2024-2025学年新教材高中生物第5章基因突变及其他变异第1节基因突变和基因重组教案新人教版必修2

PAGE12-第1节基因突变和基因重组课标内容要求核心素养对接1．概述碱基的替换、增加或缺失会引发基因中碱基序列的变更。2．阐明基因中碱基序列的变更有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变更。3．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。4．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交叉互换，会导致基因重组，从而使子代出现变异。1.生命观念：用结构和功能观，说出基因突变和基因重组的物质基础；运用进化与适应观，理解基因突变和基因重组与生物进化的关系。2．科学思维：采纳概括与归纳，理解基因突变和基因重组的概念。3．科学探究：基于证据，论证基因突变和基因重组是可遗传的变异。4．社会责任：认同健康的生活方式，远离致癌因子。一、基因突变的实例1．实例：镰状细胞贫血(1)图示中a、b、c过程分别代表DNA复制、转录和翻译。基因突变发生在a(填字母)过程中。(2)人们患镰状细胞贫血的干脆缘由是血红蛋白异样，根本缘由是发生了基因突变，碱基对由eq\o(=,\s\up10(A),\s\do10(T))替换成eq\o(=,\s\up10(T),\s\do10(A))。2．概念3．基因突变对后代的影响(1)若发生在配子中，将传递给后代。(2)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。二、细胞的癌变1．细胞癌变的机理2．癌细胞的特征三、基因突变的缘由、特点和意义1．基因突变的缘由(1)外界因素(连线)：(2)内部因素：DNA复制间或发生错误。2．基因突变的特点3．基因突变的意义(1)对生物体的意义：①大多有害：破坏生物体与现有环境的协调关系。②个别有利：如植物的抗病性突变、耐旱性突变等。③中性突变：既无害也无益，如有的基因突变不会导致新的性状出现。(2)对进化的意义：①产生新基因的途径。②生物变异的根原来源。③为生物的进化供应了丰富的原材料。四、基因重组1．概念2．类型[填表]类型发生时期实质自由组合型减数分裂后期非同源染色体上的非等位基因自由组合互换型减数第一次分裂前期同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体交换而发生重组3.意义(1)定义：是生物变异的来源之一，对生物的进化具有重要意义。(2)理由：有性生殖过程中的基因重组使产生的配子种类多样化，进而产生基因组合多样化的子代，其中一些子代可能会含有适应某种变更的、生存所必需的基因组合，因此有利于物种在一个无法预料将会发生什么变更的环境中生存。推断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)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．在致癌因子的作用下，正常动物细胞可转变为癌细胞。 ()3．若没有外界因素的影响，基因就不会发生突变。 ()4．减数分裂四分体时期，姐妹染色单体的局部交换可导致基因重组。 ()5．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。 ()[答案]1．√2．√3．×提示：突变是普遍存在的，在DNA复制的时候，碱基有可能发生错配。4．×提示：同源染色体的非姐妹染色单体间的局部交换可导致基因重组。5．√基因突变1．基因突变的机理2．基因突变与生物性状的关系(1)基因突变肯定会引起基因结构的变更而产生新的基因，即基因中碱基排列依次的变更。(2)DNA中碱基对的增加、缺失和替换不肯定是基因突变。因为基因是有遗传效应的DNA片段，不具有遗传效应的DNA片段也可能发生碱基对的变更，但不属于基因突变。(3)长期的进化已使多数生物对环境表现出了很好的适应性，而基因突变往往会变更这种适应性而表现为有害。(4)生殖细胞的突变率一般比体细胞的突变率高，这是因为生殖细胞在进行减数分裂时对外界环境更加敏感。1．如图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。已知WNK4基因会发生突变，导致1169位赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的是()甘氨酸：GGG赖氨酸：AAA、AAG谷氨酰胺：CAG、CAA谷氨酸：GAA、GAG丝氨酸：AGC丙氨酸：GCA天冬酰胺：AAUA．①处插入碱基对G—CB．②处碱基对A—T替换为G—CC．③处缺失碱基对A—TD．④处碱基对G—C替换为A—TB[由题干可知WNK4基因发生了突变，导致1169位赖氨酸变为谷氨酸，而赖氨酸的密码子为AAA、AAG，谷氨酸的密码子为GAA、GAG，因此可能的变更为密码子由AAA→GAA或AAG→GAG，而基因的转录链对应的变更为TTT→CTT或TTC→CTC。由题干中WNK4的基因序列可知，应为TTC→CTC，因此基因应是由A—T替换为G—C。]2．拟南芥细胞中某个基因编码蛋白质的区段插入了一个碱基对，下列分析正确的是()A．根尖成熟区细胞一般均可发生此过程B．该细胞的子代细胞中遗传信息不会发生变更C．若该变异发生在基因中部，可能导致翻译过程提前终止D．若在插入位点再缺失3个碱基对，对其编码的蛋白质结构影响最小C[根尖成熟区细胞属于高度分化的细胞，已经失去分裂实力，细胞中不会发生DNA复制，一般不会发生此过程，A项错误；拟南芥细胞中某个基因编码蛋白质的区段插入了一个碱基对，说明发生了基因突变，导致遗传信息发生变更，突变的基因会随DNA分子进入子细胞，B项错误；若该变异发生在基因中部，有可能使该基因转录的mRNA分子中提前出现终止密码子，导致翻译过程提前终止，C项正确；若在插入位点再缺失3个碱基对，会使该基因转录的密码子从插入位点后全部变更，导致其编码的蛋白质结构与原来差异很大，D项错误。]基因突变类问题的解题方法细胞的癌变1．癌细胞的主要特征(1)无限增殖：细胞来源分裂次数存活时间正常人肝细胞50～6045.8～55天海拉宫颈癌细胞无限分裂1951年至今(2)形态结构发生显著变更：(3)易分散和转移：细胞膜上的糖蛋白削减→细胞间的黏着性降低→细胞简单分散和转移。2．癌变机理生活联系：癌细胞生命活动相对较为旺盛，细胞内线粒体、核糖体的活动活跃，试分析：(1)线粒体活动活跃的缘由是什么？提示：主要为癌细胞的分裂供应能量，同时也为其他生命活动供应能量。(2)核糖体活动活跃的缘由是什么？提示：在细胞分裂前的间期合成大量的蛋白质，为细胞分裂做打算。1．在致癌因子的作用下，正常动物细胞可转变为癌细胞。有关癌细胞特点的叙述错误的是()A．细胞中可能发生单一基因突变，细胞间黏着性增加B．细胞中可能发生多个基因突变，细胞的形态发生变更C．细胞中的染色体可能受到损伤，细胞的增殖失去限制D．细胞中遗传物质可能受到损伤，细胞表面的糖蛋白削减A[依据大量的病例分析，癌症的发生并不是单一基因突变的结果，至少在一个细胞中发生5～6个基因突变，才能给予癌细胞全部的特征，这是一种累积效应；癌细胞中遗传物质可能受到损伤，细胞表面的糖蛋白削减使得癌细胞之间的黏着性显著降低，A项错误、D项正确。癌细胞的形态结构发生显著变更，细胞中可能发生多个基因突变，B项正确。癌细胞中的染色体可能受到损伤，癌细胞具有无限增殖实力，C项正确。]2．癌细胞与正常细胞相比，与RNA和DNA合成有关的酶的活性显著增加，相应的核酸的分解速率明显降低。这与癌细胞所具有的哪种特征有关()A．能够无限增殖B．细胞呈球形C．细胞彼此间的黏着性减小D．细胞呼吸以无氧呼吸为主A[癌细胞的特征之一是无限增殖，须要进行大量核酸合成，此过程须要有关酶催化，因此癌细胞中核酸的分解速率明显降低。]巧记癌变细胞的特征(1)“不死”—能够无限增殖；(2)“变态”—细胞形态结构发生显著变更；(3)“扩散”—糖蛋白削减，细胞间黏着性降低，易在体内分散和转移。基因重组1．对基因重组概念的理解2．类型重组类型互换型自由组合型发生机制四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换位于非同源染色体上的非等位基因的自由组合示意图3．姐妹染色单体含有等位基因的缘由分析基因突变或交叉互换都会导致姐妹染色单体中含有等位基因(如图)。在确定变异类型时，可依据题意来确定，方法如下：(1)若为体细胞有丝分裂(如根尖分生区细胞、受精卵等)，则只能是基因突变造成的。(2)若为减数分裂，则缘由是基因突变(间期)或互换(减数分裂Ⅰ)。(3)若题目中问造成B、b不同的根本缘由，应考虑可遗传变异中的最根原来源——基因突变。(4)若题目中有“××分裂××时期”提示，如减数分裂Ⅰ前期造成的则考虑交叉互换，间期造成的则考虑基因突变。4．基因突变和基因重组的比较项目基因突变基因重组变异本质基因分子结构发生变更基因的重新组合发生时期一般发生在有丝分裂前的间期或减数分裂前的间期减数分裂Ⅰ四分体时期和减数分裂Ⅰ后期适用范围全部生物进行有性生殖的真核生物结果产生新基因产生新基因组合，不产生新基因意义生物变异的根原来源，为生物进化供应原材料生物变异的重要来源应用诱变育种杂交育种联系通过基因突变产生新基因(原基因的等位基因)，为基因重组供应两对或两对以上的等位基因，是基因重组的基础应用实践：如图是基因型为AaBb的某高等动物的细胞分裂示意图，据图回答：图1图2(1)图1细胞处于什么时期？图中形成B、b现象的缘由是什么？提示：有丝分裂后期；基因突变。(2)图2细胞的名称是什么？图中形成B、b现象的缘由可能是什么？提示：次级精母细胞或极体；基因突变或基因重组(互换)。(3)若该动物的基因型为AaBB，则产生图2现象的缘由又是什么？提示：基因突变。1．(不定项)下列配子产生的过程是通过基因重组导致的是()A．基因组成为的个体产生了Ab和aB的配子B．基因组成为的个体产生了Ab和aB的配子C．基因组成为的个体产生了ab和AB的配子D．基因组成为的个体产生了ABC和abc的配子BCD[基因重组有两种类型，一是四分体时期同源染色体上非姐妹染色单体的交叉互换，二是减数第一次分裂后期非同源染色体上非等位基因的自由组合。A项中是基因突变，B项中是交叉互换，C、D项中是非同源染色体上非等位基因的自由组合。]2．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，限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，由于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．一般状况下，花药内可发生基因重组，而根尖不能发生基因重组B[自然状况下，基因重组的发生有两种过程：一是在减数第一次分裂的前期即四分体时期，同源染色体上的非姐妹染色单体的交叉互换；二是在减数第一次分裂的后期，同源染色体分开，非同源染色体自由组合。](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，后代发生性状分别，根本缘由是等位基因的分别，而不是基因重组。(3)有丝分裂和细菌的二分裂及病毒的复制过程中一般不会发生基因重组。(4)“肺炎链球菌的转化试验”、转基因技术等属于广义的基因重组。[课堂小结]知识网络构建核心语句归纳1.基因突变有碱基的替换、增加和缺失三种方式。2．基因突变会引起基因结构的变更，但却不肯定引起生物性状的变更。3．癌细胞具有的特征：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，等等。4．诱发基因突变的因素有物理因素、化学因素和生物因素。基因突变具有普遍性、随机性、不定向性及低频性等特点。5．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。6．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。1．(不定项)下图表示人类镰刀型细胞贫血症的病因，已知谷氨酸的密码子是GAA，由此分析正确的是()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α链为模板，以核糖核苷酸为原料，由ATP供能，在酶的作用下完成的C．转运缬氨酸的tRNA一端袒露的三个碱基可能是CAUD．人发生此贫血症的根本缘由在于蛋白质中的一个谷氨酸被缬氨酸取代BC[限制血红蛋白合成的一段基因随意一个碱基对发生替换不肯定引起贫血症；②过程是以α链为模板，合成的是mRNA，所用原料是核糖核苷酸；依据缬氨酸的密码子是GUA，可知对应的tRNA上的反密码子为CAU；人类患镰刀型细胞贫血症的根本缘由是基因上的碱基对被替换。]2．下列有关基因突变的叙述，正确的是()A．高等生物中基因突变只发生在生殖细胞中B．基因突变必定引起个体表现型(表型)发生变更C．环境中的某些物理因素可引起基因突变D．根细胞的基因突变是通过有性生殖传递的C[高等生物中基因突变可发生在任何细胞中，A项错误；基因突变不肯定引起个体表现型(表型)发生变更，如AA→Aa，生物性状不变，B项错误；环境中的某些物理因素(如X射线、紫外线)可引起基因突变，C项正确；根细胞的基因突变不能通过有性生殖传递，可以通过无性生殖传递，D项错误。]3．下列关于细胞癌变的叙述，错误的是()A．癌细胞可以无限增殖B．癌细胞的形态和结构发生显著变更C．细胞癌变的实质是抑癌基因突变为原癌基因D．健康的饮食方式可降低细胞癌变的发生率C[癌细胞可以无限增殖，A正确；癌细胞的形态和结构发生显著变更，B正确；细胞癌变的实质是原癌基因和抑癌基因的突变，C错误；健康的饮食方式可降低细胞癌变的发生率，D正确。]4．以下有关基因重组的叙述，错误的是()A．非同源染色体的自由组合能导致基因重组B．非姐妹染色单体的交换可引起基因重组C．纯合子自交因基因重组导致子代性状分别D．常染色体上的基因能与性染色体上的基因发生基因重组C[生物体进行有性生殖的过程中，限制不同性状的基因的重新组合称为基因重组。基因重组一般发生在减数第一次分裂的四分体时期和减数第一次分裂后期，即同源染色体上非姐妹染色单体的交叉互换引起染色单体上非等位基因的重组和非同源染色体自由组合导致非同源染色体上非等位基因的重组，A、B正确；纯合子自交，子代一般不会发生性状分别，若出现性状分别，最可能的缘由是基因突变，C错误；常染色体上的基因和性染色体上的基因是非同源染色体上的非等位基因，能发生基因重组，D正确。]5．由于基因突变，蛋白质中的一个赖氨酸发生了变更。依据题中所示的图、表回答问题：第一个字母其次个字母第三个字母UCAGA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸G(1)图中Ⅰ