2017-2018学年高中生物 第5章 遗传信息的改变 第20课时 基因突变教学案 北师大版必修2

1、第20课时基因突变目标导读1.结合具体实例，概述基因突变的特点。2.以“镰刀型细胞贫血症”为例，说明基因突变的原因。3.举例说明引起基因突变的因素及人工诱变在育种上的应用。重难点击1.基因突变的特点和原因。2.人工诱变的优缺点。一基因突变的特点由于基因内部结构发生改变引起的变异称为基因突变，也称为点突变。试结合提供的材料，分析基因突变的特点。1仔细阅读下表，分析不同生物的基因突变情况几种生物不同基因的自然突变率生物名称突变类型突变频率大肠杆菌需组氨酸2106玉米皱缩种子1106果蝇白眼4105小鼠粉红色眼3.5106人软骨发育不全5105(1)从上表可看出，无论是低等生物，还是高等生物以及人都

2、可能发生基因突变。由此说明，基因突变具有普遍性，即在生物界是普遍存在的。(2)从上表可看出，在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。据估计，在高等生物中，大约105108个生殖细胞中，才会有一个生殖细胞发生基因突变，也就是说，突变率是108105。由此说明，基因突变具有低频性。2结合教材P75图52，分析基因突变对生物生存的影响(1)现存的生物都是经历长期自然选择进化而来的，它们与环境已经形成了相对的协调。有些基因发生突变后，原有的协调关系就会遭到破坏或削弱。有害的突变一般表现为某种性状的缺陷或生活力和育性的降低，严重的甚至能导致生物体的死亡。这说明基因突变有些是有害的。(2)有

3、些基因仅仅控制一些次要的功能和性状，它们即使发生突变，也不会影响生物正常的生理活动，这样的突变属于中性突变。少数基因突变对生物的生存和生长发育是有利的。(3)基因突变的有害性和有利性是相对的，在一定条件下突变的效应是可以转化的。3基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，发生的时期越早，生物体表现出突变的特征就越多；基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中，发生在生殖细胞中的突变，可以通过受精作用直接遗传给后代。由此说明，基因突变是随机发生的。4基因A可以突变成为a1(或a2或a3)。A、a1、a2、a3之间也可以相互突变(如图)，突变形成的基因之间都可以称为等位基因。由此说明，基因

4、突变具有多向性和可逆性。小贴士复等位基因不能在同一个体内都出现。在同一个体中，一般只有若干复等位基因中的两个基因。在一个群体中才能反映出复等位基因的遗传。在人类的ABO血型系统中，I为显性基因，它有两种类型IA和IB，而i是隐性基因，IA、IB和i这三个复等位基因在每个人的体细胞中只有两个，当IA和i、IA和IA共存时，表现为A型血；IB和i、IB和IB共存时，表现为B型血；i和i共存时，表现为O型血；IA和IB共存时，表现为AB型血。归纳提炼1基因突变具有普遍性、低频性、有害性、随机性、多向性及可逆性等特点。2显性突变(aA)一旦发生即可表现，但常不能稳定遗传；隐性突变(Aa)一旦表现即可稳

5、定遗传。3基因突变引起性状的改变。这种具有突变性状的个体能否把突变基因传给后代，要看这种突变性状是否有很强的适应环境的能力，若有则为有利突变，可通过繁殖传给后代，否则为有害突变，被淘汰掉。活学活用1.如图表示在生物的一个种群中某一基因的类型及其关系。下列哪项不能从图中分析得到()A表明基因突变具有多向性B表明基因突变具有可逆性C这些基因的碱基序列一定不同D表明基因突变具有普遍性问题导析(1)A基因可以突变成a1、a2、a3，说明基因突变具有多向性。(2)A基因可以突变成a1基因，a1基因也可以突变成A基因，说明基因突变具有可逆性。(3)基因不同的根本原因是碱基序列不同。答案D二基因突变的原因结

6、合镰刀型细胞贫血症的发病原因，讨论基因突变的原因、方式和结果。1镰刀型细胞贫血症(1)症状正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状，镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲的镰刀状，这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血。(2)完成下图后试思考其病因患者的DNA中一个碱基对TA被替换成了AT，从而导致密码子由GAA变为GUA，进而导致血红蛋白中谷氨酸变为缬氨酸，引起了蛋白质结构的改变，最终导致性状的改变。2基因突变的方式(1)基因的改变除了上面的方式外，还可能有以下方式：方式1的变化是增加了一个碱基对(AT)，这种方式称为增添；方式2的变化是减少了一个碱基对(TA)，这种方式称为缺失。这样的改变也会导致蛋

7、白质结构的改变，从而引起性状的改变。(2)通过上述探究可知：DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，而引起的基因结构的改变，即为基因突变。(3)上述DNA分子的改变在光学显微镜下能观察到吗？答案脱氧核苷酸(碱基)的种类、数量、排列顺序的改变在光学显微镜下不能观察到。(4)研究表明，上述DNA分子的改变一般发生在有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期，结合DNA分子的结构特点和复制过程，分析DNA分子复制时容易发生基因突变的原因。答案DNA分子复制时，DNA双链要解旋，此时结构不稳定，易导致碱基对的数量或排列顺序发生改变，从而导致基因突变。3结果和意义(1)基因突变的结果：使一个基因变成了它的等

8、位基因，可能引起表现型某种程度的改变。(2)基因突变的意义：由于基因突变可以产生新的基因，因此它是生物变异的根本来源，为生物进化提供了原始材料，同时基因突变也使人工诱变育种、改造生物成为可能。小贴士某些基因突变未引起生物性状改变的原因(1)从基因突变在DNA分子上发生的部位分析：基因突变发生在不具有遗传效应的DNA片段中。(2)从密码子与氨基酸的对应关系分析：密码子具有简并性，有可能翻译出相同的氨基酸。(3)从蛋白质的功能分析：某些突变虽改变了蛋白质中个别氨基酸的种类，但并不影响该蛋白质的功能。(4)从基因型与表现型的关系分析：由纯合体的显性基因突变成杂合体中的隐性基因。归纳提炼1基因突变的类

9、型和影响2基因突变没有改变基因的位置和数量。3基因突变的类型及性状表现特点(1)显性突变：如aA，该突变一旦发生即可表现出相应性状。(2)隐性突变：如Aa，突变性状一旦在生物个体中表现出来，该性状即可稳定遗传。4发生在配子中的基因突变，一般能传给后代；发生在体细胞中的基因突变，一般不能通过有性生殖遗传，但植物体细胞的突变可以通过无性繁殖传递。活学活用2下图为人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基因发生一种突变，导致1 169位赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是()A处插入碱基对GCB处碱基对AT替换为GCC处缺失碱基对ATD处碱基对GC替换为AT问题导

10、析(1)赖氨酸的密码子有AAA和AAG两种，结合题中所给的赖氨酸对应的WNK4基因序列，可以确定该题中的赖氨酸的密码子是AAG。(2)谷氨酸的密码子有GAA和GAG，据此推断该突变是处碱基对AT替换为GC时，相应的密码子由AAG被替换成谷氨酸的密码子GAG。答案B解析由题干分析得知，WNK4基因对应的正常蛋白质中赖氨酸的密码子为AAG，基因突变后仅仅导致了相应蛋白质中1 169位氨基酸由赖氨酸变成了谷氨酸，即氨基酸的类型发生了改变，而其他氨基酸的种类和数目没有发生变化，因而只可能是WNK4基因中碱基对类型发生了替换，而非缺失或增添，经分析，处碱基对AT替换为GC。三引起基因突变的因素和人工诱变

11、在育种上的应用1突变分类(1)基因突变可以在自然条件下，由于生物体内外环境条件的自然作用而发生，这种突变叫做自然突变。宇宙射线可能是自然界中引起突变的主要因素。(2)有的突变是在人为诱发条件的作用下发生的，这种突变称为诱发突变。2引起基因突变的因素引起基因突变的原因是多种多样的，试结合教材，归纳引起基因突变的因素。(1)物理因素：用射线照射小麦的种子，能引起一些种子中遗传物质发生改变，并导致性状的改变，这是由物理因素引起的基因突变，其主要是多种射线，包括紫外线、X射线、射线、射线以及中子流等。它们大多能破坏DNA分子中的某些化学键，使DNA长链发生断裂或空间立体结构发生改变，从而引起突变。(2

12、)化学因素：有些化合物的化学结构式与某些碱基很类似，如5溴尿嘧啶与胸腺嘧啶很接近。如果这些物质被细胞吸收，在DNA复制时很容易“鱼目混珠”，导致基因结构的改变。有些化合物(如亚硝胺)的化学性质很活泼，可能对核苷酸上的碱基进行化学修饰，导致突变发生。在腌菜、泡菜、腌肉、腌鱼等制作过程中，产生的亚硝酸和亚硝胺能将胞嘧啶氧化成尿嘧啶，导致遗传密码发生改变。上述引起基因突变的因素均为化学因素，其主要种类为碱基类似物、亚硝胺等。(3)生物因素：有些病毒(如乙肝病毒)侵入生物体细胞后，进入细胞核，其DNA能嵌入宿主染色体DNA中，随细胞的复制而复制，引起基因突变。这属于生物因素引起的基因突变，其主要是某些

13、病毒。3人工诱变在育种上的应用人工诱变因素提高了基因突变的频率，在育种实践中具有广泛应用，试结合教材完成归纳。(1)诱变育种的成果主要体现在作物育种和微生物育种等方面。作物育种a作物育种的目标：培育早熟、抗病、高产、优质的作物品种。b方法：在育种过程中，可以用具有某种优良品质的品种做基础，通过诱变，从中选出保持甚至超过该优良品质并出现新的优良品质的突变体。微生物育种：通过微生物的诱变育种，可以获得高产菌株，使药物产量大大提高。(2)人工诱变育种的优缺点优点：a.大大提高突变率；b.大幅度地改良某些性状；c.较短时间内获得能稳定遗传的个体(即缩短了育种时间)。缺点：由于突变的多向性，有利变异往往

14、不多，育种具有一定的盲目性，而且突变个体难以集中多个优良性状，需要处理大量实验材料，工作量很大、耗时较长。小贴士太空育种主要是利用返回式卫星和高空气球所能达到的空间环境，通过强辐射、微重力和真空等条件诱发植物种子的基因发生变异的作物育种新技术。归纳提炼外界因素可能诱发基因突变，但是，在没有外来因素的影响时，基因突变也会由于DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等原因自发产生。活学活用3当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返航时，一些特殊的乘客也回到了地球。它们是一些微生物菌种、植物组培苗和植物种子等。在太空周游了115小时32分钟，返回地球后，搭载单位的科研人员将继续对它们

15、进行有关试验。请回答下列问题：(1)搭载航天器的植物种子需要做怎样的处理？说明原因。_。(2)作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现新的变异特征。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的_辐射后，其_发生变异。请预测可能产生的新的变异对人类是否有益？_。你判断的理由是_。(3)遨游太空回到地面后，种植一代发现没有所需要的性状出现，可以随意丢弃吗？说明原因。_。答案(1)浸泡种子使其萌发。因为萌发的种子细胞分裂旺盛，易受到太空诱变因素的影响发生基因突变(2)宇宙射线基因不一定基因突变是不定向的(3)不可以。因为可能发生隐性突变当堂检测1经检测某生物发生了基因突变，但其性状并没有发生变化，其原因可

16、能是()A遗传信息没有改变B遗传基因没有改变C遗传密码没有改变D控制合成的蛋白质中的氨基酸序列没有改变答案D解析生物的性状没有改变是因为合成的相应蛋白质中的氨基酸序列没有改变，基因发生了突变则其含有的碱基的排列顺序一定改变，所以遗传信息和遗传基因是一定改变的，而由于密码子的简并性，性状不一定改变。2如果一个基因的中部缺失了1个核苷酸对，不可能的后果是()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解析基因的中部若编码区缺少了1个核苷酸对，该基因仍然能表达，但是表达产物(蛋白质)的结构发生变化，有可能出现

17、下列三种情况：翻译为蛋白质时在缺失位置终止、所控制合成的蛋白质减少或者增加多个氨基酸、缺失部位以后的氨基酸序列发生变化。3下列细胞中，最不容易发生基因突变的是()A正在分裂的蛙红细胞 B人神经细胞C正在分裂的精原细胞 D蛙原肠胚细胞答案B解析成熟神经元细胞不再发生分裂。4下列不属于诱变育种实例的是()A一定剂量的射线引起变异获得新品种BX射线处理得到高产青霉素菌株C激光照射获得动植物新类型D人工种植的马铃薯块茎逐年变小答案D解析诱变育种是人为利用物理因素或化学因素处理生物，使其发生基因突变的育种方法，而D项中未涉及到这方面内容。5一种链异常的血红蛋白叫做Hbwa，其第137位以后的氨基酸序列及

18、对应的密码子与正常血红蛋白(HbA)的差异如下：血红蛋白部分链血红蛋白的密码子及其氨基酸的顺序137138139140141142143144145HbAA C C苏氨酸U C C丝氨酸A A A赖氨酸U A C酪氨酸C G U精氨酸U A A终止HbwaA C C苏氨酸U C A丝氨酸A A U天冬酰胺A C C苏氨酸G U U缬氨酸A A G赖氨酸C C U脯氨酸C G U精氨酸U A G终止(1)Hbwa异常的直接原因是链第_位的_(氨基酸)对应的密码子缺失了一个碱基，从而使合成的肽链的氨基酸的顺序发生改变，缺失的碱基是_。(2)异常血红蛋白链发生变化的根本原因是_。(3)这种变异类型属

19、于_，一般发生在_时期。这种变异与其他可遗传变异相比，最突出的特点是能产生_。答案(1)138丝氨酸C(2)控制血红蛋白链合成的基因中的一个碱基对GC缺失(3)基因突变细胞分裂的间期(DNA复制)新基因解析从图中可以看出，Hbwa的产生是第138位以后的密码子出错，即缺失一个碱基造成的，缺失的碱基为C；异常血红蛋白发生变化的根本原因是DNA中碱基发生改变即基因缺失了一个碱基对GC；这种变异属于基因突变，发生在细胞分裂间期的DNA复制过程中。课时作业基础过关知识点一基因突变的特点1下列有关基因突变的叙述中，正确的是()A生物随环境改变而产生适应性的突变B由于细菌的数量多，繁殖周期短，因此其基因突

20、变率高C有性生殖的个体，基因突变不一定遗传给子代D自然状态下的突变是不定向的，而人工诱发的突变是定向的答案C解析基因突变是遗传物质的改变，具有低频性的特点，细菌数量多，只是提高突变的数量，而不会提高突变率；基因突变若发生在体细胞中，一般不会遗传给后代；突变在任何情况下都是不定向的。2亮氨酸的密码子有如下几种：UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG，当某基因片段中的GAC突变为AAC时，这种突变的结果对该生物的影响是()A一定有害B一定有利C有害的概率大于有利的概率D既无利又无害答案D解析由于亮氨酸的密码子有6种，当某基因片段中的GAC突变为AAC时，对应的密码子由CUG改变为UUG，而

21、CUG、UUG都是亮氨酸的密码子。因此，该突变对生物既无利又无害，属于中性突变。3基因突变大多数都是有害的，其原因是()A基因突变形成的大多是隐性基因B基因突变破坏了生物与原有环境之间形成的协调关系C基因突变形成的表现效应往往比基因重组更为明显D基因突变对物种的生存和发展有显著的副作用答案B解析基因突变具有多向性，可以是隐性突变，也可以是显性突变。基因突变是生物进化的原材料，是生物进化必需的，有利于进化，但由于生物适应现存环境，基因突变后，在性状改变而环境不变的情况下多数是不适应环境的，相对有害。知识点二基因突变的原因4如图为同种生物的不同个体编码翅结构的基因的碱基比例图。基因1来源于具正常翅

22、的雌性个体的细胞，基因2来源于另一具异常翅的雌性个体的细胞。据此可知，翅异常最可能是由于碱基对的()A增添 B替换C缺失 D正常复制答案C解析通过对比可知，翅异常个体基因缺失了一个AT碱基对，导致性状发生了改变，C项正确。5枯草杆菌野生型与某一突变型的差异见下表：枯草杆菌核糖体S12蛋白第5558位的氨基酸序列链霉素与核糖体结合在含链霉素培养基中的存活率/%野生型-P-K-P-能0突变型-P-K-P-不能100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

23、枯草杆菌产生相应的抗性突变答案A解析突变型菌在含链霉素的培养基中存活率为100%，故具有链霉素抗性，A正确；链霉素与核糖体结合是抑制其翻译功能，B错误；突变型的产生最可能为碱基替换所致，因为只改变了一个氨基酸，C错误；链霉素在培养基中起筛选作用，不能诱发枯草杆菌产生相应的抗性突变，D错误。6某个婴儿不能消化乳类，经检查发现他的乳糖酶分子有一个氨基酸发生改变而导致乳糖酶失活，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乳糖酶基因中有一个碱基改变了D乳糖酶基因中有一个碱基缺失了答案C解析根据题中“乳糖酶分子有一个氨基酸发生改变”，可判断是乳糖酶基因中有一个碱基改变

24、了；若乳糖酶基因有一个碱基缺失，则会发生一系列氨基酸的改变。知识点三引起突变的因素和人工诱变在育种上的应用7太空育种是指利用太空综合因素，如强辐射、微重力等，诱导由宇宙飞船携带的种子发生变异，然后进行培育的一种育种方法。下列说法正确的是()A太空育种产生的突变总是有益的B太空育种产生的性状是定向的C太空育种培育的植物是地球上原本不存在的D太空育种与其他诱变育种方法在本质上是一样的答案D解析太空育种的原理为基因突变，基因突变具有低频性、不定向性和多害少利性。基因突变只是改变了部分性状，不会产生新物种。8用人工诱变方法使黄色短杆菌的质粒中脱氧核苷酸序列发生如下变化：CCGCTAACGCCGCGAA

25、CG，那么，黄色短杆菌将发生的变化和结果是(可能相关的密码子为：脯氨酸CCG、CCA；甘氨酸GGC、GGU；天冬氨酸GAU、GAC；丙氨酸GCA、GCU、GCC、GCG；半胱氨酸UGU、UGC)()A基因突变，性状改变B基因突变，性状没有改变C基因和性状均没有改变D基因没变，性状改变答案A解析对照比较CCGCTAACGCCGCGAACG，发现CTACGA，即基因中T突变为G，密码子由GAU变为GCU，编码的氨基酸由天冬氨酸变为丙氨酸，所以答案为A。9育种专家采用诱变育种的方法改良某些农作物的原有性状，其原因是诱变育种()A提高了后代的出苗率B提高了后代的遗传稳定性C产生的突变大多是有利的D能提

26、高突变率以供育种选择答案D解析诱变育种能提高突变率，获得更多变异，从而提供更多有利性状，有利于育种选择。能力提升10动态突变是指基因中的3个相邻核苷酸重复序列的拷贝数发生倍增而产生的变异，这类变异会导致人类的多种疾病，且重复拷贝数越多，病情越严重。下列关于动态突变的推断正确的是()A可借助光学显微镜进行观察B只发生在生长发育的特定时期C会导致染色体上基因的数量有所增加D突变基因的翻译产物中某个氨基酸重复出现答案D解析光学显微镜无法观察基因内部结构的变化，A项错误；基因突变可发生在任何时期，在细胞分裂的间期DNA复制时，DNA分子相对不稳定，较容易发生基因突变，B项错误；根据题意可知动态突变指基

27、因结构的改变，并没有引起基因数量的增加，C项错误；“基因中的3个相邻核苷酸”转录成mRNA上的一个密码子，若重复拷贝，则产生重复的密码子，将会导致翻译产物中某个氨基酸重复出现，D项正确。11关于等位基因B和b发生突变的叙述，错误的是()A等位基因B和b都可以突变成为不同的等位基因BX射线的照射不会影响基因B和基因b的突变率C基因B中的碱基对GC被碱基对AT替换可导致基因突变D在基因b的ATGCC序列中插入碱基C可导致基因b的突变答案B解析根据基因突变的多向性，突变可以产生多种等位基因，A正确；X射线属于物理诱变因子，可以提高基因突变率，B错误；基因突变包括碱基对的替换、增添、缺失三种情况，C选

28、项属于替换，D选项属于增添，C、D正确。12在白花豌豆品种栽培园中，偶然发现了一株开红花的豌豆植株，推测该红花表现型的出现是花色基因突变的结果。为了确定该推测是否正确，应检测和比较红花植株与白花植株中()A花色基因的碱基组成B花色基因的DNA序列C细胞的DNA含量D细胞的RNA含量答案B解析推测该红花表现型的出现是否为花色基因突变的结果，应检测和比较红花植株与白花植株细胞中花色基因的不同，即基因的DNA序列。13除草剂敏感型的大豆经辐射获得抗性突变体，且敏感基因与抗性基因是1对等位基因。下列叙述正确的是()A突变体若为1条染色体的片段缺失所致，则该抗性基因一定为隐性基因B突变体若为1对同源染色

29、体相同位置的片段缺失所致，则再经诱变可恢复为敏感型C突变体若为基因突变所致，则再经诱变不可能恢复为敏感型D抗性基因若为敏感基因中的单个碱基对替换所致，则该抗性基因一定不能编码肽链答案A解析A项，突变体若为1条染色体的片段缺失所致，缺失后表现为抗性突变体，则可推测出除草剂敏感型的大豆是杂合体，缺失片段中含有显性基因，缺失后即表现了隐性基因控制的性状。B项，突变体若为1对同源染色体相同位置的片段缺失所致，则会导致控制该性状的一对基因都丢失，经诱变后不可能使基因从无到有。C项，突变体若为基因突变所致，由于基因突变具有多向性，所以经诱变仍可能恢复为敏感型。D项，抗性基因若为敏感基因中的单个碱基对替换所

30、致，若该碱基对不在基因的前端(对应起始密码)就能编码肽链，肽链的长短变化需要根据突变后对应的密码子是否为终止密码子来判断。14如图为某野生植物种群(雌雄同株)中甲植株的A基因(扁茎)和乙植株的B基因(缺刻叶)发生突变的过程。已知A基因和B基因是独立遗传的，请分析该过程，回答下列问题：(1)简述上述两个基因发生突变的过程： _。(2)突变产生的a基因与A基因的关系是_，a基因与B基因的关系是_。(3)若a基因和b基因分别控制圆茎和圆叶，则突变后的甲、乙两植株的基因型分别为_、_，表现型分别为_、_。(4)请你利用突变后的甲、乙两植株作为实验材料，设计杂交实验程序，培育出具有圆茎圆叶的观赏植物品种。答案(1)DNA复制的过程中一个碱基被另一个碱基取代，导致基因的碱基序列发生了改变(2)等位基因非等位基因(3)AaBBAABb扁茎缺刻叶扁茎缺刻叶(4)方法一：将这两株植株分别自交；选取甲子代中表现型为圆茎缺刻叶(aaBB)植株与乙子代中表现型为扁茎圆叶(AAbb)植株进行杂交，获得扁茎缺刻叶(AaBb)植株；再让扁茎缺刻叶植株自交，从子代中选择圆茎圆叶植株即可。(也可用遗传图解表示)方法二：将甲、乙两植株杂交；种植杂交后代，并分别让其自交；分别种植自交后代，从中选择同时具有两种优良性状的植株。解析由图可知，这种基因突变是由DNA分子一条链上的一个碱基被取代而引起的基因碱基序