基因突变和基因重组学案.docx
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基因突变和基因重组学案
4.4基因突变和重组
第一课时
一、教学目标
(1)知识与技能:
1、学会举例说明基因突变的特点和原因。
2、举例说明基因重组。
3、掌握基因突变和基因重组的意义。
(2)过程与方法:
1、比较分析基因突变和基因重组的异同。
2、用类比推理的方法理解基因突变的类型。
(3)情感态度与价值观:
1、认识基因简并性保持生物性状稳定性的意义,以及基因突变、基因重组对生物多样性形成的积极意义。
2、在学习过程中,体会事物发展的两面性。
二、教学重难点
重点:
1、基因突变的概念及特点。
2、基因突变的原因。
难点:
基因突变和基因重组的意义。
三、教学方法
讲授法、讨论法、引导发现法、类比推理法
四、课时安排:
1课时
五、教学过程:
1、唤醒记忆,导入新课
(1)三位同学在抄写英文句子“THECATSATONTHEMAT”(猫坐在草席上)时,分别抄成了
“THEKATSATONTHEMAT”
“THEHATSATONTHEMAT”
“THECATONTHEMAT”
假如在DNA分子的复制过程中,发生了类似的错误,DNA分子携带的遗传信息将会发生怎样的变化?
这些变化可能对生物体产生什么影响?
⑵过去有效的杀虫药,为什么现在就不起作用了呢?
(3)通过美容手术,纹成弯弯的柳叶眉,这种柳叶眉能遗传吗?
为什么?
太空椒(经过太空遨游,也就是经过辐射的)和普通椒相比,太空椒具有明显的优势,果实肥大,把其种下去后结出的仍是太空椒
归纳小结:
不遗传的变异:
由环境不同引起,遗传物质没有改变,不能进一步遗传给后代。
可遗传的变异:
生殖细胞内的遗传物质发生了改变,其后代将继承这种改变。
其中可遗传的变异三种来源:
基因突变基因重组染色体变异
2.镰刀型细胞贫血症——基因突变的实例
1、简单介绍镰刀型贫血症。
2、比较正常血细胞和镰刀型血细胞肽段上的差异,提出疑问。
3、讨论课本思考讨论问题,通过填图,寻找产生镰刀型血细胞的根本原因。
①引导学生发现,DNA上的碱基对与转录产生的mRNA上的碱基以及翻译出的蛋白质上的氨基酸三者之间的连带关系。
红细胞圆饼状镰刀型
蛋白质正常异常
氨基酸谷氨酸缬氨酸
mRNAGAAGUA
DNACTT突变CAT
GAAGTA
②得出结论:
产生镰刀型血细胞的根本原因是DNA碱基对的替换。
总结:
基因突变是指DNA分子中发生碱基对的增添、缺失和改变,而引起基因的结构的改变。
4、质疑:
一个碱基发生变化,生物的性状就一定会发生变化吗?
(1)问题探讨:
原句:
THECATSATONTHEMAT
错句:
I、THEKATSATONTHEMAT
II、THEHATSATONTHEMAT
III、THECATONTHEMAT
(2)思考:
①比较三个句子与原句在字母上的变化差异,以及意义上的差别。
②将原句想象成正常的DNA分子,将错误的句子想像成基因突变形成的DNA分子,思考突变有哪些类型?
③根据实例与推理,尝试总结基因突变的概念。
5、归纳总结:
基因突变如果发生在配子中,将不会遗传给后代,发生在体细胞中的基因突变,一般是不能够遗传给后代的。
癌细胞就是体细胞发生基因突变的结果,那么,生活中有那些因素容易引起基因突变,引发癌症呢?
3.基因突变的原因
1、学生阅读教材,进行总结。
物理因素:
紫外线、X射线等
化学因素:
亚硝酸、碱基类似物等
生物因素:
某些病毒
内因:
DNA复制过程中,基因内部脱氧核苷酸的种类、数量或排列顺序发生局部改变,从而改变遗传信息。
2、联系生活实际,讨论并列举生活中可能引发基因突变危害健康的的例子,比如经常吃腌制的菜和剩菜,长期从事放射性的工作,夏天不注意防晒等等。
4.基因突变的特点
1、学生自学教材,找出突变的五个特点:
①普遍性②随机性③低频性④有害性⑤不定向性
2、举例让学生理解基因突变的特点。
5.基因突变的意义
(一)设计问题引导学生思考:
1、基因突变能否产生新基因?
2、这些新基因的新性状对生物生存有什么意义?
3、自然环境会选择哪些个体生存下来?
4、基因突变对生物进化有什么意义?
(二)归纳总结基因突变的意义
6.基因重组
1、设疑:
一母生九子,连母十个样,这种变异与基因突变产生的变异有什么不同?
2、从字面理解基因重组的含义。
3、基因重组的类型
①基因自由组合:
非同源染色体自由组合,非等位基因自由组合。
②基因交叉互换:
同源染色体上非姊妹染色单体之间局部交换,等位基因交叉互换。
7.基因重组的意义
(一)与基因突变相比,基因重组对生物进化有什么意义?
(二)归纳总结基因重组的意义。
(三)通过例子说明基因突变和基因重组在农业生产上的引用,为第六章的学习做好铺垫。
8.巩固新知,习题训练
通过做题加深记忆,及时发现学生存在问题,及时引导和指正。
六、课堂小结:
通过这节课同学们学习到了什么?
通过知识结构导图加强学生记忆。
七、板书设计:
第一节基因突变和重组
一、基因突变:
1.基因突变的概念:
DNA分子中发生碱基对的增添、缺失和改变,而引起的基因结构的改变。
2.基因突变的类型:
不遗传的变异可遗传的变异
3.基因突变的原因:
物理因素、化学因素、生物因素
4.基因突变的特点:
①普遍性②随机性③低频性④有害性⑤不定向性
5.基因突变的意义:
基因突变是生物变异的根本原因,为生物的进化提供了最初的原材料
二、基因重组:
1.基因重组的概念:
2.基因重组的类型:
①基因自由组合②基因交叉互换
3.基因重组的意义:
为生物变异提供了极其丰富的来源,是生物多样性的重要原因之一
八、教学反思:
(1)在学习基因重组的概念时,应联系减数分裂的染色体变化。
同时注意与基因突变进行比较,可采用列表方式,使两种变异之间的区别与联系更加清晰。
(2)在学习基因突变时,重点是带领学生学习基因突变的基本概念,研究内涵即基因结构的改变,外延是碱基对的增添.缺失和替换。
结合基因的结构和基因对性状控制的相关知识,教师以多种多样的教学方式让学生自己研究基因突变是否一定会带来性状的改变。
在学习基因突变的本质时,要联系DNA复制和基因表达的有关知识。
在DNA复制过程中,DNA分子的解旋使碱基对暴露,因而使碱基对易发生替换.增添或缺失引起基因突变。
突变后的基因成为一个新的基因,即原基因的等位基因。
该基因在表达时,由于引起mRNA上密码子的改变使组成蛋白质的氨基酸种类和数目都可能发生变化,生物体的性状也可能发生改变。
但由于一种氨基酸有多种密码子,所以基因发生突变后,所编码的氨基酸也可能不发生改变。
(3)任何事件的发生总是有内因和外因在共同起作用,基因突变也不例外。
引起基因突变的外界因素有三类:
物理因素.化学因素和生物因素。
对于这三种因素的作用,我们可以通过分析一些实例来进行归纳总结。
第二课时
知识点总结
※基因突变
一、基因突变的实例:
镰刀型细胞贫血症
1、直接原因:
在组成血红蛋白分子的多肽链上,发生了氨基酸的替换,谷氨酸被缬氨酸代替。
2、根本原因:
控制合成血红蛋白分子的基因的一个碱基对发生了替换。
如图所示,查密码子表完成下面的图解。
镰刀型细胞贫血症说明,基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
二、概念:
1、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,叫做基因突变。
2、基因突变若发生在配子中,将遵循遗传规律传递给后代,若发生在体细胞中,一般不能遗传。
三、基因突变的原因和特点:
1、基因突变的原因:
①外因(诱发突变):
物理因素,如紫外线、X射线、γ射线、α射线、β射线和中子等能损伤细胞内DNA的辐射;化学因素,如亚硝酸、碱基类似物等;生物因素,如病毒等。
②内因(自发突变):
自发突变主要发生在DNA复制过程中,但频率很低。
2、基因突变的特点:
(1)普遍性:
在所有的生物体中都会发生。
(2)随机性:
①时间方面:
基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期,一般发生越早影响越大;
②部位方面:
可以发生在体细胞或生殖细胞,也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。
(3)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,而且基因突变的方向和环境没有明确的因果关系。
(4)低频性:
在自然状态下,基因突变的频率是很低的,而且不同基因的突变频率,差异很大。
(5)多害性:
多数有害,少数有利,也有中性。
3、意义:
①是新基因产生的途径;
②是生物变异的根本来源;
③是生物进化的原始材料。
〖合作探究〗
有人认为,自然条件下基因突变率很低,而且大多数基因突变对生物体是有害的,因此,它不可能为生物进化提供原材料。
你认为这样的看法正确吗?
为什么?
虽然自然突变的频率很低,但是,一个物种往往有许多个体,因此突变的绝对数还是很多的,有利突变的数量也不少。
所以,基因突变能够为生物进化提供原材料。
※基因重组
一、概念:
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。
所以,基因重组改变的是基因型而不是基因。
二、类型:
1、随机重组:
在减数第一次分裂后期时,随着非同源染色体的自由组合,非同源染色体上的非等位基因也自由组合。
2、交换重组:
在减数第一次分裂前期时,四分体中非姐妹染色单体之间的交叉互换,使位于同源染色体上的等位基因发生交换,导致染色单体上的基因重组。
三、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。
〖合作探究〗
1、基因突变发生在什么时期?
能否产生新的基因和新的性状?
主要在DNA复制时期,可能产生新的基因和新的性状。
2、基因重组发生在什么时期?
能否产生新的基因和新的性状?
减数第一次分裂的前期和后期,不产生新的基因和新的性状,但可以产生新的性状组合,即新的基因型。
3、课本83页的“思考与讨论”。
①223种精子,223种卵细胞;②需要有246+1个个体
③在减数分裂过程中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进行自由组合。
因此,形成多种多样的生殖细胞,精卵随机结合形成多种多样的受精卵。
4、基因突变一定会引起生物性状的改变吗?
①密码子的简并性
②突变发生在非编码区或内含子中
③显性纯合子突变成杂合子(AA→Aa)
④某些突变虽改变了蛋白质中个别氨基酸,但并不影响该蛋白质的功能
⑤当某些性状由多基因决定时,虽然某个基因改变了,其性状可能不变。
〖总结〗
基因突变
基因重组
本质
基因结构发生了改变,产生了新的基因
不同基因重新组合,产生新的基因型
时间
分裂间期DNA复制时
减数第一次分裂前期和后期
原因
由外界因素或自身因素引起的碱基对的替换、增添或缺失
四分体中非姐妹染色单体之间的交叉互换;随着同源染色体分离,非同源染色体自由组合。
条件
环境条件和内部因素的相互作用
进行减数分裂
意义
生物变异的根本来源
生物变异的来源之一
发生可能
普遍存在,但突变频率低
有性生殖中非常普遍。
第三课时
【典例】(2011·北京西城二模)现代生物技术利用突变和基因重组的原理,来改变生物的遗传性状,以达到人们所期望的目的。
下列有关叙述错误的( )
A.转基因技术导致基因重组,可产生定向的变异
B.体细胞杂交
技术克服了远缘杂交的不亲和性,可培育新品种
C.人工诱变没有改变突变的本质,但可使生物发生定向变异
D.现代生物技术和人工选择的综合利用,使生物性状更符合人类需要
(2011·安徽高考)人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄碘能力。
临床上常用小剂量的放射性同位素131I治疗某些甲状腺疾病,但大剂量的131I对人体会产生有害影响。
积聚在细胞内的131I可能直接()
A.插入DNA分子引起插入点后的碱基序列改变
B.替换DNA分子中的某一碱基引起基因突变
C.造成染色体断裂、缺失或易位等染色体结构变异
D.诱发甲状腺滤泡上皮细胞基因突变并遗传给下一代
2、(2011·江苏高考)在有丝分裂和减数分裂的过程中均可产生的变异是()
A.DNA复制时发生碱基对的增添、缺失或改变,导致基因突变
B.非同源染色体之间发生自由组合,导致基因重组
C.非同源染色体之间交换一部分片段,导致染色体结构变异
D.着丝点分裂后形成的两条染色体不能移向两极,导致染色体数目变异
3、(11年上海卷)基因突变
在生物进化中起重要作用,下列表述错误的是
A.A基因突变为a基因,a基因还可能再突变为A基因
B.A基因可突变为A1、A2、A3……,它们为一组复等位基因
C.基因突变大部分是有害的D.基因突变可以改变种群的基因频率
4、(2010·新课标高考)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
序列
C.细胞的
含量D.细胞的
含量
5、(2010·福建高考)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基因发生一种突变,导致1169位赖氨敬交为谷氨酸。
该基因发生的突变是
甘氨酸:
GGG
赖氨酸:
AAAAAG
谷氨酰胺:
CAGCAA
谷氨酸:
GAAGAG
丝氨酸:
AGC
丙氨酸:
GCA
天冬氨酸:
AAU
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
6、(2010·天津高考)Ⅱ.(12分)某地区从1964年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫,至1967年中期停用。
下图是五年间蚊子幼虫基因型频率变化曲线。
R表示杀虫剂抗性基因,S表示野生敏感型基因。
据图回答:
(1)R基因的出现是的结果。
(2)在RR基因型频率达到峰值时,RS、SS基因型频率分别为4%和1%,此时R基因的频率为
。
(3)1969年中期RR基因型几近消失,表明在的环境条件下,RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力。
(4)该地区从此不再使用杀虫剂。
预测未来种群中,最终频率最高的基因型是,原因是。
【答案】(26分)
Ⅱ(12分)
(1)基因突变
(2)97%
(3)不再使用杀虫剂;低
(4)SS;在不使用杀虫剂环境下,持续的选择作用使R基因频率越来越低
7、(2009·北京高考)真核生物进行有性生殖时,通过减数分裂和随机受精使后代
A.增加发生基因突变的概率
B.继承双亲全部的遗传性状
C.
从双亲各获得一半的DNA
D.产生不同于双亲的基因组合
8、(2009·福建高考)细胞的有丝分裂和减数分裂都可能产生可遗传的变异,其中仅发生在减数分裂过程的变异是
A.染色体不分离或不能移向两极,导致染色体数目变异
B.非同源染色体自由组合,导致基因重组
C.染色体复制时受诱变因素影响,导致基因突变
D.非同源染色体某片段移接,导致染色体结构变异
9、(2009·江苏高考)甲磺酸乙酯(EMS)能使鸟嘌呤(G)的N位置上带有乙基而成为7-乙基鸟嘌呤,这种鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对,从而使DNA序列中G—C对转换成A—T对。
育种专家为获得更多的变异水稻亲本类型,常先将水稻种子用EMS溶液浸泡,再在大田种植,通常可获得株高、穗形、叶色等性状变异的多种植株。
请回答下列问题。
(1)经过处理后发现一株某种性状变异的水稻,其自交后代中出现两种表现型,说明这种变异为突变。
(2)用EMS浸泡种子是为了提高,某一性状出现多种变异类型,说明变异具有。
(3)EMS诱导水稻细胞的DNA发生变化,而染色体的不变。
(4)经EMS诱变处理后表现型优良的水稻植株也可能携带有害基因,为了确定是否携带有害基因,除基因工程方法外,可采用的方法有、。
(5)诱变选育出的变异水稻植株还可通过PCR方法进行检测,通常该植株根、茎和叶都可作为检测材料,这是因为。
【答案】
(1)显性
(2)基因突变频率不定向性
(3)结构和数目
(4)自交花药离体培养形成单倍体、秋水仙素诱导加倍形成二倍体
(5)该水稻植株体细胞基因型相同
第四课时
〖课堂检测〗
1、关于基因重组,下列叙述中不正确的是()
A.基因重组发生在生物体有性生殖过程中
B.非同源染色体上的非等位基因自由组合属于基因重组
C.同源染色体上的等位基因随非姐妹染色单体的交换而发生交换,导致染色单体上的基因重组
D.基因重组是生物变异的根本来源
2、进行有性生殖的生物,其亲子代间总是存在着一定差异的主要原因是()
A.基因重组B.基因突变
C.染色体变异D.生活条件的改变
3、原核生物中某一基因的编码区起始端插入了一个碱基对,在插入位点的附近,再发生下列哪种情况有可能对其编码的蛋白质结构影响最小()
A.置换单个碱基对B增加4个碱基对
C.缺失3个碱基对D.缺失4个碱基对
4、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
注:
移码突变是指在正常基因中,碱基缺失或增添非3的倍数,造成这一位置之后的一系列编码发生移位错误的突变。
5、若某基因原为303对碱基,现经过突变,成为300个碱基对,它合成的蛋白质分子与原来基因合成的蛋白质分子相比较,差异可能为()
A.只相差一个氨基酸,其他顺序不变;
B.长度相差一个氨基酸外,其他顺序也有改变;
C.长度不变,但顺序改变;
D.A、B都有可能
6、下列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
7、下列高科技成果中,不是根据基因重组原理进行的是()
A.利用杂交技术培育出超级水稻
B.将苏云金芽孢杆菌的某些基因转移到棉花细胞内,培育出抗虫棉
C.通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒
D.通过在试管内完成受精作用培育出试管婴儿
8、有关基因突变的下列说法,不正确的是()
A.基因突变是可遗传的变异的根本来源
B.基因突变可以产生新基因,同时产生新的基因型
C.A基因可以突变成a1、a2、a3…,同样a基因也可以突变成A1、A2、A3…
D.基因中一个碱基对发生改变,则一定发生了基因突变,并一定能改变生物的性状
9、5溴尿嘧啶(Bu)是胸腺嘧啶(T)的结构类似物,在含有Bu的培养基上培养大肠杆菌,得到少数突变型大肠杆菌,突变型大肠杆菌中的碱基数目不变,但(A+T)/(C+G)的碱基比例略小于原大肠杆菌,这表明Bu诱发突变的机制是
A.阻止碱基正常配对
B.断裂DNA链中脱氧核糖与磷酸间的化学键
C.诱发DNA链发生碱基种类置换
D.诱发DNA链发生碱基序列变化
10、有关基因突变的叙述,正确的是()
A.不同基因突变的频率是相同的B.基因突变的方向是由环境决定的
C.一个基因可以向多个方向突变D.细胞分裂的中期不发生基因突变
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