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課時分層作業(yè)(十三) 基因突變和基因重組 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標練] 1．下列情況引起的變異屬于基因重組的是(　　) ①非同源染色體上的非等位基因的自由組合 ②基因型為DD的豌豆，種植在土壤貧瘠的地方而出現(xiàn)矮莖性狀，下一代種植在水肥充足的地方，全表現(xiàn)為高莖 ③同源染色體上的非姐妹染色單體之間發(fā)生局部交換 ④DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失 A．①②　　　　 B．③④ C．①③ D．②④ C　[基因重組有兩種情況：一是在減數(shù)第一次分裂的四分體時期同源染色體的非姐妹染色單體之間發(fā)生的交叉互換，二是減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體上的非等位基因的自由組合。] 2．下列有關生物變異的敘述，不合理的是(　　) A．基因突變會導致遺傳信息的改變 B．染色體變異在光學顯微鏡下可觀察到 C．可遺傳的變異可為生物進化提供原材料 D．非同源染色體上的非等位基因才能重組 D　[減數(shù)第一次分裂前期，同源染色體上非姐妹染色單體的交叉互換也能導致基因重組。] 3．人體甲狀腺濾泡上皮細胞具有很強的攝碘能力。臨床上常用小劑量的放射性同位素131I治療某些甲狀腺疾病，但大劑量的131I對人體會產生有害影響。積聚在細胞內的131I可能直接(　　) 【導學號：01632165】 A．插入DNA分子引起插入點后的堿基序列改變 B．替換DNA分子中的某一堿基引起基因突變 C．造成染色體斷裂、缺失或易位等染色體結構變異 D．誘發(fā)甲狀腺濾泡上皮細胞基因突變并遺傳給下一代 C　[131I作為放射性物質，可以誘導生物變異，但不能插入或替換DNA的堿基，從而使基因發(fā)生突變。大劑量的放射性同位素131I積聚在甲狀腺濾泡上皮細胞可誘發(fā)其發(fā)生基因突變，但因突變發(fā)生在體細胞而不是生殖細胞，故不能遺傳給下一代；大劑量131I可能造成染色體斷裂、缺失或易位等染色體結構變異，故C正確。] 4．下列哪項不是有絲分裂或減數(shù)分裂過程中均可發(fā)生的變異(　　) A．DNA復制時發(fā)生堿基對的增添、缺失或改變，導致基因突變 B．非同源染色體之間發(fā)生自由組合，導致基因重組 C．非同源染色體之間交換一部分片段，導致染色體結構變異 D．著絲點分裂后形成的兩條染色體不能移向兩極，導致染色體數(shù)目變異 B　[非同源染色體之間發(fā)生自由組合，導致基因重組僅發(fā)生在減Ⅰ過程中；有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂的間期DNA復制過程中均可發(fā)生基因突變；C、D中導致的染色體結構、數(shù)目變異在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中均可發(fā)生。] 5．下列有關基因突變和基因重組的敘述正確的是(　　) A．DNA分子缺失一個基因屬于基因突變 B．發(fā)生在體細胞的突變一定不能遺傳給后代 C．非同源染色體之間交換部分片段屬于基因重組 D．基因突變和基因重組都能改變生物的基因型 D　[基因突變指DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添或缺失，而引起基因結構的改變，DNA分子缺失一個基因不屬于基因突變，A錯誤；植物的體細胞發(fā)生的突變，可以通過無性繁殖傳遞給后代，B錯誤；非同源染色體之間交換部分片段屬于染色體結構變異中的易位，C錯誤。] 6．用人工誘變方法使黃色短桿菌的質粒中脫氧核苷酸序列發(fā)生如下變化：CCGCTAACG→CCGCGAACG，那么黃色短桿菌將發(fā)生的變化和結果是(　　) 【導學號：01632166】 (可能相關的密碼子為：脯氨酸：CCG，CCA；甘氨酸：GGC，GGU；天冬氨酸：GAU，GAC；丙氨酸：GCA，GCU，GCC，GCG；半胱氨酸：UGU，UGC) A．基因突變，性狀改變 B．基因突變，性狀沒有改變 C．基因和性狀均沒有改變 D．基因沒變，性狀改變 A　[從基因突變的情況可看出：基因片段中的T突變?yōu)镚，對應的mRNA上的密碼子由GAU變成GCU，編碼的氨基酸由天冬氨酸變?yōu)楸彼?，氨基酸的改變引起生物性狀的改變。] 7．關于等位基因B和b發(fā)生突變的敘述，錯誤的是(　　) A．等位基因B和b都可以突變成為不同的等位基因 B．X射線的照射不會影響基因B和基因b的突變率 C．基因B中的堿基對GC被堿基對AT替換可導致基因突變 D．在基因b的ATGCC序列中插入堿基C可導致基因b的突變 B　[基因突變具有不定向性，A項正確；物理因素如X射線等可提高突變率，B項錯誤；基因中堿基對的替換、增添或缺失均可引起基因突變，C項、D項正確。] 8．如圖是基因工程主要技術環(huán)節(jié)的一個基本步驟，這一步驟需用到的工具是 (　　) A．DNA連接酶和解旋酶 B．DNA聚合酶和限制性核酸內切酶 C．限制性核酸內切酶和DNA連接酶 D．DNA聚合酶和RNA聚合酶 C　[目的基因和運載體結合需要基因剪刀——限制性核酸內切酶和基因針線——DNA連接酶。此過程不涉及DNA復制，不需要DNA聚合酶和解旋酶。] 9．下圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應的酶依次是(　　) A．DNA連接酶、限制酶、解旋酶 B．限制酶、解旋酶、DNA連接酶 C．解旋酶、限制酶、DNA連接酶 D．限制酶、DNA連接酶、解旋酶 C　[圖中①處是氫鍵，可由解旋酶破壞；②處是磷酸二酯鍵，可由限制酶破壞；③處是限制酶切口，可由DNA連接酶催化連接。] 10．由于基因突變，導致蛋白質中的一個賴氨酸發(fā)生了改變。根據(jù)圖和下表回答問題： 【導學號：01632167】 第一個字母　 第二個字母 第三個字母 U C A G A 異亮氨酸 異亮氨酸 異亮氨酸 甲硫氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 賴氨酸 賴氨酸 絲氨酸 絲氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G (1)圖中Ⅰ過程發(fā)生的場所是__________，Ⅱ過程叫__________。 (2)除賴氨酸以外，圖解中X是密碼子表中哪一種氨基酸的可能性最??？__________。原因是____________________________________。 (3)若圖中X是甲硫氨酸，且②鏈與⑤鏈(模板鏈)只有一個堿基不同，那么⑤鏈不同于②鏈上的那個堿基是__________。 (4)從表中可看出密碼子具有__________的特點，它對生物體生存和發(fā)展的意義是______________________________________________________ __________________________________________________。 [解析]　(1)Ⅰ過程為翻譯，在細胞質的核糖體上進行。Ⅱ過程為轉錄，在細胞核中進行。(2)由賴氨酸與表格中其他氨基酸的密碼子對比可知，賴氨酸與異亮氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、精氨酸的密碼子相比，都只有一個堿基的差別，而賴氨酸與絲氨酸的密碼子有兩個堿基的差別，故圖解中X是絲氨酸的可能性最小。(3)由表格中甲硫氨酸與賴氨酸的密碼子可知，②鏈與⑤鏈的堿基序列分別為TTC與TAC，差別的堿基是A。(4)從增強密碼容錯性的角度來解釋，當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能并不會改變其對應的氨基酸；從密碼子使用頻率來考慮，當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼這種氨基酸，可以保證翻譯的速度。 [答案]　(1)核糖體　轉錄 (2)絲氨酸　絲氨酸與賴氨酸有兩個堿基的差別 (3)A (4)簡并性　增強了密碼容錯性，保證了翻譯的速度 11．酵母菌的維生素、蛋白質含量高，可用于生產食品和藥品等?？茖W家將大麥細胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌可產生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如下： (1)該技術定向改變了酵母菌的性狀，這在可遺傳的變異的來源中屬于________。 (2)本操作中為了將LTP1基因導入酵母菌細胞內，所用的運載體是________。 (3)要使運載體與LTP1基因連接，首先應使用________________進行切割。 (4)切割完成后，利用____________將運載體與LTP1基因連接。 [解析]　(1)基因工程能克服遠緣雜交不親和的障礙，使原本不在一起的基因組合到一起，使生物具有特定性狀，其原理為基因重組。(2)運載體是取自大腸桿菌的質粒(見圖)。(3)(4)基因工程中的“剪刀”為限制酶，兩個序列相同、能互補配對的黏性末端可用DNA連接酶“縫合”。 [答案]　(1)基因重組　(2)質粒 (3)同一種限制酶　(4)DNA連接酶 12．下圖為具有2對相對性狀的某自花傳粉的植物種群中甲植株(純種)的一個A基因和乙植株(純種)的一個B基因發(fā)生突變的過程(已知A基因和B基因是獨立遺傳的)，請分析該過程，回答下列問題。 (1)上述兩個基因發(fā)生突變是由于 ________________________引起的。 (2)右圖為甲植株發(fā)生了基因突變的細胞，它的基因型為________，表現(xiàn)型是________，請在圖中標明基因與染色體的關系。 (3)甲、乙發(fā)生基因突變后，該植株及其子一代均不能表現(xiàn)突變性狀，為什么？可用什么方法讓其后代表現(xiàn)出突變性狀。 ____________________________________________________________ ___________________________________________________________ __________________________________________________。 (4)a基因和b基因分別控制兩種優(yōu)良性狀。請利用已表現(xiàn)出突變性狀的植株為實驗材料，設計實驗，培育出同時具有兩種優(yōu)良性狀的植株(用遺傳圖解表示)。 [解析]　(1)由圖可知甲植株和乙植株都發(fā)生了堿基的替換。(2)因為A基因和B基因是獨立遺傳的，所以這兩對基因應該分別位于圖中的兩對同源染色體上。又由于甲植株(純種)的一個A基因發(fā)生突變，所以該細胞的基因型應該是AaBB，性狀是扁莖缺刻葉。(3)植株雖已突變但由于A對a的顯性作用，B對b的顯性作用，在植株上并不能表現(xiàn)出突變性狀。當突變發(fā)生于體細胞時，突變基因不能通過有性生殖傳給子代；要想讓子代表現(xiàn)出突變性狀，可對突變部位的組織細胞進行組織培養(yǎng)，而后讓其自交，后代中即可出現(xiàn)突變性狀。(4)雜交育種和單倍體育種兩種方法都能取得不錯的效果。 [答案]　(1)一個堿基的替換 (2)AaBB(寫Aa不行)　扁莖缺刻葉(寫扁莖不得分)　表示出兩對基因分別位于兩對同源染色體上即可 (3)該突變均為隱性突變，且基因突變均發(fā)生在甲和乙的體細胞中，不能通過有性生殖傳遞給子代。取發(fā)生基因突變部位的組織細胞，通過組織培養(yǎng)技術獲得試管苗，讓其自交，其子代即可表現(xiàn)突變性狀 (4) [沖A挑戰(zhàn)練] 13．如圖表示人類鐮刀型細胞貧血癥的病因，已知谷氨酸的密碼子是GAA、GAG，據(jù)圖分析正確的是(　　) 【導學號：01632168】 A．轉運纈氨酸的tRNA一端的三個堿基是CAU B．②過程是以α鏈作模板，以脫氧核苷酸為原料，由ATP供能，在有關酶的催化作用下完成的 C．控制血紅蛋白的基因中任意一個堿基對發(fā)生改變都會引起鐮刀型細胞貧血癥 D．人發(fā)生此貧血癥的根本原因在于血紅蛋白中的一個谷氨酸被纈氨酸取代 A　[由于運輸氨基酸的tRNA一端的三個堿基是與mRNA中的堿基互補配對，所以運輸纈氨酸的tRNA一端的三個堿基為CAU；②過程為轉錄，所需的原料為核糖核苷酸；控制血紅蛋白的基因中不同堿基對的改變對氨基酸的種類變化作用是不同的；性狀改變的根本原因是基因中堿基對的改變。] 14．某植株的一條染色體發(fā)生缺失突變，獲得該缺失染色體的花粉不育，缺失染色體上具有紅色顯性基因B，正常染色體上具有白色隱性基因b(如圖)。如以該植株為父本，測交后代中部分表現(xiàn)為紅色性狀。下列解釋最合理的是(　　) A．減數(shù)分裂時染色單體1或2上的基因b突變?yōu)锽 B．減數(shù)第二次分裂時姐妹染色單體3與4自由分離 C．減數(shù)第二次分裂時非姐妹染色單體之間自由組合 D．減數(shù)第一次分裂時非姐妹染色單體之間交叉互換 D　[根據(jù)題干所知，染色體缺失花粉不育，則正常情況下，該植物做父本只產生含b的配子，測交后代不可能出現(xiàn)紅色性狀。既然測交后代中有部分個體表現(xiàn)為紅色性狀，說明父本產生的配子中有部分含有B。若發(fā)生基因突變，則后代個體只有個別個體表現(xiàn)為紅色；若是減數(shù)第一次分裂時非姐妹染色單體發(fā)生交叉互換，因為交叉互換有一定的交換率，故父本產生的配子中可能有一部分含有B，測交后代可能會出現(xiàn)部分(不是個別)紅色性狀，D正確?；蛲蛔兙哂胁欢ㄏ蛐裕彝蛔兟实?，減數(shù)分裂時染色單體一旦形成，則不發(fā)生基因突變，故A錯誤；減數(shù)二次分裂時3與4隨著絲點的分裂而分離，形成的兩個花粉由于含有缺失染色體而不育，B錯誤；非姐妹染色單體之間自由組合發(fā)生在減數(shù)與第一次分裂后期，故C錯誤。] 15．據(jù)下圖分析，下列有關基因工程的說法不正確的是(　　) A．為防止目的基因與質粒任意結合而影響基因的表達，應用限制酶Ⅰ、Ⅱ同時切割二者 B．限制酶、DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵 C．與啟動子結合的應該是RNA聚合酶 D．能夠檢測到標記基因表達產物的受體細胞中，也一定會有目的基因的表達產物 D　[限制酶Ⅰ、Ⅱ是兩種不同的限制酶，切割后形成的末端序列不同，用限制酶Ⅰ、Ⅱ同時切割質粒和目的基因，可防止質粒和目的基因任意結合而影響基因的表達，A正確；限制酶能破壞磷酸二酯鍵，DNA連接酶能形成磷酸二酯鍵，二者的作用部位相同，B正確；轉錄時與啟動子結合的是RNA聚合酶，C正確；能夠檢測到標記基因表達產物的受體細胞中，也一定會有目的基因，但目的基因不一定會表達，D錯誤。] 16．水稻葉片寬窄受細胞數(shù)目和細胞寬度的影響，為探究水稻窄葉突變體的遺傳機理，科研人員進行了實驗。 【導學號：01632169】 (1)科研人員利用化學誘變劑處理野生型寬葉水稻，可誘發(fā)野生型水稻的DNA分子中發(fā)生堿基對的________，導致基因突變，獲得水稻窄葉突變體。 (2)測定窄葉突變體和野生型寬葉水稻的葉片細胞數(shù)目和單個細胞寬度，結果如圖所示。該結果說明窄葉是________________所致。 (3)將窄葉突變體與野生型水稻雜交，F(xiàn)1均為野生型，F(xiàn)1自交，測定F2水稻的________，統(tǒng)計得到野生型122株，窄葉突變體39株。據(jù)此推測窄葉性狀是由________控制的。 (4)研究發(fā)現(xiàn)，窄葉突變基因位于2號染色體上?？蒲腥藛T推測2號染色體上已知的三個突變基因可能與窄葉性狀出現(xiàn)有關。這三個突變基因中堿基發(fā)生的變化如下表所示。 突變基因 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 堿基變化 C→CG C→T CTT→C 蛋白質 與野生型分子結構無差異 與野生型有一個氨基酸不同 長度比野生型明顯變短 由上表推測，基因Ⅰ的突變沒有發(fā)生在________序列，該基因突變________(填“會”或“不會”)導致窄葉性狀。基因Ⅲ突變使蛋白質長度明顯變短，這是基因Ⅲ的突變導致________。 (5)隨機選擇若干株F2窄葉突變體進行測序，發(fā)現(xiàn)基因Ⅱ的36次測序結果中該位點的堿基35次為T，基因Ⅲ的21次測序結果中該位點均為堿基TT缺失。綜合上述實驗結果判斷，窄葉突變體是由于基因________發(fā)生了突變。 (6)F2群體野生型122株，窄葉突變體39株，仍符合3∶1的性狀分離比，其原因可能是_________________________________________________ __________________________________________________。 [解析]　(1)基因突變是指DNA分子中發(fā)生堿基對的增添、缺失、替換，引起基因結構的改變。(2)據(jù)圖分析：突變體和野生型比較，細胞數(shù)減少，單個細胞寬度沒有明顯變化，故窄葉是細胞數(shù)目減少而不是單個細胞寬度變窄所致。(3)該雜交實驗研究的相對性狀是葉片寬窄，故應測定F2水稻的葉片寬窄；統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：野生型∶窄葉突變體＝122∶39≈3∶1，據(jù)此推測窄葉突變體為隱性性狀，由一對隱性基因控制。(4)突變基因Ⅰ表達的蛋白質與野生型分子結構無差異，說明密碼子的數(shù)目和序列沒變，故基因Ⅰ的突變沒有發(fā)生在密碼子對應的序列；基因通過控制蛋白質的合成決定性狀，故該突變基因不會導致窄葉性狀；突變基因Ⅲ的堿基較野生型減少2個堿基對，但表達的蛋白質長度明顯變短，原因可能是突變導致翻譯提前終止。(5)根據(jù)測序結果，發(fā)現(xiàn)窄葉突變體中基因Ⅱ出現(xiàn)表格中的突變的概率為35/36、基因Ⅲ出現(xiàn)表格中的突變的概率為100%，故可判斷窄葉突變體是由于基因Ⅱ、Ⅲ發(fā)生了突變。(6)兩個窄葉突變基因均位于2號染色體上，不遵循基因的自由組合定律，F(xiàn)2群體野生型122株，窄葉突變體39株，仍符合3∶1的性狀分離比，說明基因Ⅱ、Ⅲ之間未發(fā)生交叉互換。 [答案]　(1)增添、缺失、替換(或填“替換、缺失”) (2)細胞數(shù)目減少而不是單個細胞寬度變窄 (3)(單株)葉片寬窄　一對隱性基因 (4)密碼子對應(或“編碼”)　不會　翻譯提前終止 (5)Ⅱ、Ⅲ(同時) (6)基因Ⅱ、Ⅲ之間未發(fā)生交叉互換(或“基因Ⅱ、Ⅲ中的一個突變對性狀無影響”)