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(3)诱发基因突变的外来因素
①物理因素:
紫外线、X射线及其他辐射等;
②化学因素:
亚硝酸、碱基类似物等。
③生物因素:
某些病毒的遗传物质。
(4)特点
①普遍性:
一切生物都可以发生。
②随机性:
生物个体发育的任何时期和部位。
③低频性:
自然状态下,突变频率很低。
④不定向性:
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。
⑤多害少利性:
多数基因突变破坏生物体与现有环境的协调关系,而对生物有害。
(5)意义:
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。
2.基因突变的实例――镰刀型细胞贫血症
(1)病因图解如下:
(2)要点归纳
①图示中a、b、c过程分别代表DNA复制、转录和翻译。
突变发生在a过程中。
②患者贫血的直接原因是血红蛋白异常,根本原因是发生了基因突变,碱基对由T//A突变成A//T。
3.基因重组
(1)实质:
在有性生殖过程中控制不同性状的基因的重新组合。
(2)类型
①自由组合型:
位于非同源染色体上的非等位基因的自由组合。
②交叉互换型:
四分体的非姐妹染色单体的交叉互换。
③人工重组型:
转基因技术,即基因工程。
(3)结果:
产生新的基因型,导致重组性状出现。
(4)意义:
形成生物多样性的重要原因之一。
4.基因重组与基因突变区别
比较项目
基因突变
基因重组
变异本质
基因分子结构发生改变
原有基因的重新组合
发生时间
通常在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
减数第一次分裂前期和后期
适用范围
所有生物(包括病毒)
有性生殖的真核生物和基因工程中的原核生物
产生结果
产生新基因(等位基因)
产生新基因型
应用
人工诱变育种
杂交育种、基因工程育种
5.染色体结构的变异
(1)类型
(2)结果:
使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,从而导致性状的变异。
6.染色体数目的变异
①细胞内个别染色体的增加或减少,如21三体综合征。
②细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少,如多倍体、单倍体。
(2)染色体组
①概念:
细胞中的一组非同源染色体,在形态和功能上各不相同,但又互相协调,共同控制生物的生长、发育、遗传和变异,这样的一组染色体,叫做一个染色体组。
②组成:
细胞中的一组非同源染色体。
7.单倍体、二倍体和多倍体的比较
(1)单倍体:
体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
(2)二倍体:
由受精卵发育而来,体细胞中含有两个染色体组的个体。
(3)多倍体:
由受精卵发育而来,体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
3.讲典例
【例1】如图为甲豌豆的A基因(控制高茎)和乙豌豆的B基因(控制黄色豆荚)发生突变的过程。
已知豌豆甲、乙突变前均为纯合高茎、黄色豆荚的品种,且A基因和B基因是独立遗传的。
下列有关叙述不正确的是( )
A.突变产生的a基因与A基因的关系是等位基因
B.突变后的豌豆甲长成的植株的基因型为AaBB
C.上述两基因发生突变的共同特点均是DNA一条链上的一个碱基被另一个碱基替换
D.若b基因控制豆荚为绿色,则豌豆乙突变后长成的植株的表现型是高茎、绿色豆荚
【趁热打铁】某镰刀形细胞贫血症患者因血红蛋白基因发生突变,导致血红蛋白的第六位氨基酸由谷氨酸变成缬氨酸.下列有关叙述不正确的是( )
A.患者细胞中携带谷氨酸的tRNA与正常人不同
B.患者红细胞中血红蛋白的空间结构与正常人不同
C.患者血红蛋白mRNA的碱基序列与正常人不同
D.此病症可通过显微观察或DNA分子杂交检测
【答案】A
【解析】患者细胞中携带谷氨酸的tRNA与正常人相同.A错误.患者由于基因突变引起氨基酸种类发生替换导致蛋白质的空间结构发生变化.B正确.由于患者基因发生了突变,导致转录而来的mRNA的碱基序列发生改变.C正确.此病症可通过显微观察红细胞的形态或DNA分子杂交检测基因结构的改变.D正确。
【例2】下列情况中不属于染色体变异的是( )
A.第5号染色体短臂缺失引起的遗传病
B.第21号染色体多一条引起的先天性愚型
C.同源染色体非姐妹染色单体间发生交叉互换
D.利用花药离体培养的方法培育出单倍体植株
【答案】C
【趁热打铁】下列关于染色体变异的叙述,正确的是( )
A.染色体增加某一片段可提高基因表达水平,是有利变异
B.染色体缺失有利于隐性基因表达,可提高个体的生存能力
C.染色体易位不改变基因数量,对个体性状不会产生影响
D.通过诱导多倍体的方法可克服远缘杂交不育,培育出作物新类型
【解析】染色体变异导致生物性状的改变包括有利和不利变异,A错误;
染色体缺失也有可能导致隐性基因丢失,这时便不利隐性基因的表达,B错误;
染色体易位不改变基因的数量,但易位使得染色体上基因的排列顺序发生改变,从而可能导致生物的性状发生改变,C错误;
经秋水仙素等诱导成可育的多倍体,从而培育出生物新品种类型,D正确。
4.讲方法
1.基因突变类问题的解题方法
(1)确定突变的形式:
若只是一个氨基酸发生改变,则一般为碱基对的替换;
若氨基酸序列发生大的变化,则一般为碱基对的增添或缺失。
(2)确定替换的碱基对:
一般根据突变前后转录成mRNA的碱基序列判断,若只有一个碱基存在差异,则该碱基所对应的基因中的碱基就为替换的碱基。
2.两种变异类型的判断
(1)可遗传变异与不可遗传变异的判断方法
变异个体自交或与其他个体杂交,若此变异再次出现,为可遗传变异;
若此变异不再出现,则为不可遗传变异。
(2)显性突变和隐性突变的判定
①类型显性突变:
aa→Aa(当代表现);
隐性突变:
AA→Aa(当代不表现,一旦表现即为纯合子)。
②判定方法
a.选取突变体与其他已知未突变体杂交,据子代性状表现判断。
b.让突变体自交,观察子代有无性状分离而判断。
3.突变基因具体位置的判断
(1)利用野生型的个体与缺失不同基因的突变体比较,根据有无特定酶的活性判断编码该酶的基因对应的位置。
(2)将一缺失未知基因片段的突变株与已知的缺失不同基因片段的突变株分别培养,根据是否转化为野生型个体判断未知个体的缺失基因对应的位置。
4.“三看法”判断基因突变与基因重组
(1)一看亲子代基因型
①如果亲代基因型为BB或bb,则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变。
②如果亲代基因型为Bb,则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变或交叉互换。
(2)二看细胞分裂方式
①如果是有丝分裂中染色单体上基因不同,则为基因突变的结果。
②如果是减数分裂过程中染色单体上基因不同,可能发生了基因突变或交叉互换。
(3)三看细胞分裂图
①如果是有丝分裂后期图像,两条子染色体上的两基因不同,则为基因突变的结果,如图甲。
②如果是减数第二次分裂后期图像,两条子染色体(同白或同黑)上的两基因不同,则为基因突变的结果,如图乙。
③如果是减数第二次分裂后期图像,两条子染色体(颜色不一致)上的两基因不同,则为交叉互换(基因重组)的结果,如图丙。
5.利用三个“关于”区分三种变异
(1)关于“互换”:
同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换,属于基因重组;
非同源染色体之间的互换,属于染色体结构变异中的易位。
(2)关于“缺失或增加”:
DNA分子上若干基因的缺失或重复(增加),属于染色体结构变异;
DNA分子上若干碱基对的缺失、增添,属于基因突变。
(3)关于变异的水平问题:
基因突变、基因重组属于分子水平的变化,在光学显微镜下观察不到;
染色体变异属于细胞水平的变化,在光学显微镜下可以观察到。
6.染色体组数量的判断方法
(1)同一形态的染色体→有几条就有几组。
如图中有4个染色体组。
(2)控制同一性状的等位基因→有几个就有几组。
如AAabbb个体中有3个染色体组。
(3)染色体组数=染色体数/染色体形态数,如图中染色体组数为8/2=4。
7.“二看法”判断单倍体、二倍体与多倍体
先看待判定个体是由受精卵发育而成的,还是由配子发育而成的。
若待判定个体是由配子发育而成的,不论含有几个染色体组都是单倍体,单倍体是生物个体,而不是配子,所以精子、卵细胞属于配子,但不是单倍体。
若待判定个体是由受精卵发育而成的,再看它含有几个染色体组:
含有两个染色体组的是二倍体,含有三个或三个以上染色体组的就是多倍体。
考向2 生物变异在育种方面的应用
生物变异在育种方面的应用。
预计2017年高考命题会结合相关图示,与选修3的相关内容密切联系,综合考查育种的方式及原理。
1.(2015年天津卷,4)低温诱导可使二倍体草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体,从而产生染色体数目加倍的卵细胞,此卵细胞与精子结合发育成三倍体草鱼胚胎。
上述过程中产生下列四种细胞,下图所示四种细胞的染色体行为(以二倍体草鱼体细胞含两对同源染色体为例)可出现的是()
【答案】B
1.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,再经过选择和培育,获得新品种的方法。
(2)过程:
选择具有不同优良性状的亲本→杂交→获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型→优良品种。
2.诱变育种
利用物理因素或化学因素来处理生物,使生物发生基因突变,从而获得优良变异类型的育种方法。
②过程:
选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。
3.基因工程
基因工程,又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向地改造生物的遗传性状。
(2)操作的基本步骤:
提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。
4.单倍体育种和多倍体育种
(1)图中①和③的操作是秋水仙素处理,其作用原理是抑制纺锤体的形成。
(2)图中②过程是花药离体培养。
(3)单倍体育种的优点是能明显缩短育种年限。
5.单倍体育种、多倍体育种及植物细胞工程育种的区分
(1)单倍体育种一般应用于二倍体植物,因为若为四倍体植物,通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。
(2)用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍,若操作对象是单倍体植株,属于单倍体育种;
若操作对象为正常植株,叫多倍体育种,不能看到“染色体数目加倍”就认为是多倍体育种。
(3)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理,使染色体数目加倍。
单倍体育种在幼苗期处理,多倍体育种在种子萌发期或幼苗期处理。
(4)单倍体育种和植物细胞工程育种,都运用了植物组织培养技术。
【例1】下列各种措施中,能产生新基因的是( )
A.高秆抗锈病小麦和矮杆不抗锈病的小麦杂交获得矮秆抗锈病的小麦优良品种
B.用秋水仙素诱导二倍体西瓜获得四倍体西瓜
C.用
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