王福民-第1節(jié) 基因突變和基因重組(制作)-541972

Welcometostudybiology!第1節(jié)基因突變和基因重組棠湖中學實驗外語學校王福民第5章基因突變及其他變異教學目標

1．基因突變的概念、特點和意義（B：識記）。

2．了解人工誘變在育種上的應(yīng)用（A：知道）。

教學重點

基因突變的概念和特點。

教學難點

基因突變的概念。一、變異的類型二、基因突變定義原因特點意義應(yīng)用三、基因重組問題1、什么是生物的變異？

生物的變異是指生物親、子代間或子代各個體間存在性狀差異的現(xiàn)象。

“一母生九仔，連母十個樣”這種差異怎么造成的？問題2、生物變異的主要類型有哪些？變異的類型不遺傳的變異：僅僅是由環(huán)境因素的影響造成的變異。遺傳物質(zhì)沒有改變，變化的性狀不能進一步遺傳給后代。基因重組可遺傳的變異：是由于遺傳物質(zhì)的改變而引起的變異。變化的性狀能遺傳給后代?；蛲蛔?nèi)旧w變異例三、純合的高桿抗病小麥與矮桿抗病小麥雜交再自交得到的矮桿抗病小麥；┅┅例二、通過美容手術(shù)，紋成彎彎的柳葉眉，這種柳葉眉能遺傳嗎？為什么？表現(xiàn)型基因型+

環(huán)境條件不能遺傳的變異（如：曬黑的臉色）（改變）可遺傳的變異（如：色盲）來源基因突變?nèi)旧w變異基因重組誘因（改變）（改變）三位同學在抄寫英文句子“THECATSATONTHEMAT”（貓坐在草席上）時，分別抄成了“THEKATSATONTHEMAT”“THEHATSATONTHEMAT”“THECATONTHEMAT”討論：假如在DNA分子的復(fù)制過程中，發(fā)生了類似的錯誤，DNA分子攜帶的遺傳信息將會發(fā)生怎樣的變化？這些變化可能對生物體產(chǎn)生什么影響？

答案：1.DNA分子攜帶的遺傳信息發(fā)生了改變。

影響：如果氨基酸發(fā)生了改變，生物體的性狀可能發(fā)生改變。改變的性狀對生物體的生存可能有害，可能有利，也可能既無害也無利。2.因密碼子的兼并性，DNA編碼的氨基酸不一定改變。問題探討纈氨酸—組氨酸—亮氨酸—蘇氨酸—脯氨酸—纈氨酸—谷氨酸——賴氨酸······異?；蛲蛔兊膶嵗?鐮刀型細胞貧血癥纈氨酸—組氨酸—亮氨酸—蘇氨酸—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸——賴氨酸······正常血紅蛋白分子的部分氨基酸順序正常異常鐮刀型紅細胞貧血癥DNA┯-┯-┯

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┷-┷-┷突變mRNA氨基酸谷氨酸纈氨酸血紅蛋白正常異常紅細胞圓餅狀鐮刀狀病因分析直接原因根本原因1、基因突變：（D）ATCCGTAGGC（正?；蚱危╠1）（d2）（d3）缺失替換增添AACCGTTGGCATTCCGTAAGGCA

CCGTGGC12345DNA分子中發(fā)生堿基對的增添、缺失或替換

，而引起基因結(jié)構(gòu)的改變。思考：這三種情況對基因的結(jié)構(gòu)改

變程度一樣嗎？對性狀的影響呢？例1、若某基因原為303對堿基，現(xiàn)經(jīng)過突變，相鄰3個堿基對缺失，它合成的蛋白質(zhì)分子與原來基因合成的蛋白質(zhì)分子相比較，差異可能為

A．只相差一個氨基酸，其他順序不變

B．長度相差一個氨基酸外，氨基酸順序有改變

C．長度不變，但順序改變

D．A、B都有可能例2、在一個基因分子中如果插入了一個堿基對，則

A.不能轉(zhuǎn)錄

B.不能翻譯

C.在轉(zhuǎn)錄時造成插入點以前的遺傳密碼改變

D.在轉(zhuǎn)錄時造成插入點以后的遺傳密碼改變Ⅰ、同學們可以嘗試在缺失和增添狀態(tài)下蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是否一定改變？議一議①發(fā)生了基因突變，遺傳性狀一定改變嗎？情況較多,視具體情況而定。結(jié)論:在“3”的倍數(shù)間缺失不在“3”的倍數(shù)間缺失考慮增添的對數(shù)？增添的位置？Ⅱ、若DNA堿基對替換，是否一定引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變？比一比、查一查ＡＡ甲乙丙丁DNA堿基對替換，不一定引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變。結(jié)論:議一議模板鏈議一議②基因突變發(fā)生時間？③基因突變可以發(fā)生在體細胞，也可以發(fā)生在生殖細胞，那么基因突變都會遺傳給后代嗎？細胞周期中的分裂間期DNA復(fù)制時（DNA在進行復(fù)制時發(fā)生錯誤或由于某種原因斷裂后進行修復(fù)時發(fā)生錯誤。）A.有絲分裂間期體細胞中可以發(fā)生基因突變（但一般不能傳給后代）B.減數(shù)第一次分裂間期生殖細胞中也可以發(fā)生基因突變（可以通過受精作用直接傳給后代）④基因突變實質(zhì)結(jié)果？基因突變的結(jié)果：AaA一個基因突變后產(chǎn)生的是它的等位基因基因的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變（堿基對排列順序的改變）

，產(chǎn)生了新基因，決定了新性狀。AA正常復(fù)制基因突變Aa1a2a32.基因突變的原因①物理因素：主要是各種射線。如：紫外線、Ｘ射線、α射線、γ射線等。②化學因素：主要是各種能與DNA發(fā)生化學反應(yīng)的化學物質(zhì)。如煙堿、秋水仙素、黃曲霉毒素、硫酸二乙酯等。③生物因素：主要是一些細菌，某些寄生在細胞內(nèi)的病毒。（還有生物內(nèi)部因素：代謝產(chǎn)物的積累）（1）外因（2）內(nèi)因DNA復(fù)制過程中，脫氧核苷酸的種類、數(shù)量或排列發(fā)生局部改變，從而改變了遺傳信息。注:在沒有這些外來因素的影響時，基因突變也會由于DNA分子復(fù)制偶爾發(fā)生錯誤、DNA的堿基組成發(fā)生改變等原因自發(fā)產(chǎn)生。DNADNA差錯內(nèi)因：堿基變化外因：物理因素化學因素生物因素脫氧核苷酸種類、數(shù)量、排列順序改變堿基對的替換、增添、缺失（改變的方式）基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變遺傳信息改變產(chǎn)生等位基因（A1a1、a2……）復(fù)制引起但生物的性狀不一定改變3.基因突變的特點基因突變的類型自然突變：自然條件下發(fā)生的基因突變誘發(fā)突變：人為條件下誘發(fā)產(chǎn)生的基因突變自然突變有哪些特點呢？（閱讀教材P82）思考：（1）普遍性基因突變在自然界普遍成在，從病毒到人類都會發(fā)生。（2）突變頻率低

突變也不容易發(fā)生，在高等動物中，大約10萬到1億個生殖細胞中才會有1個生殖細胞發(fā)生突變。（3）突變是隨機發(fā)生的一個種群種發(fā)生突變的個體是隨機的，該個體發(fā)生突變的部位是隨機的，整個生長發(fā)育過程中，突變發(fā)生在哪個階段是隨機的，突變發(fā)生在體細胞還是生殖細胞也是隨機的，當然，哪個基因發(fā)生突變也是隨機的?；蛲蛔儼l(fā)生的時期與突變性狀的表現(xiàn)有什么關(guān)系？

突變發(fā)生的時期越早，表現(xiàn)突變的部分越多，突變發(fā)生的時期越晚，表現(xiàn)突變的部分越少。思考：（4）大多數(shù)基因突變對生物體是有害的（少利多害性）。思考：能不能只讓它進行有利的突變？（5）基因突變是不定向的。

一個基因可以向不同的方向發(fā)生突變。產(chǎn)生一個以上的等位基因。想一想基因突變的低頻性和普遍性矛盾嗎？不矛盾。因為一個基因的突變頻率雖然很低，但一個種群中個體數(shù)可以很多，一個細胞中也有許多基因。4.基因突變的意義基因突變改變：基因型、遺傳信息、密碼子不變：基因數(shù)目、遺傳規(guī)律可能改變：生物的性狀產(chǎn)生新基因生物變異的根本來源形成新性狀生物進化的原始材料4.基因突變的意義5.基因突變的應(yīng)用——誘變育種1.誘變因素物理因素：化學因素：各種射線（X射線、紫外線、激光等）秋水仙素、亞硝酸、硫酸二乙酯2.誘變意義：創(chuàng)造動植物新品種和微生物新類型。3.優(yōu)點：（1）提高變異的頻率，加速育種進程。（2）大幅度改良某些優(yōu)良性狀。4.缺點：誘變產(chǎn)生的變異，有利于個體往往不多(成功率低)，需大量處理材料(產(chǎn)生大量不合格突變型)。也會出現(xiàn)返祖現(xiàn)象基因突變定義原因特點意義應(yīng)用

堿基對增添缺失改變普遍性隨機性低頻性多害少利性不定向性根本原因外因人工誘變育種知識結(jié)構(gòu)小結(jié)—基因突變想一想1、基因自由組合定律中，哪些基因可以進行重新組合呢？2、非等位基因伴隨什么進行重新組合呢？3、非同源染色體在什么時期重新組合？回顧孟德爾自由組合定律。三、基因重組1、類型:①隨機重組:減數(shù)分裂形成配子時，隨著非同源染色體的組合，非等位基因也自由組合。例子②交換重組:減數(shù)分裂的四分體時期，同源染色體上的等位基因隨姐妹染色單體之間發(fā)生局部互換而互換，導(dǎo)致基因重組。例子2、發(fā)生時期：減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)分裂四分體時期3、基因重組的特點

與基因突變相比，基因重組僅僅發(fā)生了基因間的重新組合，因而基因重組的結(jié)果只是改變了基因型，自始至終并未產(chǎn)生新的基因，基因突變基因重組產(chǎn)生新的基因（基因分子結(jié)構(gòu)改變），而產(chǎn)生新的基因型不產(chǎn)生新的基因（基因分子結(jié)構(gòu)不變），但重組產(chǎn)生新的基因型區(qū)別4、意義：生物變異的來源之一，對生物多樣性的重要意義。

基因突變

基因重組本質(zhì)原因時間意義可能性產(chǎn)生新的基因產(chǎn)生新的基因型堿基對的增添、缺失、替換基因自由組合；基因交叉互換等間期DNA復(fù)制時減數(shù)第一次分裂變異的根本來源；進化的原材料生物變異來源之一生物多樣性重要原因低頻但普遍有性生殖中普遍5、基因突變和基因重組的比較謝謝你的參與！非同源染色體自由組合非同源染色體上非等位基因間的重組（“隨機重組”）：ADBADBadbad

等位基因A和a，B和b，D和d彼此分開，符合分離定律，非等位基因A（a）與B（b），D（d）與B（b）自由組合，符合自由組合定律。則A（a）與B（b）、D（d）與B（b）表現(xiàn)為非同源染色體上的非等位基因自由組合（基因重組）。

上述基因重組發(fā)生于減數(shù)第一次分裂后期。隨機重組同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生交換現(xiàn)象。同源染色體上非等位基因的重組（“交換重組”）：ADBadb

如圖中的A與D、a與d原本是位于同源染色體上的非等位基因，它們在產(chǎn)生配子時一般連鎖在一起隨染色體一起進入同一子細胞，但倘若在減數(shù)分裂的四分體時期，因四分體中非姐妹染色單體之間交叉互換導(dǎo)致其中的A與a或D與d互換位置，將進一步導(dǎo)致A與D或a與d的連鎖關(guān)系被打破，從而轉(zhuǎn)變?yōu)锳與d、a與D連鎖，并一同進入到子細胞中。由此，將造成同源染色體上非等位基因間的重新組合，且本種組合發(fā)生與減數(shù)第一次分裂的四分體時期。ABaDdb交換重組三、基因重組1、概念：生物在進行有性生殖過程中，控制不同性狀的基因重新組合2、類型（1）隨著非同源染色體的自由組合，導(dǎo)致非等位基因的自由組合——隨機重組（2）隨著同源染色體上非姐妹染色單體的交換而使等位基因發(fā)生交換，導(dǎo)致染色單體上非等位基因重新組合——交換重組（3）DNA重組技術(shù)：把改造的基因通過運載體送入生物細胞中，并使之表達產(chǎn)生出人類所需產(chǎn)品或新類型，從而達到定向改變生物性狀的目的。自然條件下人為條件下3、意義：為生物變異提供惡劣極其豐富的來源，是形成生物多樣性的重要原因之一。拓展延伸——基因重組相關(guān)知識點辨析1、基因重組的類型

基因重組是控制不同性狀的基因的重新組合，按來源分析，它可以分為如下三種（自然狀態(tài)下兩種——隨機重組和交換重組；認為條件下一種——人為導(dǎo)致基因的重組）：（1）非同源染色體上非等位基因間的重組（“隨機重組”）：

進行有性生殖的生物，在減數(shù)分裂形成配子時，于減數(shù)第一次分裂后期，同源染色體分離，非同源染色體自由組合。因而隨同源染色體分離，等位基因分離，而隨非同源染色體的自由組合，其上的等位基因也必然自由組合，如圖示：ADBADBadbad

等位基因A和a，B和b，D和d彼此分開，符合分離定律，非等位基因A（a）與B（b），D（d）與B（b）自由組合，符合自由組合定律。則A（a）與B（b）、D（d）與B（b）表現(xiàn)為非同源染色體上的非等位基因自由組合（基因重組）。

上述基因重組發(fā)生于減數(shù)第一次分裂后期。（3）人為導(dǎo)致的基因重組：

在基因工程中，人們可有意識地將目的基因通過運載體導(dǎo)入受體細胞，從而讓受體細胞獲得新的基因型，這也屬于一種基因重組。（2）同源染色體上非等位基因的重組（“交換重組”）：ADBADBadbad

如圖中的A與D、a與d原本是位于同源染色體上的非等位基因，它們在產(chǎn)生配子時一般連鎖在一起隨染色體一起進入同一子細胞，但倘若在減數(shù)分裂的四分體時期，因四分體中非姐妹染色單體之間交叉互換導(dǎo)致其中的A與a或D與d互換位置，將進一步導(dǎo)致A與D或a與d的連鎖關(guān)系被打破，從而轉(zhuǎn)變?yōu)锳與d、a與D連鎖，并一同進入到子細胞中。由此，將造成同源染色體上非等位基因間的重新組合，且本種組合發(fā)生與減數(shù)第一次分裂的四分體時期。它既未改變基因的“質(zhì)”也未改變基因的“量”，即每個基因分子內(nèi)部仍舊完好無損，因此基因重組只能引起性狀的重新組合，未產(chǎn)生新基因，變不能產(chǎn)生新蛋白質(zhì)，也就不會產(chǎn)生新性狀（新性狀不同于新性狀組合，如純黃色圓粒豌豆與綠色皺粒豌豆雜交所得的F2中，“黃色皺粒”與“綠色圓?！睉?yīng)為新性狀組合——重組性狀，而其中“黃色”“皺?！薄熬G色”“圓粒”各種性狀在親本中已經(jīng)存在，因而并不屬于新性狀）。3、基因重組發(fā)生的范圍

凡能進行遺傳物質(zhì)復(fù)制的生物均可發(fā)生基因突變，而惟有進行有性生殖，在減數(shù)分裂產(chǎn)生配子時，方可發(fā)生基因重組，因而基因重組僅發(fā)生于真核生物、有性生殖的核遺傳中（人為基因重組除外）3、基因重組的意義

進行有性生殖的生物，之所以具有更大的變異性和生活力，主要原因是基因重組，正是由于產(chǎn)生配子時，發(fā)生基因重組導(dǎo)致產(chǎn)生了種類繁多的配子類型（僅自由組合的重組類型就可有“2n

”種，n為等位基因的對數(shù)），因而產(chǎn)生了大量變異類型的后代，“一母生九子，連母