2026届高考生物一轮精准突破复习：突变与基因工程原理在抗虫棉中的应用

突变与基因工程原理在抗虫棉中的应用课标要求概述碱基的替换、增添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，基因突变频率可能提高，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。考情分析1.基因突变2025·江西卷，9，16，21；2025·黑吉辽卷，24；2025·陕西卷，13；2025·山东卷，6；2025·河北卷，15；2025·北京卷，8；2025·江苏卷，19；2.基因重组2025·江西卷，9，21；2025·山东卷，22；；2025·安徽卷，11，12，19；2025·黑吉辽卷，20；2025·陕西卷，18；2025·河北卷，22；2025·江苏卷，24目录01 科技赋能：抗虫棉的“基因密码”破解之路02 暗藏危机：Bt抗虫棉变异背后的“抗虫失效”隐忧03 道高一尺，魔高一丈：棉铃虫的“生存反击战”04 动态博弈：虫害难题的“终极破解之道”一、抗虫棉的“基因密码”破解之路-------

抗虫棉的培育材料一：黄河流域棉区受棉铃虫肆虐，常规棉花减产严重。农科院团队以当地主栽“冀棉11号”种子为材料，通过人工诱变诱发基因突变，筛选抗虫变异个体，以期培育抗虫棉品种。1、材料中培育抗虫棉运用的育种方法是什么呢？人工诱变育种2、该育种方法的原理是什么？基因突变一、抗虫棉的“基因密码”破解之路-------

抗虫棉的培育材料二：20世纪90年代初美国孟山都凭借“将优化Bt基因导入棉花基因组”的技术，以高专利费、技术封锁等手段垄断市场（1997年份额超90%），让我国棉花产业因依赖其种子而陷入“卡脖子”的被动境地，产业安全与发展处处受限。材料三：面对孟山都的技术垄断，以郭三堆为代表的我国科学家1992年启动研发，借基因工程技术将Bt毒蛋白

基因导入本土棉花，1994年成功研发出有自主知识产

权的抗虫棉。1997年国产份额不足5%、孟山都超95%，此后国产份额持续攀升，2004年达62%、2005年至

70%，如今超98%，彻底打破垄断。1、转基因技术运用了什么原理？基因重组2、基因重组的概念是什么？基因重组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。3、基因重组包含哪些类型？（狭义）自由组合、互换（广义）重组DNA技术、R型细菌转化为S型细菌4、基因重组具有什么意义呢？使配子种类多样化；是生物变异的来源之一，为生物进化提供原材料。一、抗虫棉的“基因密码”破解之路-------

抗虫棉的培育材料四：某地农场连续种植抗虫棉两年，发现有23棵棉株被棉铃虫啃食。检测结果显示受害棉株Bt毒蛋白活性下降30%-50%。1、Bt毒蛋白活性下降，根本原因可能是什么？2、这种变异是什么因素引起的呢？具有什么特点、意义？二、Bt抗虫棉变异背后的“抗虫失效”隐忧------

抗虫棉的变异ab2.1基因突变的概念基因突变：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。基因1 基因2 基因3①DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的DNA碱基序列的改变，叫作基因突变(

× )②基因突变改变了基因的数量和位置(

× )2.2基因突变的影响变异类型抗虫性影响正常正常（高抗虫）：毒蛋白结构、活性正常，可有效杀虫碱基对替换（G→C）下降：氨基酸替换致毒蛋白构象改变，与受体结合能力活性减弱 影响较小碱基对缺失（G

缺失）丧失：单碱基缺失致移码，氨基酸序列全变，毒蛋白结构异常，失杀虫活性 影响较大碱基对增添（插入A）丧失：单碱基增添致移码，插入位点后氨基酸全变，毒蛋白无法形成功能结构1、对氨基酸序列的影响——

不一定改变氨基酸序列原因分类突变发生在编码区但氨基酸功能不变显性纯合子中隐性突变遗传密码的简并性突变发生在内含子上结合抗虫棉的实例说明Bt

基因碱基对替换，使密码子从

UUU

变为

UUC，二者均编码苯丙氨酸，毒蛋白序列和抗虫功能不变Bt

基因内含子发生碱基对插入

/

缺失，因转录后内含子会被剪切，毒蛋白结构和抗虫性状不受影响。Bt

基因碱基对替换，使毒蛋白中亮氨酸（非极性）变为异亮氨酸（非极性），二者结构相似，毒蛋白结合能力和抗虫性状不变。纯合抗虫基因型

BtBt，一个

Bt

突变为隐性

bt，基因型变为

Btbt，因

Bt

为显性，仍能表达毒蛋白，植株保持抗虫。2、对性状的影响——

不一定引起性状改变连一连练习巩固1、（2024·贵州卷，单选）如图是某基因编码区部分碱基序列，在体内其指导合成肽链的氨基酸序列为：甲硫氨酸-组氨酸-脯氨酸-赖氨酸……下列叙述正确的是（C

）①链是转录的模板链，其左侧是5'端，右侧是3'端若在①链5～6号碱基间插入一个碱基G，合成的肽链变长C．若在①链1号碱基前插入一个碱基G，合成的肽链不变D．碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同注：AUG（起始密码子）：甲硫氨酸CAU、CAC：组氨酸 CCU：脯氨酸AAG：赖氨酸 UCC：丝氨酸 UAA（终止密码子）2.3基因突变的原因变异诱因类型具体因素示例作用机制对Bt基因的影响物理因素紫外线、X射线、γ射线损伤细胞内DNABt基因碱基对易发生缺失/替换，可能导致毒蛋白结构异常。化学因素农药残留、亚硝酸盐、碱基类似物改变核酸的碱基易引发Bt基因单点碱基替换，可能使毒蛋白活性下降。生物因素某些病毒（如棉花曲叶病毒）影响宿主细胞的DNA可能导致Bt基因片段插入异常，使毒蛋白无法正常合成。自发因素DNA复制时的碱基错配DNA复制发生错误可能随机引发Bt基因碱基替换，出现少量抗虫性增强变异株。2.4基因突变的特点统计维度具体数据对应基因突变特点特点解读（对接教材）基础数据棉田总株数1000株，变异株23株低频性自然状态下，基因突变发生频率很低（变异率仅2.3%）变异类型分布毒蛋白活性下降株：21株毒蛋白活性增强株：2株不定向性基因突变可向不同方向发生，产生多种变异类型变异基因范围仅Bt毒蛋白基因变异，株高、叶形等基因未变异随机性基因突变可发生在细胞内不同DNA分子或同一DNA分子不同部位2.5基因突变的意义产生

新基因

的途径；生物变异的根本来源 ；为生物的进化提供了

丰富的原材料

。变异类型有害突变 破坏生物体与现有环境的协调关系，对生物体有害有利突变 增强生物体适应环境的能力，对生物体有利对生物体既无害也无益，不改变生物性状中性突变练习巩固2.（2025·江西卷，16，多选）有研究表明，基因突变对生物适应性的影响并不是非益即害的，大量的基因突变是中性的。以下能支撑中性突变学说的事实有（BC）A.减数分裂过程中非姐妹染色单体的交叉互换可产生新的配子类型B.很多突变改变了氨基酸的序列，但没有改变蛋白质的功能C.基因中对应密码子第三位碱基的多态性远高于前两位碱基D.很多突变产生的新等位基因在长期进化中取代原基因或完全消失。三、棉铃虫的“生存反击战”--------棉铃虫的进化的增加速度材料五：（2024·湖北卷.20）苏云金芽孢杆菌产生的Bt毒蛋白，被棉铃虫吞食后活化，再与肠道细胞表面受体结合，形成复合体插入细胞膜中，直接导致细胞膜穿孔，细胞内含物流出，直至细胞死亡。科学家将编码Bt毒蛋白的基因转入棉花植株，获得的转基因棉花能有效防控棉铃虫的危害。回答下列问题（节选）：(2)如果转基因棉花植株中Bt毒蛋白含量偏低，取食后的棉铃虫可通过激活肠干细胞分裂和

分化 产生新的肠道细胞，修复损伤的肠道，由此导致杀虫效果下降。请据此提出一项可提高转基因棉花杀虫效果的改进思路：1、增加Bt毒蛋白基因的导入量，使其表达足量的Bt毒蛋白，抑制肠干细胞的激活2、导入能强化表达的启动子、或者添加增强子，使其表达出更多的Bt毒蛋白(4)将Bt毒蛋白转基因棉花与非转基因棉花混种，可以延缓棉铃虫对转基因棉花产生抗性，原因是

提高敏感性个体的生存机会，减缓棉铃虫种群抗Bt毒蛋白基因频率 （一）为预防Bt基因突变，下列合理的综合预防措施有（

BDFG）增加灌溉量，通过大水漫灌改善土壤湿度选择低残留农药，严格遵守用药安全间隔期高频次喷施除草剂，彻底清除田间杂草采用扦插、嫁接等无性繁殖方式，稳定保留优良Bt基因向土壤中大量施加化肥，提升棉花生长活力为棉花接种抗病毒疫苗，定期防治蚜虫等病毒传播媒介种植时搭建防紫外线棚膜，避开放射源环境四、虫害难题的“终极破解之道”-------提高棉花产量（二）为预防棉铃虫进化，下列合理的综合预防措施有（

BE ）长期连续使用同一种高效杀虫剂，确保彻底杀灭棉铃虫定期释放棉铃虫的天敌（如赤眼蜂、茧蜂），结合田间深耕破坏虫蛹生存环境发现棉铃虫危害后，立即加大杀虫剂使用剂量，避免虫口数量反弹只种植单一抗虫棉品种，不搭配其他非抗虫作物，减少田间管理复杂度建立棉铃虫抗性监测体系，根据监测结果轮换使用不同作用机制的杀虫剂四、虫害难题的“终极破解之道”-------提高棉花产量豇豆的CpTI基因可以在棉花中表达，其原因是

。豇豆和棉花共用一套遗传密码（三）培育新一代抗虫棉材料六：在转Bt基因抗虫棉的生产实践中发现，害虫的抗性会逐渐增强抗虫棉抗虫效果不能持久。因此，科研人员尝试培育双价（即体内同时含有两种不同的抗虫基因）纯合抗虫棉，进而提高抗虫效果，增加棉花的产量。现已成功培育转Bt基因的纯合棉花品系甲和转CpTI（豇豆胰蛋白酶抑制剂）基因的纯合棉花品系乙。科研人员将棉花品系甲和乙杂交得到F1，F1自交得到F2。请回答以下问题：（1）棉花品系甲中的Bt基因控制合成的Bt毒蛋白使其具有抗虫特性，这体现了基因控制性状的方式是

基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 。从生物进化的角度分析,双价抗虫棉比单价抗虫棉抗虫效果更持久的原因是

与单价抗虫棉相比,双价抗虫棉使害虫抗性基因频率增加的速率降低

。四、虫害难题的“终极破解之道”-------提高棉花产量，则Bt基因与CpTI基因位于，则Bt基因与CpTI基因位于非同源染色体上。（3）若Bt基因CpTI基因位于一对同源染色体上。现对某F1植株进行测交,子代中存在一株不抗虫植株，这一不抗虫植株出现的原因可能是该F1植株在减数分裂产的表型及比例。若

F2中所有植株均能抗虫一对同源染色体上。若

F2中抗虫植株与不抗虫植株的比例约为15:1生花粉时发生了

ABC 。Bt基因或CpTI基因突变Bt基因或CpTI基因所在的染色体片段缺失Bt基因或CpTI基因所在的染色体片段与对应的同源染色体片段交换练习巩固材料六：现已成功培育转Bt基因的纯合棉花品系甲和转CpTI（豇豆胰蛋白酶抑制剂）基因的纯合棉花品系乙。科研人员将棉花品系甲和乙杂交得到F1，F1自交得到F2。（2）为确定Bt基因和CpTI基因在转基因棉花染色体上的位置，可观察并统计F2归纳总结基因突变基因重组概念DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起基因碱基序列的改变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时期分裂前的间期复制过程减数分裂Ⅰ前期、后期类型替换、增添或缺失（狭义）自由组合、染色体互换（广义）重组DNA技术、R型细菌转化为S型细菌结果产生新基因产生新的基因组合意义生物变异的根本来源生物变异的来源之一应用诱变育种杂交育种、基因工程育种联系基因突变为基因重组提供可自由组合的新基因，基因突变是自由组合的基础与中国抗虫棉之父郭三堆院士对话郭三堆院士金句：1、“世上的花儿千千万，棉花是最美的那朵花”2、“棉花全身都是宝，能产出纤维、油料、高蛋白，是纺织、化工原料和重要战略物资”3、“要把论文写在大地上，这是我们搞农业科学必须要遵守的原则”4、“中国的事情中国人自己解决。拼命也要搞成功”5、“我是个科研工作者，虽然科技是没有国界的，但科学家却有自己的祖国”真题必刷1.（2025·江西卷，21）天然色素可赋予稻米多样化颜色。为解析红色稻米品种ka的遗传机制，研究人员以