高考生物一轮复习 第四单元 基因的表达 第1讲 基因突变和基因重组课件 新人教版必修2.ppt

第四单元生物的变异与育种 认知考纲 第1讲基因突变和基因重组 一 基因突变1 实例 镰刀型细胞贫血症 知识梳理 2 概念 dna分子中发生碱基对的 增添或 而引起的 的改变 3 原因 4 特点 1 普遍性 在生物界中普遍存在 2 随机性和 发生于个体发育的 且可能产生一个以上的等位基因 3 低频性 自然状态下 突变频率很低 5 意义 基因突变是 产生的途径 是 的根本来源 是 的原始材料 二 基因重组1 概念 在生物体进行 过程中 控制不同性状的基因 2 类型 1 自由组合型 减数第一次分裂后期 随着非同源染色体自由组合 也自由组合 2 交叉互换型 减数分裂四分体时期 基因随着 的交叉互换而发生重组 3 意义 1 形成生物多样性的重要原因之一 2 是 的来源之一 对生物的进化也具有重要意义 自主核对 一 1 gaagua2 替换缺失基因结构3 物理生物dna分子复制4 不定向性各个时期5 新基因生物变异物质进化二 1 有性生殖重新组合2 非等位基因非姐妹染色单体3 生物变异 1 基因突变有哪些特点 2 基因突变与基因重组有何关系 考点1基因突变及其应用1 基因突变与人工诱变 1 基因突变 考点突破 2 人工诱变 2 基因突变的分子机制 3 基因突变的结果基因突变引起基因 质 的改变 产生了原基因的等位基因 改变了基因的表现形式 如由a a 隐性突变 或a a 显性突变 但并未改变染色体上基因的数量和位置 1 基因突变与氨基酸改变的对应关系 2 基因突变与性状改变当控制某性状的基因发生突变时 其性状未必改变 其原因如下 若突变发生于真核生物基因结构的内含子内 此基因转录的信使rna仍未改变 但前体rna改变 因而合成的蛋白质也不发生改变 此时性状不改变 若突变发生后 引起了信使rna上的密码子改变 但由于一种氨基酸可对应多个密码子 若改变后的密码子与原密码子仍对应同一种氨基酸 此时突变基因控制的性状也不改变 若基因突变为隐性突变 如aa中其中一个a a 此时性状也不改变 应用指南1 基因突变的 随机性 1 时间上的随机 它可发生于生物个体发育的任何时期 甚至在趋于衰老的个体中也很容易发生 如老年人易得皮肤癌等 2 部位上的随机 基因突变既可发生于体细胞中 也可发生于生殖细胞中 若为前者 一般不传递给后代 若为后者 则可通过生殖细胞传向子代 2 基因突变是染色体上某一位点的基因发生改变 在光学显微镜下观察不到 3 基因突变容易发生在具有dna复制功能的细胞中 具有分裂能力的细胞 已高度分化的失去分裂能力的细胞因其不发生dna复制 故不容易发生基因突变 所以细胞发生基因突变的概率为 生殖细胞 体细胞 分裂旺盛的细胞 停止分裂的细胞 4 诱变育种材料只要能进行细胞分裂的材料都符合要求 如萌发的种子 小白鼠等 但不进行细胞分裂的材料不符合要求 如干种子 动物精子等 原因是诱变育种必须发生基因突变 而基因突变只能发生在细胞分裂的dna复制过程中 5 基因突变一定是可遗传变异 因为遗传物质改变了 但基因突变产生的新基因新性状不一定传递给后代 若发生在体细胞中 一般不会传递给子代 而发生在配子中可以 例1关于基因突变的说法中 不正确的是 基因突变是广泛存在的 并且对生物自身大多是有害的 基因突变一定能够改变生物的表现型 人工诱变所引起的基因突变或染色体的变异都是有利的 由环境引起的变异是不能够遗传的 基因中脱氧核苷酸的种类 数量和排列顺序的改变就是基因突变 紫外线照射使人患皮肤癌和人由于晒太阳而使皮肤变黑都属于可遗传变异a b c d 答案 c 对点训练1如果细菌控制产生某种 毒蛋白 的基因发生了突变 突变造成的结果使其决定的蛋白质的部分氨基酸变化如下 基因突变前 甘氨酸谷氨酸丙氨酸苯丙氨酸谷氨酸基因突变后 甘氨酸谷氨酸天冬氨酸亮氨酸赖氨酸根据上述氨基酸序列确定突变基因dna分子的改变是 a 突变基因为一个碱基腺嘌呤替换为鸟嘌呤b 突变基因为一个碱基胞嘧啶替换为胸腺嘧啶c 突变基因为一个碱基鸟嘌呤替换为腺嘌呤d 突变基因为一个碱基的增减解析 基因突变前与基因突变后的氨基酸序列从第三个开始 其后的氨基酸序列都发生变化 若发生一个碱基的替换 最多只可能使一个氨基酸改变 不可能使后面的多个氨基酸序列都发生变化 答案 d 考点2基因重组1 基因重组的时间 类型 结果及意义 1 基因重组发生的时期 有性生殖的减数第一次分裂过程中 2 基因重组的类型 减 后期 非同源染色体上的非等位基因随着非同源染色体的自由组合而自由组合 四分体时期 同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换 3 基因重组的结果 产生了新的基因型 大大丰富了变异的来源 2 基因突变和基因重组的区别和联系 应用指南1 在人工操作下 基因工程 肺炎双球菌的转化都实现了基因重组 2 基因突变可产生新基因 进而产生新性状 基因重组只能是原有基因的重新组合 可产生新的基因型 进而产生新的表现类型 例2进行有性生殖的生物 下代和上代间总是存在着一定差异的主要原因是 a 基因重组b 基因突变c 环境因素d 染色体变异 解析 进行有性生殖的生物 上下代之间发生差异可以是由于基因重组 基因突变和染色体变异引起 但后两者只要外部环境条件和内部生理过程不发生剧变 一般均不会发生 表现出低频性 而基因重组却是进行有性生殖的必然过程 生物的染色体数越多 其上携带的等位基因越多 后代中产生基因重组的变异种类也越多 答案 a 对点训练2以下有关基因重组的叙述 正确的是 a 非同源染色体的自由组合能导致基因重组b 姐妹染色单体间相同片段的交换导致基因重组c 基因重组导致纯合体自交后代出现性状分离d 同卵双生兄弟间的性状差异是基因重组导致的 解析 基因重组只能发生于减 的前期 联会的同源染色体邻近的非姐妹染色单体之间交叉互换导致基因重组 和后期 非同源染色体自由组合导致基因重组 基因工程 细菌的转化等过程中 性状分离只能在杂合体自交时才会出现 纯合体自交的后代依然是纯合体 无性状分离发生 同卵双生是指由一个受精卵经有丝分裂发育成两个个体 这两个个体的遗传信息相同 其差异可能来自于基因突变等 但不可能是来自基因重组 答案 a 考点3实验面面观 探究某一变异性状是否是可遗传变异的方法思路1 若染色体变异 可直接借助显微镜观察染色体形态 数目 结构是否改变 2 与原来类型在相同环境下种植 观察变异性状是否消失 若不消失则为可遗传变异 反之则为不可遗传变异 3 设计杂交实验 根据实验结果确定变异性状的基因型是否改变 应用指南1 自交后代是否发生性状分离或在相同环境下进行比较鉴定 2 原理 遗传物质是否发生改变 例3玉米子粒种皮有黄色和白色之分 植株有高茎 矮茎之分 完成下列题目 1 种皮的颜色是由细胞中的色素决定的 己知该色素不是蛋白质 那么基因控制种皮的颜色是通过控制 来实现的 2 矮茎玉米幼苗经适宜浓度的生长素类似物处理 可以长成高茎植株 为了探究该变异性状是否能稳定遗传 生物科技小组设计实验方案如下 请你写出实验预期及相关结论 并回答问题 实验步骤 a 在这株变异的高茎玉米雌花 雄花成熟之前 分别用纸袋将雌穗 雄穗套住 防止异株之间传粉 b 雌花 雄花成熟后 人工授粉 使其自交 c 雌穗上种子成熟后 收藏保管 第二年播种观察 实验预期及相关结论 a b 问题 a 预期最可能的结果 b 对上述预期结果的解释 解析 基因对性状的控制有两条途径 一是通过控制蛋白质的合成来直接控制生物性状 另外一条途径是通过控制酶的合成 来控制代谢从而间接控制生物性状 因为色素不是蛋白质 显然基因不能直接控制 只能通过酶间接控制 如果高茎变异是环境引起的变异 遗传物质没有改变 则自交后代的植株都是矮茎 如果遗传物质发生了改变 则自交后代仍然会有高茎存在 答案 1 有关酶的合成来控制代谢 进而控制性状 2 a 子代玉米苗有高茎植株 说明生长素类似物引起的变异能够遗传b 子代玉米苗全部是矮茎植株 说明生长素类似物引起的变异不能遗传 a 子代玉米植株全是矮茎b 适宜浓度的生长素类似物能促进细胞的伸长生长 但不能改变细胞的遗传物质 其他正确答案也可 例1在一段能编码蛋白质的脱氧核苷酸序列中 如果其中部缺失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错因分析对基因突变中碱基对的增添 缺失和替换与氨基酸和蛋白质性状的关系模糊不清 解析基因中能编码蛋白质的脱氧核苷酸序列若在其中部缺失1个核苷酸对 经转录后 在信使rna上可能提前形成终止密码子 使翻译过程在基因缺失位置终止 使控制合成的蛋白质减少多个氨基酸 或者因基因中部缺失1个核苷酸对 使信使rna上从缺失部位开始向后的密码子都发生改变 从而使合成的蛋白质中 在缺失部位以后的氨基酸序列都发生变化 答案a 例2淀粉酶可以通过微生物发酵生产 为了提高酶的产量 请你设计一个实验 利用诱变育种方法 获得产生淀粉酶较多的菌株 提示 生产菌株在含有淀粉的固体培养基上 随着生长可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉 在菌落周围形成透明圈 步骤 第一步 将培养好的菌株分为两组 一组用一定剂量的诱变剂处理 另一组不处理做对照 第二步 制备含淀粉的固体培养基 第三步 把诱变组的大量菌株接种于多个含淀粉的固体培养基上 同时接种对照组 相同条件下培养 第四步 比较两组菌株菌落周围透明圈的大小 选出透明圈变大的菌株 根据诱发突变率低和诱发突变不定向性的特点预测实验结果 错因分析对人工诱变的特点产生误解 解析 1 人工诱变与自然突变相比较 提高了突变频率 但仍具低频性特点 即未突变的比突变的多 2 人工诱变仍然具有不定向性 并不是诱变的性状一定有利 3 人工诱变仍然具有多害少利性 即突变个体增多的同时 有利有害的都增多但仍然是有害的多 答案 由于诱发突变率低 诱变组中绝大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同 由于诱发突变的不定向性 诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小 典例1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 考查角度基因突变的实质解析基因是dna分子上有遗传效应的片段 基因突变是指基因结构的改变 包括dna上碱基对的增添 缺失和替换 不是碱基的组成发生改变 也不是细胞中的dna含量变化和rna含量变化 故a c d项都是错误的 答案b点评此题考查基因突变的知识 要求学生对基因突变的概念非常清楚 属于考纲中识记层次 难度较小 典例2育种专家在稻田中发现一株十分罕见的 一秆双穗 植株 经鉴定该变异性状是由基因突变引起的 下列叙述正确的是 a 这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的b 该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体c 观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置d 将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系考查角度基因突变的特点 解析因突变性状在当代显现 若该突变为隐性基因变为显性基因引起的 突变株为杂合子 故该变异植株自交可产生有 一秆双穗 这种变异性状的纯合子 因显微镜下不能观察到基因 故观察有丝分裂中期细胞染色体 无法判断发生基因突变的位置 将该株水稻的花粉离体培养后还需诱导染色体加倍 再筛选获得稳定遗传的高产品系 答案b点评本题考查基因突变的相关知识 难度适中 解题关键在于理解基因突变的类型 特点 对后代的影响 典例3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1169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g cb 处碱基对a t替换为g cc 处缺失碱基对a td 处碱基对g c替换为a t 考查角度基因突变的机制解析首先由赖氨酸的密码子分析转录模板基因碱基为ttc 确定赖氨酸的密码子为aag 处插入 缺失碱基对会使其后编码的氨基酸序列发生改变 处碱基对替换后密码子为aaa还是赖氨酸 处碱基对替换后密码子为gag 对应谷氨酸 答案b点评本题考查基因突变和密码子对应氨基酸的理解分析能力 难度适中 解题关键在于理解基因突变与密码子改变的关系 1 基因突变按其发生部位可分为体细胞突变a和生殖细胞突变b两种 则 a 均发生于有丝分裂的间期b a发生于有丝分裂的间期 b发生于减数第一次分裂的间期c 均发生于减数第一次分裂的间期d a发生于有丝分裂间期 b发生于减数第二次分裂的间期解析 体细胞突变发生于有丝分裂间期 生殖细胞突变发生于减数第一次分裂的间期 答案 b 随堂过关 2 2010 潍坊模拟 依据基因重组概念的发展 判断下列图示过程中没有发生基因重组的是 普通椒人凝血因子基因抗虫基因初级卵母细胞太空椒羊的受精卵大肠杆菌质粒次级卵细胞abcd解析 基因重组有三种来源 自由组合 交叉互换和通过基因工程实现的人工基因重组 a选项属于诱变育种 其原理是基因突变 答案 a 3 我国研究人员发现 dep1 基因的突变能促进超级稻增产 这一发现将有助于研究和培育出更高产的水稻新品种 以下说法错误的是 a 水稻产生的突变基因不一定能遗传给它的子代b 该突变基因可能在其他农作物增产中发挥作用c 水稻基因突变产生的性状对于生物来说大多有利d 该突变基因所表达出的蛋白质与水稻产量密切相关解析 突变大多是有害的 基因突变若发生在体细胞中一般不会遗传给后代 答案 c 4 下列细胞在其生命活动过程中既有可能发生基因重组现象 又有可能发生基因突变现象的是 a 心肌细胞b 成熟的红细胞c 根毛细胞d 精原细胞答案 d 5 如图是有关生物变异来源的概念图 请据图回答 1 图中 表示 表示 表示 此过程发生在 时期 2 将 的原理应用在育种中 常利用物理因素如 或化学因素如 来处理生物 各举一例 3 基因工程中 将外源基因导入受体细胞时 常用的运载体有 至少两例 4 番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用 导致害虫无法消化食物而被杀死 人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内 玉米获得了与番茄相似的抗虫性状 玉米新品种的这种变异的来源是图中 传统的育种方法一般只能在同一种生物中进行 很难将一种生物的优良性状移植到另一种生物上 基因工程的出现使人类有可能 解析 可遗传的变异包括基因突变 基因重组 染色体变异 基因重组又分为非同源染色体上非等位基因的自由组合 四分体时期非姐妹染色单体的交叉互换 重组dna技术几种形式 答案 1 替换 增添 缺失mrna交叉互换减数第一次分裂的四分体 2 x射线或 射线或紫外线或激光亚硝酸或硫酸二乙酯 3 质粒 噬菌体和动植物病毒 任举两例 4 基因重组按照自己的意愿直接定向改变生物 培育 创造 出新品种 新的生物类型 1 根据基因突变的部位 可将基因突变分为 2 根据对性状类型的影响 可将基因突变分为 3 根据诱变时的状态 可将基因突变分为 4 根据基因突变对表现型的影响 可将基因突变分为 例题 将果蝇进行诱变处理后 其染色体上可发生隐性突变 隐性致死突变或不发生突变等情况 遗传学家想设计一个实验检测出上述三种情况 检测x染色体上的突变情况 实验时 将经诱变处理的红眼雄果蝇与野生型纯合红眼雌果蝇交配 b表示红眼基因 得f1 使f1单对交配 分别饲养 观察f2的分离情况 p xbxb x y 待测果蝇 f1x xb xby单对交配 f2xbxbx xbxbyx y 预期结果和结论 1 若f2中表现型为3 1 且雄性中有隐性突变体 则说明 2 若f2中表现型均为红眼 且雄性中无隐性突变体 则说明 3 若f2中 2 1 则说明 检测常染色体上的突变情况 1 果蝇中有一种翻翅平衡致死系 翻翅平衡致死系个体的体细胞中一条2号染色体上有一显性基因cy 翻翅 这是纯合致死的 另一条2号染色体上有另一显性基因s 星状眼 也是纯合致死的 翻翅平衡致死系的雌雄个体相互交配 其遗传图解如上 请补充完善 f1 由上述遗传图解 可以得出的结论是 2 现有一批经诱变处理的雄果蝇 遗传学家用翻翅作标志性状 利用上述平衡致死系设计了如下的杂交实验 通过三代杂交实验 就可以判断出这批雄果蝇2号染色体的其他位置上是否带有隐性突变或隐性致死突变基因 用m和n表示要鉴定的野生型果蝇的两条2号染色体 如下图所示 将诱变处理后的雄果蝇与翻翅平衡致死系的雌果蝇交配 得f1 f1有 种类型的个体 不考虑雌雄差异 在f1中选取翻翅雄果蝇 再与翻翅平衡致死系的雌果蝇单对交配