高一生物基因突變和基因重組

高一生物基因突變和基因重組第四節(jié)基因突變和基因重組基礎(chǔ)自主梳理核心要點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)探究創(chuàng)新課標(biāo)領(lǐng)航知能過(guò)關(guān)演練第2頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，我能夠1．說(shuō)明基因突變的特征和原因。2．理解基因重組的來(lái)源及意義。3．簡(jiǎn)述基因工程的基本原理及應(yīng)用。課標(biāo)領(lǐng)航第3頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天情景導(dǎo)引河南省農(nóng)科院小麥育種專(zhuān)家周中普父子運(yùn)用突變育種法，經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，于近年成功培育出了棕色、褐色、綠色等多種顏色的小麥。彩色小麥不僅含有豐富的蛋白質(zhì)和賴氨酸，而且含有豐富的鋅、硒、碘等微量元素。本節(jié)就來(lái)介紹基因突變等知識(shí)。第4頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天第5頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天基礎(chǔ)自主梳理一、基因突變1．含義：DNA分子中堿基對(duì)的______、_______或改變等。增添缺失第6頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天第7頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天病毒第8頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天4．特點(diǎn)(1)頻率低：____________頻率很低。(2)方向不確定：一個(gè)基因可以向不同方向發(fā)生變異，從而產(chǎn)生一個(gè)以上的___________。(3)隨機(jī)性：可發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的_________，以及細(xì)胞內(nèi)不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上。(4)普遍性：在整個(gè)生物界是普遍存在的。自發(fā)突變等位基因任何時(shí)期第9頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天5．結(jié)果：基因通過(guò)突變成為它的____________。6．意義(1)是___________的根本來(lái)源，增加了基因存在方式的多樣性，為_(kāi)____________提供了原始材料。(2)還揭示了生物性狀遺傳變異的規(guī)律，從而成為進(jìn)行動(dòng)植物遺傳改良的基礎(chǔ)。等位基因生物變異生物進(jìn)化第10頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天思考感悟1．基因突變一定會(huì)引起生物性狀的改變嗎？試分析原因?！咎崾尽坎灰欢?。①由于一種氨基酸可以由一個(gè)或多個(gè)密碼子決定，基因結(jié)構(gòu)改變并不一定會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的改變。②不具遺傳效應(yīng)的DNA片段中的“突變”不引起性狀改變。③若為隱性突變，如AA中，其中一個(gè)A→a，此時(shí)性狀也不會(huì)改變。第11頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、基因重組1．含義：生物體在進(jìn)行有性生殖的過(guò)程中，控制_____________________重新組合的過(guò)程。2．原因(1)減數(shù)分裂時(shí)，非同源染色體上的____________進(jìn)行了自由組合。(2)四分體時(shí)期，_____________之間遺傳物質(zhì)的交換。不同性狀的基因非等位基因同源染色體第12頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．意義基因重組能夠產(chǎn)生與親代不同的___________的子代，既是生物進(jìn)化的源泉，也是形成生物多樣性的重要原因之一?；蚪M合第13頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、重組DNA技術(shù)1．含義：將從一個(gè)生物體內(nèi)分離得到或人工合成的___________導(dǎo)入另一個(gè)生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需要的產(chǎn)物的技術(shù)。2．操作工具：包括__________________、________________、載體三種。目的基因限制性內(nèi)切酶DNA連接酶第14頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．操作的一般步驟第15頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天4．應(yīng)用(1)生產(chǎn)特殊蛋白質(zhì)，如胰島素，乙肝疫苗等。(2)動(dòng)植物的遺傳改良，如轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉。(3)人類(lèi)基因治療。第16頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天思考感悟2．對(duì)轉(zhuǎn)基因生物為何要跟蹤觀察一段時(shí)間？【提示】轉(zhuǎn)基因生物發(fā)生了一定的變異，有可能成為優(yōu)勢(shì)物種，抑制當(dāng)?shù)卦猩锓N類(lèi)的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖，甚至?xí)绊懏?dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡。第17頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天核心要點(diǎn)突破基因突變要點(diǎn)一1．基因突變的原因、實(shí)質(zhì)及結(jié)果第18頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天第19頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．基因突變的特點(diǎn)(1)普遍性基因突變?cè)谡麄€(gè)生物界普遍存在。(2)隨機(jī)性基因突變的隨機(jī)性不僅表現(xiàn)在突變可以發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期，而且還表現(xiàn)在其可以發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上。第20頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天(3)不定向性一個(gè)基因可以向多個(gè)方向發(fā)生突變，形成一個(gè)以上等位基因。例如基因A可突變?yōu)閍1(a2或a3…)，A、a1、a2、a3…之間也可以相互突變。突變形成的基因之間可以互稱(chēng)等位基因。這種同一位點(diǎn)上的許多等位基因，稱(chēng)為復(fù)等位基因。如下圖所示：第21頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天(4)低頻性自然條件下，對(duì)一種生物來(lái)說(shuō)，基因突變的頻率是很低的。據(jù)估計(jì)，高等生物中，大約105～108個(gè)生殖細(xì)胞中，才會(huì)有1個(gè)生殖細(xì)胞發(fā)生基因突變。(5)多害少利性大多數(shù)生物已經(jīng)適應(yīng)了環(huán)境，一旦發(fā)生突變則一般是不利于生存的，但也有少數(shù)無(wú)害，甚至有利。第22頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．基因突變的意義(1)改變基因結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生新的基因(等位基因的來(lái)源)，是生物變異的根本來(lái)源，是生物進(jìn)化的原始材料。(2)應(yīng)用于育種——人工誘變育種。第23頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【名師點(diǎn)睛】①基因突變?nèi)舭l(fā)生于體細(xì)胞中，則一般不傳遞給后代。②基因突變?nèi)舭l(fā)生于生殖細(xì)胞中，則可產(chǎn)生帶有突變基因的生殖細(xì)胞，進(jìn)而通過(guò)有性生殖傳給子代。第24頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天例1第25頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天第26頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天(1)寫(xiě)出野生型和突變型的mRNA中第161至165的氨基酸密碼子(對(duì)于每一種氨基酸，只有一個(gè)密碼子是正確的)。野生型密碼子：________________；突變型密碼子：______________。(2)大腸桿菌其多肽P的結(jié)構(gòu)基因發(fā)生了突變，該突變屬于下列哪種類(lèi)型

(

)A．改變突變

B．增添突變C．缺失突變

D．重復(fù)突變(3)在突變的mRNA中，密碼子165之后緊接著的字母是________。第27頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【思路點(diǎn)撥】基因突變常通過(guò)其結(jié)構(gòu)改變來(lái)影響生物的性狀，其影響機(jī)理分析如下：第28頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天第29頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【解析】本題由于只有一個(gè)核苷酸之差導(dǎo)致多肽P中從162到165四個(gè)氨基酸發(fā)生改變，即改變了四個(gè)氨基酸的密碼子，故不可能發(fā)生改變突變，而只可能發(fā)生了增、減突變，而且增、減突變應(yīng)該發(fā)生在第162號(hào)密碼子。將野生型和突變型大腸桿菌161、162號(hào)密碼子列出對(duì)比可知突變型是在野生型16l號(hào)和162號(hào)密碼子之間插入了1個(gè)腺嘌呤核甘酸(A)，則野生型162到165號(hào)密碼子序列CAU(組)AUG(甲硫)GAG(谷)UAU或UAC(酪)將突變成第30頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天ACA(蘇)UAU(酪)GGA(甘GUA(纈)。野生型中165號(hào)酪氨酸(UAU)突變成纈氨酸(GUA)后，在突變型mRNA上緊接165號(hào)密碼子之后的字母應(yīng)是U，它剛好是166號(hào)密碼子的第一個(gè)核甘酸，這樣就使得166號(hào)可能成為一個(gè)終止密碼子(UAA、UAG或UGA)。第31頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【知識(shí)拓展】基因突變并非一定導(dǎo)致生物性狀的改變。①由于同一種氨基酸可以對(duì)應(yīng)多種密碼子，因此某些基因突變不引起生物性狀的改變。②某些突變雖改變了蛋白質(zhì)中個(gè)別氨基酸的位置和種類(lèi)，但并不影響該蛋白質(zhì)的功能。例如，酵母菌的細(xì)胞色素C，其肽鏈的第十七位上是亮氨酸，而小麥?zhǔn)钱惲涟彼?，盡管有這樣的差異，但它們的細(xì)胞色素C的功能都是相同的。第32頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天③隱性基因的突變?cè)陔s合狀態(tài)下不會(huì)引起性狀的改變。例如，豌豆在基因型為DD時(shí)表現(xiàn)為高莖，當(dāng)豌豆發(fā)生基因突變，基因型變?yōu)镈d時(shí)，仍表現(xiàn)為高莖。第33頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天跟蹤訓(xùn)練

(2010年高考福建卷)如圖為人WNK4基因部分堿基序列及其編碼蛋白質(zhì)的部分氨基酸序列示意圖。已知WNK4基因發(fā)生一種突變，導(dǎo)致1169位賴氨酸變?yōu)楣劝彼帷Ｔ摶虬l(fā)生的突變是(

)第34頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天A．①處插入堿基對(duì)G—CB．②處堿基對(duì)A—T替換為G—CC．③處缺失堿基對(duì)A—TD．④處堿基對(duì)G—C替換為A—T第35頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天解析：選B。由題干分析得知，WNK4基因?qū)?yīng)的正常蛋白質(zhì)中賴氨酸的密碼子為AAG，基因突變后僅僅導(dǎo)致了相應(yīng)蛋白質(zhì)中1169位氨基酸由賴氨酸變成了谷氨酸，即氨基酸的類(lèi)型發(fā)生了改變，而其他氨基酸的種類(lèi)和數(shù)目沒(méi)有發(fā)生變化，因而只可能是WNK4基因中堿基對(duì)類(lèi)型發(fā)生了替換，而非缺失或增添，經(jīng)分析，②處堿基對(duì)A—T替換為G—C。第36頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因重組的類(lèi)型要點(diǎn)二狹義的基因重組是指自然狀態(tài)下的基因重組。包括兩種類(lèi)型：(1)隨機(jī)重組(自由組合)：在生物通過(guò)減數(shù)分裂形成配子時(shí)，隨著非同源染色體的自由組合，非等位基因也自由組合產(chǎn)生的基因重組；(2)交換重組(交叉互換)：在減數(shù)分裂形成四分體時(shí)期，由于同源染色體的非姐妹第37頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天染色單體之間常常發(fā)生局部互換，而造成控制不同性狀的基因重新組合。只能產(chǎn)生新的基因型，不能產(chǎn)生新的基因。無(wú)論是自由組合型還是交換型都發(fā)生在減數(shù)的第一次分裂過(guò)程中，無(wú)性生殖過(guò)程中不發(fā)生基因重組。廣義的基因重組還包括人工條件下的重組DNA技術(shù)(基因工程)。它們的關(guān)系如下表。第38頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天比較項(xiàng)目基因重組基因工程不同點(diǎn)概念在生物體內(nèi)，有性生殖過(guò)程中，控制不同性狀的基因重新組合按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀重組對(duì)象同一物種的不同基因不同物種的不同基因生殖方式有性生殖無(wú)性生殖意義是生物變異的來(lái)源之一，對(duì)生物進(jìn)化有重要意義使人類(lèi)有可能按照自己的意愿直接定向地改造結(jié)構(gòu)，培育出新品種相同點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)了不同基因間的重新組合，都能使生物產(chǎn)生變異第39頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天下列有關(guān)基因重組的敘述中，正確的是(

)A．基因型為Aa的個(gè)體自交，因基因重組而導(dǎo)致子代性狀分離B．基因A因改變、增添或缺失部分堿基而形成它的等位基因a屬于基因重組C．非姐妹染色單體間的互換可能導(dǎo)致基因重組D．造成同卵雙生姐妹間性狀上差異的主要原因是基因重組例2第40頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【思路點(diǎn)撥】準(zhǔn)確掌握基因突變、基因重組的區(qū)別以及同卵雙生的形成機(jī)制，此題就迎刃而解了。【嘗試解答】

__C__第41頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【解析】本題主要考查了基因重組的類(lèi)型及對(duì)生物進(jìn)化的意義。Aa個(gè)體自交，后代的性狀分離是由于等位基因的分離和配子之間隨機(jī)結(jié)合而形成的；基因A中堿基對(duì)的改變、增添或缺失屬于基因突變；同源染色體上非姐妹染色單體間的互換屬于基因重組；同卵雙生是由同一受精卵發(fā)育而來(lái)的，所以細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)是一樣的，其性狀差異主要是由于外界環(huán)境引起的。第42頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【誤區(qū)警示】本題易把A基因配子和a基因的配子結(jié)合的過(guò)程誤認(rèn)為成基因重組，準(zhǔn)確把握基因重組的實(shí)質(zhì)是控制不同性狀基因的組合。第43頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天跟蹤訓(xùn)練下列高科技成果中，根據(jù)基因重組原理進(jìn)行的是

(

)①我國(guó)科學(xué)家袁隆平利用雜交技術(shù)培育出超級(jí)水稻②我國(guó)科學(xué)家將蘇云金芽孢桿菌的某些基因移植到棉花體內(nèi)，培育出抗蟲(chóng)棉③我國(guó)科學(xué)家通過(guò)返回式衛(wèi)星搭載種子培育出太空椒④我國(guó)科學(xué)家通過(guò)體細(xì)胞克隆技術(shù)培育出克隆牛A．① B．①②C．①②③ D．②③④第44頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天解析：選B。超級(jí)水稻的培育屬于雜交育種范疇，其原理是基因重組；抗蟲(chóng)棉是轉(zhuǎn)基因植物，其原理是重組DNA技術(shù)；太空椒的培育屬于作物空間技術(shù)育種，其原理是基因突變；克隆牛屬于無(wú)性繁殖，其原理是動(dòng)物細(xì)胞核的全能性。第45頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天對(duì)重組DNA技術(shù)的理解要點(diǎn)三1．重組DNA技術(shù)的基本內(nèi)容地位基因工程的核心技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對(duì)象基因操作水平DNA分子水平基本過(guò)程剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)結(jié)果生產(chǎn)出人類(lèi)需要的基因產(chǎn)物第46頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.重組DNA技術(shù)的工具(1)基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶(2)基因的針線——DNA連接酶同一種限制性內(nèi)切酶切開(kāi)的目的基因和質(zhì)粒兩個(gè)DNA分子具有相同的黏性末端，互補(bǔ)的堿基雖然可以通過(guò)氫鍵連接，但兩條DNA基本骨架之間的縫隙需要DNA連接酶的催化，使相鄰的脫氧核苷酸連接起來(lái)，這樣就形成了重組DNA分子。(3)基因的運(yùn)載工具——載體作用：作為運(yùn)輸工具將目的基因送入受體細(xì)胞，還可利用它在受體細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制目的基因。第47頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．重組DNA技術(shù)的一般過(guò)程第一步：提取目的基因。(1)從生物的細(xì)胞內(nèi)直接獲得目的基因。(2)人工合成目的基因。第二步：體外重組DNA。把目的基因與載體在DNA連接酶的作用下形成重組DNA。第三步：導(dǎo)入目的基因。把重組DNA導(dǎo)入到受體細(xì)胞中。第四步：篩選、培養(yǎng)受體細(xì)胞。把含有重組DNA的受體細(xì)胞篩選出來(lái)并培養(yǎng)。第五步：目的基因的表達(dá)。目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，產(chǎn)生蛋白質(zhì)等。第48頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)基因植物是通過(guò)基因工程擁有其他物種基因即外源基因的植物。下列有關(guān)敘述中正確的是(

)A．外源基因就是目的基因B．外源基因的遺傳都遵循孟德?tīng)栠z傳定律C．基因工程中的載體質(zhì)粒是細(xì)胞核內(nèi)能夠自主復(fù)制的DNA分子D．通過(guò)基因工程，植物細(xì)胞也能合成某些細(xì)菌的蛋白質(zhì)例3第49頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【嘗試解答】

__D__【解析】本題主要考查基因工程的過(guò)程和應(yīng)用。外源基因較多，只有人們所需要的外源基因才能稱(chēng)為目的基因，當(dāng)把目的基因?qū)氲绞荏w細(xì)胞中時(shí)，若存在于細(xì)胞質(zhì)中是不會(huì)遵循孟德?tīng)栠z傳定律的；質(zhì)粒存在于細(xì)菌以及酵母菌等生物的細(xì)胞中，是擬核或細(xì)胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子；基因工程打破了物種的界限，可以使植物產(chǎn)生細(xì)菌的蛋白質(zhì)。第50頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天【規(guī)律方法】目的基因?qū)爰?xì)胞的位置與受體細(xì)胞類(lèi)型①將目的基因?qū)氲绞荏w細(xì)胞，可能是存在于細(xì)胞質(zhì)中，也可能整合到細(xì)胞核DNA上，由于在分裂過(guò)程中細(xì)胞核中遺傳物質(zhì)是平均分配的，所以可以穩(wěn)定遺傳，而存在于細(xì)胞質(zhì)中時(shí)，由于細(xì)胞質(zhì)是隨機(jī)分配的，所以子細(xì)胞中不一定有目的基因，因而不能穩(wěn)定遺傳。第51頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天②若受體細(xì)胞是植物細(xì)胞，則取體細(xì)胞即可，因?yàn)槠淙苄暂^高，若受體細(xì)胞是動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，一般用受精卵作為受體細(xì)胞，因?yàn)橐话泱w細(xì)胞全能性較難表達(dá)。第52頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天跟蹤訓(xùn)練下列關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是(

)A．目的基因和受體細(xì)胞均可來(lái)自動(dòng)、植物或微生物B．限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類(lèi)常用的工具酶C．人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無(wú)生物活性D．載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞和促進(jìn)目的基因的表達(dá)第53頁(yè),共58頁(yè)，2024年2月25日，星期天解析：選D。載體上的抗性基因主要起著標(biāo)記基因的作用，有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞，并不能促進(jìn)目的