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2019-2020年高三生物總復(fù)習(xí) 第24講 基因突變與基因重組教案 【考綱要求】 生物的變異 考綱要求 (1)基因重組及其意義 (2)基因突變的特征和原因 (3)染色體結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異 Ⅱ Ⅱ 1 【考點(diǎn)分析】 知識點(diǎn) 試卷類型 分值 題型 (1)基因重組及其意義 (2)基因突變的特征和原因 xx 江蘇 2 選擇題 xx 山東 4 選擇題 xx 上海 2 選擇題 xx 廣東 2 選擇題 xx 福建 2 選擇題 xx 北京 2 選擇題 xx 江蘇 7 非選擇題 xx 全國卷Ⅱ 10 非選擇題 【考點(diǎn)預(yù)測】 本考點(diǎn)是現(xiàn)實(shí)生活與實(shí)踐生產(chǎn)比較密切的問題，所以也是考察的重點(diǎn)問題，主要考察的是基因突變的類型以及基因重組的時間關(guān)系，主要是以選擇題的形式出現(xiàn)，另外一個重要的考點(diǎn)就是育種問題，主要是以大題或者是實(shí)驗設(shè)計的試題出現(xiàn)。 【知識梳理】 一、 基因突變 1、 概念 2、 方式 3、 原因 （1）內(nèi)因 （2）外因 ①物理因素 ②化學(xué)因素 ③生物因素 4、基因突變的特點(diǎn) ①普遍性 ②隨機(jī)性 ③低頻性 ④不定向性 二、 基因重組 1、 概念 2、 發(fā)生時期 3、 形式 【重點(diǎn)解析】 可遺傳的變異形式比較 1．基因突變的類型 根據(jù)基因結(jié)構(gòu)的改變方式不同，可將基因突變分為四種類型： (1)點(diǎn)突變：由某位點(diǎn)一對堿基改變造成的。其包括兩種形式：轉(zhuǎn)換和顛換。點(diǎn)突變的不同效應(yīng)為：①同義突變；②錯義突變；③無義突變；④終止密碼突變。 (2)移碼突變：某位點(diǎn)增添或減少1～2對堿基造成的。 (3)缺失突變：基因內(nèi)部缺失某個DNA小段造成的。 (4)插入突變：基因內(nèi)部增添一小段外源DNA造成的。 2．突變體的表型特性 突變對表型的最明顯的效應(yīng)，可分為： (1)形態(tài)突變。 (2)生化突變。 (3)致死突變。 (4)條件致死突變。 3．突變發(fā)生的時期 突變可在個體發(fā)育的任何時期發(fā)生。突變發(fā)生在生殖細(xì)胞中，通過有性生殖必然引起后代遺傳變化；突變發(fā)生在體細(xì)胞中，可引起某些體細(xì)胞遺傳結(jié)構(gòu)上的改變。突變發(fā)生的時期越遲，則生物表現(xiàn)出突變性狀的部分越少。 4．基因突變的原因 基因突變是基因在誘變因素作用下，內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)改變的結(jié)果?；蛲蛔兊姆肿訖C(jī)制可以概括如下表所示： 5．基因突變的特征 (1)普遍性。 (2)隨機(jī)性。 (3)稀有性。 (4)多方向性：一個基因可突變?yōu)橐幌盗挟愘|(zhì)性的等位基因----復(fù)等位基因。但每一個基因突變的方向不是漫無限制的，如毛色基因，突變一般在色素的范圍內(nèi)。 (5)可逆性。 (6)多害少利性：但有害的突變在一定條件下可能轉(zhuǎn)化 6.基因突變與基因重組的比較 基因突變 基因重組 本質(zhì) 基因結(jié)構(gòu)改變，產(chǎn)生新的基因，出現(xiàn)新的性狀 基因重新組合，產(chǎn)生新的基因型，使性狀重新組合 發(fā)生時期 細(xì)胞分裂間期DNA復(fù)制時，由于堿基互補(bǔ)配對的差錯(堿基對增添、缺失、改變)而引起 減數(shù)第一次分裂前期，四分體的非姐妹染色體單體的交叉互換和減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體的自由組合引起 條件 外界條件的劇變和內(nèi)部因素的相互作用 通過有性生殖過程以及不同個體間的雜交 變異特征 大多數(shù)變異對生物正常發(fā)育不利 遵循三大遺傳規(guī)律 后代變異型出現(xiàn)頻率 類型少，出現(xiàn)頻率低，后代只是個別性狀發(fā)生變異 類型多，且出現(xiàn)頻率高 意義 生物變異的根本來源，為進(jìn)化提供最初原材料。通過誘變育種，可培育出新品種 生物變異豐富的來源，生物多樣性的重要原因。通過雜交育種，可培育新的優(yōu)良品種 例1．將同一品種的小麥分別種在水肥條件不同的農(nóng)田，其株高等性狀表現(xiàn)出很大差異，這種現(xiàn)象在遺傳學(xué)上稱為（ ） 　　 A．遺傳性　　　　　　　B．遺傳重組引起的變異 　　C．基因突變產(chǎn)生的差異　D．不遺傳的變異 　　解析：生物的變異分為不遺傳的變異和遺傳的變異，前者是由于環(huán)境條件的改變引起生物性狀的變異，后者是由于遺傳物質(zhì)改變引起的生物性狀的變異。 同一品種的小麥含有相同的遺傳物質(zhì)，若在相同的環(huán)境條件下，其表現(xiàn)出來的性狀是一樣的。同一品種的小麥在水肥不同的農(nóng)田，其性狀差異是由于環(huán)境條件不同引起的，而非遺傳物質(zhì)改變引起的。若由基因突變引起的，則只限于極少數(shù)個體出現(xiàn)性狀差異。因為品種是純合子，也不存在由基因重組和染色體變異導(dǎo)致性狀變異的問題。所以是一種不遺傳的變異。 答案：D 例2．基因突變大多數(shù)都有害的原因是（ ） 　　A．基因突變形成的大多是隱性基因 　　B．基因突變破壞了生物與環(huán)境之間形成的均衡體系 　　C．基因突變形成的表現(xiàn)效應(yīng)往往比基因重組更為明顯 　　D．基因突變對物種的生存和發(fā)展有顯著的負(fù)作用 　　解析：如果對基因突變的有害性理解不深刻，易選C和D，因基因突變后，性狀改變確定非常顯著，而且往往對個體生存確實(shí)不利；但表現(xiàn)效應(yīng)明顯不一定導(dǎo)致有害，雖然基因突變大多有害，可是對生物的進(jìn)化具有重要的意義。故C、D不合題意。A項中的隱性基因不一定就有害，何況基因突變是不定向的。只有B項敘述才是真正導(dǎo)致有害性的原因。 　答案：B 例3．用一定劑量的秋水仙素處理某種霉菌，誘發(fā)了基因突變，秋水仙素最有可能在下列哪項過程中起作用？（ ） 　　A．有絲分裂間期 B．有絲分裂全過程 　　C．受精作用過程 D．減數(shù)分裂第一次分裂間期 　　解析：基因突變最易發(fā)生于DNA分子復(fù)制過程中，即細(xì)胞有絲分裂間期（導(dǎo)致體細(xì)胞發(fā)生突變）或減數(shù)分裂第一次分裂間期（導(dǎo)致生殖細(xì)胞發(fā)生突變）。當(dāng)然，對有性生殖的動、植物，只有生殖細(xì)胞中的基因突變才能影響到子代性狀的變化。霉菌的繁殖方式是無性生殖（孢子生殖），它不進(jìn)行減數(shù)分裂。 　　該題是關(guān)于基因突變發(fā)生時期的應(yīng)用題，屬于化學(xué)誘變的范圍?？疾閷W(xué)生對知識的遷移能力。 答案：A 例4．根據(jù)圖示分析人類鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因，并回答： （1）請給予圖中①②③以特定的含義： ①__________；②__________；③__________。 （2）患鐮刀型細(xì)胞貧血癥的根本原因是， 控制__________合成的___________________，從而改變了遺傳信息。 （3）鐮刀型細(xì)胞貧血癥是常染色體上隱性遺傳病， 該隱性致病基因在圖中對應(yīng)的堿基組成為__________； 正?；蛟趫D中對應(yīng)的組成為______。 （4）根據(jù)鐮刀型細(xì)胞貧血癥的發(fā)病率和表現(xiàn)特征， 說明基因突變具有__________和__________的特點(diǎn)。 　　解析：鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因是由于病人的血紅蛋白分子的一條多肽鏈上，有一個氨基酸的種類發(fā)生了改變，即由正常的谷氨酸變成了異常的纈氨酸，根本原因是合成血紅蛋白分子的遺傳物質(zhì)DNA的堿基序列發(fā)生了改變，就是發(fā)生了基因突變，由 突變成 。 　　答案：（1）①基因突變 ②CAT ③GUA （2）血紅蛋白 DNA堿基序列發(fā)生了改變 （3） （4）突變率低 有害性 【實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練】 （09廣東卷）（09上海卷）1.右圖中①和②表示發(fā)生在常染色體上的變異。①和②所表示的變異類型分別屬于 A. 重組和易位 B. 易位和易位 C. 易位和重組 D. 重組和重組 答案：A 解析：由染色體圖像可判斷①中兩條為同源染色體②中兩條為非同源染色體，①是同源染色體的非姐妹染色單體間交換部分染色體片段屬于重組，②是在非同源染色體之間交換部分染色體屬于易位。 （09福建卷）2.細(xì)胞的有絲分裂和減數(shù)分裂都可能產(chǎn)生可遺傳的變異，其中僅發(fā)生在減數(shù)分裂過程的變異是 A.染色體不分離或不能移向兩極，導(dǎo)致染色體數(shù)目變異 B.非同源染色體自由組合，導(dǎo)致基因重組 C.染色體復(fù)制時受誘變因素影響，導(dǎo)致基因突變 D.非同源染色體某片段移接，導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異 答案：B 解析：有絲分裂和減數(shù)分裂都可以發(fā)生染色體不分離或不能移向兩極，從而導(dǎo)致染色體數(shù)目變異；非同源染色體自由組合，導(dǎo)致基因重組只能發(fā)生在減數(shù)分裂過程中；有絲分裂和減數(shù)分裂的間期都發(fā)生染色體復(fù)制，受誘變因素影響，可導(dǎo)致基因突變；非同源染色體某片段移接，導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異可發(fā)生在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中。因此選B。 （09北京卷）3. 真核生物進(jìn)行有性生殖時，通過減數(shù)分裂和隨機(jī)受精使后代 A. 增加發(fā)生基因突變的概率 B. 繼承雙親全部的遺傳性狀 C. 從雙親各獲得一半的DNA D. 產(chǎn)生不同于雙親的基因組合 答案：D 解析：本題考查了遺傳變異的相關(guān)知識。進(jìn)行有性生殖的生物，其變異的主要來源是基因重組，即在減數(shù)分裂過程中，由于四分體時期同源染色體的非姐妹染色單體的交叉互換或減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體上的非等位基因自由組合而發(fā)生基因重組，使后代產(chǎn)生不同于雙親的基因組合。 （09全國卷Ⅱ）4. （10分） 利用微生物分解玉米淀粉生產(chǎn)糖漿，具有廣闊的應(yīng)用前景。但現(xiàn)在野生菌株對淀粉的轉(zhuǎn) 化效率低，某同學(xué)嘗試對其進(jìn)行改造，以活得高效菌株。 （1）實(shí)驗步驟： ①配置 （固體、半固體、液體）培養(yǎng)基，該培養(yǎng)基的碳源應(yīng)為 。 ②將 接入已滅菌的培養(yǎng)基平板上。 ③立即用適當(dāng)劑量的紫外線照射，其目的是 。 ④菌落形成后，加入碘液，觀察菌落周圍培養(yǎng)基的顏色變化和變化范圍的大小。周圍出現(xiàn) 現(xiàn)象的菌落即為初選菌落。經(jīng)分離、純化后即可達(dá)到實(shí)驗?zāi)康摹? （2）若已得到二株變異菌株Ⅰ和Ⅱ，其淀粉轉(zhuǎn)化率較高。經(jīng)測定菌株Ⅰ淀粉酶人催化活性高，菌體Ⅱ的淀粉酶蛋白含量高。經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，突變發(fā)生在淀粉酶基因的編碼區(qū)或非編碼區(qū)，可推測出菌株Ⅰ的突變發(fā)生在 區(qū)，菌株Ⅱ的突變發(fā)生在 區(qū)。 答案： （1）①固體 玉米淀粉 ②野生菌株 ③對野生菌株進(jìn)行誘變 ④淺色范圍大 （2）編碼 非編碼 解析： （1）利用微生物分解玉米淀粉生產(chǎn)糖漿，首先一步應(yīng)是配制固體培養(yǎng)基，其碳源是玉米淀粉；其次要將野生菌株接種到培養(yǎng)基上；用紫外線照射的目的是對野生菌株進(jìn)行誘變處理；加碘液是為了檢驗淀粉有沒有被分解，如果顏色變淺，說明淀粉被分解了，這種菌落即為初選菌落。 （2）依題意，菌株Ⅰ淀粉酶的催化活性高，說明該突變發(fā)生在編碼區(qū)，菌株Ⅱ淀粉酶的蛋白含量高，說明該突變發(fā)生在非編碼區(qū)。 （09江蘇卷）5．（7分）甲磺酸乙酯（EMS）能使鳥嘌呤（G）的N位置上帶有乙基而成為7-乙基鳥嘌呤，這種鳥嘌呤不與胞嘧啶（C）配對而與胸腺嘧啶（T）配對，從而使DNA序列中G—C對轉(zhuǎn)換成A—T對。育種專家為獲得更多的變異水稻親本類型，常先將水稻種子用EMS溶液浸泡，再在大田種植，通?？色@得株高、穗形、葉色等性狀變異的多種植株。請回答下列問題。 （1）經(jīng)過處理后發(fā)現(xiàn)一株某種性狀變異的水稻，其自交后代中出現(xiàn)兩種表現(xiàn)型，說明這種變異為 突變。 （2）用EMS浸泡種子是為了提高 ，某一性狀出現(xiàn)多種變異類型，說明變異具有 。 （3）EMS誘導(dǎo)水稻細(xì)胞的DNA發(fā)生變化，而染色體的 不變。 （4）經(jīng)EMS誘變處理后表現(xiàn)型優(yōu)良的水稻植株也可能攜帶有害基因，為了確定是否攜帶有害基因，除基因工程方法外，可采用的方法有 、 。 （5）誘變選育出的變異水稻植株還可通過PCR方法進(jìn)行檢測，通常該植株根、莖和葉都可作為檢測材料，這是因為 。 答案： （1）顯性 （2）基因突變頻率 不定向性 （3）結(jié)構(gòu)和數(shù)目 （4）自交 花藥離體培養(yǎng)形成單倍體、秋水仙素誘導(dǎo)加倍形成二倍體 （5）該水稻植株體細(xì)胞基因型相同 解析：本題考查基因突變相關(guān)知識。（1）自交后代出現(xiàn)性狀分離的親本性狀為顯性；（2）水稻種子用EMS溶液浸泡后，再在大田種植，通?？色@得株高、穗形、葉色等性狀變異的多種植株，所以EMS浸泡種子的作用是提高基因突變頻率，變異類型多種說明變異具有不定向性；（3）EMS誘導(dǎo)水稻細(xì)胞的DNA發(fā)生變化，但是不影響而染色體的結(jié)構(gòu)和數(shù)目。（4）表現(xiàn)優(yōu)良的植株可能含有隱性突變基因，為確定該基因是否有害要先讓其表達(dá)出來，所以可用自交的方法，也可以用單倍體育種的方法來讓隱性基因表達(dá)出來。即花藥離體培養(yǎng)形成單倍體、秋水仙素誘導(dǎo)加倍形成二倍體；（5）用EMS溶液浸泡水稻種子所以長成的突變植株的所有體細(xì)胞中都含相同的基因。 【名師點(diǎn)撥】 1．基因突變與蛋白質(zhì) 基因突變一定會引起mRNA的變化，但是不同類型的基因突變對蛋白質(zhì)合成的影響不同，對性狀的影響也就不同?；蛑袎A基對的改變會引起蛋白質(zhì)如下變化：如果堿基對的改變引起mRNA的改變是使正常的密碼子變?yōu)榻K止密碼，那么就會使蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)目變少，相反可能變多；如果堿基對的改變引起mRNA的改變是使正常的密碼子變?yōu)槠渌艽a子，那么蛋白質(zhì)中可能改變一個氨基酸或沒有氨基酸改變。基因中堿基對的增添或缺失引起的mRNA的改變，會從增添或缺失的部位開始使密碼子改變，翻譯而成的蛋白質(zhì)的氨基酸順序也有較大變化。 2．基因重組與減數(shù)分裂、基因傳遞的關(guān)系 (1)基因重組是發(fā)生在生物體有性生殖過程中，實(shí)質(zhì)上就是發(fā)生在生物體形成有性生殖細(xì)胞的減數(shù)分裂過程中 ①在減數(shù)第一次分裂過程的四分體時期，同源染色體上的非姐妹染色單體之間出現(xiàn)交叉互換，導(dǎo)致其上的等位基因互換，引起配子出現(xiàn)了新的基因組合現(xiàn)象。 ②在減數(shù)第一次分裂過程中，由于同源染色體的分離和非同源染色體之間的自由組合，導(dǎo)致了非同源染色體上的非等位基因的自由組合，引起配子中出現(xiàn)新的基因組合現(xiàn)象。 (2)減數(shù)分裂過程中非同源染色體的自由組合，導(dǎo)致非同源染色體的非等位基因的重新組合是基因自由組合定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)；而減數(shù)分裂過程中同源染色體上的非姐妹染色單體的互換，導(dǎo)致非等位基因重新組合是基因互換的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。