2021年高中生物新教材人教版(2019)必修二教案：第5章 第1节 基因突变和基因重组 (含解析)

1、第五章 基因突变及其他变异第1节 基因突变和基因重组教案教学目标确定课程标准的要求是：概述碱基的替换、插入或缺失会引发基因中碱基序列的改变；阐明基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化，甚至带来致命的后果；描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下，基因突变概率可能提高，而某些基因突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变；阐明进行有性生殖的生物在减数分裂过程中，染色体所发生的自由组合和交叉互换，会导致控制不同性状的基因重组，从而使子代出现变异。根据上述要求和建议，本节课教学目标确定如下：1.举例说明基因突变的特点和原因。2.举例说出基因重组。3.说出基因突变和基因重

2、组的意义。教学思路设计情景引入展示航天育种成果展，引发学生讨论镰状细胞贫血基因突变的实例细胞的癌变外部因素基因突变的原因内部因素三大意义基因突变的意义基因重组讲述基因重组的概念、类型和意义情境引入给同学们展示航天育种成果，可以看出与普通果实对比，航天育种的果实明显增大，种植下去，仍然是肥大果实。讨论1.航天育种的生物学原理是什么?2.如何看待基因突变所造成的结果?教学过程1、基因突变的实例为了让学生更好地理解基因突变的概念，教材不是从概念到概念，而是从实例入手，从现象开始，追溯根源。鼓励学生运用已有知识积累，大胆联想、推理、讨论甚至辩论，让学生猜测基因突变的类型和结果。材料1：1910年，一位

3、美国黑人青年由于发烧和肌肉疼痛到医院看病，医生检查发现，他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血病镰刀型细胞贫血症。我们知道，正常人的红细胞是圆饼状的，而镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲镰刀状的。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。这种病是怎样形成的呢？教师引导学生阅读教材，观看图5-1，也可以用幻灯的形式展示正常红细胞和镰刀型细胞贫血症红细胞图片。然后提问：（1）从图片中我们看到正常红细胞是什么形状？有什么功能？提示：圆饼形状，运输氧气功能。（2）镰刀型细胞贫血症的红细胞呈镰刀状，对功能的完成有没有影响？提示：有，运氧气能力降低，易破裂溶血造成贫血，严重时会导致死亡

4、。讲述：那么又是什么原因使正常红细胞变成镰刀型红细胞？分子生物学研究表明是基因突变的结果。材料2：1928年，人们发现镰刀型细胞贫血症患者能将这种病遗传给下一代，并且发现该病是一种常染色体上的隐性遗传病。1949年，美国化学家鲍林将正常人和镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白，分别放在一定的溶液中电泳，发现正常人和患者的血红蛋白的电泳图谱明显不同，鲍林推测镰刀型细胞贫血症是一种分子病。1956年，英格拉姆等人用酶将正常的血红蛋白和镰刀型细胞的血红蛋白在相同条件下切成肽段，通过电泳对二者进行分析，发现有一个肽段的位置不同。（这段有区别的肽段的氨基酸顺序参见教科书图52）大家知道，性状是由蛋白质来体现的

5、，我们先来看正常血红蛋白与镰刀型血红蛋白的氨基酸的组成。（1）两者有什么区别？（正常的是谷氨酸，异常的是缬氨酸。）（2）氨基酸是由什么决定的？（由信使RNA上的密码子决定的。）（3）构成信使RNA上的密码子的那些碱基又是由什么决定的呢？（由DNA上的碱基决定的。）（4）大家比较一下正常与异常的DNA，它们的区别在哪里？（一个碱基对的改变。）（5）DNA上一个碱基对发生了改变，最终导致了镰刀型细胞贫血症。我们知道性状是由基因控制的，基因是怎么来决定性状的？（基因是由脱氧核苷酸组成的，脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息，基因控制生物性状就是要把特定的遗传信息通过转录和翻译反映到具体的蛋白质结构上。

6、）讲述：基因脱氧核苷酸顺序代表了遗传信息，顺序变了，遗传信息也变了，通过转录、翻译形成的蛋白质也就发生了改变，性状自然会发生改变。可见，基因结构改变会使生物发生变异。基因突变的概念：DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，叫基因突变。过渡：基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变，基因突变使一个基因变成它的等位基因，并且通常会引起一定的表现型变化。如棉花正常枝短果枝、普通羊短腿羊、正常人白化病、水稻高秆矮秆、果蝇的红眼白眼等。材料2：阅读教材p82思考与讨论（1）从基因角度看，结肠癌发生的原因是什么?（原癌基因和抑癌基因发生了突变。）（2）健康人的细胞中存在原癌基因和

7、抑癌基因吗?（存在。）（3）根据图示推测，癌细胞与正常细胞相比，具有哪些明显的特点?（无限增殖、形态结构发生显著变化等。）原癌基因和抑癌基因是什么基因呢？原癌基因：该基因表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的，这类基因一旦突变或过量表达而导致相应蛋白质活性过强，就可能引起细胞癌变。抑癌基因：该基因表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖，或者促进细胞凋亡，这类基因一旦突变而导致相应蛋白质活性减弱或失去活性，也可能引起细胞癌变。二、基因突变的原因易诱发生物发生基因突变的外部因素有三类：（1）物理因素：包括X射线、紫外线、激光等。（2）化学因素：有亚硝酸、碱基类似物等。（3）生物因素：如病毒和某些细

8、菌等。内部因素导致的突变主要是由于复制偶发错误造成碱基组成改变。生物的变异不只是由基因突变引起的，我们怎样去认识由于基因突变而引起的变异？下面我们就来了解基因突变的特点。三、基因突变的特点由于自然界诱发基因突变的因素很多，基因突变还可以自发产生，因此，基因突变在生物界中是普遍存在的。基因突变绝大多数是有害的，但也有少数有利，为什么呢？因为任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境已经取得了高度协调。如果发生基因突变就可能破坏这种协调关系。因此基因突变对于生物往往有害，但少数是有利的。我们能不能只让它进行有利的突变呢？这不行。因为基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个

9、以上的等位基因。例如控制小鼠毛色的灰色基因（A）可以突变成黄色基因（AY），也可以突变成黑色基因（a）。但是，每一个基因的突变，都不是没有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突变能不能突变成毛的长短呢？（答：不能，只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。）基因突变的特点：普遍性 随机性 低频性（突变率低） 多数有害性 不定向性四、基因突变的意义三大意义：新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，是生物进化的原材料。五、基因重组（一）基因重组的概念基因重组( gene recombination )就是指在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。（二）基因重组的原因基因重组产生的根本

10、原因主要有两方面，一方面是由于基因的自由组合，即控制两对或两对以上相对性状的等位基因，位于两对或两对以上同源染色体上，该生物个体在减数分裂形成配子时，非同源染色体上的非等位基因间的自由组合。另一方面是由于位于同源染色体上的原来连锁在一条染色体的非等位基因， 在减数分裂第一次分裂的前期，复制后的同源染色体联会后，非姐妹染色单体之间由于交叉而交换，基因也随着交换。上述二种原因，都能形成基因的重组，而新的重组基因类型又导致了不同相对性状的重组，使后代产生变异。（三）基因重组的意义引导阅读思考总结：生物的变异，根据生物体内的遗传物质是否改变，分为可遗传变异和不可遗传变异两类。可遗传变异中的基因突变，是基因分子结构的改变。是在一定的外界条件或者生物内部因素的作用下，使得DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，结果是基因中的脱氧核苷酸的排列顺序发生改变，最终导致原来的基因变为它的等位基因。基因突变不同于基因重组，基因重组是基因的重新组合，产生了新的基因型，基因突变是基因结构的改变，产生了新的基因，产生了新的遗传物质。因而基因突变是生物产生变异的根本原因、为生物进化最供了最初的原材料。基因重组是通过有性生殖过程来实现的，如果两个亲本的杂合性越高、遗传物质差距越大，基因重组的类型就越多，后代产生的变异就越多。因而基因重组为生物的变异提供了极其丰富的来源，是形成生物多样性的重要原因之一，对生物