浙科版必修二 生物变异的来源五学案.docx
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浙科版必修二生物变异的来源五学案
生物变异的来源学案浙科版
1.涵盖范围
本单元主要包括以下内容:
三种变异的来源、特点,生物变异和转基因技术;现代生物进化理论,生物进化理论与生物多样性的形成;人类遗传病的类型,人类遗传病的监测和预防,人类基因组计划及其意义。
2.重点关注
(1)举例说出生物变异的原因。
(2)举例说出基因突变的类型、特点和机理。
(3)染色体畸变的分类和遗传效果。
(4)解释基因重组引起生物多样性的原因。
(5)以单倍体、多倍体育种和转基因技术为例说明生物变异在生产上的应用。
(6)举例说明生物具有多样性和统一性。
(7)按照进化论的观点解释生物界的多样性和统一性。
(8)阐明自然选择导致适应,举例自然选择导致适应。
(9)基因频率和基因型频率的计算。
(10)导致基因频率变化的因素。
(11)人类遗传病的类型及代表实例。
(12)遗传咨询与优生的措施。
(13)人类基因组计划有关知识。
3.命题角度
(1)基因突变的产生、结果分析与特点的理解一直是高考的热点。
(2)单倍体、二倍体与多倍体的概念理解及染色体组数的判断是本部分内容的难点,也是高考比较容易考查的知识点之一。
(3)杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种和细胞工程育种的原理、过程与优缺点比较在高考考题中一直是热点。
(4)生物的多样性、统一性的进化论解释和进化性变化的发生分析及应用在近几年高考试题中异军突起,由过去的冷门成为炙手可热的考点。
第19讲 生物变异的来源
[考纲要求]
1.基因重组(Ⅰ)。
2.基因突变的特征和原因(Ⅱ)。
3.染色体结构变异和数目变异(Ⅰ)。
一、基因重组
1.含义:
具有不同遗传性状的雌、雄个体进行有性生殖时,控制不同性状的基因重新组合,导致后代不同于亲本类型的现象或过程。
2.发生时期和原因
时期
原因
减数第一次分裂后期
随着非同源染色体的自由组合,非等位基因也自由组合
减数第一次分裂四分体时期
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
3.意义:
基因重组的结果是导致生物性状的多样性,为动植物育种和生物进化提供丰富的物质基础。
[以图助学] 如图a、b为减数第一次分裂不同时期的细胞图像,其中均发生了基因重组。
[解惑]
(1)受精过程中未进行基因重组。
(2)亲子代之间差异主要是由基因重组造成的。
(3)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。
[判一判]
1.一对等位基因不存在基因重组,一对同源染色体存在基因重组( × )
2.减数分裂四分体时期,姐妹染色单体的局部交换可导致基因重组( × )
3.纯合子自交因基因重组发生性状分离( × )
二、基因突变
1.时间:
主要发生在DNA分子复制过程中,即细胞分裂间期。
2.实质:
是DNA分子上碱基对的缺失、增加或替换。
3.类型:
形态突变、生化突变和致死突变。
4.特点:
普遍性、多方向性、稀有性、可逆性、有害性。
5.原因:
物理、化学、生物因素。
6.实例分析(镰刀形细胞贫血症)
(1)直接原因:
血红蛋白肽链上的氨基酸发生改变。
(2)根本原因:
血红蛋白基因(DNA)上一个碱基对发生改变,由A—T替换成了T—A。
[判一判]
1.基因突变一定会引起基因结构的改变,但不一定会引起生物性状的改变( √ )
2.基因突变一定是可遗传变异,但不一定遗传给后代( √ )
3.若没有外界因素的影响,基因就不会发生突变( × )
4.唐氏综合征和镰刀形细胞贫血症均能用显微镜检测( √ )
5.基因突变发生在DNA复制、转录、翻译三个过程中( × )
6.细胞分裂的中期一定不发生基因突变( × )
7.一个基因可能向多个方向突变( √ )
8.不同基因突变的概率是相同的( × )
9.基因突变对生物的生存往往是有利的( × )
10.基因突变只能定向形成新的等位基因( × )
三、染色体畸变
1.染色体结构变异(连一连)
[解惑] 基因突变,名义上是基因在变,其实是基因内部碱基在变,基因的数目和位置都未变;染色体畸变,名义上是染色体在变,其实是染色体内部基因在变,基因的数目和位置都改变。
2.染色体数目变异
(1)含义:
生物细胞中染色体数目的增加或减少。
(2)类型
①整倍体变异:
体细胞的染色体数目以染色体组的形式成倍增加或减少。
②非整倍体变异:
体细胞中个别染色体的增加或减少。
3.判断单倍体、二倍体和多倍体
(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。
考点一 聚焦基因突变
1.分析基因突变的原因
2.分析基因结构中碱基对的增加、缺失、替换对生物的影响
碱基对
影响范围
对氨基酸的影响
替换
小
只改变1个氨基酸或不改变
增加
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
大
不影响缺失位置前的序列,而影响缺失位置后的序列
3.讨论基因突变不一定导致生物性状改变的原因
(1)不具有遗传效应的DNA片段中的“突变”不引起基因突变,不引起性状变异。
(2)由于多种密码子决定同一种氨基酸,因此某些基因突变也不引起性状的改变。
(3)某些基因突变虽改变了蛋白质中个别位置的氨基酸种类,但并不影响蛋白质的功能。
(4)隐性突变在杂合子状态下也不会引起性状的改变。
易错警示 与基因突变有关的7个易错点
(1)无丝分裂、原核生物的二分裂及病毒DNA复制时均可发生基因突变。
(2)基因突变一定会导致基因结构的改变,但却不一定引起生物性状的改变。
(3)基因突变是DNA分子水平上基因内部碱基对种类和数目的改变,基因的数目和位置并未改变。
(4)生殖细胞的突变率一般比体细胞的突变率高,这是因为生殖细胞在减数分裂时对外界环境变化更加敏感。
(5)基因突变的利害性取决于生物生存的环境条件。
如昆虫突变产生的残翅性状若在陆地上则为不利变异,而在多风的岛屿上则为有利变异。
(6)基因突变≠DNA中碱基对的增加、缺失、替换。
(7)基因突变不只发生在分裂间期。
1.某种高秆植物经理化因素处理,在其后代中发现个别矮秆植株,如何设计实验鉴定与矮秆性状出现的相关问题(只需写出实验步骤):
(1)是基因突变,还是环境影响:
____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若是基因突变,是显性突变,还是隐性突变:
_____________________________
_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)将矮秆植株连同原始亲本一起种植,保持土壤和栽培条件尽量一致,观察比较两者的表现型
(2)第一年将矮秆植株和原始亲本杂交得F1,第二年种植F1种子,观察其表现型
解析
(1)必须体现“二者种植在相同的环境条件下,看表现型是否相同”。
(2)必须体现“将矮秆植株和原始亲本杂交得F1,第二年种植F1种子,观察其表现型”。
2.(2012·新课标全国卷,31)一对毛色正常鼠交配,产下多只鼠,其中一只雄鼠的毛色异常。
分析认为,鼠毛色出现异常的原因有两种:
一是基因突变的直接结果(控制毛色基因的显隐性未知,突变只涉及一个亲本常染色体上一对等位基因中的一个基因);二是隐性基因携带者之间交配的结果(只涉及亲本常染色体上一对等位基因)。
假定这只雄鼠能正常生长发育,并具有生殖能力,后代可成活。
为探究该鼠毛色异常的原因,用上述毛色异常的雄鼠分别与其同一窝的多只雌鼠交配,得到多窝子代。
请预测结果并作出分析。
(1)如果每窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为________,则可推测毛色异常是
____性基因突变为____性基因的直接结果,因为__________________________________
____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如果不同窝子代出现两种情况,一种是同一窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例为________,另一种是同一窝子代全部表现为________鼠,则可推测毛色异常是隐性基因携带者之间交配的结果。
答案
(1)1∶1 隐 显 只有两个隐性纯合亲本中一个亲本的一个隐性基因突变为显性基因时,才能得到每窝毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为1∶1的结果(其他合理答案也可)
(2)1∶1 毛色正常
解析
(1)若毛色异常鼠为基因突变所致,则毛色正常鼠应为纯合子,被发现的毛色异常鼠应为杂合子。
则题干中的交配实验,其子代中表现型比例为毛色正常鼠∶毛色异常鼠=1∶1。
(2)设控制毛色的基因为A、a,若毛色异常鼠的出现是隐性基因携带者之间交配的结果,则一对毛色正常鼠交配有:
♀Aa×♂Aa→1AA∶2Aa∶1aa,用毛色异常的雄鼠(aa)分别与其同一窝的多只毛色正常雌鼠交配,可能出现两种情况:
①Aa×aa→1Aa∶1aa;②AA×aa→Aa。
1.基因突变的类型及性状表现特点
(1)显性突变:
如a→A,该突变一旦发生即可表现出相应性状。
(2)隐性突变:
如A→a,突变性状一旦在生物个体中表现出来,该性状即可稳定遗传。
2.验证基因突变实验设计的思路
(1)验证生物变异是基因突变还是环境影响:
可以把矮秆植株与原始亲本种植在相同的环境条件下,观察比较两者的表现型是否相同,若相同则说明变异是由环境引起的。
(2)验证基因突变的显隐性:
可让矮秆植株和原始亲本杂交,若出现性状分离,则说明为显性突变,若没有出现性状分离,则说明为隐性突变。
考点二 比较三种类型的基因重组
重组
类型
同源染色体上非等位基因间的重组
非同源染色体上非等位基因间的重组
人为导致基因重组(DNA重组)
图像
示意
发生
时间
减数第一次分裂四分体时期
减数第一次分裂后期
发生
机制
同源染色体非姐妹染色单体之间交叉互换,导致染色单体上的基因重新组合
同源染色体分开,等位基因分离,非同源染色体自由组合,导致非同源染色体上非等位基因重组
目的基因经运载体导入受体细胞,导致受体细胞中的基因重组
易错警示 与基因重组有关的4点提示
(1)通过对DNA的剪切、拼接而实施的基因工程属于分子水平的基因重组;减数分裂过程中同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换,以及非同源染色体上非等位基因的自由组合而导致的基因重组,属于染色体水平的基因重组;动物细胞融合技术,以及植物体细胞杂交技术下的基因重组,属于细胞水平的基因重组。
(2)自然状况下,原核生物中不会发生基因重组。
(3)基因重组是真核生物有性生殖过程中产生可遗传变异的最重要来源,是形成生物多样性的重要原因。
(4)基因重组未产生新基因,只是原有基因的重新组合,产生了新的表现型(或新品种)。
3.下列有关基因重组的说法中,正确的是( )
A.基因重组是生物体遗传变异的主要方式之一,可产生新的基因
B.同源染色体指的是一条来自父方,一条来自母方,两条形态大小一定相同的染色体
C.基因重组仅限于真核生物细胞减数分裂过程中
D.基因重组可发生在四分体时期的同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换
答案 D
解析 基因突变可产生新的基因;同源染色体指的是一条来自父方,一条来自母方,在减数分裂过程中能联会的两条染色体,它们形态大小不一定相同,如性染色体X、Y;自然条件下的基因重组发生在减数分裂过程中,人工实验条件下的DNA重组也属于基因重组。
4.如图为高等动物的细胞分裂示意图。
图中不可能反映的是( )
①该细胞一定发生了基因突变 ②该细胞一定发生了基因重组 ③该细胞可能发生了基因突变 ④该细胞可能发生了基因重组
A.①②B.③④
C.①③D.②④
答案 A
解析 由于图中没有同源染色体,同时着丝粒分开,可以确定该细胞为减数第二次分裂后期的图像。
同时注意到该细胞中,由两条姐妹染色单体形成的子染色体中所含的基因不完全相同,分别是B、b,其原因可能是减数第一次分裂前的间期染色体复制出现错误,发生了基因突变,也可能是减数第一次分裂的四分体时期,同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生了交叉互换,使得两姐妹染色单体上的基因不完全相同。
根据题意来确定图中变异的类型
1.若为有丝分裂(如根尖分生区细胞、受精卵等),则只能是基因突变造成的。
2.若为减数分裂,则原因是基因突变(间期)或基因重组(减数第一次分裂)。
3.若题目中问造成B、b不同的根本原因,应考虑可遗传变异中的最根本来源——基因突变。
4.若题目中有××分裂××时期提示,如减Ⅰ前期造成的则考虑交叉互换,间期造成的则考虑基因突变。
考点三 分析染色体结构的变异
1.比较染色体结构四种变异类型
变异类型名称
具体变化
结果
举例
染色体结
构变异
缺失
缺失某一片段
染色体上的基因数目或排列顺序改变,从而导致性状变异
猫叫综合征
重复
增加某一片段
果蝇的棒状眼
易位
某一片段移接到另一条非同源染色体上
倒位
某一片段位置颠倒
人慢性粒细胞白血病
2.区分易位与交叉互换
染色体易位
交叉互换
图解
区别
染色体角度
发生于非同源染色体之间
发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间
变异类型
属于染色体结构变异
属于基因重组
显微镜下是否观察到
可在显微镜下观察到
在显微镜下观察不到
3.观察下列图示,填出变异类型并回答相关问题
(1)变异类型
(2)可在显微镜下观察到的是A、B、C(填字母)。
(3)基因数目和排列顺序均未变化的是D。
易错警示 与染色体结构变异有关的3个易错点
(1)基因突变、基因重组、染色体畸变都会引起遗传物质的改变,均可传给后代。
(2)基因突变是基因内部碱基对的改变,属于DNA分子水平上的变化;染色体畸变是染色体结构或数目的变异,属于细胞水平上的变化。
(3)染色体的某一个位点上基因的改变属于基因突变,这种改变在光学显微镜下是无法直接观察到的。
而染色体上几个基因的改变属于染色体畸变,这种改变可以用显微镜直接观察到。
5.如图①②③④分别表示不同的变异类型,其中图③中的基因2由基因1变异而来。
下列有关说法正确的是( )
A.图①②都表示易位,发生在减数分裂的四分体时期
B.图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失
C.图④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或重复
D.图中4种变异能够遗传的是①③
答案 C
解析 图①表示基因重组中的交叉互换,因为其发生在同源染色体之间;图②表示染色体结构变异中的易位,因为其发生在非同源染色体之间;图③表示基因突变中碱基对的缺失;图④表示染色体的缺失或重复。
图中4种变异都是可遗传的变异。
6.果蝇的一条染色体上,正常基因的排列顺序为123-456789(数字代表基因,“-”代表着丝粒),下表表示了该正常染色体发生变异后基因顺序变化的四种情况。
有关叙述错误的是( )
染色体
基因顺序变化
a
154-326789
b
123-4789
c
1654-32789
d
123-45676789
A.a是由染色体某一片段位置颠倒引起的
B.b是由染色体某一片段缺失引起的
C.c是由染色体的着丝粒改变引起的
D.d是由染色体增加了某一片段引起的
答案 C
解析 与正常染色体上的基因相比,a中“23-45”基因位置颠倒了180°,因此染色体发生了倒位;b中缺失了“56”基因,因此染色体发生缺失;c中“23-456”基因位置颠倒了180°,同样是倒位;d中“67”基因出现了两次,为重复。
1.三种变异实质的解读
若把基因视为染色体上的一个位“点”,染色体视为点所在的“线段”,则基因突变为“点”的变化(点的质变,但量不变);基因重组为“点”的结合或交换(点的质与量均不变);染色体畸变为“线段”发生结构或数目的变化。
2.三种变异的相关问题分析
(1)关于“互换”问题。
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”问题。
DNA分子上若干基因的缺失属于染色体畸变;DNA分子上若干碱基对的缺失,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,光学显微镜下观察不到;染色体畸变属于亚细胞水平的变化,光学显微镜下可以观察到。
(4)关于变异的“质”和“量”问题。
基因突变改变基因的质,不改变基因的量;基因重组不改变基因的质,一般也不改变基因的量,但转基因技术会改变基因的量;染色体畸变不改变基因的质,但会改变基因的量或改变基因的排列顺序。
考点四 分析染色体数目变异
1.观察下图雄果蝇染色体组成,概括染色体组的组成特点
(1)从染色体来源看,一个染色体组中不含同源染色体。
(2)从形态、大小和功能看,一个染色体组中所含的染色体各不相同。
(3)从所含的基因看,一个染色体组中含有控制本物种生物性状的一整套基因,但不能重复。
2.单倍体、二倍体和多倍体的判断
(1)如果生物体由受精卵(或合子)发育而成,其体细胞中含有几个染色体组,该生物就称为几倍体。
(2)如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成,则无论体细胞中含有几个染色体组,都称为单倍体。
易错警示 关于染色体组的2点提示
(1)基因组与染色体组
对于有性染色体的生物(二倍体),其基因组为常染色体/2+性染色体;对于无性染色体的生物,其基因组与染色体组相同。
(2)单倍体不等于一倍体
①单倍体是由配子发育形成的个体,可能含有多个染色体组。
②一倍体只含有一个染色体组,一定属于单倍体。
7.下列相关叙述正确的是( )
A.马和驴杂交的后代骡高度不育,是单倍体
B.对六倍体普通小麦的花药进行离体培养,长成的植株中的细胞中含三个染色体组,是
三倍体
C.单倍体幼苗经秋水仙素处理后得到的植株不一定是纯合的二倍体
D.二倍体番茄和二倍体马铃薯的体细胞融合后形成的杂种植株含两个染色体组
答案 C
解析 骡无繁殖能力,体内有两个染色体组,是二倍体。
经花药离体培养而成的个体,其发育的起点是配子而不是受精卵,所以培育成的个体不是三倍体,而是单倍体。
单倍体幼苗经秋水仙素处理后可能是纯合的二倍体,也可能是四倍体等。
二倍体番茄和二倍体马铃薯的体细胞融合后形成的杂种植株含四个染色体组。
8.如图是四种生物的体细胞示意图,A、B中的字母代表细胞中染色体上的基因,C、D代表细胞中染色体情况,那么最可能属于多倍体的细胞是( )
答案 D
解析 根据题图可推知,A、B、C、D中分别具有4个、1个、2个、4个染色体组。
但有丝分裂过程的前期和中期,每条染色体上含有两条姐妹染色单体,而姐妹染色单体上含有相同的基因,则一对同源染色体可能具有相应的4个基因,如A。
故最可能属于多倍体的细胞是D。
染色体组数量的判断方法
1.据细胞分裂图像进行识别判断:
以生殖细胞中的染色体数为标准,判断题目图示中的染色体组数。
如下图所示:
①为减数第一次分裂前期,染色体4条,生殖细胞中染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有2个染色体组。
②为减数第一次分裂末期或减数第二次分裂前期,染色体2条,生殖细胞中染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有1个染色体组。
③为减数第一次分裂后期,染色体4条,生殖细胞中染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有2个染色体组。
④为有丝分裂后期,染色体8条,生殖细胞中染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有4个染色体组。
2.据染色体形态判断:
细胞内形态相同的染色体有几条,则含有几个染色体组。
如下图所示的细胞中,形态相同的染色体a中有3条、b中有2条、c中各不相同,则可判定它们分别含3个、2个、1个染色体组。
3.据基因型判断:
控制同一性状的基因出现几次,就含几个染色体组——每个染色体组内不含等位基因或相同基因,如图所示:
d~g中依次含4、2、3、1个染色体组。
4.据染色体数/形态数的比值判断:
染色体数/形态数的比值意味着每种形态染色体数目的多少,每种形态染色体有几条,即含几个染色体组。
如果蝇该比值为8条/4种形态=2,则果蝇含2个染色体组。
考点五 三种可遗传变异的比较
1.完善下表中基因突变、基因重组、染色体畸变的比较
变异类型
基因突变
基因重组(交叉互换)
染色体畸变(易位)
结果
产生新基因,新基因型
只产生新的基因型
基因排序改变
等位基因分离时期
减Ⅰ后期和减Ⅱ后期
减Ⅰ后期和减Ⅱ后期
减Ⅰ后期
产生配子及种类
AB、aB、ab;三种
AB、ab、Ab、aB;四种
AB、CB、ab;三种
2.填出变异类型与细胞分裂方式的关系
变异类型
细胞分裂方式
基因突变
可发生于无丝分裂、有丝分裂、减数分裂
基因重组
减数分裂
染色体畸变
有丝分裂、减数分裂
易错警示 与变异类型有关的辨析
(1)基因突变和基因重组的判断:
根据变异个体数量确定是否发生基因突变,如一群棕猴中出现一只白猴,一片红花植株中偶尔出现一株白花,即可确定是由基因突变造成的;若出现一定比例白猴或白花,则由于等位基因分离,配子经受精作用随机结合产生的,但该过程不叫基因重组。
(2)基因突变和染色体结构变异的判断:
染色体结构变异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。
基因突变是“基因结构”的改变,包括DNA分子中碱基对的替换、增加和缺失。
基因突变导致“新基因”的产生,染色体结构变异未形成新的基因。
(3)辨析染色体畸变方式:
图a为三体(个别染色体增加);图c为三倍体(染色体组成倍增加);图b和图f皆为染色体结构变异中的重复;图d和图e皆为染色体结构变异中的缺失。
9.在有丝分裂和减数分裂过程中不能产生的变异是( )
A.DNA复制时发生碱基对的增加、缺失或替换,导致基因突变
B
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