5.1.1基因突变 教学课件(共20张PPT1个视频)-2025-2026学年人教版高中生物必修二

(共20张PPT)
海水稻是在海水里
生长的水稻吗？
培育“超级”海水稻，共筑粮食新堡垒
——基于变异类型的育种模拟
第五单元：生物的变异
核心素养目标：
生命观念
通过对比海水稻与普通水稻的 Saltol 基因、离子转运蛋白及耐盐性状，能准确识记基因突变的概念与本质，建立结构与功能相适应的观念
科学思维
通过分析 “碱基对替换 / 增添 / 缺失对氨基酸序列及性状的影响”，能归纳基因突变对生物性状影响的规律，培养逻辑推理与归纳概括能力；
科学探究
开展 “耐盐碱水稻育种方案设计” 探究，能结合基因突变知识，提出合理的诱变方法、筛选步骤与稳定遗传验证方案，培养科学探究的设计与创新能力。
社会责任
了解我国盐碱地资源现状与海水稻育种成果，认识基因突变技术在缓解耕地紧张、保障粮食安全中的作用，树立 “科技兴农” 意识
耐盐碱的海水稻是如何出现的？
普通水稻
海水稻
盐碱地普通水稻与海水稻的生长情况
第一课时：海水稻是如何出现的
——基因突变可能引起性状改变
学习目标：
1、通过比较海水稻突变前后的Saltol基因，能够识记基因突变的概念，理解其与性状之间的逻辑，构建结构与功能观相适应的观念。（生命观念）
2、通过航天育种中海水稻实例和资料的分析，能完整列举基因突变的原因 ；能结合具体实例，准确描述四大特点。（生命观念、科学思维）
3、讨论培育海水稻的可行方案，理性看待科技发展，关注社会议题。（社会责任）
【资料1】2021 年通过 “神舟十二号” 搭载的水稻种子，经地面筛选后获得的突变体中，发现了一株能在高盐碱环境下正常生长的植株。经研究发现，该植株在高盐碱环境下的 Na 排出效率远高于普通水稻。科学家发现，Na 的排出是通过膜上的离子转运蛋白完成的，相对于普通水稻，耐盐碱海水稻的离子转运蛋白上关键位置上的氨基酸从丙氨酸（疏水）变为缬氨酸（更疏水），增强了转运蛋白与膜脂的结合能力，间接提升了 Na 排出效率。进一步研究得知，Saltol 基因是水稻中与耐盐性密切相关的关键基因，可以编码离子转运蛋白（如 Na /H 反向转运蛋白）。（已知丙氨酸对应的密码子GCC，
缬氨酸为GUC）
问题1：从蛋白质层面分析，为什么海水稻比普通水稻更耐盐碱？
任务1、寻根——海水稻的成因
问题2：与普通水稻相比，海水稻编码转运蛋白氨基酸序列的mRNA发生了什么变化？
【资料1】2021 年通过 “神舟十二号” 搭载的水稻种子，经地面筛选后获得的突变体中，发现了一株能在高盐碱环境下正常生长的植株。经研究发现，该植株在高盐碱环境下的 Na 排出效率远高于普通水稻。科学家发现，Na 的排出是通过膜上的离子转运蛋白完成的，相对于普通水稻，耐盐碱海水稻的离子转运蛋白上关键位置上的氨基酸从丙氨酸（疏水）变为缬氨酸（更疏水），增强了转运蛋白与膜脂的结合能力，间接提升了 Na 排出效率。进一步研究得知，Saltol 基因是水稻中与耐盐性密切相关的关键基因，可以编码离子转运蛋白（如 Na /H 反向转运蛋白）。（已知丙氨酸对应的密码子GCC，
缬氨酸为GUC）
问题3：你能根据二者mRNA碱基序列的差异，推测出二者相应DNA碱基序列吗？
任务1、寻根——海水稻的成因
活动1：建立普通水稻变为海水稻的图解模型
操作要求：
（1）在学案上填写二种水稻在DNA碱基对→mRNA密码子→氨基酸→蛋白质→性状方面的差异。
（2）请标注出海水稻形成的
直接原因、根本原因。
品种 普通水稻 海水稻
DNA碱基序列
mRNA碱基序列
氨基酸
离子转运 蛋白 与膜脂结合能力____排Na效率____ 与膜脂结合能力___排Na效率____
性状表现
任务1、寻根——海水稻的成因
基因突变的概念
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，称为基因突变。
GGTACGTTCTTA
增添
缺失
DNA
思考：基因突变一定引起生物性状的改变吗？
CCATGCAAGAAT
替换
CCATGCAATAAT
GGTACGTTATTA
CCAATGCAAGAAT
GGTTACGTTCTTA
GGTACGTT TTA
CCATGCAA AAT
活动2：分析基因突变对蛋白质中氨基酸序列的影响。
海水稻某基因部分序列：
mRNA序列：
氨基酸序列：
操作要求：
（1）以小组为单位，先模拟正常基因转录出的mRNA碱基序列和氨基酸序列
（2）再模拟本组任务单基因突变后的mRNA碱基序列和氨基酸序列。
（3）小组讨论突变后氨基酸种类数量的变化和对性状影响程度的大小。
5’‥‥ ‥‥3’甲链
3’‥‥ ‥‥5’模板链
C
C
A
T
G
C
A
A
G
A
A
T
G
G
T
A
C
G
T
T
C
T
T
A
5’‥‥
U
A
A
G
A
A
C
G
U
A
C
C
脯氨酸
半胱氨酸
赖氨酸
天冬酰胺
基因突变的概念
（2）增添一对
（1）替换一对
（3）增添三对
（4）缺失二对
5’‥‥
3’‥‥
C
C
A
T
G
C
A
A
A
A
A
T
G
G
T
A
C
G
T
T
T
T
T
A
5’‥‥
3’‥‥
C
C
A
T
G
C
A
A
G
A
A
T
G
G
T
A
C
G
T
T
C
T
T
A
A
T
5’‥‥
3’‥‥
5’‥‥
3’‥‥
G
C
C
T
G
C
A
A
G
A
A
T
C
C
A
C
G
G
G
G
T
A
C
G
A
T
T
C
T
T
活动2：分析基因突变对蛋白质中氨基酸序列的影响。
基因突变的概念
C
C
A
T
A
A
G
A
A
T
G
G
T
A
T
T
C
T
T
A
（小组活动）
碱基序列 对氨基酸序列的影响 对生物性状的影响程度
替换
增添
缺失
结论：基因突变一定会导致基因结构改变，但蛋白质结构、性状不一定改变！
不改变或改变氨基酸的种类、数量
一般不影响插入位置前的序列，会影响插入位置后的序列
一般不影响缺少位置前的序列，会影响缺失位置后的序列
一般较小
较大
较大
总结：
基因突变的概念
资料2、
（1）自 1987 年我国首次利用返回式卫星搭载种子以来，神舟系列飞船已持续承担航天育种任务。太空环境存在强辐射（如宇宙射线、太阳粒子流）、微重力、高真空、极端温差等独特条件，能打破植物种子原有的基因稳定状态，诱导 DNA 分子发生变异。
（2）对水稻品种 Nagina 22 进行 EMS（甲基磺酸乙酯）诱变，从 432 个 EMS 诱导的 M4 突变体中筛选耐盐突变体。在盐度为 12 dS/m 的条件下，有 10 个突变体能够存活。
（3）中国专利 CN103820490A 公开了一种使用 VIGS 载体系统培育双子叶雄性不育植株的方法。该方法利用来源于烟草脆裂病毒的 VIGS 载体系统，制成菌液侵染植株根部，成功获得不育植株。
任务2、基因突变的原因
自然条件下DNA复制偶尔出错、
DNA的碱基组成发生改变
内因
外因
生物因素：某些病毒的遗传物质
化学因素：亚硝酸盐酸、碱基类似物等
物理因素：宇宙射线、微重力、紫外线、X射线等
任务2、基因突变的原因
诱发突变
自发突变
资料3、
（1）神舟系列飞船已持续承担航天育种任务，累计搭载数千种植物种子、苗木、微生物菌种，培育出 200 多个通过国家或省级审定的新品种。
（2）其中“神舟十二号”搭载的 1000 粒水稻种子，返回后仅筛选出 3 株耐盐突变体，突变频率约 0.3%”；“3 株突变体中，1 株耐盐性提升 30%，1 株耐盐性无明显变化，1 株生长迟缓”。
（3）基因突变可发生在海水稻的发育过程中的任何时期，体细胞和生殖细胞均可能发生基因突变。
阅读课本P83小字部分，总结基因突变的特点。将其对应到资料3
任务3、基因突变的特点
随机性
不定向性
低频性
普遍性
如果你来设计耐盐碱水稻的育种方案，你会怎么做呢？请依据基因突变的原理，完善下面的育种过程。
（1）选取______（填大量、适量、少量）萌发的种子或幼苗，用______________方法处理.
（2）一定会得到所需要的性状吗？______.因为________。
（3）将其种植在___________中，观察生长状况。
（4）筛选出_____植株并进一步鉴定纯化，获得遗传稳定的品种。
育种应用：
基因突变像是个盲盒，但在育种学家眼里蕴藏着无限可能。下节课，我们将解锁《基因重组》，看它如何把多个基因玩出全新花样！
下期预告：
第五单元 生物的变异
第一课时 基因突变
基因突变
概念
原因
特点（①②③）
育种应用
育种原理
外因（①②③）
内因
育种方法
操作依据