2023-2024学年 人教版 必修二基因突变和基因重组 学案

第1节基因突变和基因重组学习目标核心素养1.说明基因突变是由于DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变2.分析基因突变的原因，阐明基因突变的意义3.分析细胞癌变的原因，选择健康的生活方式，远离致癌因子4.阐明基因重组的意义1.生命观念：基因突变为生物进化提供了丰富的原材料，基因重组也对生物的进化有重要意义，为学生形成生物进化观奠定基础2.科学思维：让学生辩证地去看待基因突变和基因重组的弊和利，并能用辩证思维认识自然和社会3.社会责任：了解诱变育种在生产中的运用；生活中要远离致癌因子，形成健康的生活习惯知识点1基因突变1．基因突变的实例——镰状细胞贫血(1)形成原因编码血红蛋白的基因的模板链上一个碱基eq\x(\s\up1(04))T被替换成了eq\x(\s\up1(05))A，从而导致密码子由eq\x(\s\up1(06))GAG变为eq\x(\s\up1(07))GUG，进而导致血红蛋白分子中eq\x(\s\up1(08))谷氨酸变为eq\x(\s\up1(09))缬氨酸，引起了蛋白质结构的改变，最终导致性状的改变。eq\a\vs4\al\co1(（2）致病机理)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(直接原因：在组成血红蛋白分子的肽链上，发生了\x(\s\up1(10))氨基酸的替换,根本原因：编码血红蛋白的基因的\x(\s\up1(11))碱基序列发生改变))2．基因突变的概念DNA分子中发生eq\x(\s\up1(12))碱基的替换、增添或缺失，而引起的eq\x(\s\up1(13))基因碱基序列的改变，叫作基因突变。1．DNA分子中碱基的增添、缺失、替换，一定会引起基因突变吗？提示：不一定。因为基因通常是有遗传效应的DNA片段，若这种变化发生在DNA分子中的非基因片段，没有引起基因碱基序列的改变，不会引起基因突变。2．结合细胞分裂知识思考基因突变主要发生在细胞增殖的什么时期？为什么？提示：基因突变主要发生在细胞分裂前的间期，因为间期会进行DNA分子的复制，DNA分子复制过程中，DNA双链解旋，此时结构不稳定，易导致碱基的数量或排列顺序发生改变，从而使遗传信息发生改变。3．基因突变对后代的影响(1)若发生在eq\x(\s\up1(14))配子中，将遵循遗传规律传递给后代。(2)若发生在eq\x(\s\up1(15))体细胞中，一般不能遗传。但有些植物的体细胞发生基因突变，可通过eq\x(\s\up1(16))无性生殖遗传。4．细胞的癌变(1)癌变相关的基因(2)癌细胞特征能够eq\x(\s\up1(20))无限增殖，eq\x(\s\up1(21))形态结构发生显著变化，细胞膜上的eq\x(\s\up1(22))糖蛋白等物质eq\x(\s\up1(23))减少，细胞之间的黏着性显著eq\x(\s\up1(24))降低，容易在体内eq\x(\s\up1(25))分散和转移，等等。特别提醒(1)原癌基因和抑癌基因都是一类基因，而不是一个基因。(2)并不是一个基因发生突变就会引发细胞癌变，癌症是多个原癌基因与抑癌基因突变累积的结果。5.基因突变的原因类型举例引发突变原理外因物理因素eq\x(\s\up1(26))紫外线、X射线及其他辐射损伤细胞内的DNAeq\x(\s\up1(27))化学因素亚硝酸盐、碱基类似物改变核酸的碱基生物因素某些病毒的遗传物质影响宿主细胞的eq\x(\s\up1(28))DNA内因DNA复制偶尔发生错误等原因6.基因突变的特点(1)eq\x(\s\up1(29))普遍性：在生物界中普遍存在。(2)eq\x(\s\up1(30))随机性：可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA分子上，以及同一个DNA分子的不同部位。(3)不定向性：一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的eq\x(\s\up1(31))等位基因。(4)eq\x(\s\up1(32))低频性：自然状态下，基因突变的频率是很低的。7．基因突变的应用诱变育种：利用物理因素或化学因素处理生物，使生物发生基因突变，可以提高突变率，创造人类需要的生物新品种。例如，用辐射方法处理大豆，选育出含油量高的大豆品种。8．基因突变的意义(1)基因突变对生物的影响①对生物体来说，基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，而对生物体eq\x(\s\up1(33))有害。②有些基因突变对生物体是eq\x(\s\up1(34))有利的，如植物的抗病性突变、耐旱性突变，微生物的抗药性突变等。③有些基因突变既无害也无益，是eq\x(\s\up1(35))中性的。例如，有的基因突变不会导致新的性状出现，就属于中性突变。(2)基因突变的意义①产生eq\x(\s\up1(36))新基因的途径。②生物变异的eq\x(\s\up1(37))根本来源。③为生物进化提供了丰富的eq\x(\s\up1(38))原材料。(1)没有外来诱变因素影响时，不会发生基因突变。(×)(2)基因突变只发生在细胞分裂前的间期。(×)(3)RNA病毒中，基因突变指RNA中的碱基的替换、增添或缺失而引起的基因碱基序列的改变，其突变率远大于DNA的突变率。(√)(4)基因突变的方向受环境的影响。(×)(5)基因突变后产生的新基因均是等位基因。(×)知识点2基因重组1．概念在生物体进行eq\x(\s\up1(01))有性生殖的过程中，eq\x(\s\up1(02))控制不同性状的基因的重新组合。2．类型类型图示发生的时期发生的范围自由组合型减数分裂Ⅰeq\x(\s\up1(03))后期非同源染色体上的eq\x(\s\up1(04))非等位基因自由组合染色体互换型减数分裂Ⅰeq\x(\s\up1(05))四分体时期同源染色体上的等位基因随eq\x(\s\up1(06))非姐妹染色单体之间的互换而发生交换，导致染色单体上的基因重组3.意义基因重组是生物变异的来源之一，对eq\x(\s\up1(07))生物的进化具有重要意义。(1)在植物组织培养过程中可同时发生基因突变和基因重组。(×)(2)基因突变和基因重组均可使姐妹染色单体上携带等位基因。(√)(3)基因重组只是“原有基因间的重新组合”产生“新的基因型”，其所产生的性状是“新性状”。(×)(4)一对等位基因不存在基因重组，但一对同源染色体上可能存在基因重组。(√)课堂小结1．(目标1、2)下列关于基因突变的叙述，正确的是()A．DNA分子中发生碱基的缺失、增添或替换而引起的核苷酸序列的变化叫作基因突变B．分裂间期较分裂期更易发生基因突变，主要是因为间期持续的时间更长C．血友病、红绿色盲、多指、白化病等致病基因的出现说明基因突变具有不定向性D．基因突变必然形成新基因，而其控制合成的蛋白质的氨基酸序列不一定改变答案D解析基因突变是DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失而引起的基因碱基序列的改变，若碱基的替换、增添或缺失发生在DNA分子中的非基因片段，同样会引起核苷酸序列的变化，但不属于基因突变，A错误；分裂间期较分裂期更易发生基因突变，主要是因为间期DNA解旋后结构不稳定，更易发生改变，B错误；基因突变可以产生新的基因，但由于密码子具有简并性等原因，其控制合成的蛋白质的氨基酸序列不一定改变，D正确。2．(目标3)生活不规律、抽烟、酗酒、熬夜、汽车尾气、炒菜油烟等都存在致癌因素，即人类的衣食住行都有引起细胞癌变的可能，这种癌症就是“生活方式癌”。下列有关“生活方式癌”的分析，错误的是()A．熬夜可能使机体免疫功能下降而易发生癌症B．抽烟、酗酒易导致细胞癌变相关的基因发生突变C．选择健康的生活方式是预防癌症的重要措施D．只有接触物理、化学、病毒致癌因子才会引起细胞癌变答案D解析不是只有接触物理、化学、病毒致癌因子才会引起细胞癌变，在没有这些外来因素的影响时，细胞DNA复制中偶然差错的积累也会引起细胞癌变，D错误。3．(目标4)下列有关基因重组的说法，错误的是()A．基因重组可发生在有性生殖形成配子时B．同源染色体的非姐妹染色单体间片段的交换可引起基因重组C．基因重组可以产生新的基因型D．基因重组可产生新的基因使配子种类多样化答案D解析基因重组能产生新的基因型，但不会产生新的基因，D错误。4．(目标1、2、4)下列关于基因突变和基因重组的叙述，正确的是()A．M基因可自发突变为m1或m2基因，但m1基因不可能突变为M基因B．进行有性生殖的生物，非同源染色体上的非等位基因间可以发生基因重组C．自然条件下，大肠杆菌可通过基因突变和基因重组产生新性状D．正常细胞中不存在原癌基因答案B解析基因突变具有不定向性，M基因可自发突变为m1或m2基因，m1基因也可突变为M基因，A错误；进行有性生殖的生物，在减数分裂形成配子时，非同源染色体上的非等位基因间可以发生基因重组，B正确；大肠杆菌是一种原核生物，自然条件下，只能通过基因突变产生新性状，C错误。5．(不定项)(目标2)基因突变是产生新基因的途径，为生物进化提供了丰富的原材料。下列有关叙述正确的是()A．基因突变会导致基因的遗传信息发生改变B．基因突变一定会引起生物性状的改变C．感染某些病毒后，会增大机体细胞癌变的风险D．基因突变是生物可遗传变异的唯一来源答案AC解析基因突变会导致基因的遗传信息发生改变，A正确；基因突变不一定会引起生物性状的改变，B错误；基因突变是生物可遗传变异的重要来源，但不是唯一来源，D错误。题型一基因突变的概念、结果及特点[例1](不定项)研究发现，果蝇细胞中含有一种调控“生物钟”的周期基因PER，基因PerS和基因PerO都是由基因PER突变形成的。PER基因表达产生PER蛋白，该蛋白在白天会被分解，而晚上该蛋白与TIM蛋白绑定后运到细胞核中积累，从而抑制PER基因的表达。通过这样的机制PER蛋白持续且周期性地调控着果蝇的“生物钟”。下列相关叙述正确的是()A．基因PerS和基因PerO的出现体现了基因突变具有不定向性B．基因PerS和基因PerO的本质区别是碱基的排列顺序不同C．PER基因发生突变时不一定会引起基因中碱基序列的改变D．基因PER、PerS和PerO在遗传过程中遵循基因的自由组合定律解题分析基因PerS和基因PerO都是由基因PER碱基序列发生改变形成的，因此基因PerS和基因PerO的本质区别是碱基的排列顺序不同，B正确；基因突变产生的是其等位基因，因此基因PER、PerS和PerO在遗传过程中遵循基因的分离定律，D错误。答案AB[例2](不定项)将眼形突变型果蝇与野生型果蝇杂交，F1均为野生型，F1雌雄果蝇随机交配，测得F2中野生型有300只，突变型有20只。进一步测序研究，发现与野生型果蝇相比，亲本突变型果蝇常染色体上三个基因中的碱基发生了变化，情况如表所示。下列相关叙述正确的是()突变基因ⅠⅡⅢ碱基变化GAA→GA→GG→C氨基酸/多肽链/蛋白质变化多肽链比野生型果蝇长有一个氨基酸与野生型果蝇不同相应蛋白质无变化A．突变基因任意存在一个就会出现眼形突变型果蝇B．眼形突变型果蝇的产生与突变基因Ⅲ中碱基的变化关系不大C．突变基因Ⅰ控制合成的多肽链长度增加可能与终止密码子位置变化有关D．突变基因Ⅲ中碱基发生变化但相应蛋白质无变化，可能与密码子的简并性有关解题分析分析题干信息：突变型果蝇与野生型果蝇杂交，F1均为野生型，F1雌雄果蝇随机交配所得F2中野生型∶突变型＝15∶1，是“9∶3∶3∶1”的变式，说明突变型是双隐性个体。根据分析并结合表格中信息可知，必须是Ⅰ和Ⅱ两对基因都是突变基因，即双隐性个体才表现为突变型，A错误；突变基因Ⅲ中碱基的变化没有引起相应蛋白质的变化，所以眼形突变型果蝇的产生与其变化关系不大，B正确；基因Ⅰ突变后突变型果蝇Ⅰ基因编码产生的多肽链比野生型果蝇的长，即氨基酸数目增多，因此可能与终止密码子位置变化有关(终止密码子延后)，C正确；由于密码子具有简并性，不同的密码子可能决定相同的氨基酸，所以基因突变后，蛋白质可能不会发生变化，D正确。答案BCD题后归纳基因突变对生物性状的影响(1)基因突变改变生物性状的成因①肽链不能合成。②肽链延长(终止密码子推后出现)。③肽链缩短(终止密码子提前出现)。④肽链中氨基酸种类改变。以上改变会引发蛋白质的结构和功能改变，进而引发生物性状的改变。(2)基因突变未引起生物性状改变的原因①突变部位：基因突变发生在基因的非编码区。②密码子简并性：若基因突变发生后，引起了mRNA上的密码子改变，但由于一种氨基酸可能对应多个密码子，若新产生的密码子与原密码子对应的是同一种氨基酸，此时突变基因控制的性状不改变。③隐性突变：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。④有些突变改变了蛋白质中个别氨基酸，但该蛋白质的功能不变。题型二细胞癌变的原因及癌细胞的特点[例3]如图为小鼠结肠癌发病过程中细胞形态和部分染色体上基因的变化。以下表述错误的是()A．结肠癌的发生是多个基因突变累积的结果B．图示中与结肠癌有关的基因互为等位基因C．小鼠细胞的染色体上本来就存在着与癌变有关的基因D．与正常细胞相比，癌细胞的表面发生了变化答案B[例4]癌症已成为当下对人类生命健康最大的威胁之一。已知在细胞中的KRAS基因可以调控上皮细胞的分裂增殖，有助于对抗细胞损伤。染色质中的增强子失控会过度强化附近KRAS基因的活性，导致细胞异常增殖甚至癌变。同时发现，出现在该区域的RACK7蛋白可适当限制增强子的活性，使基因表达保持在正常范围，从而抑制癌变。下列说法错误的是()A．RACK7基因是细胞中的抑癌基因B．提高KRAS基因的活性，会增加细胞癌变的概率C．KRAS基因不表达，上皮细胞就不会癌变，有利于人体健康D．在上皮细胞中，RACK7基因和KRAS基因同时突变可能会提高癌变率解题分析由材料分析可知，KRAS基因是原癌基因，RACK7基因是抑癌基因，A正确；由题干可知，KRAS基因的活性被加强后，有可能导致癌变，B正确；KRAS基因是原癌基因，其表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的，不表达不利于人体健康，C错误。答案C题型三基因重组及其应用[例5]波尔黑山羊(F1)是利用波尔山羊和我国的黑山羊通过杂交选育得到的优良品种。该品种既具有波尔山羊生长快、体形大的特征，又有我国当地黑山羊肉质好、瘦肉率高、适于在当地环境生长的特性。下列叙述正确的是()A．F1在形成配子时，同源染色体上等位基因的分离导致基因重组B．F1在形成配子时，基因重组可发生在减数分裂的四分体时期C．基因重组是山羊产生新基因的重要途径，为生物进化提供原材料D．波尔山羊的配子与黑山羊的配子随机结合过程中会发生基因重组解题分析减数分裂过程中，四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体的互换、减数分裂Ⅰ后期非同源染色体上非等位基因的自由组合，均可导致基因重组，A错误，B正确；基因重组不能产生新基因，基因突变可产生新基因，C错误；基因重组通常发生在减数分裂形成配子过程中，受精过程中配子的随机结合不属于基因重组，D错误。答案B题型四细胞分裂图中基因突变和基因重组的判断[例6](不定项)如图表示某高等动物的几个细胞分裂示意图(数字代表染色体，字母代表染色体上带有的基因)。图中能反映的是()A．若图甲细胞中1与2的相应片段部分交