,导致同源染色体非姐妹染色单体上的基因的重新组合
特别提醒 基因重组发生在控制不同性状的基因之间,即两对或两对以上的等位基因;一对相对性状的遗传(由一对等位基因控制)中,后代出现的新类型可能来源于性状分离或基因突变。
2.基因突变与基因重组的比较
比较 项目 基因突变 基因重组
变异 本质 基因的碱基序列发生改变 原有基因的重新组合
发生 时间 可发生在生物个体发育的任何时期,通常发生在细胞分裂前的间期 减数分裂的四分体时期和减数第一次分裂后期
适用 范围 所有生物(包括病毒) 进行有性生殖的真核生物
比较 项目 基因突变 基因重组
结果 产生新基因(等位基因),控制新性状 产生新基因型,不产生新基因
意义 是生物变异的根本来源,是生物进化的原始材料 是生物变异的主要来源,是形成生物多样性的重要原因,为生物进化提供了原材料
联系 基因突变产生新基因,为基因重组提供了自由组合的新基因,基因突变是基因重组的基础
特别提醒
(1)原核细胞只能进行二分裂,不能进行减数分裂,原核生物不进行有性生殖,不能发生基因重组。
(2)自然状态下的基因重组只发生在减数第一次分裂过程中,受精作用不导致基因重组。
(3)基因重组只能产生新的基因型和重组性状,不能产生新基因和新性状。
典型例题
图Z5-1-3是基因型为AA的个体在不同分裂时期的图像,请根据图像判定每个细胞发生的变异类型为(　　)。
A.①基因突变、②基因突变、③基因突变
B.①基因突变或基因重组、
②基因突变、③基因重组
C.①基因突变、②基因突变、
③基因突变或基因重组
D.①基因突变或基因重组、
②基因突变或基因重组、③基因重组
答案:A
图Z5-1-3
解析:分析题图可知,①和②均为有丝分裂,③为减数第二次分裂后期,该个体的基因型为AA,没有a,故造成①②③中出现a的原因都是基因突变。
【变式训练】
1.下列细胞在其生命活动过程中既有可能发生基因重组,又有可能发生基因突变的是(　　)。　
A.细菌的增殖过程 B.神经细胞的分化过程
C.精原细胞形成配子的过程 D.受精卵的卵裂过程
答案:C
解析:细菌属于原核生物,增殖方式为二分裂,故可能发生基因突变,不可能发生基因重组,A项错误。神经细胞的分化过程中含有丝分裂,不含减数分裂,故可能发生基因突变,不可能发生基因重组,B项错误。精原细胞形成配子的过程为减数分裂,既可能发生基因重组,又可能发生基因突变,C项正确。受精卵的卵裂过程为快速的有丝分裂,有可能发生基因突变,不可能发生基因重组,D项错误。
2.下列有关生物遗传和变异的叙述,正确的是(　　)。
A.一对夫妇生了一个孩子患白化病,则双亲发生了基因突变
B.在减数分裂过程中,基因突变、基因重组都可能发生
C.一个基因型为AaBb(两对等位基因位于两对染色体上)的精原细胞只能形成两种精子
D.同源染色体上的姐妹染色单体之间的交叉互换可导致基因重组
答案:B
解析:一对夫妇生了一个患白化病的孩子,双亲不一定发生基因突变,A项错误。基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期,故在减数分裂过程中,基因突变和基因重组都可能发生,B项正确。一个基因型为AaBb(两对等位基因位于两对染色体上)的精原细胞可形成两种精子(无交叉互换)或四种精子(有交叉互换),C项错误。同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换可导致基因重组,D项错误。
[素养提升]
基因突变、基因重组和非遗传的变异的判断方法
1.基因突变引起的变异与仅由环境条件改变引起的非遗传的变异的鉴别
性状=基因型+环境条件,所以某生物变异的原因应从外因和内因两个方面加以分析。若是由遗传物质的改变引起的,则此变异可在其自交后代或与其他个体的杂交后代中再次出现;若仅仅是由环境条件的改变引起的,则不能遗传给自交后代或杂交后代。所以,可以用自交或杂交的方法确定变异的原因,或者将变异个体和正常个体培养在相同的条件下,若两者没有出现明显差异,则原来的变异性状是由环境条件改变引起的。
2.显性突变与隐性突变的判定
受到物理、化学等因素的影响,AA个体若突变成Aa个体,则在当代不会表现出来,只有Aa个体自交后代才会有aa变异个体出现,因此这种变异个体一旦出现就是纯合体。相反,若aa个体突变成Aa个体,则当代就会表现出显性性状。因此我们可以选择突变体与其他已知未突变的个体杂交,通过观察后代变异性状的比例来判断基因突变的类型。对于植物还可以利用突变体自交观察后代有无性状分离来进行显性突变与隐性突变的判定。
3.基因突变和基因重组的判定
(1)一对等位基因不会发生基因重组;有丝分裂不发生基因重组;无性生殖不发生基因重组;细胞质基因不发生基因重组。
(2)姐妹染色单体上等位基因来源的判断
①根据细胞分裂方式判断
Ⅰ.若是有丝分裂过程中姐妹染色单体上
基因不同,则为基因突变的结果,如图Z5-1-4。
Ⅱ.若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Z5-1-5。
②根据变异前体细胞的基因型判断
Ⅰ.若亲代基因型为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。
Ⅱ.若亲代基因型为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。
图Z5-1-4
图Z5-1-5
在一群体形一直较正常的牛群中出现了一头矮生雄牛,某研究小组在讨论该矮生雄牛形成原因时,有三种不同观点。
观点一:种群中某一个体产生了隐性突变,该突变基因随着个体间的交配,在群体中得以扩散;矮生基因携带者交配后发生性状分离产生该矮生雄牛。
观点二:由非遗传因素(如饲养条件)引起。
观点三:　 。
请你设计一个杂交实验,根据子一代杂交结果得出相应的结论。(说明:若是遗传因素,则这一相对性状由常染色体上的一对等位基因控制)
(1)杂交实验方案:　 　,在正常的饲养条件下,观察子代的表型。
(2)杂交结果及结论
①若子代出现　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的情况,则观点一正确。
②若子代出现　　　　　　　　　　　　的情况,则观点二正确。
③若子代出现　　　　　　　　　　　　　　　的情况,则观点三正确。
答案:观点三:是显性突变的结果
(1)让该矮生雄牛与该群体中的多头正常雌牛交配
(2)①正常牛与矮生牛,且数量上正常牛明显多于矮生牛　②全为正常牛　③正常牛与矮生牛,且数量上无显著差异
解析:该矮生雄牛的产生可能是非遗传因素引起的,也可能是显性突变或隐性突变引起的。如果让该矮生雄牛与一头正常雌牛交配,由于后代个体少,不能区别不同的情况,因此应该让该矮生雄牛与多头正常雌牛交配。可能出现的结果,可从三个观点逆推。
课堂小结
本 课 结 束