学年人教版高二下学期生物学案第20讲基因突变和基因重组Word文档格式.docx
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提示 镰刀型细胞贫血症患者对疟疾具有较强的抵抗力,这说明在易患疟疾的地区,镰刀型细胞贫血症突变基因具有有利于当地人生存的一面。
虽然该突变体的纯合子对生存不利,但其杂合子却有利于当地人的生存。
(2)囊性纤维病出现及皱粒豌豆出现的根本原因分别是________、________(填“基因突变”或“基因重组”)。
提示 基因突变 基因突变
(1)病毒、大肠杆菌及动物和植物都可发生基因突变( √ )
(2)基因突变的随机性表现在一个基因可突变成多个等位基因( ×
)
(3)基因突变产生的新基因不一定传递给后代( √ )
(4)人工诱变可以提高突变频率并决定基因突变的方向( ×
(5)基因突变发生在生物个体发育的任何时期说明具有普遍性( ×
(1)镰刀型细胞贫血症是分子水平基因突变造成的,能否借助显微镜进行诊断?
并说明理由:
能。
可借助显微镜观察红细胞的形态是圆饼状还是镰刀状进行诊断。
(2)某植株发生基因突变后,该植株及其有性生殖后代均不能表现突变性状的原因是该突变为隐性突变,且基因突变发生在该植株的体细胞中,不能通过有性生殖传递给子代。
1.基因突变的机理、原因及特点
(1)在细胞分裂间期易发生基因突变的原因是细胞分裂的间期进行DNA复制,DNA复制时需要解旋成单链,单链DNA容易受到内、外因素的影响而发生碱基对的改变。
(2)基因突变不一定能遗传给有性生殖的后代,因为基因突变发生在体细胞有丝分裂过程中时,可通过无性生殖遗传给后代,但不会通过有性生殖遗传给后代;
基因突变发生在精子或卵细胞形成的减数分裂过程中时,可通过有性生殖遗传给后代。
(3)基因突变不一定能产生等位基因,因为真核生物基因突变一般可产生它的等位基因,而病毒和原核细胞中不存在等位基因,其基因突变产生的是一个新基因。
2.基因突变与生物性状的关系
(1)基因突变对生物性状改变的影响
碱基对
影响范围
对氨基酸序列的影响
替换
小
只改变1个氨基酸或不改变氨基酸序列
增添
大
不影响插入位置前的序列而影响插入位置后的序列
缺失
不影响缺失位置前的序列而影响缺失位置后的序列
(2)基因突变可改变生物性状的4大原因
①基因突变可能引发肽链不能合成;
②肽链延长(终止密码推后出现);
③肽链缩短(终止密码提前出现);
④肽链中氨基酸种类改变;
以上改变会引发蛋白质的结构和功能改变,进而引发生物性状的改变。
(3)基因突变未引起生物性状改变的4大原因
①突变部位:
基因突变发生在基因的非编码区。
②密码子简并性:
若基因突变发生后,引起了mRNA上的密码子改变,但由于一种氨基酸可对应多种密码子,若新产生的密码子与原密码子对应的是同一种氨基酸,此时突变基因控制的性状不改变。
③隐性突变:
若基因突变为隐性突变,如AA中其中一个A→a,此时性状也不改变。
④有些突变改变了蛋白质中个别位置的氨基酸,但该蛋白质的功能不变。
3.显性突变和隐性突变的判断方法
(1)理论依据
(2)判定方法
①选取突变体与其他已知未突变体(即野生型)杂交,根据子代性状表现判断。
a.若后代全为野生型,则突变性状为隐性。
b.若后代全为突变型,则突变性状为显性。
c.若后代既有突变型又有野生型,则突变性状为显性。
②让突变体自交,观察后代有无性状分离从而进行判断。
考向一 基因突变机理、原因及特点
1.(2021·
长春质检)下列叙述中不能体现基因突变具有随机性特点的是( )
A.基因突变可以发生在自然界中的任何生物体中
B.基因突变可以发生在生物个体生长发育的任何时期
C.基因突变可以发生在细胞内不同的DNA分子上
D.基因突变可以发生在同一DNA分子的不同部位
答案 A
解析 基因突变可以发生在自然界中的任何生物体中,体现了基因突变具有普遍性的特点,A项错误;
基因突变的随机性包括基因突变可以发生在生物个体生长发育的任何时期,可以发生在细胞内不同的DNA分子上,也可以发生在同一DNA分子的不同部位,B、C、D三项均正确。
2.(2020·
山东寿光现代中学开学考试)如果细菌控制产生某种“毒蛋白”的基因发生了突变,突变造成其决定的蛋白质的部分氨基酸变化如下:
基因突变前:
……—甘氨酸—谷氨酸—丙氨酸—苯丙氨酸—谷氨酸—……
基因突变后:
……—甘氨酸—谷氨酸—天冬氨酸—亮氨酸—赖氨酸—……
根据上述氨基酸序列确定突变基因的改变最可能是( )
A.突变基因为一个碱基腺嘌呤替换为鸟嘌呤
B.突变基因为一个碱基胞嘧啶替换为胸腺嘧啶
C.突变基因为一个碱基鸟嘌呤替换为腺嘌呤
D.突变基因为一个碱基对的增减
答案 D
解析 由题意可知,基因突变前后,前两个氨基酸不变,后三个氨基酸序列均发生改变,说明第二个密码子之后的序列发生了改变,由于碱基的替换只能改变被替换的密码子,不会影响其后面的密码子,故该突变基因最可能是因为一个碱基对的增减造成的。
考向二 基因突变与生物性状之间关系的辨析
3.(2020·
山东省聊城市高三模拟)人类β型地中海贫血症是一种由β-珠蛋白基因突变引起的单基因遗传病,该基因存在多种突变类型。
甲患者珠蛋白β链第17、18位氨基酸缺失;
乙患者β-珠蛋白基因中发生了一个碱基对的替换,导致β链缩短。
下列叙述正确的是( )
A.甲、乙患者的致病基因位于同源染色体的相同位置
B.甲患者β链氨基酸的缺失是基因中碱基对不连续的缺失所致
C.乙患者基因突变位点之后的碱基序列都发生了改变
D.可通过观察染色体结构直接诊断该病携带者和患者
解析 控制甲、乙患者贫血症的基因均为β-珠蛋白的基因,其在同源染色体的相同位置上,A正确;
甲患者的β链第17、18位氨基酸缺失,说明甲患者β链氨基酸的缺失是基因中碱基对连续的缺失所致,B错误;
乙患者β-珠蛋白基因中发生了一个碱基对的替换,导致β链缩短,说明其发生基因突变后导致翻译过程中提前出现终止密码,而发生突变位点之后的碱基序列未发生改变,C错误;
通过染色体检查可明确诊断的疾病为染色体异常遗传病,而人类β型地中海贫血症的病因是基因突变导致血红蛋白中的珠蛋白β链发生了缺损,显微镜下不可见,D错误。
4.编码酶X的基因中某个碱基对被替换时,表达产物将变为酶Y。
下表显示了与酶X相比,酶Y可能出现的四种状况。
下列对这四种状况出现原因的判断,正确的是( )
比较指标
①
②
③
④
酶Y活性/酶X活性
100%
50%
10%
150%
酶Y氨基酸数目/
酶X氨基酸数目
1
小于1
大于1
A.状况①一定是因为氨基酸序列没有变化
B.状况②一定是因为氨基酸间的肽键数减少了50%
C.状况③可能是因为突变导致了终止密码位置变化
D.状况④可能是因为突变导致tRNA的种类增加
答案 C
解析 基因突变引起氨基酸种类替换后,蛋白质的功能不一定发生变化,A错误;
蛋白质功能取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序及蛋白质的空间结构,状况②中酶Y与酶X的氨基酸数目相同,所以肽键数不变,B错误;
状况③氨基酸数目减少,最可能的原因是突变导致了终止密码位置提前,C正确;
tRNA的种类共有61种,基因突变不会导致tRNA种类改变,状况④氨基酸数目增加可能是终止密码后移导致的,D错误。
考向三 基因变异类型的判断
5.某种动物(ZW型)Z染色体上的某个基因突变后的表达产物会导致胚胎发育停滞而死亡,W染色体上无该基因或其等位基因。
下列关于该种突变的叙述错误的是( )
A.若该突变为显性突变,则雌性个体产生的卵细胞不携带突变基因
B.若该突变为显性突变,则该动物种群中雄性个体均为隐性纯合子
C.若该突变为隐性突变,则该动物种群中雌、雄个体的数量相等
D.若该突变为隐性突变,则雌、雄个体杂交,子代致死的均为雌性个体
解析 若该突变为显性突变,则雌性个体(ZaW)产生的卵细胞不携带突变基因,A正确;
若该突变为显性突变,则出现突变基因的个体会死亡,所以该动物种群中雄性个体均为隐性纯合子,B正确;
若该突变为隐性突变,则该动物种群中雄性个体(ZAZA和ZAZa)与雌性个体(ZAW)的数量不相等,C错误;
若该突变为隐性突变,则雌(ZAW)、雄(ZAZA和ZAZa)个体杂交,子代致死的均为雌性(ZaW)个体,D正确。
6.(2021·
河南南阳一中考试)一只突变型的雌果蝇与一只野生型雄果蝇交配后,产生的F1中野生型与突变型之比为2∶1,且雌雄个体之比也为2∶1,这个结果从遗传学角度可作出的合理解释是( )
A.该突变为X染色体显性突变,且含该突变基因的雌配子致死
B.该突变为X染色体显性突变,且含该突变基因的雄性个体致死
C.该突变为X染色体隐性突变,且含该突变基因的雄性个体致死
D.X染色体片段发生缺失可导致突变型,且缺失会导致雌配子致死
答案 B
解析 突变型雌果蝇的后代中雄性有1/2死亡,说明该雌性果蝇为杂合子,该突变可能为X染色体显性突变,若含突变基因的雌配子致死,则子代中会出现一种表现型,且不会引起雌雄个体数量的差异;
如果该突变为X染色体显性突变,且含该突变基因的雄性个体致死,假设相关基因用D、d表示,则子代为XDXd(突变型♀)、XdXd(野生型♀)、XDY(死亡)、XdY(野生型♂);
若X染色体片段发生缺失可导致突变型,且缺失会导致雌配子致死,则子代中会出现一种表现型,且不会引起雌雄个体数量的差异。
考点二 基因重组
1.范围:
主要是真核生物的有性生殖过程中。
2.实质:
控制不同性状的基因的重新组合。
3.类型
(1)自由组合型:
减数第一次分裂的后期,随着同源染色体的分离,位于非同源染色体上的非等位基因随非同源染色体的自由组合而发生重组(如下图)。
(2)交叉互换型:
减数第一次分裂的四分体时期,同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换导致染色单体上的基因重组(如下图)。
(3)基因工程重组型:
目的基因经运载体导入受体细胞,导致受体细胞中基因发生重组(如下图)。
4.基因重组的结果:
产生新的基因型,导致重组性状出现。
5.基因重组的意义
(1)基因重组是形成生物多样性的重要原因。
(2)基因重组是生物变异的来源之一,对生物的进化具有重要意义。
源于必修2P83“思考与讨论”
(1)
请思考:
一般情况下,下列哪些基因不会发生基因重组?
①噬菌体的基因 ②R型细菌体内的基因 ③干细胞质基因 ④干细胞核基因 ⑤精原细胞质基因 ⑥卵原细胞核基因
提示 ①②③④⑤。
(2)Aa自交产生F1AA、Aa、aa属于基因重组吗?
为什么?
提示 不属于;
基因重组的实质是控制不同性状的基因重新组合,A、a是控制一对相对性状的等位基因。
(1)基因重组只能产生新基因型和重组性状,不能产生新基因和新性状( √ )
(2)原核生物不存在基因重组,而真核生物的受精过程中可进行基因重组( ×
(3)有丝分裂和减数分裂过程中均可发生非同源染色体之间的自由组合,导致基因重组
( ×
(4)一对等位基因不存在基因重组,一对同源染色体也不存在基因重组( ×
(1)基因重组的意义:
基因重组也是生物变异的来源之一,对生物的进化也具有重要的意义。
(2)基因重组类型包括:
非同源染色体上的非等位基因的自由组合及同源染色体上的非姐妹染色单体间的交叉互换。
肺炎双球菌转化以及基因工程中的转基因操作也属于基因重组。
1.明晰基因重组的范围和实质
(1)基因重组一般发生于有性生殖过程中,无性生殖的生物不发生,有性生殖的个体的体细胞增殖时也不发生。
(2)多种精子和多种卵细胞之间有多种结合方式,导致后代性状多种多样,但不属于基因重组。
(3)杂合子自交后代发生性状分离,根本原因是等位基因的分离,而不是基因重组。
2.姐妹染色单体上出现等位基因的原因
考向一 基因重组实质、特点及意义
7.下列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.两条非同源染色体之间互换片段也属于基因重组
C.肺炎双球菌的转化实验可以证明细菌之间也可以发生基因重组
D.同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换可引起基因重组
解析 两条非同源染色体之间互换片段属于染色体结构变异(易位),B错误。
8.(2020·
湖南师大附中摸底)下面有关基因重组的说法,不正确的是( )
A.基因重组发生在减数分裂过程中,是生物变异的重要来源
B.基因重组所产生的新基因型不一定会表达为新的表现型
C.基因重组产生原来没有的新基因,从而改变基因中的遗传信息
D.基因重组能产生原来没有的新性状组合
解析 基因重组是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,是生物变异的重要来源;
由于性状的显隐性关系,基因重组所产生的新基因型不一定会表达为新的表现型;
基因重组不能产生新基因,但可产生新的基因型,基因突变改变基因中的遗传信息,进而产生原来没有的新基因;
由于控制不同性状的基因的重新组合,进而可产生原来没有的新性状组合。
考向二 辨析基因突变和基因重组
9.下图是基因型为Aa的个体不同分裂时期的图像,根据图像判定每个细胞发生的变异类型,正确的是( )
A.①基因突变 ②基因突变 ③基因突变
B.①基因突变或基因重组 ②基因突变 ③基因重组
C.①基因突变 ②基因突变 ③基因突变或基因重组
D.①基因突变或基因重组 ②基因突变或基因重组 ③基因重组
解析 图中①②分别属于有丝分裂的中期和后期;
A与a所在的DNA分子都是经过复制而得到的,所以图中①②的变异类型只能属于基因突变;
③属于减数第二次分裂的后期,亲本的基因型为Aa,因此③的变异类型属于基因突变或基因重组,故选C。
10.(2020·
济南调研)如图为某雄性动物个体(基因型为AaBb,两对等位基因位于不同对常染色体上)细胞分裂某一时期示意图,下列说法错误的是( )
A.与该细胞活动关系最密切的激素是雄性激素
B.3和4上对应位置基因不同是因为该细胞在间期发生了基因突变
C.若该细胞以后正常进行减数分裂,可产生3种或4种不同基因型的配子(3与4未发生交换)
D.1上a的出现可能是发生了交叉互换,也可能是发生了基因突变
解析 由于该动物个体为雄性,且性激素能促进生殖细胞的形成,所以与该细胞活动关系最密切的激素是雄性激素,A正确;
由于该雄性动物的基因型为AaBb,据图可知B、b可位于3和4这对同源染色体上,这两条染色体上相同位置的基因为等位基因,B错误;
如果是发生基因突变,则该细胞就会产生3种不同基因型的配子,如果是发生交叉互换,则会产生4种不同基因型的配子,C正确;
1上a的出现可能是同源染色体上发生了交叉互换,也可能是间期时发生了基因突变,D正确。
1.核心概念
(1)(必修2P81)基因突变:
是指DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,而引起的基因结构的改变。
(2)(必修2P83)基因重组:
是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.教材结论性语句
(1)(必修2P82)由于自然界诱发基因突变的因素很多,基因突变还可以自发产生,因此,基因突变在生物界中是普遍存在的。
(2)(必修2P82)基因突变是随机发生的、不定向的。
在自然状态下,基因突变的频率是很低的。
(3)(必修2P85)基因突变是染色体的某一位点上基因的改变,不能用光学显微镜直接观察,染色体变异则可用显微镜直接观察到。
课后习题
A级 基础题
一、选择题
1.生物体染色体上的等位基因部位可以进行配对联会,非等位基因部位不能配对。
某二倍体生物细胞中分别出现图①至图④系列状况,则对图的解释正确的是( )
A.①为基因突变,②为倒位
B.②可能是重复,④为染色体组加倍
C.①为易位,③可能是缺失
D.②为基因突变,①为染色体结构变异
解析:
选C ①为染色体结构变异(易位),②为染色体结构变异(倒位),③是缺失或重复,④个别染色体数目增加。
2.下面关于染色体组的叙述中正确的是( )
A.配子中的全部染色体就是一个染色体组
B.多倍体植株营养器官大、营养成分种类多
C.基因组成为AaD的生物可能是二倍体
D.含有一个染色体组的个体一定是高度不育
选C 有性生殖的生物,生殖细胞中所含染色体组数是其体细胞染色体组数的一半,不一定就是一个染色体组,如小麦(六倍体)生殖细胞中含三个染色体组,A项错误。
与二倍体植株相比,多倍体的植株通常茎秆粗壮,叶片、果实和种子都比较大,营养物质的含量有所增加而非营养成分种类增多,B项错误。
基因组成为AaD的生物可能是AaXDY,为二倍体雄性个体,C项正确。
蜜蜂中的雄蜂体内含有一个染色体组,可育,D项错误。
3.下图表示甲、乙、丙3种细胞中的染色体组成。
下列有关叙述正确的是( )
A.甲细胞有3个染色体组,代表的生物是三倍体
B.乙细胞有两个染色体组,代表的生物是二倍体
C.丙细胞只能由卵细胞发育而来,代表的生物是单倍体
D.甲、乙、丙细胞的一个染色体组都含有3条染色体
选D 甲细胞中同一形态的染色体有3条,故细胞中有3个染色体组,但由于不知道是由受精卵发育而来,还是由配子直接发育而来,因此代表的生物不一定是三倍体,A项错误。
同理可知,乙细胞有两个染色体组,代表的生物是二倍体或单倍体,B项错误。
丙细胞只含一个染色体组,可能是由卵细胞或花粉直接发育而来的,代表的生物是单倍体,C项错误。
甲细胞含有3个染色体组,每个染色体组有3条染色体;
乙细胞含有2个染色体组,每个染色体组有3条染色体;
丙细胞含有1个染色体组,一个染色体组中有3条染色体,D项正确。
4.下图表示由某种农作物①和②两个品种分别培育出④⑤⑥3个品种的过程,下列分析错误的是( )
A.通过Ⅶ、Ⅷ的方法培育品种⑤最不容易达到目的
B.品种⑥的体细胞中有4个染色体组
C.过程Ⅳ中细胞的分裂方式为有丝分裂
D.过程Ⅴ常用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
选D 根据题意和图示分析:
题中所涉及的育种方式有诱变育种(Ⅶ→Ⅷ)、杂交育种(Ⅰ→Ⅱ)、单倍体育种(Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ)、多倍体育种(Ⅵ)。
原理分别是基因突变、基因重组、染色体变异、染色体变异。
因为变异是不定向的,所以通过诱变育种Ⅶ、Ⅷ过程最不容易达到目的,A项正确。
品种⑥的体细胞中,控制同一性状的基因有4个,因此有4个染色体组,B项正确。
过程Ⅳ为花药离体培养,细胞的分裂方式为有丝分裂,C项正确。
因为单倍体高度不育,所以过程Ⅴ常用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗,而不可能处理萌发的种子,D项错误。
5.用基因型分别为AABBDD、aabbdd(三对基因独立遗传)的甲、乙两个品种进行如图所示的育种,下列相关叙述正确的是( )
A.③④⑤培育新品种的过程中,戊、己的染色体数目相同
B.②过程获得的丁植株中不能稳定遗传的个体占总数的7/8
C.⑤过程中可用秋水仙素处理戊萌发的种子获得己植株
D.④过程使用的花药在甲、乙两个品种的植株上都可以采集到
选B 通过①③④⑤途径培育成新品种的过程属于单倍体育种,戊、己的染色体组成不相同,己植株的细胞中染色体加倍,A项错误。
甲、乙两品种的基因型分别是AABBDD、aabbdd(三对基因独立遗传),则丙品种为AaBbDd,含三对等位基因,所以自交后代中纯合子占1/2×
1/2×
1/2=1/8,因此,丁植株中不能稳定遗传的个体占总数的7/8,B项正确。
由于单倍体植株高度不育,不结种子,所以⑤过程中不可用秋水仙素处理戊萌发的种子,只能处理其幼苗获得己植株,C项错误。
④过程使用的花药在甲、乙两个品种的植株上可以不能采集到,只有在丙品种的植株上采集到,D项错误。
6.在自然条件下,二倍体植物(2n=4)形成四倍体植物的过程如下图所示。
下列有关叙述错误的是( )
A.①过程中减数分裂异常可能发生于减数第一次分裂后期
B.异常配子中同源染色体的相同位置上的基因一般相同
C.②过程如果发生异花受粉,则可能产生三倍体植物
D.该事实说明新物种的诞生不一定需要经历长期的地理隔离
选B ①过程中减数分裂异常,可能是由于减数第一次分裂后期同源染色体没有分离所致,也可能是由于减数第二次分裂后期,着丝点分裂后形成的两个子染色体没有分开,A项正确。
异常配子的产生,若是由于减数第一次分裂异常所致,则同源染色体的相同位置上的基因可能不同,若是由于减数第二次分裂异常所致,则不含有同源染色体,B项错误。
②过程如果发生异花受粉,则该异常配子与二倍体植物产生的正常配子受精,可产生三倍体植物,C项正确。
题图显示:
含有2个染色体组的异常配子受精,形成的受精卵中含有4个染色体组,该受精卵发育形成四倍体植物,该事实说明新物种的诞生不一定需要经历长期的地理隔离,D项正确。
7.对于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验,下列叙述错误的是( )
A.不可能出现三倍体细胞
B.多倍体细胞形成过程无完整的细胞周期
C.在显微镜视野内可以观察到二倍体细胞和四倍体细胞
D.多倍体形成过程增加了非同源染色体重组的机会
选D “低温诱导植物染色体数目的变化”实验中,可能会出现四倍体细胞和二倍体细胞,但是不会出现三倍体细胞,A、C项正确。
多倍体细胞的形成是染色体数目加倍后没有分裂成两个子细胞导致的,因此无完整的细胞周期,B项正确。
多倍体形成过程中只进行了有丝分裂,不进行减数分裂,因此不存在非同源染色体重组,D项错误。
二、非选择题
8.果蝇具有4对同源染色体,摩尔根的合作者布里吉斯发现红眼雄果蝇(XBY)和白眼雌果蝇(XbXb)杂交所产生的大量子一代中出现了一个白眼雌果蝇。
有学者分析认为,该白眼雌果蝇出现的原因有3种:
亲本果蝇在产生配子过程中发生了基因突变或染色体片段缺失,以及染色体数目异常(注:
B和b基因都缺失时,胚胎致死;
各类型配子活力相同。
XXY的个体为雌果蝇,XO的个体为雄果蝇)。
(1)如果是染色体数目异常导致出现白眼雌果蝇,则该白眼雌果蝇的染色体数目
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- 学年 人教版高二 下学 生物学 20 基因突变 基因 重组