第5章 基因突变及其他变异(江苏省泰州市泰兴市)

2007年秋学期泰兴市第二高级中学高三生物教学一体化教学案 主备人 薛新建 审核人 蒋炳南 10.22
第5章 基因突变及其他变异
第1节 基因突变和基因重组
一、教学目标：
1．举例说明基因突变的特征和原因；
2．举例说明基因重组及其意义。
二、教学重点：
1．基因突变的特征和原因；
2．基因重组。
三、教学难点：
1．基因突变的原因；
2．基因重组。
四、教学方法：讨论法、合作学习法和讲授法等。
五、教具准备：投影和多媒体。
六..课前导读
1．基因突变的概念：
（1）基因突变是指：DNA分子中发生碱基对________、________、______，而引起的基因结构的改变（但这种变化在显微镜下是________看见的）。
（2）基因突变的时间：______________________。
（3）基因突变的结果：产生新的基因即_________基因。
a.基因型的影响： b.表现型的影响：
2．基因突变的遗传特点：
（1）若发生于配子中，将遵循遗传的规律传给后代，即是______遗传的；
（2）若发生于体细胞中，则一般________遗传的。但有些植物的体细胞发生基因突变，可通过__________繁殖传递。人体某些细胞的突变可能发展为_______细胞。
3、基因突变的原因和特点：
A．易诱发生物发生基因突变并提高突变频率的因素：
（1）物理因素：紫外线、______及其他辐射。作用机理：损伤细胞内的DNA；
（2）化学因素：碱基类似物、_______等。作用机理：改变生物体内核酸的碱（3）生物因素：某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA等。
思考：基因突变的外因和内因分别是什么？
B．基因突变的特点：
（1）基因突变在生物界具有________性，如棉花的短果枝、水稻的矮杆和糯性、人的色盲、血友病、糖尿病、白化病等都是基因突变的结果；
（2）基因突变是随机发生的、不定向的，即具有______性和_________性，它可以发生在生物个体发育的任何时期和任何细胞中；但
1）一般来说，在生物个体的发育中，基因突变发生的时期越迟，生物体表现突变的部分越________，对生物体的影响越_________；
2）如果突变发生在生殖细胞中，就会通过受精而直接遗传给后代，导致后代产生突变型，即该种突变是__________遗传的；如发生在体细胞中，则突变是__________遗传的。
（3）在自然状态下，基因突变的频率是很低的，即具有__________性。
（4）基因突变一般都是有害的（即有害性，但是否有害取决于____________）。
5．基因突变的意义：虽然基因突变是随机的、不定向的，在自然状态下，突变的频率很低，但却是普遍存在的。它是新基因产生的途径，是生物变异的______来源，是生物进化的_____。
基因重组（务必记住）：
6．基因重组的概念：基因重组是指在生物体进行________生殖(即________细胞分裂中)的过程中，控制不同性状的基因（即_________基因）重新组合。
7．基因重组的来源：
（1）非同源染色体上非等位基因的组合——遵循__________遗传规律（发生在减数分裂的第一次分裂后期伴随着非同源染色体的自由组合）；
（2）同源染色体上非等位基因间的组合（发生在减数分裂的四分体时期的同源染色体上的非姐妹染色单体间的交叉互换）。
（思考）：1。人与人（或有性生殖的同种生物）间差异产生的主要原因是什么？
8．基因重组的意义：
基因重组也是生物变异的来源之一，对 生物的进化也有重要的意义，特别对进行有性生殖的生物来说，是一种主要的变异的来源。
七、教学过程：
一）基因突变：
1. 概念：由DNA分子中发生碱基对的增添、缺失、改变，而引起基因结构的改变。
实例：镰刀型贫血症。
2. 结果：形成等位基因。
3. 时期：在DNA复制时——有丝分裂的间期、减数分裂的间期。
4. 意义：生物变异的根本来源。为生物进化提供了最初的原始材料。
5. 特点：
（1）普遍性：各种生物体均可能发生。
（2）随机性：生物体的各个细胞随时可能发生。
发生在体细胞不可遗传给后代，发生在生殖细胞可能遗传给后代。
发生时期越早，对生物个体性状影响越大。
（3）突变率低：
（4）多害少利：利、害不是绝对的，依据环境的变化而定。
（5）不定向：变为何种等位基因不确定，并且突变是可逆的。
6. 突变分类：
自然突变：在自然条件下发生的。
人工诱变：人为诱发产生的，提高突变率，提供更多的变异性状以便选择。
方法：物理——射线、紫外线、激光等。
化学——亚硝酸、硫酸二乙酯、秋水仙素
太空技术——特殊环境条件
（二）基因重组：
1. 时期：减数分裂：自由组合：非同源染色体上的非等位基因之间。
交叉互换：同源染色体上的非等位基因之间。
受精作用：不同的精子和不同的卵细胞结合。
2. 意义：生物多样性的原因之一，生物个体性状的差异，主要是基因重组的结果。
为变异提供了丰富的来源。
3. 基因工程：不同生物的基因进行重新组合。
比较：
基因突变 基因重组 基因工程
DNA复制（间期） 有性生殖（减Ⅰ、受精作用） 细胞外人为处理
等位基因互变 非等位基因重组（同种生物） 不同生物基因重组
产生新基因 原有基因的重新组合 原有基因的重新组合
(三)思维拓展
1． DNA分子中碱基对的增添、缺失、替换与遗传密码的特点之间的联系
（1） 遗传密码是连续的。两个密码子之间没有任何其他核苷酸予以隔开，正确地阅读密码必须从一个正确地起点开始，以后连续不断地一个一个往下读，直至读到终止信号。假设在密码上插入一个或删除一个碱基，就会使从这一密码子起的以后的密码全部发生错误（移码突变）。
（2） 密码子的简并性。密码子有64个，氨基酸只有20个，因此多数氨基酸都有几个密码子，如亮氨酸有6个密码子。密码子的简并性对遗传的稳定性有一定意义，如UUA变为UUG时，依然是亮氨酸。
（3） 密码子的专一性。氨基酸主要由前2个碱基决定，第3位碱基的改变，常不引起氨基酸的改变，也就是密码子第3位发生改变时，密码子的意义不变。如UUA改为UUG时，其决定的氨基酸仍是亮氨酸。
（4） 64个密码子中有3个密码子不编码任何氨基酸，是肽链合成的终止密码子。AUG既是甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子。
（5） 密码子的通用性。无论是病毒，还是原核生物或真核生物，密码子都是通用的。
2． 与基因突变相关的知识点
3． 与基因重组相关知识点
例题1图8-15示具有一对同源染色体的细胞，已知位点1的基因是R，则位点2和位点4的基因分别是（ ）
A.R、R或r B．r、R或r C．R、r D．r、R
变式训练1．下面关于基因突变的叙述中，正确的是
A．亲代的突变基因一定能传递给子代B．子代获得突变基因一定能改变性状
C．突变基因一定由理、化或生物因素诱发D．突变基因一定有基因结构上的改变
2．利用月季花的枝条扦插所产生的后代与利用月季花的种子播种所产生的后代相比，关于其变异来源上的叙述正确的是
A．前者不会发生变异，后者有较大的变异性B．前者一定不会发生基因重组，后者可能发生基因重组C．前者一定不会发生染色体变异，后者可能发生染色体变异
D．前者一定不会因环境影响发生变异，后者可能因环境影响发生变异
3．据研究，酵母菌进行出芽生殖时，子代与亲代之间，子代个体之间仍有些差异，导致这些差异的可能原因是①基因突变 ②基因重组 ③染色体变异
A．① B．①③ C．②③ D．①②③
4．有两种柑橘，一种果实大但含糖量不高，另一种果实小但含糖量较高，如果想要培育果实大且含糖量高的品种，比较科学有效的方法是
　　A．嫁接　　　　 B．人工诱变　　C．杂交育种　　D．组织培养
例题2、以下是具有AABB基因型的小麦甲和具有aabb基因型的小麦乙杂交育种的过程：
P 小麦甲×小麦乙
F1 （ ）
自交
F2 （ ）
回答：（1）这种育种方法所依据的原理是 。
（2）F1的基因型应该是 。
（3）F1产生哪几种类型的雌雄配子 其比例是 。
（4）F2代中能稳定遗传的新类型基因型是 。理论上分析占总数比
应该是 。
（5）为了获得其中一个稳定遗传的新品种，接下去必须做的工作是
变式训练5、下图分别表示几种不同的育种方法。据图回答：
(1)A图中，由物种P突变为物种P＇，则⑧处的氨基酸由_____________________________
改变成了_______________ (缬氨酸GUC；谷氨酰胺CAG；天门冬氨酸GAC)。
(2)B图所表示的育种方法叫____________，若要根据F2选出最符合生产要求的新品种，
最简便的方法是选出矮秆抗病个体进行 ____________，直到不发生性状分离为止。
(3)C图中过程②常用的方法是________________________，与B方法相比，C方法的突出优点是____________________________________。
变式训练6．科学家利用辐射诱变技术处理红色种皮的花生，获得一突变植株，其自交所结的种子均具紫色种皮。这些紫色种皮的种子长成的植株中，有些却结出了红色种皮的种子。
（1）上述紫色种皮的花生种子长成的植株中，有些结出了红色种皮种子的原因是 _ _。
（2）上述紫色种皮的种子，可用于培育紫色种皮性状稳遗传的花生新品种。假设花生种皮的紫色和红色性状由一对等位基因控制，用文字简要叙述获得该新品种的过程：_ _______ _________________________________________________。
例题3、（05南京一模）下列左图表示人类镰刀型细胞贫血症的病因，右图是一个家族中该病的遗传系谱图（控制基因为B与b），请据图回答（谷氨酸的密码子是GAA，GAG）：
（1）图中①②表示的遗传信息流动过程分别是：① ；② 。①过程发生的时间是 ，场所是 。
（2）X链碱基组成为 ，Y链碱基组成为 。
（3）镰刀型细胞贫血症的致病基因位于 染色体上，属于 性遗传病。
（4）Ⅱ8基因型是 ，Ⅱ6和Ⅱ7再生一个患病男孩的概率是 ，要保证Ⅱ9婚配后子代不患此病，从理论上说其配偶的基因型必须是 。
（5）若图中正常基因片段中的CTT突变成CTC，由此控制的主要生物性状是否可能发生突变？为什么？（2分）
变式训练7、(04苏锡常镇一模)科学家已经证明密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。
（1）根据理论推测，mRNA上的三个相邻的碱基可以构成 种排列方式，实际上mRNA上决定氨基酸的密码子共有 种。
（2）第一个被科学家破译的是决定苯丙氨酸的密码子：UUU。1959年，科学家M.Nireberg和S.Ochoa用人工合成的只含U的RNA为模板，在一定的条件下合成了只有苯丙氨酸组成的多肽，这里的一定条件应是 。
（3）继上述实验后，又有科学家用C、U两种碱基相间排列的mRNA为模板，检验一个密码子是否含有三个碱基。如果密码子是连续的。
①假如一个密码子中含有两个或四个碱基，则该RNA指导合成的多肽链中应由 种氨基酸组成。
②假如一个密码子中含有三个碱基，则该RNA指导合成的多肽链中应由 种氨基酸组成。
八、课堂训练
1.中国返回式卫星所搭载的水稻种子，返回地面后，经种植培育出的水稻穗多粒大，亩产达600kg，蛋白质含量增加8％～2O％，生长周期平均缩短l0天，这种育种方式属于
A杂交育种 B单倍体育种 C诱变育种 D多倍体育种
2.分析下表可知，正常血红蛋白（HbA）变为异常血红蛋白（HbW），是由于对应的基因片段中碱基对发生了下列何种变化？
氨基酸顺序 137 138 139 140 141 142
正常血红蛋白（HbA） ACC苏氨酸 UCC丝氨酸 AAA赖氨酸 UAC酪氨酸 CUU精氨酸 UAA终止
异常血红蛋白（HbW） ACC苏氨酸 UCA丝氨酸 AAU天冬氨酸 ACC苏氨酸 GUU缬氨酸 AAG赖氨酸
氨基酸顺序 143 144 145 146 147
正常血红蛋白（HbA）
异常血红蛋白（HbW） CUG亮氨酸 GAG谷氨酸 UAC酪氨酸 CGG精氨酸 UAG终止
A．增添 B．缺失 C．改变 D．重组
3.几种氨基酸可能的密码子如下：甘氨酸：GGU、GGC、GGA、GGG；缬氨酸：GUU、GUC、GUA、GUG；甲硫氨酸：AUG。经研究发现，在某基因的某位点上发生了一个碱基替换，导致对应位置上的密码子改变，使甘氨酸变为缬氨酸；接着由于另一个碱基的替换，该位置上的氨基酸又由缬氨酸变为甲硫氨酸。则该基因未突变时的甘氨酸的密码子应该是
A．GGG B．GGC C．GGA D．GGU
4．用人工诱变方法使黄色短杆菌的质粒中脱氧核苷酸序列发生如下变化：CCGCTAACG一
—CCGCGAACG，那么黄色短杆菌将发生的变化和结果是　　　
(可能相关的密码子为：脯氨酸一CCG、CCA；甘氨酸一GGC、GGU；天冬氨酸-GAU、
GAC；丙氨酸一GCA、GCU、GCC、GCG；半胱氨酸一UGU、UGC)
A．基因突变，性状改变 B．基因突变，性状没有改变
C．基因和性状均没有改变 D．基因没变，性状改变
5．番茄中红果(H)对黄果(h)显性。将红果番茄的花粉授到黄果番茄的雌蕊柱头上，结了一个是半边红色半边黄色的果实。产生这一果实最可能的原因是
A．最终发育成该果实的那个花芽中某些细胞发生基因突变B．提供花粉的花药组织中某个花粉母细胞发生基因突变C．提供花粉的红果番茄是杂合子(Hh)D．接受花粉的黄果番茄是杂合子(Hh)
6.在下列有关育种的叙述中，正确的是(多选)
A.培育无籽西瓜和培育无籽番茄的原理相同
B.利用植物体细胞杂交的方法可以克服远缘杂交不亲合的障碍
C.培育青霉菌高产菌株是利用基因突变的原理
D.培育抗虫棉和培育能生产人胰岛素的大肠杆菌都是通过基因工程实现的
7．让基因型为Aa的植株自交，其后代在幼苗期用秋水仙素处理，所得到的植株(多选)
A．有些是纯合子 B．有些是杂合子 C．肯定是四倍体 D．A、B、C都正确
九、基因突变和基因重组一课一练
（1） 选择题
1．自然界中，一种生物某一基因及其三种突变基因决定的蛋白质的部分氨基酸序列如下：
正常基因 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸
突变基因1 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸
突变基因2 精氨酸 亮氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸
突变基因3 精氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸 酪氨酸 丙氨酸
根据上述氨基酸序列确定这三种突变基因DNA分子的改变是（ ）
A. 突变基因1和2为一个碱基的替换，突变基因3为一个碱基的增添
B. 突变基因2和3为一个碱基的替换，突变基因1为一个碱基的增添
C. 突变基因1为一个碱基的替换，突变基因2和3为一个碱基的增添
D. 突变基因2为一个碱基的替换，突变基因1和3为一个碱基的增添
2．将纯种小麦种于生产田，发现边际和灌水两侧的植株总体上比中间的长得好。产生这种现象得原因是（ ）
A基因重组引起性状分离B环境引起性状变异C隐性基因突变成为显性基因D染色体结构和数目发生了改变
3．某男子是白化病基因携带者，其细胞中可能不含该致病基因的是（ ）
A.神经细胞 B.精原细胞 C.淋巴细胞 D.精细胞
4．下面列举几种可能诱发基因突变的原因，其中哪项是不正确的( )
A.射线的辐射作用 B.杂交 C.激光照射 D.秋水仙素处理
5．镰刀型细胞贫血症是一种遗传病，隐性纯合子（aa）的患者不到成年就会死亡，可见这种突变基因在自然选择的压力下容易被淘汰。但是在非洲流行恶性疟疾(一种死亡率很高的疾病)的地区，带有这一突变基因的人（Aa）很多，频率也很稳定。对此现象的合理解释是（ ）
A.杂合子不易感染疟疾，显性纯合子易感染疟疾B.杂合子易感染疟疾，显性纯合子不易感染疟疾C.杂合子不易感染疟疾，显性纯合子也不易感染疟疾D.杂合子易感染疟疾，显性纯合子也易感染疟疾
6．进行有性生殖生物其亲子代之间总是存在着一定差异的主要原因（ ）
A.基因重组 B.基因突变 C.染色体变异 D.生活条件改变
7．果树的叶芽若在早期发生突变后，可以长成变异枝条，但其长势一般较弱或受到抑制。这表明基因突变具有（ ）
A.随机性 B.稀有性 C.多方向性 D.有害性
8．下列实例中，能够说明突变对生物本身的利与害具有相对性的是（ ）
A.玉米绿色苗中出现白化苗B.晚熟水稻中出现早熟植株
C.高秆作物中出现矮秆植株 D．高梁作物中出现雄性不育株
9．人发生镰刀型细胞贫血症的根本原因在于基因突变，其突变方式是（ ）
A.增添或缺失了某个碱基对B.碱基发生替换性改变C.缺失了易小段DNA
D.增添了一小段DNA
10．（多选）下图为马的生活史，下列有关此图的叙述中正确的史（ ）
A. 有丝分裂发生在Ⅰ Ⅱ、Ⅳ Ⅰ
B. 基因重组发生在Ⅲ Ⅳ之间
C. 基因突变可发生在Ⅰ Ⅱ、Ⅱ Ⅲ、Ⅳ Ⅰ
D. Ⅳ为新个体发育的起点
11．（多选）下列有关基因突变的叙述中正确的是（ ）
A基因突变是一个基因变成它的等位基因B基因突变产生新的基因，并且引起表现型的改变
C体细胞发生的基因突变，不能遗传给后代D基因突变大多有害，其余都是好的
12．（多选）据调查统计，近年来我国青少年的平均身高有所增加，与此现象无关的是（ ）
A基因突变B.营养素供给充足 C.食入生长激素（蛋白质类化合物）较多 D.染色体变异
13．（多选）下列哪项不是由于基因突变所引起的伴性遗传病（ ）
A.人类的白化病 B.人类的血友病 C.人类的多指症 D.镰刀型细胞贫血症
（二）非选择题
14．昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将它导入细菌体内，并与细菌内的DNA分子结合起来。经过这样处理的细菌仍能分裂繁殖。请根据上述材料回答：
（1）人工诱变在生产实践中已得到广泛应有，因为它能提高 ，通过人工选择获得 。
（2）酯酶的化学本质是 ，基因控制酯酶合成要经过 和 两个过程。
（3）通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酯酶，这是由于 。
（4）请你具体说出一项上述科研成果的实际应用 。
15．1928年英国微生物学家弗来明发现了青霉素，直到1943年青霉素产量只有29单位／毫升。后来科学家用X射线、紫外线照射青霉菌，结果大部分菌株死亡了，其中的菌株不但生存下来而且产量提高了几十倍。请解释：
（1）用射线照射能杀死微生物但能得到 。这是由于射线使微生物发生了 。
（2）射线照射使青霉菌的 分子中的 ，从而产生了新的性状。
16．人类的正常血红蛋白（HbA） 链第63位氨基酸是组氨酸，其密码子为CAU或CAC，当 链第63位组氨酸被酪氨酸（UAU或UAC）替代后，出现异常血红蛋白（HbM），导致一种贫血症； 链第63位组氨酸被精氨酸（CGU或CGC）所替代而产生的异常血红蛋白（HbZ）将引起另一种贫血症。
（1）写出正常血红蛋白基因中，决定 链第63位组氨酸密码子的碱基对组成 。
（2）在决定 链第63位组氨酸密码子的DNA三个碱基对中，任意一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？
十课后默写(基因突变和基因重组)
1、可遗传变异与不可遗传变异的区别是 。如何用实验验证一个性状的变异是可遗传变异？
2、基因突变是指 的改变，包括DNA碱基对的 。无论低等的生物，还是高等的生物都可发生基因突变，这说明了基因突变的 性；基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞，这说明了基因突变的 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，这说明了基因突变的 性；基因突变造成的结果往往使该种生物不能适应环境，这说明了基因突变的 性。
3、基因突变意义：它是 的根本来源，也为 提供了最初的原材料。引起基因突变的因素： a、物理因素：主要是 。　b、化学因素：主要是各种能与 发生化学反应的化学物质。c、生物因素：主要是某些寄生在 。
4、基因重组是指控制不同性状的基因的重新组合，有三种类型：①
② ③ 。
5、基因突变不同于基因重组，基因重组是基因的重新组合，产生了 ，基因突变是基因结构的改变，产生了 。
[参考答案]
1、A 2、B 3、D 4、B 5、A 6、A 7、D 8、C 9、B
10、ACD 11、AC 12、ACD 13、ACD
14、（1）基因突变频率 人们所需要的突变性状（仅答突变性状不可） （2）蛋白质 转录 翻译 （3）控制酯酶合成的基因随着细菌DNA分子复制而复制，并在后代中表达 （4）用于降解污水中的有机磷农药，以保护环境
15、（1）高产青霉素菌株；基因突变 （2）DNA；某些基因的个别碱基发生了改变
16、（1）GTA或GTG (2)不一定。原因是当 GTA或GTG中的第三对碱基A G或G
CAT CAC CAT CAC T C C
A变化后，产生的遗传密码位CAC或CAU，仍然是组氨酸的密码子，因而不影响产生正
T
常的血红蛋白。
例题1A变式训练1D2B3B4C例题2答案：（1）基因重组（2）AaBb （3）AB Ab aB ab 1∶1∶1∶1 （4）AAbb、 aaBB、 1/8。 （5）选择表现型符合培育目标的个体的种子进行繁殖,逐代选择,直到不出现性状分离为止变式训练5答案： (1)天门冬氨酸 缬氨酸 (2)杂交育种 连续自交 (3)花药离体培养 明显缩短育种年限
变式训练6答案：（1）获得的突变植株是杂合子 其自交所产生的后代发生性状分离（2）分别种植这批紫色种皮种子 ，连续自交两代。若其中一些植株所结的种子均具有紫色种皮，这些种子就是所需要的新品种（纯合子）
例题3、答案：（1）复制、转录、细胞分裂间期、细胞核（2）CAT、GUA（3）常、隐（4）BB或Bb、1/8、BB（5）不会。因为翻译形成的氨基酸没有变，所以生物性状不变。
变式训练7答案：（1）64、61（2）核糖体、氨基酸、转运RNA、ATP、酶等 （3）①1 ② 2
八、课堂训练1C2A3A4A5A6BCD7ABCD
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