人教版教学教案人教版1011学年高二生物必修二学案-第六章第四节基因突变和基因重组学案

人教版教学教案人教版1011学年高二生物必修二学案——第六章第四节基因突变和基因重组学案一、学习目标1.举例说明基因突变的特点和原因。2.举例说出基因重组。3.说出基因突变和基因重组的意义。

二、知识梳理

（一）基因突变1.实例镰刀型细胞贫血症症状：患者的红细胞由正常中央微凹的圆饼状变为弯曲的镰刀状，这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血。病因直接原因：组成血红蛋白分子的多肽链上，发生了氨基酸的替换。根本原因：控制血红蛋白合成的基因中一个碱基对发生了替换，即基因结构的改变。2.基因突变的概念DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，叫做基因突变。3.基因突变的原因外因物理因素：如紫外线、X射线及其他辐射，能损伤细胞内的DNA。化学因素：如亚硝酸、碱基类似物等能改变核酸的碱基。生物因素：某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA等。内因：DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等。4.基因突变的特点普遍性：基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物，还是高等生物以及人，都会由于基因突变而引起生物性状的改变。随机性：可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA分子上；同一DNA分子的不同部位。低频性：自然状态下，基因突变的频率是很低的。不定向性：一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。多害少利性：基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，而对生物有害；但有些基因突变，也可能使生物产生新的性状，适应改变的环境，获得新的生存空间，还有些基因突变既无害也无益。5.基因突变的意义基因突变是新基因产生的途径。是生物变异的根本来源。为生物的进化提供了原始材料。

（二）基因重组1.概念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。2.类型自由组合型：在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。交叉互换型：在减数第一次分裂前期（四分体时期），同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生交叉互换，也会导致基因重组。3.基因重组的意义基因重组能够产生多样化的基因组合的子代。基因重组是生物变异的来源之一。对生物的进化也具有重要的意义。

三、重难点突破

（一）基因突变的概念和实质1.概念理解基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。这里要注意与染色体结构变异的区别，染色体结构变异是染色体片段的改变，包括缺失、重复、倒位和易位等，涉及多个基因的改变；而基因突变只是基因内部碱基对的变化。2.实质分析基因突变的实质是基因结构的改变，这种改变会导致遗传信息的改变，从而可能引起生物性状的改变。例如镰刀型细胞贫血症，就是由于基因中一个碱基对的替换，使得血红蛋白的结构发生改变，进而影响了红细胞的形态和功能。

（二）基因突变的原因和特点1.原因分析外因物理因素如紫外线、X射线等，它们的高能辐射可以直接破坏DNA分子中的化学键，导致碱基对的改变。例如，长期暴露在紫外线照射下，皮肤细胞中的DNA容易发生突变，可能引发皮肤癌。化学因素如亚硝酸、碱基类似物等，它们能与DNA分子中的碱基发生化学反应，从而改变碱基的结构，使其不能正常配对。比如亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨反应，导致碱基对的替换。生物因素如某些病毒，它们的遗传物质会整合到宿主细胞的DNA中，在整合过程中可能引起宿主细胞基因结构的改变。像艾滋病病毒（HIV）就可以将自己的RNA逆转录成DNA并整合到人体细胞的基因组中，引发基因突变。内因DNA分子复制时，由于碱基互补配对原则，正常情况下能够准确地复制遗传信息。但偶尔也会发生错误，例如DNA聚合酶在复制过程中可能出现识别碱基错误，导致碱基对的增添、缺失或替换。另外，DNA的碱基组成也可能发生改变，如在细胞代谢过程中产生的一些化学物质可能影响碱基的化学性质，从而引发基因突变。2.特点理解普遍性：无论是原核生物还是真核生物，无论是动物还是植物，都可能发生基因突变。例如，细菌、真菌、植物、动物等各种生物在其生长发育过程中都有可能出现基因突变。随机性：从时间上看，基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，包括胚胎发育时期和成年个体时期。比如在植物种子萌发过程中，就可能因为各种因素导致基因突变。从部位上看，可以发生在细胞内不同的DNA分子上，同一DNA分子的不同部位也可能发生突变。例如，在一个染色体上有多个基因，不同基因都有可能发生突变，而且同一个基因的不同碱基位点也可能出现突变。低频性：自然状态下，基因突变的频率很低。据统计，高等生物中基因突变的频率大约是十万分之一到一亿分之一。这是因为DNA分子具有相对稳定的双螺旋结构，其复制过程有严格的碱基互补配对机制，使得基因突变不容易发生。不定向性：一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。例如，控制小鼠毛色的基因可以突变成黑色基因、白色基因等多种等位基因。这种不定向性为生物进化提供了丰富的原材料，使得生物在面对环境变化时能够产生多种变异类型，增加了适应环境的可能性。多害少利性：大多数基因突变对生物体是有害的。这是因为生物经过长期进化，其基因和性状已经适应了特定的环境。基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，导致生物的生存能力下降。例如，一些植物的基因突变可能使其对病虫害的抵抗力降低，容易受到病虫害的侵袭而死亡。但也有少数基因突变是有利的，比如某些细菌基因突变后获得了抗药性，能够在含有抗生素的环境中生存；还有些植物基因突变后产生了新的优良性状，如高产、优质等，有利于其在自然环境中生存和繁衍。

（三）基因重组的概念和类型1.概念把握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。这里强调了有性生殖过程，无性生殖过程中一般不会发生基因重组。例如，细菌的分裂生殖是无性生殖，不会出现基因重组现象；而高等动植物通过减数分裂产生配子，在受精过程中实现基因的重新组合。2.类型分析自由组合型：在减数第一次分裂后期，同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合。这样，位于非同源染色体上的非等位基因也自由组合。例如，豌豆的黄色圆粒（YyRr）个体在减数分裂时，Y与y分离，R与r分离，同时Y可以与R或r组合，y也可以与R或r组合，从而产生四种不同类型的配子（YR、Yr、yR、yr），实现了基因的自由组合。交叉互换型：在减数第一次分裂前期（四分体时期），同源染色体联会形成四分体，同源染色体上的非姐妹染色单体之间常常发生交叉互换。交叉互换使得同源染色体上的等位基因发生了部分交换，从而实现了基因重组。例如，在一对同源染色体上，一条染色体上的A基因与另一条染色体上的a基因通过交叉互换，可能会产生新的基因组合。

（四）基因突变和基因重组的意义1.基因突变的意义基因突变是新基因产生的途径。生物的各种性状都是由基因控制的，基因突变产生了新的基因，为生物的进化提供了最初的原材料。例如，在原始的单细胞生物中，通过基因突变可能产生了控制光合作用的基因，使得生物能够利用光能制造有机物，这为生物从异养型向自养型进化奠定了基础。基因突变是生物变异的根本来源。生物的变异包括可遗传变异和不可遗传变异，可遗传变异又包括基因突变、基因重组和染色体变异。其中，基因突变能够改变基因的结构，产生新的等位基因，从而导致生物性状的改变，所以是生物变异的根本原因。基因突变能为生物的进化提供原始材料。在自然选择的作用下，具有有利变异（由基因突变产生）的个体更容易生存和繁衍后代，从而推动生物的进化。例如，在工业革命时期，英国曼彻斯特地区的桦尺蛾，由于环境变化，浅色的桦尺蛾容易被天敌发现，而黑色的桦尺蛾由于基因突变产生了更适应环境的黑色性状，在自然选择中逐渐占据优势，种群基因频率发生改变，这就是基因突变推动生物进化的一个实例。2.基因重组的意义基因重组能够产生多样化的基因组合的子代。在有性生殖过程中，通过基因重组，亲代的基因可以重新组合，产生大量不同基因型的子代。例如，人类的双眼皮（A）对单眼皮（a）为显性，有耳垂（B）对无耳垂（b）为显性。若父母的基因型分别为AaBb和AaBb，通过基因重组，他们的子代可能出现多种不同的基因型组合，如AABB、AABb、AaBB、AaBb等，表现出丰富的性状多样性。基因重组是生物变异的来源之一。它为生物的进化提供了丰富的原材料，增加了生物的遗传多样性。在长期的进化过程中，基因重组使得生物群体能够适应不断变化的环境。例如，在植物的杂交育种中，通过不同品种间的基因重组，可以培育出具有优良性状的新品种，如高产、抗病、抗倒伏等多种优良性状组合的农作物品种。基因重组对生物的进化也具有重要的意义。它有助于生物在不断变化的环境中保持适应性和生存能力。不同基因组合的个体在面对环境选择时，可能会有不同的表现，那些具有更适应环境基因组合的个体更容易生存下来并繁衍后代，从而促进了生物种群的进化和发展。

四、典型例题分析

（一）基因突变相关例题例1：某个婴儿不能消化乳糖，经检查发现他的乳糖酶分子有一个氨基酸改换而导致乳糖酶失活，发生这种现象的根本原因是（）A.缺乏吸收某种氨基酸的能力B.不能摄取足够的乳糖酶C.乳糖酶基因有一个碱基对改变了D.乳糖酶基因有一个碱基对缺失了解析：根据题意，乳糖酶分子有一个氨基酸改换导致乳糖酶失活，说明其根本原因是基因结构的改变。基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。这里只是一个氨基酸改变，所以最可能是基因中有一个碱基对改变了。A选项缺乏吸收某种氨基酸的能力与题干中氨基酸改换的原因无关；B选项不能摄取足够的乳糖酶不是根本原因；D选项一个碱基对缺失会导致多个氨基酸改变，不符合题意。答案选C。

例2：下列关于基因突变特点的说法中，正确的是（）A.基因突变只能定向形成新的等位基因B.生物在个体发育的特定时期才可发生基因突变C.基因突变对生物的生存往往是有害的D.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，但不能产生新性状解析：基因突变具有不定向性，A错误；基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，B错误；基因突变对生物的生存往往是有害的，具有多害少利性，C正确；基因突变能产生新性状，D错误。答案选C。

（二）基因重组相关例题例1：下列有关基因重组的说法，不正确的是（）A.基因重组是生物变异的根本来源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本来源，A错误；基因重组能够产生多样化的基因组合，从而产生多种基因型，B正确；基因重组发生在生物体进行有性生殖的过程中，C正确；在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，属于基因重组，D正确。答案选A。

例2：基因型为AaBb的个体自交，后代出现3∶1的比例，下列解释可能的是（）A.这两对基因位于一对同源染色体上B.这两对基因位于两对同源染色体上，但发生了交叉互换C.这两对基因位于两对同源染色体上，但含双显性基因的雄配子致死D.这两对基因位于两对同源染色体上，但含某种隐性基因的配子致死解析：如果两对基因位于一对同源染色体上，不发生交叉互换，自交后代不符合9∶3∶3∶1的比例，A错误；如果发生交叉互换，后代比例会更复杂，不会出现3∶1的比例，B错误；如果含双显性基因的雄配子致死，自交后代的比例也不是3∶1，C错误；若含某种隐性基因的配子致死，例如含ab的配子致死，那么AaBb自交时，雄配子为AB、Ab、aB，雌配子为AB、Ab、aB、ab，后代基因型及比例为AABB∶AABb∶AaBB∶AaBb=1∶1∶1∶1，表现型比例为3∶1，D正确。答案选D。

五、巩固练习

（一）选择题1.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可能发生基因突变B.基因突变的频率是很高的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2.某基因发生了基因突变，导致氢键总数减少了一个（AT间2个，GC间3个），则有关说法错误的是（）A.该基因可能发生了碱基对的替换B.突变后翻译过程可能提前终止C.突变后的基因中A与C含量可能不占该基因总碱基的一半D.该基因突变可能改变种群的基因频率3.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4.下列甲、乙分裂过程中产生配子时发生的变异分别属于（）A.基因重组，不可遗传变异B.基因重组，基因突变C.基因突变，不可遗传变异D.基因突变，基因重组

（二）非选择题1.已知几种氨基酸的密码子为：a.精氨酸：CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG；b.缬氨酸：GUU、GUC、GUA、GUG；c.甘氨酸：GGU、GGC、GGA、GGG；d.组氨酸：CAU、CAC；e.色氨酸：UGG；f.甲硫氨酸：AUG。某双链DNA分子的一条链上的某基因片段含有180对碱基，其中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占该片段全部碱基的60%。现因基因突变使该基因片段的一条链中的一个碱基发生了改变，转录后得到的mRNA的某位点上的密码子由GUG变为GGG，导致翻译形成的肽链中氨基酸的顺序发生了改变。请回答：（