浙科版必修二 411基因重组和基因突变 学案.docx
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浙科版必修二411基因重组和基因突变学案
第一节 生物变异的来源
第一课时 基因重组和基因突变
目标导航 1.结合材料分析,概述生物变异的类型和特点。
2.通过分析同源染色体的行为,阐明基因重组的原理与类型,概述其意义。
3.阐明基因突变的特征、类型及诱发基因突变的因素,理解基因突变的机理。
一、生物变异的类型
1.不遗传的变异
(1)来源:
环境条件改变引起,不涉及遗传物质的变化。
(2)特点:
变异只限当代的表现型改变,属于不遗传变异。
(3)实例:
花生在水、肥充足的条件下果实大且多。
2.可遗传的变异
(1)来源:
环境条件改变或内因引起遗传物质的改变。
(2)特点:
变异性状可以遗传给后代。
3.分类依据
遗传物质是否改变。
【记一记】 引起生物变异的因素
(1)引起不遗传变异的因素:
水、肥、阳光充足,温度、激素等。
(2)引起可遗传变异的因素:
射线照射、太空辐射、化学诱变剂处理等。
二、基因重组
1.概念
含义
2.类型
类型
时期
发生范围
自由组合型
减Ⅰ后期
非同源染色体上的非等位基因
片段交换型
减Ⅰ前期
同源染色体上的等位基因随非姐妹染色单体的交换而交换
3.结果
导致生物性状的多样性。
4.意义
为动植物育种和生物进化提供丰富的物质基础。
三、基因突变
1.含义
基因内部核酸分子上的特定核苷酸序列发生改变的现象或过程。
2.实质
DNA分子上碱基对的缺失、增加或替换都可以引起核苷酸序列的变化,因而引起基因结构的改变。
3.类型
(1)根据对表现型的影响:
①种类:
形态突变、生化突变、致死突变;
②关系:
三种突变实质上都是生化突变。
(2)根据发生的因素:
①自然状态下发生的基因突变:
自发突变;
②人工条件下诱发的基因突变:
诱发突变。
4.特点
普遍性,多方向性,稀有性,可逆性,有害性。
5.意义
是生物变异的根本来源,对生物进化和选育新品种具有非常重要的意义。
6.诱发因素
(1)物理因素:
如各种射线的照射、温度剧变等。
(2)化学因素:
如亚硝酸、碱基类似物等。
(3)生物因素:
如麻疹病毒等。
判断正误:
(1)基因突变是DNA结构发生改变,不论发生在体细胞还是生殖细胞中都能遗传给后代。
( )
(2)发生在配子中的基因突变,可遵循遗传规律传给后代。
( )
(3)基因突变通常发生在DNA→RNA的过程中。
( )
(4)基因突变产生的新基因不一定传递给后代。
( )
(5)基因突变具有随机性,分裂旺盛的细胞和停止分裂的细胞基因突变频率相同。
( )
(6)基因重组可以产生新的基因,是生物多样性的重要原因。
( )
(7)非同源染色体的自由组合能导致基因重组。
( )
(8)非姐妹染色单体间的交换可引起基因重组。
( )
(9)基因重组发生在有性生殖生物的减数第一次分裂后期。
( )
(10)基因重组通过产生新的等位基因来产生具有新的基因型的后代。
( )
答案
(1)×
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√ (8)√ (9)× (10)×
一、基因重组
1.基因重组与减数分裂的关系
2.基因重组发生的两种不同类型
(1)交换发生于一对同源染色体上的两对(或多对)等位基因之间。
(2)自由组合则发生于两对(或多对)非同源染色体上的两对(或多对)非等位基因之间。
1.谚语“一母生九子,连母十个样”,请分析这主要是什么原因造成的?
为什么?
答案 生物的亲子代之间的性状差异主要是由于基因重组造成的。
通过基因重组可以产生基因型不同的后代。
2.分析基因重组发生的本质。
请结合上图,思考回答下列问题。
(1)观察上图,分析②③交换后,其上的控制不同性状的基因组合有什么变化?
说明了什么?
答案 ②上的AB变为Ab,③上的ab变为aB;发生交叉互换的染色单体上的控制不同性状的基因重新组合,即发生了基因重组。
(2)结合上图分析,这种类型的基因重组可以产生新基因、新性状吗?
答案 A与B、a与b原本就有,分别存在于同一条染色体上,②和③的交换只是将原有基因进行了重新组合,产生了新基因型,所以这种类型的基因重组没有产生新基因、新性状,只是产生了新基因型、新性状组合。
1.子代不同于亲代的性状,主要来自基因重组,下列图解中哪些过程可以发生基因重组( )。
A.①②③④⑤B.①②③④⑤⑥
C.④⑤D.③⑥
问题导析
(1)基因重组指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合;
(2)④⑤过程中的A、a和B、b之间发生基因重组;
(3)①②过程发生等位基因的分离。
③⑥过程属于配子间的随机组合。
答案 C
一题多变
判断正误:
(1)生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合属于基因重组。
( )
(2)减数分裂四分体时期,由于同源染色体的姐妹染色单体之间的片段交换,可导致基因重组。
( )
(3)减数分裂过程中,非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组。
( )
(4)一般情况下,花药内可发生基因重组,而根尖则不能。
( )
答案
(1)√
(2)× (3)√ (4)√
二、基因突变
1.基因突变的过程图解及影响
(1)图解:
(2)基因突变对氨基酸种类和数目的影响:
①发生碱基对的替换时,影响范围较小,一般只改变一个氨基酸或不改变氨基酸。
②发生碱基对的增添和缺失时,影响范围较大,但不影响插入(或缺失)位置前的序列对应的氨基酸,影响插入(或缺失)位置后的序列对应的氨基酸。
2.基因突变的不定向性图示分析
图中基因A可以突变成a1、a2、a3,它们之间也可以相互突变,并互称为等位基因。
3.基因突变和基因重组的比较
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和基因工程中的原核生物
结果
产生新基因(等位基因),控制新性状
产生新基因型,一般不产生新基因
发生可能性
可能性很小
非常普遍
意义
是生物变异的根本来源,生物进化的原始材料
生物变异的重要来源,有利于生物进化
联系
通过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
1.仔细观察教材P78镰刀形细胞贫血症病因图解,结合DNA分子的结构特点和复制过程,分析DNA分子复制时容易发生基因突变的原因。
答案 DNA分子复制时,DNA双链要解旋,此时结构不稳定,易导致碱基对的数量或排列顺序改变,从而使遗传信息发生改变。
2.基因突变原理的应用
癌细胞的特点之一是能进行无限增殖,医学上通常使用一定量的化学药剂对癌症病人进行化疗,接受化疗后的病人身体非常虚弱。
结合基因突变分析:
(1)化疗能够治疗癌症的原理是什么?
答案 化疗的作用是通过一定量的化学药剂干扰癌细胞进行DNA分子的复制,使其产生基因突变,从而抑制其分裂的能力,或者杀死癌细胞。
(2)接受化疗的癌症患者,身体非常虚弱的原因是什么?
答案 化疗的药剂,既对癌细胞有作用,也对正常的体细胞有作用,因此,化疗后病人的身体是非常虚弱的。
2.下图为人WNK4基因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基因发生突变,导致1169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
问题导析
(1)根据图中1168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苷酸链为模板转录形成mRNA的;
(2)1169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;
(3)推知该基因发生的突变是②处碱基对A—T被替换为G—C。
答案 B
一题多变
(1)④处碱基对G-C突变为A-T时,产生的基因与原基因是等位基因吗?
为什么?
答案 不是,因为两种基因控制的是完全相同的性状而不是相对性状。
(2)若1169位赖氨酸变为天冬酰胺,则发生什么样的突变?
答案 ④处碱基对G-C替换为T-A。
1.下列哪种现象属于生物的可遗传的变异( )。
A.白菜因水肥充足比周围白菜高大
B.变色龙在草地上显绿色,在树干上呈灰色
C.蝴蝶的幼虫和成虫,其形态结构差别大
D.同一麦穗结出的种子长出的植株中,有抗锈病的和不抗锈病的
答案 D
解析 选项A、B中性状的改变都是由外界环境决定的,而蝴蝶的成虫和幼虫,其细胞中遗传物质是完全相同的,只是在不同时期表达不同。
2.如果一个基因的中部缺失了1个核苷酸对,不可能的后果是( )。
A.没有蛋白质产物
B.翻译为蛋白质时在缺失位置终止
C.所控制合成的蛋白质减少多个氨基酸
D.翻译的蛋白质中,缺失部位以后的氨基酸序列发生变化
答案 A
解析 基因的中部若编码区缺少1个核苷酸对,该基因仍然能表达,但是表达产物(蛋白质)的结构发生变化,有可能出现下列三种情况:
翻译为蛋白质时在缺失位置终止、所控制合成的蛋白质的氨基酸减少或者增加多个氨基酸、缺失部位以后的氨基酸序列发生变化。
3.以下有关基因重组的叙述,错误的是( )。
A.非同源染色体的自由组合能导致基因重组
B.非姐妹染色单体的交换可引起基因重组
C.纯合子自交因基因重组导致子代性状分离
D.同胞兄妹间的遗传差异与父母基因重组有关
答案 C
4.如图甲是基因型为AaBB的生物细胞分裂示意图,图乙表示由于DNA中碱基改变导致蛋白质中的氨基酸发生改变的过程,图丙为部分氨基酸的密码子表。
据图回答:
第一个
字母
第二个字母
第三个字母
U
C
A
G
A
异亮氨酸
异亮氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
天冬酰胺
天冬酰胺
赖氨酸
赖氨酸
丝氨酸
丝氨酸
精氨酸
精氨酸
U
C
A
G
丙
(1)据图甲推测,此种细胞分裂过程中,出现的变异方式可能是_______________________________________________________。
(2)在真核生物细胞中图中Ⅱ过程发生的场所是______________________________________________________________。
(3)图丙提供了几种氨基酸的密码子。
如果图乙的碱基改变为碱基对替换,则X是图丙氨基酸中________的可能性最小,原因是____________________________________________________________。
图乙所示变异,除由碱基对替换外,还可由碱基对________导致。
(4)A与a基因的根本区别在于基因中________不同。
答案
(1)基因突变或基因重组(缺一不可)
(2)细胞核、线粒体、叶绿体
(3)丝氨酸 需同时替换两个碱基 增添或缺失
(4)碱基对排列顺序(脱氧核苷酸排列顺序)
解析
(1)据图甲推测该细胞处于减Ⅱ中期,其左侧染色体的两单体上基因分别为A、a,则其来源既可能为基因突变,也可能发生了交叉互换。
(2)图中Ⅱ过程为转录,其发生场所为细胞核、线粒体或叶绿体。
(3)由图丙可知与赖氨酸密码子相比,丝氨酸与之相差两个碱基,而其他氨基酸与之相差1个碱基,故X是丝氨酸的可能性最小。
(4)A与a的根本区
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