高一生物基因突变和基因重组

高一生物基因突变和基因重组第四节基因突变和基因重组基础自主梳理核心要点突破实验探究创新课标领航知能过关演练第2页,共58页，2024年2月25日，星期天通过本节的学习，我能够1．说明基因突变的特征和原因。2．理解基因重组的来源及意义。3．简述基因工程的基本原理及应用。课标领航第3页,共58页，2024年2月25日，星期天情景导引河南省农科院小麦育种专家周中普父子运用突变育种法，经过多年的研究和实践，于近年成功培育出了棕色、褐色、绿色等多种颜色的小麦。彩色小麦不仅含有丰富的蛋白质和赖氨酸，而且含有丰富的锌、硒、碘等微量元素。本节就来介绍基因突变等知识。第4页,共58页，2024年2月25日，星期天第5页,共58页，2024年2月25日，星期天基础自主梳理一、基因突变1．含义：DNA分子中碱基对的______、_______或改变等。增添缺失第6页,共58页，2024年2月25日，星期天第7页,共58页，2024年2月25日，星期天病毒第8页,共58页，2024年2月25日，星期天4．特点(1)频率低：____________频率很低。(2)方向不确定：一个基因可以向不同方向发生变异，从而产生一个以上的___________。(3)随机性：可发生在生物个体发育的_________，以及细胞内不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上。(4)普遍性：在整个生物界是普遍存在的。自发突变等位基因任何时期第9页,共58页，2024年2月25日，星期天5．结果：基因通过突变成为它的____________。6．意义(1)是___________的根本来源，增加了基因存在方式的多样性，为_____________提供了原始材料。(2)还揭示了生物性状遗传变异的规律，从而成为进行动植物遗传改良的基础。等位基因生物变异生物进化第10页,共58页，2024年2月25日，星期天思考感悟1．基因突变一定会引起生物性状的改变吗？试分析原因。【提示】不一定。①由于一种氨基酸可以由一个或多个密码子决定，基因结构改变并不一定会导致蛋白质的改变。②不具遗传效应的DNA片段中的“突变”不引起性状改变。③若为隐性突变，如AA中，其中一个A→a，此时性状也不会改变。第11页,共58页，2024年2月25日，星期天二、基因重组1．含义：生物体在进行有性生殖的过程中，控制_____________________重新组合的过程。2．原因(1)减数分裂时，非同源染色体上的____________进行了自由组合。(2)四分体时期，_____________之间遗传物质的交换。不同性状的基因非等位基因同源染色体第12页,共58页，2024年2月25日，星期天3．意义基因重组能够产生与亲代不同的___________的子代，既是生物进化的源泉，也是形成生物多样性的重要原因之一。基因组合第13页,共58页，2024年2月25日，星期天三、重组DNA技术1．含义：将从一个生物体内分离得到或人工合成的___________导入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要的产物的技术。2．操作工具：包括__________________、________________、载体三种。目的基因限制性内切酶DNA连接酶第14页,共58页，2024年2月25日，星期天3．操作的一般步骤第15页,共58页，2024年2月25日，星期天4．应用(1)生产特殊蛋白质，如胰岛素，乙肝疫苗等。(2)动植物的遗传改良，如转基因抗虫棉。(3)人类基因治疗。第16页,共58页，2024年2月25日，星期天思考感悟2．对转基因生物为何要跟踪观察一段时间？【提示】转基因生物发生了一定的变异，有可能成为优势物种，抑制当地原有生物种类的生长、发育、繁殖，甚至会影响当地的生态平衡。第17页,共58页，2024年2月25日，星期天核心要点突破基因突变要点一1．基因突变的原因、实质及结果第18页,共58页，2024年2月25日，星期天第19页,共58页，2024年2月25日，星期天2．基因突变的特点(1)普遍性基因突变在整个生物界普遍存在。(2)随机性基因突变的随机性不仅表现在突变可以发生在生物个体发育的任何时期，而且还表现在其可以发生在细胞内不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上。第20页,共58页，2024年2月25日，星期天(3)不定向性一个基因可以向多个方向发生突变，形成一个以上等位基因。例如基因A可突变为a1(a2或a3…)，A、a1、a2、a3…之间也可以相互突变。突变形成的基因之间可以互称等位基因。这种同一位点上的许多等位基因，称为复等位基因。如下图所示：第21页,共58页，2024年2月25日，星期天(4)低频性自然条件下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。据估计，高等生物中，大约105～108个生殖细胞中，才会有1个生殖细胞发生基因突变。(5)多害少利性大多数生物已经适应了环境，一旦发生突变则一般是不利于生存的，但也有少数无害，甚至有利。第22页,共58页，2024年2月25日，星期天3．基因突变的意义(1)改变基因结构，产生新的基因(等位基因的来源)，是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料。(2)应用于育种——人工诱变育种。第23页,共58页，2024年2月25日，星期天【名师点睛】①基因突变若发生于体细胞中，则一般不传递给后代。②基因突变若发生于生殖细胞中，则可产生带有突变基因的生殖细胞，进而通过有性生殖传给子代。第24页,共58页，2024年2月25日，星期天例1第25页,共58页，2024年2月25日，星期天第26页,共58页，2024年2月25日，星期天(1)写出野生型和突变型的mRNA中第161至165的氨基酸密码子(对于每一种氨基酸，只有一个密码子是正确的)。野生型密码子：________________；突变型密码子：______________。(2)大肠杆菌其多肽P的结构基因发生了突变，该突变属于下列哪种类型

(

)A．改变突变

B．增添突变C．缺失突变

D．重复突变(3)在突变的mRNA中，密码子165之后紧接着的字母是________。第27页,共58页，2024年2月25日，星期天【思路点拨】基因突变常通过其结构改变来影响生物的性状，其影响机理分析如下：第28页,共58页，2024年2月25日，星期天第29页,共58页，2024年2月25日，星期天【解析】本题由于只有一个核苷酸之差导致多肽P中从162到165四个氨基酸发生改变，即改变了四个氨基酸的密码子，故不可能发生改变突变，而只可能发生了增、减突变，而且增、减突变应该发生在第162号密码子。将野生型和突变型大肠杆菌161、162号密码子列出对比可知突变型是在野生型16l号和162号密码子之间插入了1个腺嘌呤核甘酸(A)，则野生型162到165号密码子序列CAU(组)AUG(甲硫)GAG(谷)UAU或UAC(酪)将突变成第30页,共58页，2024年2月25日，星期天ACA(苏)UAU(酪)GGA(甘GUA(缬)。野生型中165号酪氨酸(UAU)突变成缬氨酸(GUA)后，在突变型mRNA上紧接165号密码子之后的字母应是U，它刚好是166号密码子的第一个核甘酸，这样就使得166号可能成为一个终止密码子(UAA、UAG或UGA)。第31页,共58页，2024年2月25日，星期天【知识拓展】基因突变并非一定导致生物性状的改变。①由于同一种氨基酸可以对应多种密码子，因此某些基因突变不引起生物性状的改变。②某些突变虽改变了蛋白质中个别氨基酸的位置和种类，但并不影响该蛋白质的功能。例如，酵母菌的细胞色素C，其肽链的第十七位上是亮氨酸，而小麦是异亮氨酸，尽管有这样的差异，但它们的细胞色素C的功能都是相同的。第32页,共58页，2024年2月25日，星期天③隐性基因的突变在杂合状态下不会引起性状的改变。例如，豌豆在基因型为DD时表现为高茎，当豌豆发生基因突变，基因型变为Dd时，仍表现为高茎。第33页,共58页，2024年2月25日，星期天跟踪训练

(2010年高考福建卷)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(

)第34页,共58页，2024年2月25日，星期天A．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—T第35页,共58页，2024年2月25日，星期天解析：选B。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1169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，②处碱基对A—T替换为G—C。第36页,共58页，2024年2月25日，星期天基因重组的类型要点二狭义的基因重组是指自然状态下的基因重组。包括两种类型：(1)随机重组(自由组合)：在生物通过减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因也自由组合产生的基因重组；(2)交换重组(交叉互换)：在减数分裂形成四分体时期，由于同源染色体的非姐妹第37页,共58页，2024年2月25日，星期天染色单体之间常常发生局部互换，而造成控制不同性状的基因重新组合。只能产生新的基因型，不能产生新的基因。无论是自由组合型还是交换型都发生在减数的第一次分裂过程中，无性生殖过程中不发生基因重组。广义的基因重组还包括人工条件下的重组DNA技术(基因工程)。它们的关系如下表。第38页,共58页，2024年2月25日，星期天比较项目基因重组基因工程不同点概念在生物体内，有性生殖过程中，控制不同性状的基因重新组合按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状重组对象同一物种的不同基因不同物种的不同基因生殖方式有性生殖无性生殖意义是生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义使人类有可能按照自己的意愿直接定向地改造结构，培育出新品种相同点都实现了不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异第39页,共58页，2024年2月25日，星期天下列有关基因重组的叙述中，正确的是(

)A．基因型为Aa的个体自交，因基因重组而导致子代性状分离B．基因A因改变、增添或缺失部分碱基而形成它的等位基因a属于基因重组C．非姐妹染色单体间的互换可能导致基因重组D．造成同卵双生姐妹间性状上差异的主要原因是基因重组例2第40页,共58页，2024年2月25日，星期天【思路点拨】准确掌握基因突变、基因重组的区别以及同卵双生的形成机制，此题就迎刃而解了。【尝试解答】

__C__第41页,共58页，2024年2月25日，星期天【解析】本题主要考查了基因重组的类型及对生物进化的意义。Aa个体自交，后代的性状分离是由于等位基因的分离和配子之间随机结合而形成的；基因A中碱基对的改变、增添或缺失属于基因突变；同源染色体上非姐妹染色单体间的互换属于基因重组；同卵双生是由同一受精卵发育而来的，所以细胞核中的遗传物质是一样的，其性状差异主要是由于外界环境引起的。第42页,共58页，2024年2月25日，星期天【误区警示】本题易把A基因配子和a基因的配子结合的过程误认为成基因重组，准确把握基因重组的实质是控制不同性状基因的组合。第43页,共58页，2024年2月25日，星期天跟踪训练下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是

(

)①我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻②我国科学家将苏云金芽孢杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉③我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒④我国科学家通过体细胞克隆技术培育出克隆牛A．① B．①②C．①②③ D．②③④第44页,共58页，2024年2月25日，星期天解析：选B。超级水稻的培育属于杂交育种范畴，其原理是基因重组；抗虫棉是转基因植物，其原理是重组DNA技术；太空椒的培育属于作物空间技术育种，其原理是基因突变；克隆牛属于无性繁殖，其原理是动物细胞核的全能性。第45页,共58页，2024年2月25日，星期天对重组DNA技术的理解要点三1．重组DNA技术的基本内容地位基因工程的核心技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果生产出人类需要的基因产物第46页,共58页，2024年2月25日，星期天2.重组DNA技术的工具(1)基因的剪刀——限制性内切酶(2)基因的针线——DNA连接酶同一种限制性内切酶切开的目的基因和质粒两个DNA分子具有相同的黏性末端，互补的碱基虽然可以通过氢键连接，但两条DNA基本骨架之间的缝隙需要DNA连接酶的催化，使相邻的脱氧核苷酸连接起来，这样就形成了重组DNA分子。(3)基因的运载工具——载体作用：作为运输工具将目的基因送入受体细胞，还可利用它在受体细胞内大量复制目的基因。第47页,共58页，2024年2月25日，星期天3．重组DNA技术的一般过程第一步：提取目的基因。(1)从生物的细胞内直接获得目的基因。(2)人工合成目的基因。第二步：体外重组DNA。把目的基因与载体在DNA连接酶的作用下形成重组DNA。第三步：导入目的基因。把重组DNA导入到受体细胞中。第四步：筛选、培养受体细胞。把含有重组DNA的受体细胞筛选出来并培养。第五步：目的基因的表达。目的基因在受体细胞中表达，产生蛋白质等。第48页,共58页，2024年2月25日，星期天转基因植物是通过基因工程拥有其他物种基因即外源基因的植物。下列有关叙述中正确的是(

)A．外源基因就是目的基因B．外源基因的遗传都遵循孟德尔遗传定律C．基因工程中的载体质粒是细胞核内能够自主复制的DNA分子D．通过基因工程，植物细胞也能合成某些细菌的蛋白质例3第49页,共58页，2024年2月25日，星期天【尝试解答】

__D__【解析】本题主要考查基因工程的过程和应用。外源基因较多，只有人们所需要的外源基因才能称为目的基因，当把目的基因导入到受体细胞中时，若存在于细胞质中是不会遵循孟德尔遗传定律的；质粒存在于细菌以及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子；基因工程打破了物种的界限，可以使植物产生细菌的蛋白质。第50页,共58页，2024年2月25日，星期天【规律方法】目的基因导入细胞的位置与受体细胞类型①将目的基因导入到受体细胞，可能是存在于细胞质中，也可能整合到细胞核DNA上，由于在分裂过程中细胞核中遗传物质是平均分配的，所以可以稳定遗传，而存在于细胞质中时，由于细胞质是随机分配的，所以子细胞中不一定有目的基因，因而不能稳定遗传。第51页,共58页，2024年2月25日，星期天②若受体细胞是植物细胞，则取体细胞即可，因为其全能性较高，若受体细胞是动物细胞时，一般用受精卵作为受体细胞，因为一般体细胞全能性较难表达。第52页,共58页，2024年2月25日，星期天跟踪训练下列关于基因工程的叙述，错误的是(

)A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B．限制性内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达第53页,共58页，2024年2月25日，星期天解析：选D。载体上的抗性基因主要起着标记基因的作用，有利于筛选含重组DNA的细胞，并不能促进目的