2020版高考生物复习生物的变异、育种和进化第21讲基因突变和基因重组学案.docx

第21讲基因突变和基因重组考纲明细1.基因突变的特征和原因()2.基因重组及其意义()考点1基因突变1可遗传变异和不可遗传变异在光学显微镜下可见的可遗传变异为染色体变异，分子水平发生的变异为基因突变、基因重组，只在减数分裂过程发生的变异为基因重组，真、原核生物和病毒共有的变异类型为基因突变。2基因突变的实例(1)由图可知，谷氨酸和缬氨酸的密码子分别为GAA、GUA。(2)图示中a、b、c过程分别代表DNA复制、转录和翻译。突变发生在a(填字母)过程中。(3)患者贫血的直接原因是血红蛋白异常，根本原因是发生了基因突变，碱基对由突变成。3概念DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失基因结构的改变。4发生时间主要发生于有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期。5原因6特点(1)普遍性：一切生物都可以发生。(2)随机性：生物个体发育的任何时期和部位。(3)低频性：自然状态下，突变频率很低。(4)不定向性：一个基因可以向不同的方向发生突变。(5)多害少利性：大多数基因突变对生物是有害的，少数是有利的。深挖教材假如在DNA复制过程中，编码区发生了碱基序列的改变则遗传信息是否发生改变？此时生物性状如何改变？这对生物体会产生怎样的影响？是否一定有害？提示DNA分子携带的遗传信息将发生改变。但由于密码子具有简并性，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。7结果产生新的基因。(1)发生在配子中：可遗传给后代。(2)发生在体细胞中：一般不能遗传，但有些植物能通过无性生殖遗传。8基因突变的意义(1)新基因产生的途径；(2)生物变异的根本来源；(3)生物进化的原始材料。1(必修2 P81旁栏思考改编)因为紫外线和X射线易诱发基因突变，使人患癌症，因此在强烈的日光下要涂抹防晒霜，做X射线透视的医务人员要穿防护衣。2(必修2 P82批判性思维改编)自然条件下基因突变率低而且大多数基因突变对生物体是有害的，但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多，其中有不少突变是有利的，对生物进化有重要意义。 (必修2 P84拓展题T2改编)具有一个镰刀型细胞贫血症突变基因的个体(即杂合子)并不表现镰刀型细胞贫血症的症状，因为该个体能同时合成正常和异常血红蛋白，并对疟疾具有较强的抵抗力，镰刀型细胞贫血症主要流行于非洲疟疾猖獗的地区。对此现象的解释，正确的是()A基因突变是有利的B基因突变是有害的C基因突变的有害性是相对的D镰刀型细胞贫血症突变基因编码的异常蛋白质是无活性的答案C解析携带者的后代可能患镰刀型细胞贫血症，但其对疟疾具较强抵抗力，表明基因突变的有利和有害是相对的，A、B错误，C正确；镰刀型细胞贫血症突变基因编码的异常蛋白质是有活性的，导致蛋白质结构发生改变，D错误。题组基因突变概念、原因及特点1下列有关基因突变的叙述，错误的是()A基因突变是新基因产生的途径B紫外线可诱发基因突变C基因中碱基对的增添、缺失或替换均可导致基因突变D亲代的基因突变一定能传给子代答案D解析生物通过基因突变产生新基因，A正确；紫外线能损伤细胞内的DNA，诱发基因突变，B正确；基因突变指DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失导致的基因结构的改变，C正确；发生在体细胞中的突变，一般是不能传递给后代的，D错误。2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可能发生基因突变B生物在个体发育的特定时期才可发生基因突变C基因突变只能定向形成新的等位基因D基因突变对生物的生存往往是有利的答案A解析无论是低等生物还是高等生物，无论是体细胞还是生殖细胞，都可能发生基因突变，说明基因突变具有普遍性，A正确；无论是个体发育的哪个时期，都可能发生突变，因为基因突变具有随机性，B错误；基因突变是不定向的，一个位点上的基因可以突变成多个等位基因，即具有不定向性，C错误；生物与环境的适应是长期自然选择的结果，当发生基因突变后，出现新的性状往往与环境是不相适应的，突变对生物的生存往往是有害的，但是有的基因突变对生物的生存是有利的，D错误。题后归纳基因突变的易错点(1)基因突变一定会引起基因结构的改变，即基因中碱基排列顺序(遗传信息)的改变。(2)DNA中碱基对的增添、缺失和替换不一定是基因突变。因为基因是有遗传效应的DNA片段，不具有遗传效应的DNA片段也可发生碱基对的改变，但不属于基因突变。(3)基因突变不一定都产生等位基因。病毒和原核细胞不存在等位基因，因此，原核生物和病毒基因突变产生的是新基因。(4)基因突变不一定都能遗传给后代。基因突变如果发生在有丝分裂过程中，一般不遗传给后代，但有些植物可能通过无性生殖遗传给后代。如果发生在减数分裂过程中，可以通过配子遗传给后代。题组基因突变实质的分析3下列大肠杆菌某基因的碱基序列的变化，对其所控制合成的多肽的氨基酸序列影响最大的是(不考虑终止密码子)()ATGGGCCTGCTGACAGTTCTAA1 4 7 10 13 100 103 106A.第6位的C被替换为TB第9位与第10位之间插入1个TC第100、101、102位被替换为TTTD第103至105位被替换为1个T答案B解析如果第6位的C被替换为T，转录后形成的mRNA只可能造成个别氨基酸的替换，其他氨基酸不变，A错误；如果在第9位与第10位之间插入1个T，转录后形成的mRNA会造成插入点后面的所有氨基酸序列都可能发生改变，因此对其所控制合成的多肽的氨基酸序列影响最大，B正确；如果第100、101、102位被替换为TTT，转录后形成的mRNA只可能造成个别氨基酸的替换，其他氨基酸不变，C错误；如果第103至105位被替换为1个T，转录后形成的mRNA中碱基减少，从而引起后面氨基酸序列的改变，但由于发生在尾部，所以影响不是最大，D错误。4编码酶X的基因中某个碱基被替换时，表达产物将变为酶Y。下表显示了与酶X相比，酶Y可能出现的四种状况，对这四种状况出现的原因判断正确的是()比较指标酶Y活性/酶X活性100%50%10%150%酶Y氨基酸数目/酶X氨基酸数目11小于1大于1A状况一定是因为氨基酸序列没有变化B状况一定是因为氨基酸间的肽键数减少了50%C状况可能是因为突变导致了终止密码子位置变化D状况可能是因为突变导致tRNA的种类增加答案C解析状况酶的活性不变，酶Y与酶X的氨基酸数目没有变化，最可能的原因是基因序列发生变化，氨基酸序列没有改变，不影响活性，A错误；状况酶的活性减少了一半，氨基酸数目没变，故肽键数可能没变，只是氨基酸序列变化，B错误；状况酶的活性降低，氨基酸数目减少，可能是基因突变导致了终止密码子位置变化，C正确；状况酶的活性增加，氨基酸数目增加，但不会造成tRNA(61种)种类的增加，D错误。题组基因突变与生物性状的关系5一株红花植株上开满红花，其中仅出现一朵白花，则白花出现的原因不可能是()A植株发生性状分离B相关体细胞发生隐性基因突变C相关体细胞发生显性基因突变D相关体细胞有丝分裂过程中丢失了包含红花基因的染色体片段答案A解析在杂种后代中，同时出现显性性状和隐性性状的现象叫性状分离，一株红花植株上花朵的颜色不涉及性状分离；一株红花植株上开满红花，其中仅出现一朵白花的原因可能是基因突变或者是丢失了包含红花基因的染色体片段。6如果一个基因的中部缺失了一个核苷酸对，则不可能产生的后果是()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答案A解析缺失核苷酸的位置在基因的中部，所以缺失位置之前的基因仍能正常表达形成相应的蛋白质，A错误；基因的中部缺失了一个核苷酸对，有可能使其转录的信使RNA上的密码子在这个位置上开始发生变化，变成终止密码子，B正确；核苷酸对缺失后，在这个位置上的密码子变成终止密码子，这样翻译过程就可能在缺失位置终止，从而使所控制合成的蛋白质减少多个氨基酸，C正确；基因的中部缺失了一个核苷酸对，有可能使其转录的信使RNA上的密码子在这个位置上开始发生变化，致使翻译所形成的蛋白质在缺失部位以后的氨基酸序列发生变化，D正确。知识拓展基因突变与生物性状的关系(1)基因突变引起生物性状的改变(2)基因突变可改变生物性状的4大成因基因突变可能引发肽链不能合成；肽链延长(终止密码子推后出现)；肽链缩短(终止密码子提前出现)；肽链中氨基酸种类改变；以上改变会引发蛋白质的结构和功能改变，进而引发生物性状的改变。(3)基因突变未引起生物性状改变的4大原因突变部位：基因突变发生在基因的非编码区。密码子简并性：若基因突变发生后，引起了mRNA上的密码子改变，但由于一种氨基酸可对应多个密码子，若新产生的密码子与原密码子对应的是同一种氨基酸，此时突变基因控制的性状不改变。隐性突变：若基因突变为隐性突变，如AA中其中一个Aa，此时性状也不改变。有些突变改变了蛋白质中个别氨基酸的位置，但该蛋白质的功能不变。题组变异类型的判断7已知家鸡的无尾(A)对有尾(a)是显性。现用有尾鸡(群体甲)自由交配产生的受精卵来孵小鸡，在孵化早期向卵内注射某种物质，孵化出的小鸡就表现出无尾性状(群体乙)。为探究小鸡无尾性状产生的原因，可行性方案是()A群体甲群体甲，孵化早期不向卵内注射该物质B群体乙群体乙，孵化早期向卵内注射该物质C群体甲群体乙，孵化早期向卵内注射该物质D群体甲群体乙，孵化早期不向卵内注射该物质答案D解析在孵化早期，向有尾鸡(群体甲)自由交配产生的受精卵内注射某种物质，孵化出的小鸡就表现出无尾性状，无尾性状的产生可能有两个原因，一是该物质诱导基因突变(aA)，二是该物质影响了发育进程。要探究小鸡无尾性状产生的原因，可以让群体乙与群体甲(aa)杂交，在孵化早期不向卵内注射该物质，观察孵化出的小鸡的性状，如果全为有尾鸡，则为该物质影响了发育进程，即不可遗传的变异，如果还有无尾性状产生，则为基因突变。8经X射线照射的紫花香豌豆品种，其后代中出现了几株开白花植株，下列叙述错误的是()A白花植株的出现是对环境主动适应的结果，有利于香豌豆的生存BX射线不仅可引起基因突变，也会引起染色体变异C通过杂交实验，可以确定是显性突变还是隐性突变D观察白花植株自交后代的性状，可确定是否是可遗传变异答案A解析白花植株的出现可能是基因突变或染色体变异的结果，环境可以对生物的不同变异类型进行选择，而生物的突变是不定向的，不会发生主动适应环境的突变，A错误；白花植株与原紫花品种杂交，若后代都是紫花植株，则白花植株的出现是隐性突变的结果，若后代既有白花植株又有紫花植株，则为显性突变，C正确；白花植株的自交后代中若还出现白花植株，则是可遗传的变异，若全是紫花植株，则是不可遗传的变异，D正确。9某生物兴趣小组偶然发现一突变植株，其突变性状是由其一条染色体上的某个基因突变产生的假设突变性状和野生性状由一对等位基因(A、a)控制，为了进一步了解突变基因的显隐性和在染色体中的位置，设计了如下杂交实验方案：该株突变雄株与多株野生纯合雌株杂交；观察记录子代中雌雄植株中野生性状和突变性状的数量，如表所示。下列有关实验结果和结论的说法不正确的是()A如果突变基因位于Y染色体上且为显性，则Q和P值分别为1、0B如果突变基因位于X染色体上且为显性，则Q和P值分别为0、1C如果突变基因位于X、Y染色体的同源区段，且为显性，则该株突变个体的基因型为XAYa、XaYA或XAYAD如果突变基因位于常染色体上且为显性，则Q和P值分别为、答案C解析若突变基因位于Y染色体上，由于雌株不含Y染色体，所有的雄株均含有Y染色体，故Q和P值分别为1、0，A正确；若突变基因位于X染色体上且为显性，子代雄株的X染色体来自野生纯合雌株，表现为非突变(野生)性状，而子代的雌株均为突变株，故Q和P值分别为0、1，B正确；若突变基因位于X、Y染色体的同源区段，且为显性，则该突变雄株的基因型为XaYA或XAYa，不可能是XAYA，因为题干信息已表明其突变性状是由其一条染色体上的某个基因突变产生的，C错误；如果突变基因位于常染色体上，则后代的表现无性别之分，若突变基因为显性，则Q和P值相等，均为，D正确。技法提升1可遗传变异与不可遗传变异的判断2显性突变和隐性突变的判定(1)类型(2)判定方法选取突变体与其他已知未突变体杂交，据子代性状表现判断。让突变体自交，观察子代有无性状分离而判断。考点2基因重组1概念2类型3结果产生新的基因型，导致重组性状出现。4应用杂交育种。5意义(1)是生物变异的来源之一；(2)对生物的进化也具有重要的意义。题组基因重组的范围、类型和意义1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减数分裂四分体时期，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，非同源染色体上的非等位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，控制不同性状的非同源染色体上的非等位基因重新组合，A正确；减数分裂四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间的局部交换可导致基因重组，B错误；减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组，C正确；一般情况下，基因重组只发生在减数分裂形成配子的过程中，水稻花药内精原细胞减数分裂形成配子的过程中可发生基因重组，但根尖细胞只能进行有丝分裂，不会发生基因重组，D正确。2下面有关基因重组的说法不正确的是()A基因重组发生在减数分裂过程中，是生物变异的重要来源B基因重组产生原来没有的新基因，从而改变基因中的遗传信息C基因重组所产生的新基因型不一定会表达为新的表现型D基因重组能产生原来没有的新性状组合答案B解析基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，即减数分裂过程中，控制不同性状的基因的重新组合，是生物变异的重要来源，A正确；基因重组不能产生新基因，但可产生新的基因型，基因突变改变基因中的遗传信息，进而产生原来没有的新基因，B错误；由于性状的显隐性关系，基因重组所产生的新基因型不一定会表达为新的表现型，C正确；由于控制不同性状的基因的重新组合，进而可产生原来没有的新性状组合，D正确。题后归纳基因重组的三点提醒(1)多种精子和多种卵细胞之间有多种结合方式，导致后代性状多种多样，但不属于基因重组。(2)杂合子自交，后代发生性状分离，根本原因是等位基因的分离，而不是基因重组。(3)“肺炎双球菌的转化实验”、转基因技术等属于广义的基因重组。题组细胞分裂图中基因突变和基因重组的判断3.下图是基因型为Aa的个体不同分裂时期的图像，根据图像判定每个细胞发生的变异类型，正确的是()A基因突变基因突变基因突变B基因突变或基因重组基因突变基因重组C基因突变基因突变基因突变或基因重组D基因突变或基因重组基因突变或基因重组基因重组答案C解析图中细胞分别处于有丝分裂的中期和后期，A与a所在的DNA分子是由一个DNA分子经过复制而得到的，图中的变异只能来自基因突变；细胞处于减数第二次分裂的后期，A与a的不同可能来自基因突变或减前期的交叉互换(基因重组)，C正确。4(2018江西五市八校联考)如图是某基因型为AABb生物(2n4)细胞分裂示意图。下列叙述正确的是()A图甲正在进行减数第二次分裂B图甲所示分裂过程中可能发生基因重组C图乙中和上相应位点的基因A、a一定是基因突变造成的D图乙细胞中染色体、染色单体和核DNA数量之比为112答案C解析该生物(2n4)体细胞含有4条染色体，甲图中细胞每一极均有4条染色体，应为有丝分裂后期，A错误；有丝分裂过程中不会发生基因重组，B错误；该生物体细胞中不含有a基因，图乙中姐妹染色单体和上相应位点的基因A、a一定是基因突变造成的，C正确；图乙细胞中染色体、染色单体和核DNA数量之比为122，D错误。技法提升基因突变和基因重组的判断方法(1)根据变异个体数量(2)根据亲子代基因型如果亲代基因型为BB或bb，则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变。如果亲代基因型为Bb，则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变或交叉互换。(3)根据细胞分裂方式如果是有丝分裂中姐妹染色单体上出现等位基因，则为基因突变的结果。如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上出现等位基因，可能发生了基因突变或交叉互换。(4)根据细胞分裂图如果是有丝分裂后期图像，两条子染色体上出现等位基因，则为基因突变的结果，如图甲。如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(同白或同黑)上出现等位基因，则为基因突变的结果，如图乙。如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(颜色不一致)上出现等位基因，则为交叉互换(基因重组)的结果，如图丙。高考热点突破1(2018全国卷)某大肠杆菌能在基本培养基上生长，其突变体M和N均不能在基本培养基上生长，但M可在添加了氨基酸甲的基本培养基上生长，N可在添加了氨基酸乙的基本培养基上生长，将M和N在同时添加氨基酸甲和乙的基本培养基中混合培养一段时间后，再将菌体接种在基本培养基平板上，发现长出了大肠杆菌(X)的菌落。据此判断，下列说法不合理的是()A突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性丧失B突变体M和N都是由于基因发生突变而得来的C突变体M的RNA与突变体N混合培养能得到XD突变体M和N在混合培养期间发生了DNA转移答案C解析突变体M在添加了氨基酸甲的基本培养基上才能生长，可以说明突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性可能丧失，从而不能自身合成氨基酸甲，A正确；大肠杆菌属于原核生物，突变体M和N都是由于基因发生突变而得来，B正确；突变体M与突变体N混合培养能得到X是由于M将DNA整合到N的DNA中或N将DNA整合到M的DNA中，实现了细菌间DNA的转移，D正确；突变体M的RNA为单链，不能整合到N的DNA上，则不能形成X，C错误。2(2018江苏高考)下列过程不涉及基因突变的是()A经紫外线照射后，获得红色素产量更高的红酵母B运用CRISPR/Cas9技术替换某个基因中的特定碱基C黄瓜开花阶段用2,4D诱导产生更多雌花，提高产量D香烟中的苯并芘使抑癌基因中的碱基发生替换，增加患癌风险答案C解析经紫外线照射可诱导基因发生突变，从而获得红色素产量高的红酵母，A不符合题意；运用CRISPR/Cas9技术替换某个基因中的特定碱基属于基因突变，B不符合题意；黄瓜开花阶段用2,4D诱导产生更多雌花的机理是影响细胞的分化，不涉及基因突变，C符合题意；香烟中的苯并芘使抑癌基因中的碱基发生替换，属于基因突变，D不符合题意。3(2016海南高考)依据中心法则，若原核生物中的DNA编码序列发生变化后，相应蛋白质的氨基酸序列不变，则该DNA序列的变化是()ADNA分子发生断裂BDNA分子发生多个碱基增添CDNA分子发生碱基替换DDNA分子发生多个碱基缺失答案C解析DNA编码序列发生变化后，相应蛋白质的氨基酸序列不变，可能是由于DNA编码序列中发生了碱基对的替换，替换后的DNA编码序列转录成的mRNA上的密码子与原密码子编码的是同种氨基酸，C正确。4(2016天津高考)枯草杆菌野生型与某一突变型的差异见下表：注：P：脯氨酸；K：赖氨酸；R：精氨酸。下列叙述正确的是()AS12蛋白结构改变使突变型具有链霉素抗性B链霉素通过与核糖体结合抑制其转录功能C突变型的产生是由于碱基对的缺失所致D链霉素可以诱发枯草杆菌产生相应的抗性突变答案A解析由表格可知，突变型在含链霉素的培养基中存活率达到100%，说明S12蛋白结构的改变使突变型具有链霉素抗性，A正确；链霉素通过与核糖体结合，可以抑制其翻译功能，B错误；野生型与突变型的氨基酸序列中只有一个氨基酸不同，故突变型的产生是碱基对替换的结果，C错误；本题中链霉素只是起到鉴别作用，能判断野生型和突变型是否对链霉素有抗性，并不能诱发枯草杆菌产生相应的抗性突变，D错误。5(2015四川高考)M基因编码含63个氨基酸的肽链。该基因发生插入突变，使mRNA增加了一个三碱基序列AAG，表达的肽链含64个氨基酸。以下说法正确的是()AM基因突变后，参与基因复制的嘌呤核苷酸比例增加B在M基因转录时，核糖核苷酸之间通过碱基配对连接C突变前后编码的两条肽链，最多有2个氨基酸不同D在突变基因的表达过程中，最多需要64种tRNA参与答案C解析由DNA分子的结构特点可知，DN