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1、成才之路成才之路 生物生物路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 必修必修2 基因突变及其他变异基因突变及其他变异第五章第五章1.1.1集合的概念第第1节基因突变和基因重组节基因突变和基因重组第五章第五章1.1.1集合的概念学习目标定位学习目标定位2教材问题释疑教材问题释疑3课前预习导学课前预习导学4课堂合作探究课堂合作探究5思维拓展升华思维拓展升华6方法技巧提升方法技巧提升7课堂知识构建课堂知识构建8课后强化作业课后强化作业9本节主攻要点本节主攻要点1本节主攻要点本节主攻要点1基因突变有碱基对的替换、增添和缺失三种方式。2基因突变会引起基因结构的改变，但却不一
2、定引起生物性状的改变。3基因突变具有普遍性、随机性、不定向性及低频性等特点。4基因突变可以产生新基因，而基因重组只能产生新的基因型。5基因重组包括非同源染色体上非等位基因的自由组合和同源染色体上非姐妹染色单体交叉互换两种类型。学习目标定位学习目标定位目标预览：1举例说明基因突变的概念、原因、特点和意义。(重点)2理解基因重组的概念、时期和意义。(重点)3区分基因突变和基因重组。(难点)情境导入：俗话说：“一母生九子，连母十个样”，描述的就是生物的变异现象。猪仔们的毛色与猪妈妈差异很大，这就是一种生物变异现象。问题探究：生物的变异来源有哪些？提示：生物的变异可分为不可遗传的变异和可遗传变异，可遗
3、传变异的来源有基因突变、基因重组和染色体变异。教材问题释疑教材问题释疑(一)问题探讨提示：DNA分子携带的遗传信息发生了改变。但由于密码的简并性，DNA编码的氨基酸不一定改变。如果氨基酸发生了改变，生物体的性状可能发生改变，改变的性状对生物体的生存可能有害，可能有利，也有可能既无害也无利。(二)思考与讨论一1图中谷氨酸发生了改变，变成了缬氨酸。2提示：可查看教材中，20种氨基酸的密码子表。3能够遗传。突变后的DNA分子复制，通过减数分裂形成带有突变基因的生殖细胞，并将突变基因传递给下一代。(三)思考与讨论二1223种精子；223种卵细胞。2需要有2461个个体。3提示：可以从染色体上基因的多样
4、性、减数分裂过程中配子形成的过程以及基因重组等角度思考。生物体的性状是由基因控制的。在减数分裂形成生殖细胞的过程中，随着同源染色体的分离，等位基因分离，同时位于非同源染色体上的非等位基因进行重新组合。人的基因约有3万多个，因此，形成生殖细胞的类型也非常多，由生殖细胞通过受精作用形成的受精卵的类型也就非常多。所以，人群中个体性状是多种多样的。(四)旁栏思考题因为紫外线和X射线易诱发基因突变，使人患癌症。(五)批判性思维这种看法不正确。对于生物个体而言，发生自然突变的频率是很低的。但是，一个物种往往是由许多个体组成的，就整个物种来看，在漫长的进化历程中产生的突变还是很多的，其中有不少突变是有利突变
5、，对生物的进化有重要意义。因此，基因突变能够为生物进化提供原材料。课前预习导学课前预习导学一、基因突变的实例、概念和影响 1实例镰刀型细胞贫血症：(1)患者红细胞的变化。形状变化：正常的中央微凹的圆饼状_。细胞特点：易_，使人患溶血性贫血。弯曲的镰刀状弯曲的镰刀状 破裂破裂 (2)病因图解：图解：谷氨酸谷氨酸 缬氨酸缬氨酸 GAA CAT GTA 病因。a直接原因：组成血红蛋白的一个_被替换。b根据原因：控制血红蛋白合成的基因中一个_被替换。氨基酸氨基酸 碱基对碱基对 2基因突变的概念：(1)变化：碱基对的_、增添和_。(2)结果：_发生改变。3基因突变对后代的影响：(1)若发生在_中，将传递
6、给后代。(2)若发生在_中，一般不能遗传。但有些植物的体细胞发生基因突变，可通过_传递。(3)人体某些体细胞基因突变可能发展为_。替换替换缺失缺失基因结构基因结构配子配子体细胞体细胞无性繁殖无性繁殖癌细胞癌细胞二、基因突变的原因、特点和意义1原因：种类种类举例举例外因外因_因素因素_、X射线等射线等_因素因素亚硝酸、碱基类似物等亚硝酸、碱基类似物等生物因素生物因素_等等内因内因_偶尔发生错误偶尔发生错误DNA的碱基组成发生改变的碱基组成发生改变物理物理紫外线紫外线化学化学某些病毒某些病毒DNA分子复制分子复制2.特点(连线)：普遍性a.可向不同的方向发生突变、产生一个以上的等位基因随机性b基因
7、突变的频率是很低的不定向性 c基因突变大多是有害的低频性 d.在任何时期、任何细胞和任何DNA分子上都可发生多害少利性 e各种生物都可发生3意义：(1)_产生的途径。(2)生物变异的_。(3)_的原始材料。新基因新基因 根本来源根本来源 生物进化生物进化 三、基因重组1概念：(1)发生过程：生物体进行_的过程中。(2)实质：控制_的基因的重新组合。有性生殖有性生殖 不同性状不同性状 2类型：3.意义：基因重组是_的来源之一，对_具有重要意义。类型类型时期时期发生范围发生范围自由组合自由组合型型_染色体上的染色体上的_基基因因交叉互换交叉互换型型_同源染色体上的同源染色体上的_随随_ _的交换而
8、交换的交换而交换减数第一次分裂后期减数第一次分裂后期 非同源非同源 非等位非等位 减数分裂形成四分体时期减数分裂形成四分体时期 等位基因等位基因 非姐妹染色非姐妹染色生物变异生物变异 生物的进化生物的进化 单体单体 1.基因突变是普遍存在的，为什么又说是低频的呢？2所有的基因突变都能遗传给后代吗？分析原因。3一对夫妻所生后代性状不同的主要原因是什么？提示：1.普遍性是指基因突变可以在各种生物中发生，并普遍存在于生物发育的各个时期。低频性是指在自然界中，生物基因突变的频率很低。2不能。如发生在体细胞中的基因突变一般不能遗传给后代。3由于基因重组产生多种多样的配子，配子间随机结合产生多样化的后代。
9、课堂合作探究课堂合作探究1.镰刀型细胞贫血症的原因(1)图解：基因突变的实例基因突变的实例2基因突变发生的时期基因突变一般发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。这两个时期正是DNA分子进行复制的时候，故其结构最不稳定，也最容易发生基因突变。3基因突变的遗传特点(1)若发生于配子中，将遵循遗传规律遗传给后代。(2)若发生于体细胞中，一般不能遗传。但有些植物体细胞的基因突变，可通过无性繁殖传递。人体某些体细胞发生基因突变后，有可能会成为癌细胞。基因突变不会改变染色体上基因的数量和所在的位置。基因突变在生物体发育过程中发生的越早对生物体的影响越大。下列有关基因突变的叙述中，不正确的是()A基
10、因突变是指基因结构中碱基对的增添、缺失或替换B基因突变是由于基因中脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序的改变而发生的C基因突变可以在一定的外界环境条件或者生物内部因素的作用下引起D基因突变的频率是很低的，并且都是有害的解析A项说明了基因突变的本质，B项阐明了基因突变的原因，C项说明了引起基因突变的因素。基因突变的频率很低，而且一般都是有害的，但不全是有害的，有一些基因突变是中性的，还有少数突变是有利的，且突变的有利、有害是相对于生物所处的环境而言的。答案D基因突变按其发生部位可分为体细胞突变a和生殖细胞突变b两种，则()A均发生于有丝分裂前的间期Ba发生于有丝分裂的间期，b发生于减数第一次分裂前的
11、间期C均发生于减数第一次分裂前的间期Da发生于有丝分裂间期，b发生于减数第二次分裂的间期答案B解析基因突变通常发生在DNA复制时期，所以体细胞突变发生于有丝分裂的间期，生殖细胞突变发生于减数第一次分裂前的间期。1.诱发基因突变的因素(1)基因突变的外因易诱发基因突变并提高突变频率(见下表)基因突变的原因和特点基因突变的原因和特点基因突变的基因突变的外因的分类外因的分类举例举例作用机理作用机理物理因素物理因素紫外线、紫外线、X射线以及其他辐射射线以及其他辐射损伤细胞内的损伤细胞内的DNA化学因素化学因素亚硝酸、碱基类似物等亚硝酸、碱基类似物等改变生物体内核酸的碱改变生物体内核酸的碱基基生物因素生
12、物因素某些病毒的遗传物质某些病毒的遗传物质影响宿主细胞的影响宿主细胞的DNA等等(2)基因突变的内因自发产生基因突变DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等。2基因突变的特点(1)普遍性：基因突变在生物界中普遍存在，无论是低等生物，还是高等的动植物以及人，都会由于基因突变而引起生物性状的改变。(2)随机性基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期；基因突变可以发生在细胞内不同的DNA分子上；基因突变可以发生在同一个DNA分子的不同部位。(3)不定向性：基因突变是不定向的，一个基因可以向多个方向发生突变，形成一个以上的等位基因。例如：基因A可以突变成为a1(或a2或a3)，A、a1、
13、a2、a3之间也可以相互突变(如图所示)。同一个基因发生突变形成的基因之间都可以互称为等位基因。(4)低频性自然状况下，对于一种生物而言，其基因突变的频率是很低的。据估计，在高等生物中，大约105108个生殖细胞中，才有一个生殖细胞发生基因突变。而大肠杆菌的DNA复制的错误率约为109，即每连续109个核苷酸才可能发生一个错误。3基因突变的意义(1)基因突变是新基因产生的途径；(2)基因突变是生物变异的根本来源，为生物进化提供原始材料。1虽然基因突变是不定向的，但是其结果是产生了等位基因。也就是说，基因突变是朝着其等位基因的方向进行突变。2基因突变一定导致所携带的遗传信息改变，但性状不一定改变
14、。基因突变是生物变异的根本来源。下列关于基因突变特点的说法正确的是()A无论是低等生物还是高等生物都能发生突变B生物在个体发育的特定时期才可发生突变C突变只能定向形成新的等位基因D突变对生物的生存往往是有利的基因突变的原因是()A染色体上的DNA变成了蛋白质B染色体上的DNA变成了RNAC染色体上的DNA中的基因数目减少了或增多了D染色体上的DNA中的基因结构发生了局部改变答案D解析本题考查的是对于基因突变定义的理解。作为遗传物质，DNA分子结构一般是能够稳定存在的，并且能够稳定遗传，但偶尔受到各种因素的干扰，DNA分子结构会发生变化，即基因突变。基因突变指的是DNA分子中发生了碱基对的替换、
15、增添和缺失，从而引起基因结构的改变。基因突变过程中基因的数目不变。1.基因重组的定义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。注意：基因重组是原有基因的重新组合，只产生新的基因型，不产生新的基因，所以不会产生新的性状，只是原有亲代的性状的重新组合。基因重组基因重组2基因重组的类型(1)减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因的组合基因的自由组合；(2)减数第一次分裂的四分体时期，同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色体交换而发生交换(如右图所示)染色单体上的基因重组。3基因重组的意义(1)基因重组是生物多样性形成的原因之一。(2)基因重组是生物变异的来源
16、之一，对生物进化也非常重要。基因突变存在于所有生物中，基因重组仅存在于进行有性生殖的真核生物细胞核中。基因突变是对某一基因而言的，基因重组在两对或两对以上的基因中才会发生。下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是()我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻中国荷斯坦牛(原称中国黑白花牛)的培育我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒我国科学家通过体细胞克隆技术培养出克隆牛ABCD解析在减数分裂过程中，同源染色体的两条非姐妹染色单体间的互换和非同源染色体间的自由组合都可以发生基因重组。在题目给出的选项中：袁隆平利用杂交技术培育出的超级水稻，其原理是基因重组。中国荷斯坦牛是将国外的荷斯坦弗
17、里生牛引进后，在我国经过长期驯化，与当地黄牛进行杂交和选育，逐渐形成的优良种。是利用宇宙射线，诱发种子发生基因突变，从而培育出太空椒。克隆牛属于动物体细胞无性生殖，不产生基因间的重新组合。答案B下列关于基因重组的说法不正确的是()A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B减数分裂过程中，同源染色体的姐妹染色单体之间的局部交换可导致基因重组C减数分裂过程中，非同源染色体上的基因自由组合可导致基因重组D一般情况下，水稻花药内可发生基因重组，而根尖则不能答案B解析本题主要考查了基因重组的类型及发生时间，分析如下：思维拓展升华思维拓展升华基因突变的机理关于基因突变关于基因突
18、变特别提醒：基因突变发生于DNA复制时期，即细胞分裂的间期。基因突变不改变染色体上基因的数量及所处位置，只改变基因的结构及表现形式，即由Aa或aA。体细胞可以发生基因突变，这种突变一般不会导致下一代个体产生变异。有性生殖细胞可以发生基因突变，经受精作用，这种突变可使下一代出现变异。基因突变与基因重组的比较基因突变与基因重组的比较基因突变基因突变基因重组基因重组本质本质基因的分子结构发生改变，基因的分子结构发生改变，产生了新基因和新的基因型，产生了新基因和新的基因型，出现了新的性状出现了新的性状不同基因的重新组合，不产不同基因的重新组合，不产生新基因，而是产生新的基生新基因，而是产生新的基因型，
19、使不同性状重新组合因型，使不同性状重新组合发生发生时间时间及原及原因因细胞分裂间期细胞分裂间期DNA分子复制分子复制时，由于外界理化因素或自时，由于外界理化因素或自身生理因素引起碱基对的替身生理因素引起碱基对的替换、增添或缺失换、增添或缺失减数第一次分裂四分体时期，减数第一次分裂四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换；减数第体之间的交叉互换；减数第一次分裂后期，非同源染色一次分裂后期，非同源染色体的自由组合体的自由组合基因突变基因突变基因重组基因重组条件条件外界环境条件的变化和内外界环境条件的变化和内部因素的相互作用部因素的相互作用不同个体间杂交，有性不同
20、个体间杂交，有性生殖过程中进行减数分生殖过程中进行减数分裂形成生殖细胞裂形成生殖细胞发生发生可能可能突变频率低，但普遍存在突变频率低，但普遍存在在有性生殖中非常普遍在有性生殖中非常普遍联系联系都使生物产生可遗传的变异；在长期进化过程中，通都使生物产生可遗传的变异；在长期进化过程中，通过基因突变产生新基因，为基因重组提供大量可供自过基因突变产生新基因，为基因重组提供大量可供自由组合的新基因，基因突变是基因重组的基础由组合的新基因，基因突变是基因重组的基础方法技巧提升方法技巧提升探究点实验方案的确定根据性状的改变判断某基因是否突变案例已知物质D 是某微生物生长所必需的，它的合成途径如图所示。野生型
21、在只含物质A的培养基上就能正常生长。现发现有三种突变体(均只有某一基因发生突变)，均不能在只含物质A的培养基上正常生长，请设计一实验方案，区分出三种突变体的突变基因，并预测实验结果。(1)实验方案：_。(2)预测实验结果：如果_，说明基因A突变。如果_，说明基因B突变。如果_，说明基因C突变。标准答案(1)将这三种突变体分别放在只含物质B、只含物质C的培养基中培养，观察生长情况(2)在只含物质B和只含物质C的培养基中都能正常生长在只含物质B的培养基中不能正常生长，在只含物质C的培养基中能正常生长在只含物质B和只含物质C的培养基中都不能正常生长方法警示得分要点：(1)必须强调是用只含有物质B和物
22、质C的培养基培养三种突变体。(2)现象与结论必须一一对应，即：含B或C都正常生长基因A突变含 B不生长，含C生长基因B突变都不能生长基因C突变错因案例(1)答为“分别用只含有物质A、B、C的培养基培养三种突变体，观察生长情况。”(错答的原因是没有注意题目信息“三种突变体均不能在只含物质A的培养基上正常生长”)(2)答为“在只含物质B的培养基上生长”；答为“在只含物质C的培养基上生长”；答为“在只含物质D的培养基上生长”。(错答的原因在于没有明确基因突变类型与物质合成之间的关系)技法提炼(1)确定实验方案的方法：实验方案主要根据实验原理予以确定。该实验的原理是：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状；基因突变可改变生物的性状。(2)将图表信息转换为文字信息：图中信息表明，基因A、B、C分别能控制酶A、B、C的合成，进而分别催化合成物质B、C、D。该微生物的野生型同时具有基因A、B、C，只要培养基中含有物质A，最终可转化为其生长所必需的物质D。若某一基因突变，则不能合成相应的酶，也就不能催化生成相应的物质。此种微生物必需在添加相应的物质后才能生长，因此可通过控制培养基中物质的成分来判断基因突变的情况。课堂知识构建课堂知识构建
