2020-2021学年高一生物人教版【新教材】（2019）必修二5.1 基因突变和基因重组 课件

5.1 基因突变和基因重组
通过美容手术做成的“双眼皮”能遗传吗？为什么？
不可遗传
问题探讨
表现型
=
基因型
+
环境
生物变异
（环境引起，不改变遗传物质）
不可遗传的变异
可遗传的变异
（改变遗传物质）
基因突变
基因重组
染色体变异
▲注意：基因中碱基序列不发生改变，有时候也可通过表观遗传影响下一代。
基因突变
一. 基因突变：
实例1：镰状细胞贫血（镰刀型细胞贫血症）
一种遗传病。正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状，而镰状细胞贫血患者的红细胞却是弯曲的镰刀状。
G G A C T C C T T
脯氨酸
G G A C A C C
C C U G
U G
G
A A
T T
C C U G
A G
G
A A
谷氨酸
谷氨酸
脯氨酸
缬氨酸
谷氨酸
溶血性贫血
DNA
模板链
mRNA
DNA
模板链
mRNA
这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。
镰状细胞贫血（镰刀型细胞贫血症）
U
A
氨基酸
蛋白质
G
A
T
G
C
C
谷氨酸
缬氨酸
G
G
C
C
T
A
G
G
G
G
DNA
mRNA
G G A C T C C T T
脯氨酸
G G A C A C C
C C U G
U G
G
A A
T T
C C U G
A G
G
A A
谷氨酸
谷氨酸
脯氨酸
缬氨酸
谷氨酸
DNA
模板链
mRNA
DNA
模板链
mRNA
直接原因：
多肽链中一个谷氨酸被缬氨酸替换
根本原因：
基因中发生了一个碱基对的替换
镰状细胞贫血（镰刀型细胞贫血症）
推测：编码血红蛋白基因其它部位发生碱基变化可能导致的影响
碱基对的替换
转录后mRNA中密码子编码的氨基酸未发生改变
转录后mRNA中密码子编码的氨基酸发生改变
转录后mRNA中终止密码子改变（提前、后移）
转录后mRNA中起始密码子改变（提前、消失）
导致转录水平升高或降低（甚至不转录）
碱基对的增添或缺失……
正常结肠上皮细胞
抑癌基因Ⅰ突变
原癌基因突变
抑癌基因Ⅱ突变
抑癌基因Ⅲ突变
癌
癌细胞转移
结肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤。下图是解释结肠癌发生的简化模型，请观察并回答问题。
1.从基因的角度看结肠癌发生的原因是什么？
2. 健康人的细胞中存在原癌基因和抑癌基因吗？
存在
一. 基因突变：
实例2：细胞的癌变（如结肠癌）
相关基因（包括原癌基因和抑癌基因）发生了突变
正常结肠上皮细胞
抑癌基因Ⅰ突变
原癌基因突变
抑癌基因Ⅱ突变
抑癌基因Ⅲ突变
癌
癌细胞转移
结肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤。下图是解释结肠癌发生的简化模型，请观察并回答问题。
3. 根据图示推测癌细胞与正常细胞相比具有哪些明显特点？
形态改变、增殖快、容易转移等。
结肠癌发生的原因
原癌基因
正常功能
表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的。
突变
相应蛋白质活性增强
细胞癌变
抑癌基因
正常功能
表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖，或促进细胞凋亡。
突变或过量表达
相应蛋白质活性减弱
或失去活性
细胞癌变
1.原癌基因和抑癌基因
细胞的癌变
正常的成纤维细胞
癌变后的成纤维细胞
①能够无限增殖；②形态结构发生显著变化；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（教材P82）
2.癌细胞的特征
细胞的癌变
与社会的联系
在癌症发生的早期，患者往往不表现出任何症状，因而难以及时发现；而对于癌症晚期的患者，目前还缺少有效的治疗手段，因此，要避免癌症的发生，致癌因子是导致癌症的重要因素，在日常生活中应远离致癌因子，选择健康的生活方式，请思考致癌因子有哪些？
物理致癌因子：
化学致癌因子：
病毒致癌因子：
主要指辐射，如紫外线、X射线等。
如石棉、砷化物、亚硝胺、黄曲霉素等。
指的是能使细胞发生癌变的病毒。
1.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。(教材P81)
2.发生时间：通常发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
增添
缺失
替换
A
A
T
T
C
G
G
C
G
A
T
C
C
G
G
C
A
A
T
T
C
G
G
C
T
A
T
A
C
G
G
C
A
T
A
A
T
T
C
G
G
C
A
T
C
G
G
C
一. 基因突变：
2、基因突变发生的时间
（1）有丝分裂前的间期（体细胞）
（2）减数分裂前的间期（生殖细胞）
一般不能遗传给后代。但是有些植物的体细胞发生了基因突变，可以通过无性生殖遗传。
可以通过受精作用，遵循遗传规律传递给后代。
一. 基因突变：
3. 基因突变的原因：
外因
内因:
DNA复制偶尔发生错误
物理因素:
紫外线、X射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA；
化学因素:
亚硝酸盐、碱基类似物等能改变核酸的碱基；
生物因素:
某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞DNA；
RNA
RNA
DNA
DNA
DNA
（自发突变）
（诱发突变）
4. 基因突变的特点：
1. 普遍性：
2. 随机性：
3. 不定向性：
4. 低频性：
5. 多害少利性：
基因突变在生物界是普遍存在的。
一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的等位基因；
自然状态下，基因突变频率很低。
基因是经过长期自然选择适应的结果，突变后往往对个体有害。
发生时间：生物个体发育的任何时期均可发生。
发生部位：任何细胞的任何DNA分子的任何部位。
5、基因突变的意义
①.产生新基因的途径
②.生物变异的根本来源
③.生物进化的原始材料
产生新基因
形成新性状
生物进化的原始材料
基因突变
生物变异的根本来源
一. 基因突变：
基因突变的应用
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。
诱变育种
定义
DNA分子中发生碱基对的 、____和_ ，而引起___________的改变
结果
产生新的_____，_______产生新的性状（有利、有害、中性三种）
原因
诱发突变： 、 和________
自发突变：___________________等原因；
对后代性状的影响
发生在配子中：将_________________________；
发生在体细胞中：_____________，但有些植物可通过_________传递；
发生时间
可发生在生物体个体发育的任何时期，但主要发生在_______时，
即主要发生在________________期或__________________期；
特点
（1） ：在生物界中是普遍存在的；
（2） ：可以发生在_____________________
可以发生在_____________________
可以发生在_____________________
（3） ：在自然状态下，基因突变的频率是很低的
（4） ：一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的等位基因
（5） ：多数有害，少数有利
意义
________产生的途径
生物变异的__________
生物进化的__________
替换
缺失
物理因素
化学因素
普遍性
随机性
低频性
不定向性
多害少利性
新基因
增添
基因碱基序列
基因
不一定
生物因素
DNA复制偶尔发生错误
遵循遗传规律传递给后代
一般不能遗传
无性生殖
DNA复制
有丝分裂前的间
减数分裂前的间
生物体个体发育的任何时期
细胞内不同的DNA分子上
同一DNA分子的不同部位
根本来源
原始材料
从1964年起，袁隆平就开始研究杂交水稻，到1975年，他研究出来的新品种就已经在全国推广，并取得了非同凡响的成果。此后十年内中国杂交水稻累计增产超亿吨，每年增产的大米可以多养活6000万人。
杂交水稻之父 · 袁隆平
你知道培育杂交水稻的原理吗？
基因重组
1.基因重组的概念
在生物体进行有性生殖过程中，控制不同性状的基因的重新组合。
2.基因重组的类型
二 . 基因重组
①自由组合型
②互换型
①自由组合型
发生时期：减数第一次分裂后期
现象：非同源染色体自由组合
结果：非等位基因自由组合
②互换型
发生时期：减数第一次分裂前期 （四分体时期）
现象：同源染色体的非姐妹染色单体之间发生互换
结果：等位基因之间发生交换
产生与亲代不同的新的基因型。
3.基因重组的结果
4.基因重组的意义
二 . 基因重组
有性生殖过程中的基因重组使产生的配子种类多样化，进而产生基因组合多样化的子代，其中一些子代可能会含有适应某种变化的、生存所必需的基因组合，因此有利于物种在一个无法预测将会发生什么变化的环境中生存。
意义：基因重组是生物变异的来源之一，是生物多样性的原因之一，对生物的进化具有重要意义。
基因重组的应用
我国是最早养殖和培育金鱼的国家，将透明鳞和正常鳞的金鱼杂交，得到五花鱼；将朝天眼和水泡眼的金鱼杂交得到朝水泡眼。正因为基因突变、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，极大丰富了人们的生活。
猫科动物的斑纹同样因为基因重组而各有差异。
杂交育种
基因重组的应用
基因工程
基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
项目
基因突变
基因重组
变异本质


发生时间


适用范围


结果


意义


联系


三、基因突变与基因重组的比较
基因分子结构发生改变
原有基因的重新组合
通常在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
减数第一次分裂的四分体时期和减数第一次分裂的后期
所有生物
主要是进行有性生殖的真核生物
产生新基因，可能产生新性状
产生新基因型，产生新的性状组合
生物变异的根本来源，为生物进化提供原始材料
生物变异的来源之一，是产生生物多样性的重要原因
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，都属于可遗传的变异

1、在白花豌豆品种栽培园中，偶然发现了一株开红花的豌豆植株，推测该红花表现型的出现是花色基因突变的结果。为了确定该推测是否正确，应检测和比较红花植株与白花植株中
A
．
花色基因的碱基组成

B
．
花色基因的
DNA
序列
C
．
细胞的
DNA
含量

D
．
细胞的
RNA
含量

随堂训练
　　2.（经典题）下列过程中存在基因重组的是（　　　）
B
　　A. ③④　　　B. ①③　　　C. ①⑤　　　D. ②⑤
3. 如图是某高等动物的几个细胞分裂示意图（数字代表染色体，字母代表染色体上带有的基因），据图分析不可能反映的是（　 　）
B
A. 图甲细胞中1与2的片段部分交换，属于基因重组
B. 图乙细胞发生了基因突变或者基因重组
C. 图丙细胞可能发生了基因突变或者基因重组
D. 图丙细胞为次级精母细胞