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1、第四节 基因突变和基因重组,一,二,一、基因突变 1.基因突变的实例:镰刀细胞贫血症。,2.概念:基因突变是指由DNA分子中碱基对的增添、缺失或替换等引起的基因结构的改变。,三,一,二,3.原因 (1)物理因素,如紫外线、X射线、激光等。 (2)化学因素,如亚硝酸盐、碱基类似物等。 (3)生物因素,如病毒、细菌等。 4.特点 (1)在自然条件下,基因发生突变的频率很低。 (2)在整个生物界中基因突变是普遍存在的。 (3)基因突变是不定向的。 (4)基因突变是随机发生的。 5.基因突变的意义:产生等位基因;是生物变异的根本来源;为生物进化提供原始材料。 自主思考我国曾进行过珍稀濒危林木航天诱变育
2、种试验。请问诱变育种的原理是什么?太空诱变育种有什么优势? 提示:基因突变。太空诱变育种的优势是提高基因突变的频率。,三,一,二,二、基因重组 1.概念:基因重组是指生物体在进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因重新组合。 2.种类:非同源染色体上非等位基因自由组合;同源染色体上非姐妹染色单体之间进行遗传物质的互换,即交叉互换。 3.意义:基因重组既是生物进化的源泉,也是生物多样性的重要原因之一。,三,一,二,三,三、基因工程及其应用 1.概念:基因工程是把在一个生物体内分离得到或人工合成的目的基因导入另一个生物的细胞,定向地使后者获得新的遗传性状或表达所需产物的技术。 2.基因工程的工具:
3、限制酶、DNA连接酶、运载体。 3.基因工程的一般过程:提取目的基因;选择基因工程的运载体;目的基因与运载体结合;导入目的基因;检测与鉴定目的基因;目的基因表达。 4.应用:培育转基因作物、转基因动物、转基因微生物等。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,基因突变和基因重组 问题导引 太空育种蔬菜是将普通蔬菜种子搭载于航天飞行器,经过太空失重、缺氧等特殊条件处理,内部结构发生改变,返回地面后,再经农业专家多年培育而成的。“内部结构发生改变”的含义是什么?列举引起这种变化的主要的太空因素。 提示: 主要指基因突变。失重、缺氧和宇宙射线等因素。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,名师
4、精讲 基因突变和基因重组 1.基因突变与性状的关系 (1)基因突变及其影响,(2)基因突变不改变生物性状的特例 由于一种氨基酸可能有多种密码子,因此某些基因突变不引起性状的改变。 某些基因突变虽改变了蛋白质中个别位置的氨基酸种类,但并不影响蛋白质的功能。 隐性突变在杂合子状态下也不会引起性状的改变。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,2.基因重组的类型,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,3.交叉互换与易位的区别,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,4.基因突变与基因重组的区别和联系,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,典例剖
5、析 【例题1】 如图,A和a产生的原因可能是( ) 基因突变 交叉互换 易位 非同源染色体之间的自由组合 A. B. C. D. 解析:姐妹染色单体之间出现了等位基因,如果是有丝分裂,则是基因突变的结果;如果是减数分裂,原因是基因突变或交叉互换。易位发生在非同源染色体之间,不会形成等位基因。非同源染色体之间的自由组合也不会造成姐妹染色单体之间出现等位基因。 答案:A,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,典型方法 根据题意来确定变异的类型(如右图所示) (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,则原因是基因突变(减间期)或交叉互换
6、(减数第一次分裂)。 (3)若题目中问造成A、a不同的根本原因,应考虑可遗传变异中的最根本来源基因突变。 (4)若题目中有分裂时期提示,如减前期造成的则考虑交叉互换,减间期造成的则考虑基因突变。 (5)若已知该细胞所在生物个体的基因型为AA,则原因只能是基因突变。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,变式训练下图为高等动物的细胞分裂示意图。下列相关说法不正确的是 ( ) A.可能发生了基因突变 B.可能发生了交叉互换 C.该细胞为次级卵母细胞 D.该细胞可能为次级精母细胞 解析:因题图中无染色单体且移向一极的无同源染色体,所以为减数第二次分裂的后期图,又因为细胞质均等分裂,故此细胞为次级
7、精母细胞或第一极体。姐妹染色单体形成的两条染色体上的基因若不相同,有两个原因:一是基因突变,二是染色单体的交叉互换。 答案:C,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,基因工程 问题导引 人类是否可以按照自己的意愿直接定向改变生物的性状?用什么样的方法才能实现人们的设想? 提示: 是。可以利用基因工程的方法解决,即把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,名师精讲 1.基因工程的工具 (1)限制性核酸内切酶:能够识别特定的核苷酸序列,并在特定的位点上切割DNA分子,形成DNA片段。 (2)DNA连接酶:连接DNA片段,形成磷酸二酯键。 (3)运载体
8、运载体是携带目的基因进入宿主细胞进行扩增和表达的工具。在基因工程中常用的运载体是经过改造的细菌质粒、噬菌体及动植物病毒,最常用的运载体是大肠杆菌质粒。 作为运载体必须具备:能够在宿主细胞内复制并稳定保存;具有多个限制酶酶切位点,以便与外源基因连接;具有标记基因,便于进行筛选等条件。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,2.基因工程的一般过程,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,规律总结基因重组与基因工程的比较,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,(1)通常所说的基因重组是指狭义的基因重组,包括自由组合型和交叉互换型两种类型,这两种类型
9、都发生在有性生殖的减数分裂过程中。 (2)广义的基因重组还包括人工DNA重组技术(基因工程)和自然条件下的微生物的转化(例如R型肺炎双球菌被S型肺炎双球菌的DNA转化)。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,典例剖析 【例题2】 下列关于基因工程技术的叙述,正确的是 ( ) A.基因工程所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 B.所有限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列 C.通常用同一种限制酶切割含目的基因的DNA分子和运载体 D.只要目的基因进入了受体细胞就能成功表达 解析:运载体是基因工程的工具,不是工具酶;不同限制酶识别的核苷酸序列一般有差异;通常用同一种限制酶切割含目的基因的DN
10、A分子和运载体;目的基因进入了受体细胞不一定能成功表达。 答案:C,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,判断正误(正确的画“”,错误的画“”)。 1.基因突变是DNA结构发生改变,不论发生在体细胞还是生殖细胞中都能遗传给后代。( ) 提示: 基因突变的本质是DNA分子中碱基对的替换、增添或缺失,是基因结构的改变,若发生在体细胞中不能通过有性生殖传递给后代,若发生在配子中可以传递给后代。 2.镰刀型细胞贫血症产生的根本原因是血红蛋白中一个谷氨酸被缬氨酸替换。( ) 提示: 镰刀型细胞贫血症产生的直接原因是血红蛋白中一个谷氨酸被缬氨酸替换,但根本原因是控制血红蛋白合成的基因中一个碱基对被替换
11、。 3.基因通过突变成为它的等位基因,这一定能导致生物性状的改变。( ) 提示: 基因突变不一定引起生物性状的改变。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,4.基因突变是生物变异的根本来源,为生物进化提供了原始材料。( ) 提示: 5.同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换,导致等位基因重新组合。( ) 提示: 同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换,导致等位基因互换,同源染色体上的非等位基因重新组合。 6.减数分裂的四分体时期,姐妹染色单体的交叉互换可导致基因重组。( ) 提示: 交叉互换发生在同源染色体上的非姐妹染色单体之间。,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,1.下列关于基因
12、突变的叙述,错误的是( ) A.基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失和替换 B.基因突变是由基因中脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序的部分改变而引起的 C.基因突变可以在一定的外界环境条件或生物内部因素的作用下发生 D.基因突变的频率是很低的,并且都是有害的 解析:在自然条件下,基因发生突变的频率很低,基因突变一般对生物个体是有害的,但有一些突变是中性的,还有少数是有利的。 答案:D,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,2.自然情况下,无性生殖与有性生殖相比较,无性生殖所没有的变异来源是( ) A.基因突变 B.基因重组 C.染色体变异 D.环境影响产生的变异 解析:基因重组发生在减数分裂
13、过程中,无性生殖不会进行减数分裂,所以无此变异。 答案:B,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,3.下图表示拟南芥体细胞中某个基因片段发生改变的过程,下列分析正确的是( ) A.该变异属于基因重组 B.该体细胞可取自根尖成熟区细胞 C.该细胞的子代遗传信息不会发生改变 D.若该变异发生在基因中部,可能导致翻译过程提前终止 解析:分析题图可知,该基因发生了碱基对的缺失,属于基因突变,A项错误;根尖成熟区细胞不能进行DNA复制,B项错误;该细胞的子代遗传信息发生了改变,C项错误;如果发生在基因中部,可因终止密码子的提前出现,而导致翻译过程的提前终止,D项正确。 答案:D,探究点一,探究点二,
14、易错点排查,当堂检测,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叉互换可引起基因重组 C.杂合子自交因基因重组导致子代性状分离 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 解析: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,即同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换引起的基因重组和非同源染色体的自由组合引起非同源染色体上非等位基因的重组,A、B两项正确;杂合子自交导致子代性状分离是由于等位基因随着同源染色体的分开而分离,不是基因重组,C项错误;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项正确。 答案:C,探究点一,探究点二,易错点排查,当堂检测,5.下图表示DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA连接酶、解旋酶作用的是( ) A. B. C. D. 答案:A,