新教材适用2024-2025学年高中生物第5章基因突变及其他变异第1节基因突变和基因重组学案新人教版必修2

第1节基因突变和基因重组课标要求1．概述碱基的替换、增加或缺失会引发基因碱基序列的变更。2．描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下，基因突变概率可能提高，而某些基因突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变。3．阐明进行有性生殖的生物在减数分裂过程中，染色体所发生的自由组合和互换，会导致限制不同性状的基因重组，从而使子代出现变异。核心素养1．分析基因突变的缘由，阐明基因突变的意义。(科学思维)2．分析细胞癌变的缘由，选择健康的生活方式，远离致癌因子。(科学思维、社会责任)3．阐明基因重组的意义。(生命观念、科学思维)一、基因突变的实例和概念基础学问·双基夯实1．基因突变的实例一：镰状细胞贫血(也叫镰刀型细胞贫血症)(1)致病机理①干脆缘由：血红蛋白分子中谷氨酸缬氨酸。②根本缘由：基因中碱基对eq\o(=,\s\up7(T),\s\do5(A))eq\o(=,\s\up7(A),\s\do5(T))。(2)病理诊断：镰状细胞贫血是由于碱基的替换引起的一种遗传病，是基因通过限制_蛋白质__的结构，干脆限制生物性状的典例。2．基因突变的概念eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(类型：碱基\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(替换,增加,缺失)),结果：基因碱基序列的变更))3．基因突变的遗传性：基因突变若发生在_配子__中，将遵循遗传规律传递给后代。若发生在_体细胞__中，一般不能遗传。但有些植物的体细胞发生了基因突变，可以通过_无性__生殖遗传。4．实例二：细胞的癌变(1)根本缘由_原癌__基因和_抑癌__基因发生突变，导致正常细胞的生长和增殖失控而变成癌细胞。(2)相关基因的作用原癌基因表达的蛋白质是_细胞正常的生长和增殖__所必需的。抑癌基因表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖，或者_促进细胞凋亡__。(3)癌细胞的特征能够_无限__增殖，_形态结构__发生显著变更，细胞膜上的_糖蛋白__等物质削减，细胞之间的_黏着性__显著降低，简单在体内分散和转移等。活|学|巧|练1．基因突变肯定引起基因结构的变更，但不肯定引起生物性状的变更。(√)2．基因突变是由DNA片段的增加、缺失或替换引起的基因结构的变更。(×)3．只要一个原癌基因或抑癌基因发生了基因突变，就肯定产生了癌细胞。(×)合|作|探|究1．早些年，我国起先了太空育种的探讨。通过太空高辐射、微重力的特别环境提高作物基因突变频率，从而筛选出了人们须要的优良的品种。(1)为什么发芽的种子易发生基因突变？(2)DNA分子中碱基的增加、缺失、替换，肯定会引起基因突变吗？为什么？(3)假如某基因的编码区起始端插入了一个碱基。在插入位点的旁边，再发生下列哪种状况有可能对其编码的蛋白质结构影响最小？并表述理由。①替换单个碱基②增加4个碱基③缺失3个碱基④缺失4个碱基提示：(1)种子在发芽过程中，有丝分裂旺盛。在DNA分子复制过程中，DNA双链解旋，此时结构不稳定，易导致碱基的数量或排列依次发生变更，从而使遗传信息发生变更。(2)不肯定。因为基因通常是有遗传效应的DNA片段，若这种变更发生在DNA分子中的非基因片段，没有引起基因碱基序列的变更，不会引起基因突变。(3)④。在①②③状况下，会导致其编码的蛋白质氨基酸序列与原来完全不同。而在起始端插入一个碱基，再在插入位点的旁边缺失4个碱基，其编码的蛋白质结构可能会仅比原来编码的蛋白质起始端少一个氨基酸，而其他氨基酸序列相同，因而影响最小。2．癌症是威逼人类健康最严峻的疾病之一。结肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤。请依据结肠癌发生的缘由(参见教材P82“思索·探讨”)，回答下列问题：(1)癌细胞生命活动相对较为旺盛，请分析细胞内线粒体、核糖体活跃的缘由是什么？(2)从基因角度看，结肠癌发生的缘由是什么？(3)癌细胞与正常细胞相比，具有哪些明显的特点？提示：(1)癌细胞无限增殖过程中须要线粒体供应大量的能量，核糖体合成大量的蛋白质为细胞增殖做打算。(2)从基因角度分析，结肠癌发生的缘由是相关基因(包括抑癌基因Ⅰ、原癌基因、抑癌基因Ⅱ、抑癌基因Ⅲ)发生了突变。(3)癌细胞与正常细胞相比，具有以下特征：能够无限增殖，形态结构发生显著变更，细胞膜上的糖蛋白等物质削减，细胞之间的黏着性显著降低，简单在体内分散和转移，等等。归|纳|提|升1．基因突变变更生物性状的缘由肽链不能合成；肽链延长(终止密码子延后出现)；肽链缩短(终止密码子提前出现)；肽链中氨基酸种类变更。以上变更会引发蛋白质的结构和功能变更，进而引发生物性状的变更。2．基因突变不肯定导致生物性状变更的缘由(1)突变部位：基因突变发生在基因的非编码区。(2)基因发生突变时，变更后的密码子与原密码子仍确定同一种氨基酸(即密码子的简并性)。(3)基因突变为隐性突变，如AA中的一个A突变为一个a，此时性状也不变更。(4)一般来说，性状是基因和环境共同作用的结果，在某些环境条件下，变更了的基因可能并不会在性状上表现出来。3．细胞癌变的几点说明(1)原癌基因和抑癌基因都是一类基因，而不是一个基因。(2)正常细胞中的DNA上也存在原癌基因和抑癌基因。致癌因子诱发原癌基因突变后可能引起细胞癌变。抑癌基因又叫抗癌基因，其一旦发生突变也可能引起细胞癌变。(3)并不是一个基因发生突变就会引发细胞癌变，癌症是多个原癌基因与抑癌基因突变累积的结果。(4)细胞癌变是细胞异样分化的结果。典例1(2024·河北保定期末改编)如图是人类镰状细胞贫血产生过程的示意图，下列有关分析正确的是(C)A．该病产生的根本缘由是氨基酸被替换B．①过程产生的碱基的变更可通过光学显微镜干脆视察C．③过程的完成需tRNA、mRNA、rRNA的参加D．人体成熟红细胞内可完成图中的①②③过程解析：该病产生的根本缘由是碱基被替换，A错误；基因中碱基被替换属于分子水平的变更，不能通过光学显微镜干脆视察，B错误；③过程表示翻译，需tRNA、mRNA、rRNA的参加，C正确；人体成熟红细胞内没有细胞核和核糖体，不能完成图中的①②③过程，D错误。变式训练❶(2024·山东省青岛胶州市高一下学期期末)癌症是当前严峻影响人类健康、威逼人类生命的重要疾病之一。下列有关癌细胞的叙述，错误的是(A)A．癌细胞的产生是原癌基因突变成抑癌基因导致B．癌细胞膜上的糖蛋白削减，细胞间黏着性降低C．癌细胞具有“不死性”，能够进行无限增殖D．日常生活中致癌因子是导致癌症的重要因素解析：癌细胞的产生是原癌基因和抑癌基因发生突变导致，A错误；癌细胞膜上的糖蛋白削减，细胞间黏着性降低，B正确；癌细胞能够无限增殖，C正确；日常生活中致癌因子是导致癌症的重要因素，D正确。故选A。二、基因突变的缘由、特点和意义基础学问·双基夯实1．缘由2．特点3．意义活|学|巧|练1．若没有外界因素的影响，基因就不会发生突变。(×)2．体细胞中发生的基因突变，肯定不能传递给后代。(×)3．基因突变导致的各种细胞癌变均可遗传。(×)合|作|探|究在一个鼠的种群中，鼠的毛色有野生型黄色(A)、突变型灰色eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a1))和突变型黑色eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a2))三种表型，基因A对a1和a2为显性，a1对a2为显性，三种基因的形成关系如图所示。请回答：1．A、a1和a2基因能相互看作等位基因吗？产生的缘由是什么？提示：A、a1和a2基因能相互看作等位基因。碱基替换和缺失是产生等位基因的缘由。2．图示中发生基因突变的基因在染色体上的位置是否相同？基因突变会不会变更细胞中基因的数目？提示：等位基因位于同源染色体上的相同位置。基因突变不会变更细胞中基因的数目。3．图示体现了基因突变的哪种特点？提示：图示体现了基因突变的不定向性。归|纳|提|升1．基因突变的四个易错点(1)突变时间：基因突变并不只是发生于DNA复制时。细胞生命历程中的任何时期均可能发生基因突变，只是DNA复制时更简单发生。(2)发生基因突变的生物：任何生物均可以发生基因突变，包括RNA病毒，而不只是以DNA为遗传物质的生物。(3)突变方向与环境的关系：基因突变的方向和环境没有明确的关系，环境因素可提高突变率，但不能确定基因突变的方向。(4)突变结果：基因突变变更基因的种类，遗传信息肯定变更，但不变更基因的数目，不肯定变更生物的性状。2．显性突变和隐性突变的推断方法(1)基因突变的两种类型(2)两种突变的判定方法典例2(2024·河北省承德市隆化县存瑞中学高一期中)下列关于基因突变的叙述中，错误的是(D)A．基因突变是指基因结构中碱基的替换、增加或缺失B．DNA中脱氧核苷酸种类、数量和排列依次的变更可能导致基因突变C．外界条件或生物内部因素可使DNA复制发生差错而导致基因突变D．无论是低等生物还是高等生物都能发生基因突变，且基因突变只定向形成新的等位基因解析：基因结构中碱基的替换、增加或缺失会引起基因碱基序列的变更，引发基因突变，A正确；DNA中脱氧核苷酸种类、数量和排列依次的变更可能会引起基因碱基序列的变更，导致基因突变，B正确；引起基因突变的缘由包括内因(生物内部因素)和外因(肯定的外界环境条件)，C正确；无论是低等生物还是高等生物都能发生基因突变，且基因突变具有不定向性，D错误。变式训练❷(2024·浙江中学联盟高二下期中)某野生高等动物的一个DNA分子片段如图所示，a、b、c是该片段上的基因，下列叙述正确的是(D)A．图中Ⅰ或Ⅱ处发生碱基对的变更属于基因突变B．经紫外线照耀后，a基因可能突变成b基因C．基因依次a－b－c变成b－c－a是基因突变的结果D．若该动物体细胞中基因b突变为B，不能通过有性生殖遗传给后代解析：基因内部发生碱基的替换、增加或缺失才是基因突变，而图中Ⅰ或Ⅱ处并不是基因，此处发生碱基对的变更不属于基因突变，A错误；紫外线照耀可能会引起基因突变，基因突变会产生等位基因，而不能产生非等位基因，故a基因不行能突变成b基因，B错误；基因突变会使原有基因碱基序列发生变更，而不会引起DNA分子中原有基因排列依次变更，故基因依次a－b－c变成b－c－a不是基因突变的结果，C错误；若基因突变发生在该动物生殖细胞中，可能通过有性生殖遗传给后代，若发生在该动物体细胞中，则不能通过有性生殖遗传给后代，D正确。三、基因重组基础学问·双基夯实1．概念2．类型类型发生时期实质自由组合型减数分裂Ⅰ_后期__非同源染色体上的_非等位基因__自由组合互换型减数分裂Ⅰ_前期__同源染色体上的_等位基因__随非姐妹染色单体交换而发生交换，导致染色单体上的基因重组3．意义基因重组是生物变异的重要来源之一，对_生物的进化__具有重要意义。活|学|巧|练1．在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生的生命活动有基因重组。(√)2．高茎豌豆自交后代出现高茎豌豆和矮茎豌豆，这属于基因重组。(×)3．黄色圆粒豌豆自交后代出现黄圆、黄皱、绿圆、绿皱豌豆，属于基因重组。(√)4．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。(√)合|作|探|究基因重组的类型下图分别代表基因重组的两种类型，请分析回答下列问题：1．图中发生基因重组的分别是什么基因？提示：互换过程中是同源染色体的非姐妹染色单体上的基因发生基因重组；自由组合过程中是非同源染色体上的非等位基因发生基因重组。2．从配子的角度分析，上述两种类型的基因重组有什么共同点？提示：都能使产生的配子种类多样化。3．精子与卵细胞随机结合过程中进行基因重组吗？受精作用的意义是什么？提示：不进行；重组性状要在后代中表现出来，一般要通过精子与卵细胞的结合后产生的新个体来实现。归|纳|提|升比较基因突变和基因重组项目基因突变基因重组变异实质基因碱基序列发生变更限制不同性状的基因重新组合时间主要发生在分裂间期减数分裂Ⅰ四分体时期和减数分裂Ⅰ后期缘由DNA分子在外界因素或自身因素的作用下，引起的基因碱基序列的变更(碱基的替换、增加或缺失)同源染色体的非姐妹染色单体互换，以及非同源染色体的自由组合可能性可能性小，突变频率低普遍发生在有性生殖过程中，产生的变异多适用范围全部生物都可发生，包括病毒通常发生在真核生物的有性生殖过程中结果产生新的基因产生新的基因型意义是新基因的产生途径，是生物变异的根原来源，为生物进化供应原材料是生物变异的来源之一，对生物进化具有重要意义联系①都可以使生物产生可遗传变异；②在长期进化过程中，基因突变为基因重组供应了大量可供自由组合的新基因，基因重组使突变的基因以多种形式进行传递；③两者均产生新的基因型，可能产生新的表型典例3基因突变和基因重组都能使生物产生可遗传的变异，对生物的进化起重要作用。下列叙述正确的是(B)A．自然状态下，基因突变和基因重组一般仅存在于进行有性生殖的生物中B．基因突变使基因的碱基序列发生变更，而基因重组是不同基因的重新组合C．基因突变和基因重组都是生物变异的根原来源D．基因突变和基因重组都能产生新的基因型，从而形成新的表型解析：基因突变具有普遍性，全部生物都有可能发生基因突变，而自然状态下，基因重组一般只发生于进行有性生殖的生物中，A错误。基因突变是DNA分子中发生碱基的增加、缺失或替换，而引起基因碱基序列的变更，而基因重组是不同基因的重新组合，B正确。基因突变是生物变异的根原来源，C错误。基因突变和基因重组都可以产生新的基因型，但不肯定形成新的表型，D错误。变式训练❸(2024·河北省张家口市第一中学高一期末)下列有关基因重组的说法，不正确的是(A)A．基因重组是生物变异的根原来源B．基因重组能够产生多种基因型C．基因重组发生在有性生殖的过程中D．非同源染色体上的非等位基因可以发生重组解析：基因突变是生物变异的根原来源，A错误；基因重组能够产生多种基因型，B正确；基因重组发生在有性生殖过程中，C正确；减数分裂Ⅰ后期，非同源染色体上非等位基因的自由组合会导致基因重组，D正确。故选A。一、基因突变对蛋白质与性状的影响1．基因突变对肽链的影响2．基因突变不肯定遗传给子代的缘由典例4(2024·甘肃省天水市第一中学高一期末)若基因中部的某个碱基被其他碱基替换，可能的后果不包括(D)A．其限制合成的蛋白质不变B．翻译过程在替换位置终止C．翻译过程中，替换处的氨基酸种类发生变更D．翻译过程中，替换处后面的氨基酸序列发生变更解析：基因中的碱基对替换后转录来的mRNA中密码子变更，密码子存在简并性，可以确定同一种氨基酸，也可能形成终止密码子，也可能形成确定不同氨基酸的密码子，但只变更这一种氨基酸，其后的氨基酸种类和依次没有变更。典例5基因突变既可由显性基因突变为隐性基因(隐性突变)，也可由隐性基因突变为显性基因(显性突变)。若某种自花传粉植物中基因型为AA和aa的植株分别发生了隐性突变和显性突变，且在子一代中都得到了基因型为Aa的个体，子一代自交得到子二代，则下列说法错误的是(C)A．最早在子一代中能视察到该显性突变的性状B．最早在子二代中能视察到该隐性突变的性状C．最早在子二代中能确定显性突变纯合体D．最早在子二代中能分别得到隐性突变纯合体解析：隐性纯合子发生显性突变，一旦出现显性基因就会出现显性性状；显性纯合子发生隐性突变，突变形成的杂合子仍旧是显性性状，只有杂合子自交后代才出现隐性性状。AA、aa植株分别发生隐性突变和显性突变，且在子一代中得到了基因型为Aa的个体，表现为显性性状，A正确；基因型为Aa的个体，自交后代出现性状分别，所以最早在子二代中能视察到该隐性突变的性状，B正确；基因型为Aa的个体，自交后代即子二代显性个体的基因型为AA、Aa，所以一般最早在子三代中能分别得到显性突变纯合体，C错误；基因型为Aa的个体，自交后代出现性状分别，所以最早在子二代中能视察到该隐性突变的性状，隐性性状一旦出现即可稳定遗传，D正确。三、“三看法”推断基因突变与基因重组(1)一看亲子代基因型①假如亲代基因型为BB或bb，而后代中出现b或B的缘由是基因突变。②假如亲代细胞的基因型为Bb，而次级精母(卵母)细胞中出现Bb的缘由是基因突变或互换。(2)二看细胞分裂方式①假如是有丝分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，则为基因突变。②假如是减数分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，可能是基因突变或互换。(3)三看染色体①假如在有丝分裂中期，图中两条姐妹染色单体上的两基因不同，则为基因突变的结果(如图甲)②假如在减数分裂Ⅰ中期，图中两条姐妹染色单体上的两基因(同白或同黑)不同，则为基因突变的结果(如图甲)③假如在减数分裂Ⅰ中期，图中两条姐妹染色单体上的两基因(颜色不一样)不同，则为互换(基因重组)的结果(如图乙)典例6(2024·湖北武汉检测)如图是基因型为AA的个体不同分裂时期的图像，请依据图像判定每个细胞发生的变异类型(A)A．①基因突变②基因突变③基因突变B．①基因突变或基因重组②基因突变③基因重组C．①基因突变②基因突变③基因突变或基因重组D．①基因突变或基因重组②基因突变或基因重组③基因重组解析：分析题图可知，①和②均为有丝分裂的图像，①中A和a为同一染色体上的姐妹染色单体所携带的基因，②中A和a所在的染色体来源于姐妹染色单体，③为减数分裂Ⅱ后期的图像，该个体的基因型为AA，没有a，不行能是互换引起的，故①②③中出现a的缘由都是基因突变。1．下图表示人类镰状细胞贫血的病因，已知谷氨酸的密码子是GAG，由此分析正确的是(C)A．限制血红蛋白合成的一段基因随意一个碱基对发生替换都会引起贫血症B．②过程是以a链为模板，以脱氧核苷酸为原料，由ATP供能，在酶的作用下完成的C．转运缬氨酸的tRNA反密码子可能是CACD．人发生此贫血症的根