基因突变和基因重组染色体变异 (2).ppt

第一讲:生物的变异,第三单元：变异+进化+育种,2015备考最新考纲：1.基因重组及其意义()。2.基因突变的特征和原因()。3.染色体结构变异和数目变异()。4.实验：低温诱导染色体加倍。,基因突变和基因重组,第一部分,表现型,基因型环境条件,不可遗传的变异,（改变）,（改变）,（改变）,基因突变基因重组染色体变异,可遗传的变异,（仅环境条件改变）,基因突变,一：生物的变异,不遗传的变异可遗传的变异,基因重组,染色体变异,由于环境因素影响，遗传物质没有改变,生殖细胞内遗传物质的改变,所有生物都可通过基因突变产生新基因，使本物种基因库增加“原始材料”，促进生物进化发展；基因重组和染色体变异是真核生物特有的。,基因突变,-生物变异的根本来源，也是生物变异的主要来源。,基因突变实例-镰刀型细胞贫血症,正常圆饼型的红细胞,异常镰刀状的红细胞,脯氨酸谷氨酸谷氨酸,脯氨酸缬氨酸谷氨酸,mRNA,GAA,CTT,GAA,DNA,CAT,GTA,根本原因,直接原因,镰刀型细胞贫血症是由碱基对被替换引起的一种遗传病，是由于基因的分子结构发生了改变产生的。,增添,缺失,替换,DNA分子中发生碱基对的、和，而引起的的改变。,替换,增添,缺失,基因结构,1、基因突变的概念,2、基因突变的类型：,请思考：,由于碱基对的改变，是否一定会引起蛋白质的改变？,3、基因突变发生的时期：,A有丝分裂间期（体细胞）,B减数第一次分裂间期（生殖细胞）,但一般不能传给后代,可以通过受精作用直接传给后代,特别注意：1、基因突变主要发生于有丝分裂间期和减数第一次分裂间期，实际上可以发生于有丝分裂和减数分裂的各个时期。2、基因突变不改变染色体上基因的数量，只改变基因的内部结构，使一个基因变成它的等位基因（Aa或aA）。,外因,物理因素：,化学因素：,生物因素：,紫外线,X射线,其它各种辐射,亚硝酸碱基类似物,4、基因突变发生的原因？,病毒,内因,DNA分子复制错误DNA碱基组成改变,特别提醒：无丝分裂、原核生物的二分裂及病毒DNA复制时均可发生基因突变。基因突变不改变染色体上基因的数量，只改变基因的结构，即由Aa或aA，而A、a的本质区别是其基因分子结构发生了改变，即基因中脱氧核苷酸种类、数量、排列顺序发生了改变。,5、基因突变的结果,基因突变的结果往往使一个基因变成它的等位基因,即产生了新的基因.,6、基因突变有什么特点：,在生物界普遍存在；,基因突变发生的时期与突变性状在生物体的表现部位及范围大小有没有关系？,突变发生的时间越早，表现突变的部分越多，突变发生的时期越晚，表现突变的部分越少。,基因突变发生在生物个体发育的什么时期？哪些细胞能发生基因突变？,任何时期,主要是分裂间期的细胞,有,突变率低,在生物体内随机发生,大多数突变是有害的,任何一种生物都是长期自然选择的结果，也是长期进化的产物。它们与环境取得了高度的协调。,基因突变是不定向的,等位基因是如何产生的？,基因突变,根据对性状类型的影响，可将基因突变分为,显性突变：a-A,隐性突变：Aa,根据诱变时的状态，可将基因突变分为,自然突变：在自然状态下发生的基因突变,诱发突变：在人工条件下诱发的突变。也叫“人工诱变”。,7、基因突变分类：,若突变性状为优良性状，如何获得纯种？,(1)基因突变改变生物性状：基因突变引起密码子改变，最终表现为蛋白质的功能改变，从而影响生物的性状，如镰刀型细胞贫血症。(2)基因突变不改变生物性状突变发生在基因的非编码区域。若该亲代DNA上某个碱基对发生改变产生的是一个隐性基因，并将该隐性基因传给子代，而子代为杂合子，则隐性性状不会表现出来。根据密码子的简并性，有可能翻译出相同的氨基酸。性状表现是遗传物质和环境因素共同作用的结果，但在某些环境条件下，基因改变了可能并不会在性状上表现出来。(3)基因突变对后代性状的影响基因突变发生在体细胞有丝分裂过程中，突变可通过无性生殖传给后代，但不会通过有性生殖传给后代。基因突变发生在精子或卵细胞形成的减数分裂过程中，可能通过有性生殖传给后代。生殖细胞的突变率一般比体细胞的突变率高，这是因为生殖细胞在减数分裂时对外界环境变化更加敏感。,8、基因突变对性状的影响：,9、基因突变的意义,2、是生物变异的根本来源3、是生物进化的原始材料,1、是新基因产生的途径,特别提醒：,(1)可遗传的变异遗传给后代。例如，基因突变一定是可遗传的变异，但若发生在体细胞中，一般不会通过有性生殖遗传给后代，若发生在生殖细胞中可以遗传。(2)环境因素引起的变异不可遗传的变异。单纯由环境引起的变异，遗传物质并未发生改变的才是不可遗传变异。例射线、太空环境、化学诱变剂等引起的一般会导致遗传物质的改变，属于可遗传变异；而水、肥、阳光、温度、激素或手术处理引起的性状改变，遗传物质不改变，属于不可遗传变异。例生长素处理得到无子果实；赤霉素处理使植株长高(tt矮秆长高后基因型仍为tt)；多指切除后变成正常指(基因型仍为TT或Tt)；骨髓移植治疗血友病(血型可以改变，但精卵原细胞基因型不变)。(3)不同生物可遗传变异的来源：病毒和原核生物的可遗传变异只有一种：基因突变。真核生物的可遗传变异来源有：基因突变、基因重组、染色体变异,1、4个与基因突变有关的易错点(1)无丝分裂、原核生物的二分裂及病毒DNA复制时均可发生基因突变。(2)基因突变一定会导致基因结构的改变，但却不一定引起生物性状的改变。(3)基因突变的利害性取决于生物生存的环境条件。如昆虫突变产生的残翅性状在陆地上为不利变异，而在多风的岛屿上则为有利变异。,易错警示！,2验证生物变异是基因突变还是环境影响：一般不用杂交。可以把突变植株与原始亲本种植在相同的环境条件下，观察比较两者的表现型是否相同，若相同则说明变异是由环境引起的。,3、基因突变就是“DNA中碱基对的增添、缺失、替换”基因突变DNA中碱基对的增添、缺失、替换基因是有遗传效应的DNA片段，不具有遗传效应的DNA片段也可发生碱基对的改变。有些病毒(如SARS病毒)的遗传物质是RNA，RNA中碱基的增添、缺失、改变引起病毒性状变异，广义上也称基因突变。,4、基因突变只发生在分裂间期引起基因突变的因素分为外部因素和内部因素。外部因素对DNA的损伤不仅发生在间期，而是在各个时期都有；另外，外部因素还可直接损伤DNA分子或改变碱基序列，并不是通过DNA的复制来改变碱基对，所以基因突变不只发生在间期。,5、将基因突变的结果“产生新基因”与“产生等位基因”混淆不同生物的基因组组成不同，病毒和原核细胞的基因组结构简单，基因数目少，而且一般是单个存在的，不存在等位基因。因此，真核生物基因突变可产生它的等位基因，而原核生物和病毒基因突变产生的是一个新基因。,基因重组,-生物变异的重要来源，是生物多样性的重要原因之一.,1、概念:,在生物进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的重新组合.,2、类型:,3、意义:,通过有性生殖实现基因重组为生物变异提供了极其丰富的来源是生物多样性的重要原因之一.,基因的自由组合:,基因的交叉互换:,非同源染色体上的非等位基因的自由组合,同源染色体上非姐妹染色体之间发生局部互换.,基因工程:,注意：现代基因重组的内涵已经扩大！,特别提醒：(1)受精过程中未进行基因重组。(2)亲子代之间差异主要是基因重组造成的。(3)基因重组只能产生新基因型和重组性状，不能产生新基因和新性状。,碱基对的替换、增添或缺失而引起的基因结构的改变,有性生殖过程中，控制不同性状的基因重新组合,分裂间期复制过程,减前期、后期,自然突变、诱发突变,M后期随机重组、MI前期交换重组、基因工程,产生新基因,产生新的基因型,生物进化的根本来源,形成生物多样性的重要原因之一,诱变育种,杂交育种,4、基因突变和基因重组的比较,1、基因突变的原因是：A.染色体上的DNA变成了蛋白质B.染色体上的DNA变成了RNAC.染色体上的DNA减少了或增多了D.染色体上的DNA结构发生了局部改变,2、在一个DNA分子中如果插入了一个碱基对，则A.不能转录B.不能翻译C.在转录时造成插入点以前的遗传密码改变D.在转录时造成插入点以后的遗传密码改变,3.下列关于自然突变的叙述错误的是A自然突变的频率低B自然突变只产生在个别生物个别基因C自然突变是不定向的，一般是有害的D基因突变是变异的主要来源，是生物进化的重要因素之一,4、在一个种群中发现两种突变的性状，其中A种群性状无论繁殖几代都不变，而B种突变性状繁殖到第三代又有37.5%的性状回复到原来的性状，以上A、B突变分别属于（）A隐性突变和显性突变B人工诱变和染色体变异C显性突变和隐性突变D都是隐性突变或者都是显性突变,A,2、野生果蝇约有0.1%的突变个体是宇宙辐射引起的，这种突变为A隐性突变B显性突变C诱发突变D自然突变,D,5、某种群中发现一突变性状，连续培养三代才选出能稳定遗传的纯合突变类型，该突变为（）A显性突变（dD）B隐性突变(Dd)C显性突变和隐性突变D人工诱变,A,6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,B,7.诱发突变与自然突变相比，正确的是A都是有利的B都是定向的C都是隐性突变D诱发突变率高,8、下图为一个二倍体生物细胞内的同源染色体对数的变化曲线。基因重组最可能发生在(),AAB段BCD段CFG段DHI段,有丝分裂,减数分裂M1,M,9、变异是生物的基本特征之一，下列不属于细菌产生的可遗传变异的有()基因突变基因重组染色体变异环境条件的变化染色单体互换非同源染色体上非等位基因自由组合ABCD,10、下列有关基因重组的说法中，正确的是()A基因重组是生物体遗传变异的主要方式之一，可产生新的基因B同源染色体指的是一条来自父方，一条来自母方，两条形态大小一定相同的染色体C基因重组仅限于真核生物细胞减数分裂过程中,D基因重组可发生在四分体时期的同源染色体非姐妹染色单体之间的交叉互换,判一判1.基因突变是由于DNA片段的增添、缺失和替换引起的基因结构的改变()2.基因突变一定会引起基因结构的改变，但不一定会引起生物性状的改变()3.基因突变一定是可遗传变异，但不一定遗传给后代()4.无论是低等还是高等生物都可能发生基因突变()5基因突变只能定向形成新的等位基因()6基因突变对生物的生存往往是有利的()7不同基因突变的概率是相同的()8一个基因可以向多个方向突变()9在没有外来因素影响下，基因突变不会自行发生()10细胞分裂的中期一定不发生基因突变(),碱基对,不定向,有害的,概率都很低，但不一定相同,会,基因突变可发生于生长发育的任何时期。通常发生于分裂间期,三种可遗传变异的比较,把基因视为染色体上的一个位“点”，染色体视为点所在的“线段”,第二部分染色体变异,一、染色体结构变异,二、染色体数目变异,光镜下能观察到,一、染色体结构的变异,症状：两眼距离较远，耳位低下，生长发育缓慢，存在着严重的智力障碍。患儿哭声轻，音调高，很像猫叫。,病因：5号染色体部分缺失,举例：猫叫综合征,缺失,重复,倒位,易位,对照,二、染色体数目的变异,（一）、个别染色体数目增加或减少（二）、染色体组的形式成倍地增加或减少,（一）、个别染色体数目增加或减少,（二）、以“染色体组”形式成倍增加或减少,、概念：细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，携带着控制生物生长发育的全部遗传信息，这样的一组染色体，叫一个染色体组。,1、染色体组,特点：a.互为非同源染色体b.形态大小、功能各不相同c.携带着一种生物生长发育、遗传变异的全套遗传信息d.不同生物一个染色体组的染色体形态和数目不同,、染色体组数目的判断,a：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。如图，细胞中形状相同的染色体有4条，此细胞有4个染色体组。,b：控制同一性状的基因（不分大小写）有几个，就有几个染色体组。如基因型为AAaBBbCCc的细胞，可以用右图表示。根据方法1我们可以知道此细胞有3个染色体组。,C、根据染色体数目和染色体形态推算含有几个染色体组。染色体组数如图：共有8条染色体，染色体形态数(形态大小不相同)为2，所以染色体组数为824(个)。,4,3,2,1,4,3,1,2,思考：1、该细胞有多少条染色体？有几个染色体组？2、每个染色体组由几条染色体构成？3、配子中有几个染色体组？几条染色体？4、配子中有没有同源染色体？5、某生物由受精卵发育而来，体细胞如此图，该生物是几倍体生物?,20条,5条,2个,4个,10条,有,四倍体,2：二倍体：,果蝇、玉米、洋葱就是二倍体。几乎全部的动物和过半数以上的高等植物，都是二倍体。,定义：由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫二倍体。记作2N（N表示一个染色体组所包含的染色体数目）,3：多倍体,（1）定义：由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的叫多倍体。,（2）举例：香蕉：三倍体马铃薯：四倍体普通小麦：六倍体小黑麦：八倍体帕米尔高原的植物65%的种类是多倍体,优点:茎秆粗壮，叶片、果实、种子都比较大，糖类、蛋白质等营养物质含量高,（3）多倍体特点:,缺点:生长发育延迟,结实率低。,（4）多倍体的形成的原因,4个染色体,无纺缍体形成（前期）,染色体复制,着丝点分裂,无纺缍丝牵引,若继续进行正常的有丝分裂,染色体加倍的组织或个体,8个染色体,细胞分裂时，染色体完成复制，但细胞受外界环境条件（如温度骤变）或生物内部因素的干扰，纺锤体不能正常形成，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是就形成了染色体数目加倍的细胞。,例如：秋水仙素；低温（40C）等外界因素,4、单倍体,（1）概念：由本物种配子发育而来的个体。,（2）成因：生殖细胞未受精直接发育成的个体,（3）举例雄蜂,它是由卵细胞未经过受精作用直接发育而来的。,它的体细胞染色体数=配子中染色体数,（4）单倍体植株的特点,植株长得弱小，而且高度不育（同源染色体联会紊乱）,（5）但是“单倍体一定高度不育”吗？例如：用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗，能得到同源四倍体，若将该四倍体的花药进行离体培养能得到含有偶数个相同的染色体组数的单倍体，它可育。二倍体的单倍体的确“高度不育”！但也不是“不育”。,判断是单倍体还是多倍体：一看来源：二看染色体组：,生物几倍体判别不能只看细胞内含有多少个染色体组，还要考虑生物个体发育的直接来源。A、如果生物体由受精卵发育而成，生物体细胞内有几个染色体组就叫几倍体。B、如果生物体是由配子卵细胞或花粉直接发育而成，无论细胞内含有几个染色体组，都叫单倍体。C、如果体细胞内只有一个染色体组，则一定是单倍体。,5、方法规律-几倍体判别：,D、单倍体的体细胞中不一定含一个染色体组,E、体细胞中含有两个或三个染色体组的个体不一定就是二倍体或三倍体，也可能是单倍体,弱小，高度不育,茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加;成熟晚，发育延迟,单倍体育种,多倍体育种,由生殖细胞直接发育由受精卵发育成,常用花药离体培养,秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗,6、单倍体和多倍体的比较,(1)一个染色体组内没有同源染色体，但却含有控制生长发育的全部遗传信息()(2)染色体组中一定没有等位基因()(3)染色体组中染色体数就是体细胞染色体数的一半()(4)体细胞中含有两个染色体组的个体是二倍体，含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体()(5)常见多倍体植物有香蕉三倍体、马铃薯四倍体、小麦六倍体、小黑麦八倍体()(6)与二倍体植株相比，多倍体植株常常是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类与蛋白质等营养物质含量丰富，成熟较早()(7)单倍体只含有一个染色体组()(8)单倍体中可以只有一个染色体组，也可以有多个染色体组()(9)单倍体是含有本物种配子染色体数目的个体()(10)单倍体只含有一对同源染色体()(11)未经受精的配子发育成的个体是单倍体()(12)四倍体水稻的配子形成的子代含两个染色体组，是二倍体()(13)三倍体水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体水稻，稻穗、米粒变小(),三、试验：低温诱导植物染色体数目的变化,1.实验原理用低温处理植物的分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致染色体不能拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是形成多倍体植物细胞。,2.流程图,低温诱导多倍体和秋水仙素的作用原理相同，都是抑制细胞分裂时纺锤体的形成。与秋水仙素相比，低温的优点有：容易创造和控制条件进行操作、成本低、对人体无害等。剪取根尖最好在上午10点左右，因为此时分裂旺盛，受低温影响大，实验效果较好。染色时间要严格控制，时间过短和过长都不能分辨染色体。,技法提炼低温诱导植物染色体数目变化的实验中的试剂及其作用,四、单倍体和多倍体的实践应用,（一）、多倍体育种（二）、单倍体育种,1、常用方法：A、常用秋水仙素处理正在萌发的种子或幼苗B、有时低温诱导,2、秋水仙素作用:抑制纺锤体形成，导致染色体不分离，从而引起细胞内染色体数目加倍。,3、过程：秋水仙素作用于正在_的细胞时，能够抑制_的形成，导致_不_，从而引起细胞内染色体_。染色体目加倍的细胞继续进行_分裂，将来就可能发育_植株。,分裂,纺锤丝,染色体,移向两极,数目加倍,有丝,多倍体,(一)：多倍体育种:,7、举例：三倍体无籽西瓜的培育,5、优点：,操作简便、易行,4、原理：,染色体变异,有丝分裂,秋水仙素,抑制纺锤体形成,细胞内染色体数目加倍,多倍体植株,发育,3、过程：,6、缺点：适用于植物，动物难开展。,不行，秋水仙素的作用对象是正在有丝分裂的细胞，成熟的植株大多细胞不进行有丝分裂。,8、为什么要处理萌发的种子或幼苗，处理成熟的植株可以不？,人工诱导多倍体的产生:（无子西瓜的培育过程）,多倍体育种方法,萌发的幼苗或种子,秋水仙素,处理,染色体加倍的组织,多倍体植株,举例：无籽西瓜的培育过程,（1）为什么以一定浓度的秋水仙素溶液滴在二倍体西瓜幼苗的尖?_。除了使用秋水仙素外，还能采用_方法处理。,幼苗的芽尖细胞正在分裂，秋水仙素能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。,低温（40C）,处理后植株的根是几倍体？,（2）获得的四倍体西瓜缘何要和二倍体杂交?。写出三倍体无子西瓜的培育过程遗传图解(用A表示一个染色组)。,因为四倍体的西瓜和二倍体的西瓜才能产生三倍体的西瓜种子。,（3）三倍体西瓜为什么没有种子?_,三倍体西瓜在减数分裂过程中，同源染色体联会紊乱，不能产生正常的配子，所以没有种子。,（4）为什么还要用二倍体西瓜的花粉受精？,促进生长素的形成,（二）单倍体育种：,1、方法花药（花粉）离体培养,2、过程,花药离体培养,秋水仙素,3、优点,明显缩短育种年限得到的植株都是纯合体,方法复杂，要与杂交育种配合成活率较低，成本高,恢复正常植株（纯合体）,单倍体植株,4、缺点,5、原理：,染色体变异,6、单倍体育种的措施和优点,以利用高茎皱粒豌豆和矮茎圆粒豌豆培育高茎圆粒豌豆为例说明单倍体育种方法：,纯合高圆DDTT,纯合矮皱ddtt,纯合高皱DDtt,纯合矮圆ddTT,必须结合杂交育种,用秋水仙素处理种子或幼苗,花药离体培养,抑制细胞分裂中纺锤体的形成，使染色体数目加倍后不能形成两个细胞,诱导配子直接发育成植株，再用秋水仙素加倍成纯合体,器官大，营养物质含量高，但发育延迟，结实率低,缩短育种年限，但方法复杂，成活率较低,三倍体西瓜、八倍体小黑麦,抗病植株的育成,例题：下列表示某种农作物和两种品种分别培育出三种品种,根据上述过程,回答下列问题:,用和培育所采用的方法称为_,方法称为_,由和培育所依据的原理是_.,用培育出的常用方法是_,由培育成的过程中用化学药剂_处理的幼苗,方法和合称为_育种.其优点是_.,杂交,自交,基因重组,花药离体培养,秋水仙素,单倍体,明显缩短育种年限,例题：下列表示某种农作物和两种品种分别培育出三种品种,根据上述过程,回答下列问题:,由培育出的常用方法是_,形成的叫_。依据的原理是_。,用秋水仙素处理,多倍体,染色体变异,思考：现有高秆抗病和矮秆感病的两小麦纯种，请分别用杂交育种和单倍体育种两种方法培育矮秆抗病的纯种，比较育种年限。,注意：单倍体育种必须在杂交育种基础上才能完成！,1、基因突变和染色体变异的一个重要区别是A基因突变在光镜下看不见B染色体变异是定向的，基因突变是不定向的C基因突变是可以遗传的D染色体变异是不能遗传的,2、引起生物可遗传的变异的原因有3种，即基因重组、基因突变和染色体变异。以下几种生物性状的产生，来源于同一种变异类型的是果蝇的白眼豌豆的黄色皱粒、绿色圆粒八倍体小黑麦的出现人类的色盲玉米的高茎皱形叶人类的镰刀型细胞贫血症ABCD,3、在三倍体无籽西瓜的培育过程中，以二倍体普通西瓜幼苗用秋水仙素处理，待植株成熟后接受普通二倍体西瓜的正常花粉，所结果实的果皮、种皮、胚芽、胚乳细胞的染色体组数依次为