人教版高中生物必修二5.1基因突變和基因重組課件+同步分層練習(xí)（含答案解析）

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第1節(jié) 基因突變和基因重組第5章 基因突變及其他變異 我國早在1987年就利用返回式衛(wèi)星進(jìn)行航天育種研究：將作物種子帶入太空，利用太空中的特殊環(huán)境誘導(dǎo)基因發(fā)生突變，然后在地面選擇優(yōu)良的品種進(jìn)行培育。 討論： 1.航天育種的生物學(xué)原理是什么？ 通過太空高輻射、微重力（或無重力）的特殊環(huán)境提高作物基因突變的頻率，從而篩選出人們需要的品種。2.如何看待基因突變所造成的結(jié)果？ 基因突變的本質(zhì)是基因的堿基序列發(fā)生改變，這種改變可以直接表現(xiàn)在性狀上，改變的性狀對生物的生存可能有害，可能有利，也可能既無害也無益。實例1:鐮狀細(xì)胞貧血一.基因突變的實例易破裂，使人患溶血性貧血。實例1:鐮狀細(xì)胞貧血分析研究發(fā)現(xiàn)，在組成血紅蛋白分子的肽鏈上發(fā)生了氨基酸的替換。原因：正常堿基序列片段mRNA：一.基因突變的實例異常堿基序列片段mRNA：分析鐮狀細(xì)胞貧血形成的原因圖中谷氨酸發(fā)生了改變，變成了纈氨酸(直接原因)。1.圖5—2中氨基酸發(fā)生了什么變化？ 2.研究發(fā)現(xiàn)，這個氨基酸的變化是編碼血紅蛋白的基因的堿基序列發(fā)生改變所引起的。右圖是鐮狀細(xì)胞貧血病因的圖解，請你完成圖解。想一想這種疾病能否遺傳？怎樣遺傳？ 原因：編碼血紅蛋白的基因的堿基序列發(fā)生改變(根本原因)。 這種疾病能夠遺傳，是親代通過生殖過程把基因傳給子代的。分析鐮狀細(xì)胞貧血形成的原因3.如果這個基因發(fā)生堿基的增添或缺失，氨基酸序列是否也會改變？ 如果這個基因發(fā)生堿基的增添或缺失，氨基酸序列也會發(fā)生改變，所對應(yīng)的性狀也會發(fā)生改變。1.概念： DNA分子中發(fā)生堿基的替換、增添或缺失,而引起的基因堿基序列的改變，叫作基因突變。 通常在有絲分裂前的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。2.發(fā)生時間：一.基因突變的實例3.堿基對的三種改變方式對性狀的影響：由于密碼子的簡并性，只改變1個氨基酸可能不改變性狀不影響插入位置前的序列，影響插入位置后的序列不影響缺失位置前的序列，影響缺失位置后的序列小大大①突變可能發(fā)生在非基因片段上。②突變后形成的密碼子與原密碼子決定的是同一種氨基酸。③基因突變?nèi)魹殡[性突變，如AA→Aa，不會導(dǎo)致性狀的改變。④改變蛋白質(zhì)個別氨基酸，但蛋白質(zhì)的功能不變（如同工酶）。⑤某些環(huán)境中，改變了的基因可能不會在性狀上表現(xiàn)出來。思考：基因突變一定會引起生物性狀的改變嗎？不一定一.基因突變的實例4.基因突變改變性狀的原因： 以上改變會引發(fā)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能改變，進(jìn)而引發(fā)生物性狀的改變。（1）使肽鏈中氨基酸種類改變。（2）基因突變可能引發(fā)肽鏈不能合成。（3）肽鏈延長(終止密碼子延后出現(xiàn))。（4）肽鏈縮短(終止密碼子提前出現(xiàn))。思考：基因突變一定能夠遺傳給后代嗎？ 不一定②發(fā)生在體細(xì)胞：一般不遺傳（但某些植物可通過無性生殖遺傳給后代）。①發(fā)生在配子中：可遺傳；一.基因突變的實例實例2:細(xì)胞的癌變結(jié)腸癌發(fā)生的原因抑癌基因Ⅲ突變 結(jié)腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤。下圖是解釋結(jié)腸癌發(fā)生的簡化模型，請觀察并回答問題。 討論 1.從基因角度看，結(jié)腸癌發(fā)生的原因是什么?原癌基因和抑癌基因發(fā)生基因突變。一.基因突變的實例結(jié)腸癌發(fā)生的原因3.根據(jù)圖示推測，癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比，具有哪些明顯的特點？2.健康人的細(xì)胞中存在原癌基因和抑癌基因嗎？ 正常細(xì)胞的DNA分子中都有原癌基因和抑癌基因。（1）原癌基因：（2）抑癌基因：表達(dá)的蛋白質(zhì)是細(xì)胞的正常生長和增殖所必需的，相應(yīng)蛋白質(zhì)活性過強(qiáng)，可能引起細(xì)胞癌變。表達(dá)的蛋白質(zhì)抑制細(xì)胞的生長和增殖，或促進(jìn)細(xì)胞凋亡；相應(yīng)蛋白質(zhì)活性減弱或失去活性，可能引起細(xì)胞癌變。（1）能夠無限增殖；（2）形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化；（3）細(xì)胞膜上的糖蛋白等物質(zhì)減少，細(xì)胞之間的黏著性顯著降低，容易在體內(nèi)分散和轉(zhuǎn)移。一.基因突變的實例 在癌癥發(fā)生的早期，患者往往不表現(xiàn)出任何癥狀，因而難以及時發(fā)現(xiàn)；而對于癌癥晚期的患者，目前還缺少有效的治療手段，因此，要避免癌癥的發(fā)生，致癌因子是導(dǎo)致癌癥的重要因素，在日常生活中應(yīng)遠(yuǎn)離致癌因子，選擇健康的生活方式，請思考致癌因子有哪些？ 主要指輻射，如紫外線、X射線等。如石棉、砷化物、亞硝胺、黃曲霉素等。指的是能使細(xì)胞發(fā)生癌變的病毒。（1）物理致癌因子：（2）化學(xué)致癌因子：（3）生物致癌因子：（1）物理因素:（2）化學(xué)因素:（3）生物因素:(1)外因：(2)內(nèi)因：DNA復(fù)制偶爾發(fā)生錯誤等。1.原因：(閱讀教材P83)亞硝酸鹽、堿基類似物等能改變核酸的堿基。某些病毒的遺產(chǎn)物質(zhì)能影響宿主細(xì)胞的DNA。紫外線、X射線及其他輻射能損傷細(xì)胞內(nèi)的DNA。易誘發(fā)生物基因突變并提高突變頻率。二.基因突變的原因基因突變在生物界是普遍存在的。（1）普遍性：（2）隨機(jī)性：（3）不定向性：（4）低頻性：（5）多害少利性：可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期、細(xì)胞內(nèi)不同的DNA分子上、同一個DNA分子的不同部位。一個基因可以發(fā)生不同的突變，產(chǎn)生一個以上的等位基因?；蛲蛔兊念l率是很低的?；蚴墙?jīng)過長期自然選擇適應(yīng)的結(jié)果，突變后往往對個體有害。2.特點：二.基因突變的原因二.基因突變的原因思考下列問題：1.基因突變改變基因在染色體上的位置和染色體上基因的數(shù)量嗎？不改變基因在染色體上的位置和基因的數(shù)量。2.光學(xué)顯微鏡下能觀察到嗎？染色體某一個位點上基因的改變，顯微鏡下不可見。3.一定會引起遺傳信息的改變嗎？4.一定會引起性狀的改變嗎？一定，因為堿基的排列順序發(fā)生了變化。不一定，因為密碼子具有兼并性，編碼的氨基酸可能不變。三、基因突變的意義1.對生物體的意義:（1）有害突變：可能破壞生物體與現(xiàn)有環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系。（2）有利突變：如抗病性突變、耐旱性突變等。（3）中性突變：不會導(dǎo)致新的性狀出現(xiàn)。 對生物體來說，基因突變可能破壞生物與環(huán)境現(xiàn)有的協(xié)調(diào)關(guān)系，有的是有害的，有的是有利的，還有的是中性的。2.對進(jìn)化的意義:是新基因產(chǎn)生的途徑，是生物變異的根本來源，生物進(jìn)化的原始材料。基因突變?nèi)?、基因突變的意義誘變育種:利用物理因素(如X射線、紫外線、激光等)或化學(xué)因素(如亞硝酸等)處理生物，使生物發(fā)生基因突變。基因突變所有生物物理、化學(xué)方法處理生物，再選擇符合要求的變異類型。 （1）提高基因突變頻率，產(chǎn)生新基因和新性狀； （2）在較短的時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。（1）具有不定向性，難以控制突變方向；（2）有利個體少，需大量處理實驗材料。 雜交育種與誘變育種的比較基因突變基因重組雜交→自交→選優(yōu)→自交用物理或化學(xué)的方法處理生物使位于不同個體的優(yōu)良性狀集中于一個個體上提高突變率，可以在較短的時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型不能產(chǎn)生新基因；育種進(jìn)程緩慢、過程復(fù)雜。有利變異少，需大量處理實驗材料（具有不定向性、低頻性）培育青霉素高產(chǎn)菌株用高桿抗病和矮桿不抗病水稻培育矮桿抗病水稻課堂小結(jié)：基因突變DNA分子中發(fā)生堿基對替換、增添和缺失，導(dǎo)致堿基序列改變產(chǎn)生新的基因，不一定產(chǎn)生新的性狀（有利、有害、中性）內(nèi)因（自發(fā)突變）、外因（誘發(fā)突變）配子（可遺傳），體細(xì)胞（不一定）生物個體發(fā)育的任何時期普遍性、隨機(jī)性、低頻性、不定向性、多害少利性新基因產(chǎn)生的途徑；生物變異的根本來源；進(jìn)化的原始材料四、基因重組1.基因重組類型(1)自由組合 在生物體通過減數(shù)分裂形成配子時，隨著非同源染色體的自由組合，非等位基因也自由組合，產(chǎn)生不同的配子，這樣，由雌雄配子結(jié)合形成的受精卵，就可能具有與親代不同的基因型，從而使子代產(chǎn)生變異。①內(nèi)容:②圖示:減數(shù)分裂Ⅰ后期③時期:注意：位于非同源染色體上的非等位基因發(fā)生自由組合；位于同源染色體上的非等位基因不能自由組合?；蛩?、基因重組1.基因重組類型(2)互換在減數(shù)分裂過程中的四分體時期，位于同源染色體上的等位基因有時會隨著非姐妹染色單體之間的互換而發(fā)生交換，導(dǎo)致染色單體上的基因重組。①內(nèi)容:②圖示:減數(shù)分裂Ⅰ前期③時期:(3)轉(zhuǎn)基因（DNA重組技術(shù)）(廣義）四、基因重組2.概念： 指在生物體進(jìn)行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因(非等位基因)的重新組合。(1)時間：(2)發(fā)生重組的基因：有性生殖的過程中(MⅠ前期和MⅠ后期)控制不同性狀的基因(非等位基因)（1）基因重組是生物變異的主要來源；有性生殖過程中的基因重組使產(chǎn)生的配子種類多樣化，進(jìn)而產(chǎn)生基因組合多樣化的子代，其中一些子代可能會含有適應(yīng)某種變化的、生存所必需的基因組合，因此有利于物種在一個無法預(yù)測將會發(fā)生什么變化的環(huán)境中生存。（3）基因重組為生物進(jìn)化提供了原材料。（2）基因重組是形成生物多樣性的重要原因；四、基因重組3.意義：基因突變與基因重組的比較基因堿基序列發(fā)生改變，產(chǎn)生了新基因，出現(xiàn)了新的性狀?？刂撇煌誀畹幕蛑匦陆M合，產(chǎn)生新的基因型和表現(xiàn)型。細(xì)胞分裂間期DNA分子復(fù)制時，由于外界理化因素或自身生理因素引起的堿基對的替換、增添或缺失。在有性生殖過程中,減數(shù)第一次分裂后期，非同源染色體的自由組合。四分體時期的交叉互換?？赡苄孕?，突變頻率低普遍發(fā)生在有性生殖過程中生物變異的根本來源，是生物進(jìn)化的原材料。生物變異的來源之一，是形成生物多樣性的重要原因.①都使生物產(chǎn)生可遺傳變異；②在長期進(jìn)化過程中，基因突變?yōu)榛蛑亟M提供了大量可供自由組合的新基因，基因重組使突變的基因以多種形式傳遞；③兩者均產(chǎn)生新的基因型，可能產(chǎn)生新的表型四、基因重組 我國是最早養(yǎng)殖和培育金魚的國家。金魚的祖先是野生鯽魚。在飼養(yǎng)過程中，野生鯽魚產(chǎn)生基因突變，人們選擇喜歡的品種培養(yǎng)，并進(jìn)行人工雜交。例如:將透明鱗和正常鱗的金魚雜交，得到了五花魚;將朝天眼和水泡眼的金魚雜交，得到了朝天泡眼。正是因為基因突變、基因重組以及人工選擇，才會出現(xiàn)色彩斑斕、形態(tài)各異的金魚，極大地豐富了人們的生活。分析相關(guān)性 某研究團(tuán)隊調(diào)查了4家醫(yī)院2006—2013年確診的肺癌患者1303人，其中吸煙的有823人，占患者總數(shù)的63.16%；同時，他們調(diào)查健康人作為對照，在1303名健康人中，吸煙的有509人，占39.06%?；谠撜{(diào)查結(jié)果，甲乙兩人得出了不同結(jié)論。甲認(rèn)為吸煙與肺癌患病率之間存在因果關(guān)系，吸煙會使肺癌患病率升高。乙認(rèn)為上述調(diào)查不足以說明吸煙與肺癌患病率之間有因果關(guān)系，只能說明二者之間具有較高的相關(guān)性。乙在同甲辯論時說：“吸煙的人平時都攜帶打火機(jī)，你能說帶打火機(jī)與患肺癌之間有因果關(guān)系嗎?” 在“確診的肺癌患者1303人，其中吸煙的有823人，占患者總數(shù)的63.16%”，這說明吸煙和肺癌患病率之間存在很高的相關(guān)性，但在此處并沒有證據(jù)表明，吸煙與肺癌患病率之間存在因果關(guān)系。 討論 1.你認(rèn)為能否從該調(diào)查中得出吸煙會導(dǎo)致肺癌患病率升高的結(jié)論?如果能，對不吸煙人群中仍有少數(shù)人患肺癌如何解釋?如果不能，對吸煙與肺癌患病率的高相關(guān)性該如何解釋?分析相關(guān)性 討論 2.你認(rèn)為能否從該調(diào)查中得出吸煙會導(dǎo)致肺癌患病率升高的結(jié)論？如果能，對不吸煙人群中仍有少數(shù)人患肺癌如何解釋？如果不能，對吸煙與肺癌患病率的高相關(guān)性該如何解釋?分析相關(guān)性 要證明吸煙是肺癌的致病因素，還要進(jìn)行病理學(xué)分析，需要發(fā)現(xiàn)吸煙導(dǎo)致肺癌的機(jī)制，即煙草中的什么成分，以什么方式，導(dǎo)致了肺癌。材料中還提到“ 在1303名健康人中，吸煙的有509人，占39.06%”，說明吸煙并不一定導(dǎo)致肺癌。據(jù)此，可以作出判斷：只依靠材料中的兩個調(diào)查，無法得出吸煙會導(dǎo)致肺癌患病率升高的結(jié)論，但能得出吸煙與肺癌之間存在很高的相關(guān)性。練習(xí)與應(yīng)用（P85） 1.我國大面積栽培的水稻有粳稻（主要種植在北方）和秈稻（主要種植在南方）。研究發(fā)現(xiàn)，粳稻的bZIP73基因通過一系列作用，增強(qiáng)了粳稻對低溫的耐受性。與粳稻相比，秈稻的bZIP73基因中有1個脫氧核苷酸不同，從而導(dǎo)致兩種水稻的相應(yīng)蛋白質(zhì)存在1個氨基酸的差異。判斷下列表述是否正確。 （1）bZIP73基因的1個核苷酸的差異是由基因突變導(dǎo)致的。（ ） （2）bZIP73蛋白質(zhì)的1個氨基酸的差異是由基因重組導(dǎo)致的。（ ） （3）基因的堿基序列改變，一定會導(dǎo)致表達(dá)的蛋白質(zhì)失去活性。（ ）一、概念檢測×√×練習(xí)與應(yīng)用（P85）二、拓展應(yīng)用 鐮狀細(xì)胞貧血主要流行于非洲的瘧疾高發(fā)地區(qū)。具有一個鐮狀細(xì)胞貧血突變基因的個體（即雜合子）在氧含量正常的情況下，并不表現(xiàn)出鐮狀細(xì)胞貧血的癥狀，因為該個體能同時合成正常和異常的血紅蛋白，并對瘧疾具有較強(qiáng)的抵抗力。 （1）這些地區(qū)具有鐮狀細(xì)胞貧血突變基因的人占總?cè)丝诘谋壤^其他地區(qū)的高，為什么？ 雜合子能同時合成正常和異常的血紅蛋白，相比只能合成正常血紅蛋白的純合子，雜合子對瘧疾具有較強(qiáng)的抵抗力，在瘧疾高發(fā)地區(qū)，他們生存的機(jī)會更多，從而能將自己的基因傳遞下去。因此，這些地區(qū)具有鐮狀細(xì)胞貧血突變基因的人占總?cè)丝诘谋壤?。練?xí)與應(yīng)用（P85）二、拓展應(yīng)用 （2）為什么某些看起來對生物生存不利的基因，歷經(jīng)漫長的進(jìn)化歷程依然“頑固”地存在？請結(jié)合這個例子闡明原因，并分析如何辯證地認(rèn)識基因突變與生物的利害關(guān)系。 基因?qū)ι锏纳媸欠裼欣?，往往取決于生物的生存環(huán)境。某些看起來對生物生存不利的基因，當(dāng)環(huán)境改變后，這些不利的基因產(chǎn)生的性狀，可能會幫助生物更好地適應(yīng)改變后的環(huán)境，從而得到更多的生存機(jī)會。 這個實例說明，基因突變并不都是有害的，也可能是有利的，或是中性的，有害、有利還是中性與環(huán)境有關(guān)。