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1、第十章 基因突变一、教学目的与要求：（1）了解基因突变的类型和性质、特征（2）掌握基因突变分子机理和诱变因素的作用方式（3）理解基因突变的检测方法（4）掌握基因突变的修复途径二、教学重点、难点、疑点：1. 突变的概念、类型和性质2. 诱发突变的分子基础3. 诱发突变与人类癌症4. 生物体基因突变的修复机制5. 果蝇基因突变的检出6. 植物基因突变的检出7. 人类基因突变的检出解决方法（1）通过出示基因结构变化的示意图，加深学生对基因突变内涵的 理解。（2）课堂教学中不断提出问题，让学生通过概念的运用达到巩固概 念和知识迁移的目的。2教学难点及解决办法 基因突变的原因。解决办法 对人类镰刀型细胞
2、贫血症病因结合图解进行分析，使学生真正明白基 因突变的原因一一DNA复制过程也可能发生差错，基因中个别碱基的变 化，就会造成性状改变。3教学疑点及解决办法 为什么说基因突变是变异的主要来源？ 解决办法讲明基因突变与基因重组的区别，联系实际举例。三、教学方法设计：四、教具或教学手段： 多媒体课件五、教学过程与板书设计：第一节 基因突变的概念和特征一、基因突变的概念及类别1、基因突变：指在染色体上一定位点基因内部的化学变化引起的突变基 因突变：指染色体上一定位点基因内部的化学变化引起的突变2、类别:隐性突变：4 a显性突变：卄 A:自发突变一外界环境条件的自然作用或生物体内的生理生化变化而产-生的
3、突变诱发突变 在专门诱变因素影响引起的突变，为“诱发突变”形态突变型一可见突变：指造成外形改变的突变型V至死突变型一能造成个体死亡或生命力明显下降的突变型L条件突变型一在一定条件下有致死效应3. 一般特征 突变的频率：指生物体在每一世代中发生突变的机率，或者在一定时 间内突变可能发生的次数。高等植物 10-5 10-8 细菌和噬菌体 10-410-10范围大、突变频率比动植物高例如：氨基酸过程中三种疾病是由三种基因突变导致酶发生变化引起 的，有一定的突变频率苯丙氨酸羟化酶缺乏导致苯丙酮尿症；尿黑尿酸氧化酶缺乏会产 生尿黑酸尿症；酪氨酸酶缺乏导致白化病苯丙氨酸羟化酶苯丙酮酸苯丙氨酸酪氨酸积累尿黑
4、尿酸氧化酶酪氨酸酶Jv延胡索酸+乙酰乙酸突变频率不是固定不变的，受生理、外界环境的影响温度：025C，温度每增加1 C突变频率提高二倍年份：储存了 67年的大麦种子500r射线后比新种子高15倍 突变发生的时期：体细胞 性细胞突变越早，表现的性状越明显 突变的多向性：虽然是多向性的，但不是可以任意发生突变，突变的方向受构成基因 的化学物资、物质的制约。 突变的重演性：同种生物中相同基因的突变可以在不同的个体中重复 出现，这称为突变的重组性。 突变的可逆性：A 一 a隐性突变（正向突变）多a 一 A显性突变（回复突变）少 任何离开野生型等位基因的变化为正向突变（forward m.）与正向 突变
5、概念相对的是任何回复到野生型的变化称为显性突变或回复突变 （reverse m）。这一点与染色体缺失造成的突变不同。基因突变可以得 到恢复，而染色体缺失不能得到恢复。 突变的有利性与有害性：大多数突变为不利于生物生长的突变。原因是，长期适应和选择保留 了有利性状，一旦突变变为不利性状。少数有利性状：高矮杆；有害与有利是相对第二节 突变检测大突变：控制质显性性状的基因突变为大突变。 微突变：控制数显性性状的基因突变为微突变。一、植物的显性和隐性突变出现的一般规律。 等位基因在一般情况只有其中的一个基因发生突变，另一个不突变。如何检测发生了那种突变，如何选出突变的纯合体，是要跟据突变体出 现的早晚
6、和基因纯和速度快慢来判断。显性突变 亲本ddDdMl突变一代（长杆植株）在Ml代表现出来DD Dd dd M2 （纯合与杂合混在一起 ）DD DD Dd dd M3 （获得纯合突变体）M3代才能获得纯合植 株。显性突变Ml代出现，M3代检出亲本 AA!AaMl （没有表现）!AA Aa aa M2 （表现纯合） 隐性突变比显性突变表现的晚一代，但纯和速度早一代。二 果蝇突变的检出1、性连锁基因突变的检出ClB品系方法主要用来检测X染色体上是否发生了致死突变、隐性突变等。ClB是指果蝇的某个品系，X染色体上有一个较大的倒位，记做C,后代中也保持 这个倒位环。l为X染色体的隐性致死基因，雄个体有l
7、基因时不能存活。而雌蝇仅有 一个l基因时存活。B是X染色体上一个标记棒眼性状的基因。ClB方法：第一步：CIB雌蝇与被检测雄蝇杂交后代雌蝇：雄蝇=2 : 1,雌蝇中一半是棒眼，由于被检测出的chr均在雌蝇上， 都有对应的等位基因，所以不能检测出是否发生了致死突变。第二步：选出棒眼雌蝇X般雄蝇（非被检测雄蝇） 如果在被检测的X染色体上发生了致死突变，F2无雄性 X染色体发生了隐性突变，雄蝇则全部带有该隐性突变性状。雌蝇一半棒眼， 一半野生 如果X染色体没有发生隐性突变，雌蝇棒眼：野生=1 : 1,野生雄蝇仅为雌蝇 一半2常染色体基因突变的检出平衡致死系统法纯合致死第二对染色体cy +cy+第二对
8、染色体另一位点纯合致死cy +SF1cy杂合时不致死从 F1 代中选出翘翅雄蝇再与平衡致死的品系雌蝇成对饲养。_Cy Xcy +早+ S在 B1 代选翘翅雌蝇和翘翅雄蝇互交。cy +cy+ Xcy + cy +cy +cy+cy+(1) 如果F3只有翘翅类型证明只有 cy +杂合体，那么被检测雄蝇染色体上发生了隐性致死突变(2) 如果 F3 有 2/3 翘翅类型，有 1/3 野生型说明没有发生致死突变，也没有隐性突 变(3) 如果有 2/3 的翘翅类型，1/3 突变类型，说明发生了隐性突变。3 微生物基因突变的检出营养突变的筛选营养缺陷型只能在基本培养基上生长，不能在某一缺营养培养基上生长。在
9、完 全培养基上能生长，在基本培养基上不能生长，证明发生了突变。4 、人类基因突变的检出离子法、芯片法、PCR技术(见基因组学部分)第三节 诱变因素及作用机理诱发突变：是有机体暴露在诱变剂中引起的遗传物质改变 诱变剂：能诱发生物体变异的理化条件称诱变剂一、物理诱变因素及作用机理1927年Muller用X射线处理果蝇精子，证明X射线可以诱发突变这一结论为 辐射遗传学奠定了基础。因此Muller在1941年获得了诺贝尔奖。差不多同一时期 Ctadler用X射线、Y射线处理大麦和玉米种子，也得到了相似的结果。随着研究的 深入，人们已经知道a、B中子及紫外线等均有不同程度的辐射作用。用这些诱变剂 进行辐
10、射研究又解决了以下几个方面的问题 可提供诱发突变的有效方法 研究诱变的过程及诱变的机理 证明辐射不仅对人体有害，而且更重要的是影响后代离辐射ionization非电离辐射unionizating1、电离辐射(1) 辐射源粒子射线：Y、B射线、中子电磁辐射：Y射线、X射线X 射线：带正电的粒子束 2-9 百万电子伏特（ MeV） 高能电子，质量大，穿 透力弱，在生物细胞中仅穿透十分之几mm,但因能量大，具有较大的电离作用，如 氢原子核。B射线：带负电的B粒子构成的电子流，能量也较大，几百万电子伏特，有较大 的穿透能力。中子：不带电的质点,按所带的能量可分为快中子、慢中子。中子是在反应堆 回旋加速
11、中产生的。如镭中子源可产生中子流电磁辐射：不带电核的Y射线、X射线是一种电磁，具有很大能量和光一样的 速度。（2）电离作用：电离作用是从中性原子或分子形成离子的过程称为电离作用。 影响电离作用大小的因素： 辐射剂量（伦琴表示）定义：1 Y的照射可使lcm3的标准状态的干燥空气产生一个静电单位的电离量。 辐射剂量越大，电离作用越大 射程：从粒子进入物质到能量被吸收最后停止，这段距离称粒子在该物质内的射程。 射程越大，分子和原子的电离作用越大 辐射强度：单位时间内照射剂量。大剂量短时间照射比比相同剂量多次长时间照射 容易引起突变。：粒子照射到物质之后，它的分子或原子的核外电子丢失，丢失的电子的原子
12、或分 子成为常正电的阳离子，而被激出的电子被其他的中性原子所捕获，形成带负电的阴 离子。（3）、电离作用对生物体遗传物质的影响 电离辐射诱发生物变异的全过程分四个阶段 物理学阶段： 指能量从辐射源传递到生物细胞内，使细胞内的各种分子发生电离 和激发。电离作用物理化学阶段：是储存能量的迁移和生物大分子损伤形成的辐射化学过程。在这 一过程中形成许多特别活跃的自由基和自由原子，其中水 是最多的，所以水分子中 产生的离子对一系列复杂的反应起重要的作用。水射解水的电离过程又称水的射解H2oH2o+e+电离H2O+e k H2O - （水负离子）水中正负电子对形成了水的射解H2o H+ + 0 Ho氢 O
13、 H 自由基H2 O Ho+O H-水自由基与离子团结合OHo+Hok H2 OOH-+H+ H2 OOHo+OH+ H2 O2水的射解之后，形成的许多自由基对大分子产生影响，尤其产生氧化物。生物学阶段a 辐射作用于细胞分裂间期，核物质，染色质有的部位空泡化或出现成团现象。b 辐射作用于细胞分裂中期染色体粘合松弛断裂辐射作用于细胞分裂后期可见染色体桥梁片段缺失倒为易位重复等结构变异c 辐射引起染色体数目的改变形成多倍体或单倍体个体发生的表观型发生改变或突变 个体不育或死亡体的细胞活力下降生长势小。d 辐射对 DNA 结构的影响，碱基发生替代，碱基之间的化学键发生变化，糖和磷酸 之间的键发生变化
14、，使染色体和DNA结构发生变化。e 对细胞质的影响，使细胞膜透性增加，细胞质外渗，或粘滞度加大，影响物质运输 代谢紊乱。2、非电离辐射：辐射过程中不引起电离，但可以突变(1) 辐射源：紫外线电磁波，带电量低近3-5eV，穿透力弱，不足以引起电子发 生电离 .照射时有效的波长为270nm，植物和微生物诱变作用(ultraviole,UV)。30%的 紫外线又穿过珠花粉壁， 8%可穿透膜。(2) 诱变机理：直接作用一分子活化一化学键变化间接作用一甲物质被活化一能量一乙物质一化学变化 胞腺嘧啶二聚体，阻止DNA正常识别和转录、翻译或错误复制。 胞嘧啶与水分子发生水合作用 化学键发生断裂，主要是配对的碱基化学键断裂；糖和磷酸之间的键断裂。二、化学诱变1、化学诱变剂的种类(1) 烷化剂： 有一个或几个不稳定的甲基、已基烷基团能与核酸中的碱基发生化学反应，引起碱基配对的转换。(2) 碱基类似物：分子结构与DNA上的碱基相似，当DNA复制时，可作为碱 基插入引起突变。(3) 嘧啶类染料：使分子DNA上减少或增加一、二个碱基，引起碱基的移码突 变，发生转录和翻译错误诱变。2、作用的机理DNA模型确定后，基因突变是由于和甘酸顺序发生变化，可以发生两种形式的改 变，碱基突变(base substitution )和移码突变(frameshift mutation ).显然
