2022年新教材高中生物5.1基因突变和基因重组课件新人教版必修2

第5章　基因突变及其他变异第1节　基因突变和基因重组一、基因突变的实例和概念1.实例:镰状细胞贫血(1)图示中a、b、c过程分别代表___________________。基因突变发生在______(填字母)过程中。 (2)人们患镰状细胞贫血的直接原因是_____________,根本原因是___________________________________。DNA复制、转录、翻译a血红蛋白异常发生了基因突变,碱基对由替换成【激疑】用光学显微镜观察某同学的红细胞,能不能判断其是否患镰状细胞贫血?提示:能。正常红细胞呈圆饼状,如果呈镰刀状,就说明该同学患镰状细胞贫血。2.概念:(1)发生部位:________。(2)变异类型:碱基对的替换、___________。(3)产生结果:_____________的改变。DNA分子增添或缺失基因碱基序列二、细胞的癌变1.细胞癌变的机理:【激疑】　某人长期吸烟,一定会引起细胞癌变吗?提示:不一定。只有在致癌因子引起原癌基因和抑癌基因等多个基因发生突变时,才会导致正常细胞的生长和增殖失控而变成癌细胞。2.癌细胞的特征:三、基因突变的原因和特点1.基因突变的原因:(1)外界因素(连线):(2)内部因素:DNA分子复制偶尔发生错误。2.基因突变的特点:判断以下关于基因突变特点描述的正误:(1)任何生物都有可能发生基因突变。()(2)基因突变的方向与特定的环境有关。()提示:基因突变是不定向的,与环境无关。√×(3)DNA的任何部位都有可能发生基因突变,表达了基因突变不定向性的特点。()提示:DNA的不同部位都可以发生突变,这属于基因突变随机性的特点。×(4)基因突变的频率很低,因此不能提供丰富的可遗传的变异。()提示:当一个种群内有许多个体时,就有可能产生丰富的可遗传变异。×四、基因突变的意义1.对生物体的意义:(1)大多有害:破坏生物与现有环境的协调关系。(2)个别有利:如植物的___________、___________等。(3)中性突变:既无害也无益,如有的突变不会导致__________出现。抗病性突变耐旱性突变新的性状2.对进化的意义:产生_______的途径,生物变异的__________,为生物进化提供_______。新基因根本来源原材料五、基因重组1.概念:(1)范围:生物体_____生殖。(2)过程:___________________重新组合。有性控制不同性状的基因2.类型:(1)自由组合型:位于非同源染色体上的___________随非同源染色体的_________而发生重组。一个性原细胞的染色体和基因组成为,那么该性原细胞经减数分裂可产生的子细胞基因组成为________________。非等位基因自由组合AB和ab或Ab和aB(2)互换型:位于同源染色体上的_________随非姐妹染色单体的交换而发生交换。一个性原细胞的染色体和基因组成为,假设B和b所在的片段在减数分裂Ⅰ前期发生互换,那么该性原细胞可产生的子细胞基因组成为_______________。等位基因AB、ab、Ab和aB3.结果:不产生新基因,但产生新的_________。4.意义:基因重组也是_________的来源之一,对生物的进化也具有重要的意义。基因组合生物变异【激疑】基因型为AaBB的小麦自交过程中,会发生基因重组吗?提示:不会。该小麦只有一对等位基因,基因重组至少要涉及两对等位基因。知识点一　基因突变1.基因突变的机理:2.基因发生突变不一定导致生物性状改变的原因:(1)基因发生突变时,改变后的密码子与原密码子仍决定同一种氨基酸(即密码子的简并性)。(2)基因突变为隐性突变,如AA中的一个A→a,此时性状也不改变。(3)性状表现是基因和环境因素共同作用的结果,在某些环境条件下,改变了的基因可能并不会在性状上表现出来。　【思考·讨论】1.基因突变可以遗传给后代吗?举例说明。(科学思维)(1)假设发生在配子中,可_______________________。(2)假设发生在体细胞中,___________________________________________。通过有性生殖传递给后代一般不能遗传,但有些植物可通过无性生殖传递2.基因突变后该基因转录的mRNA序列_____(填“一定〞或“不一定〞)改变。理由是________________________________________________________________________(科学思维)。一定基因突变那么该基因的碱基序列一定发生改变,由此转录出的mRNA序列也一定改变【素养案例】某基因由于发生突变,导致转录形成的mRNA长度不变,但合成的多肽链缩短,以下解释不合理的是(　　)世纪金榜导学号A.该基因最可能发生碱基对的替换B.突变可能导致mRNA上的终止密码子提前出现C.该突变导致转录时需要的核苷酸数目减少D.该突变导致翻译时需要的氨基酸数目减少【解题导引】(1)题干关键词:mRNA长度不变,但多肽链缩短。(2)解题必备:①转录时遵循碱基互补配对原那么,所需原料为核糖核苷酸。②mRNA中相邻的三个碱基构成一个遗传密码,决定一个氨基酸,或使翻译终止。【解析】选C。因为该基因突变后,转录形成的mRNA长度不变,因此最可能是发生了碱基对的替换,A正确。虽然转录形成的mRNA长度不变,但合成的多肽链缩短,可能是mRNA上的终止密码子提前出现的原因,B正确。因为该基因突变后,转录形成的mRNA长度不变,因此该突变导致转录时需要的核苷酸数目不变,C错误。虽然转录形成的mRNA长度不变,但合成的多肽链缩短,因此翻译时需要的氨基酸数目减少,D正确。【素养·探究】——母题追问(1)科学思维——分析与讨论假假设突变基因与正常基因编码的多肽链一样,请从基因表达的角度分析出现此现象的原因可能是什么?提示:突变基因与正常基因虽然转录出的mRNA不同,但由于密码子的简并性,使得突变基因与正常基因编码的多肽链一样。(2)科学思维——归纳与概括假假设该基因的编码区起始端插入了一个碱基对。在插入位点的附近,再发生以下哪种情况有可能对其编码的蛋白质构造影响最小?并表述理由。①替换单个碱基对　②增加4个碱基对　③缺失3个碱基对　④缺失4个碱基对提示:④。在①、②、③情况下,会导致其编码的蛋白质构造与原来完全不同。而在起始端插入一个碱基对,再在插入位点的附近缺失4个碱基对,其编码的蛋白质构造仅比原来编码的蛋白质起始端少一个氨基酸,而其他氨基酸序列一样,因而影响最小。【方法规律】基因突变类问题的解题方法【素养·迁移】(2021·海南高考)以下有关基因突变的表达,正确的选项是世纪金榜导学号(　　)A.高等生物中基因突变只发生在生殖细胞中B.基因突变必然引起个体表现型(表型)发生改变C.环境中的某些物理因素可引起基因突变D.根细胞的基因突变是通过有性生殖传递的【解析】选C。高等生物中基因突变可发生在任何细胞中,A项错误;基因突变不一定引起个体表现型(表型)发生改变,如AA→Aa,生物性状不变,B项错误;环境中的某些物理因素(如X射线、紫外线)可引起基因突变,C项正确;根细胞的基因突变不能通过有性生殖传递,可以通过无性生殖传递,D项错误。【补偿训练】　　人类能遗传的基因突变,常发生在(　　)A.减数分裂Ⅱ　　　　　B.四分体时期C.减数分裂前的间期D.有丝分裂间期【解析】选C。能遗传的基因突变应发生于配子的形成过程中,主要发生于减数分裂前的间期。体细胞有丝分裂间期发生的突变一般不能遗传给后代。知识点二　细胞的癌变1.癌细胞的主要特征:(1)无限增殖:细胞来源分裂次数存活时间正常人肝细胞50～6045.8～55天海拉宫颈癌细胞无限分裂1951年至今(2)形态构造发生显著变化:(3)易分散和转移:细胞膜上的糖蛋白减少→细胞间的黏着性降低→细胞容易分散和转移。2.癌变机理:【思考·讨论】1.癌细胞生命活动相对较为旺盛,细胞内线粒体、核糖体的活动活泼。请从下面两个方面探讨。(生命观念)(1)线粒体活动活泼的原因:_________________________________________________________。(2)核糖体活动活泼的原因:_____________________________________________________。主要为癌细胞的分裂提供能量,同时也为其他生命活动提供能量在有丝分裂的间期要合成大量的蛋白质,为细胞分裂做准备2.白血病是一种常见的造血组织肿瘤疾病,请从细胞癌变机理的角度分析,致癌因子是如何使造血干细胞发生癌变转化成癌细胞的?(科学思维)_____________________________________________________________________________________。致癌因子使造血干细胞的原癌基因和抑癌基因发生突变,从而使正常的造血干细胞转化成癌细胞【素养案例】癌细胞与正常细胞相比,与RNA和DNA合成有关的酶的活性显著增强,相应的核酸的分解速率明显降低。这与癌细胞所具有的哪种特征有关(　　)世纪金榜导学号A.能够无限增殖B.细胞呈球形C.细胞彼此间的黏着性减小D.细胞呼吸以无氧呼吸为主【解题导引】【解析】选A。癌细胞特点之一是无限增殖,需要进展大量核酸合成,此过程需要有关合成酶的催化,因此癌细胞中核酸的分解速率明显降低,应选A。【素养·探究】——情境迁移精准治疗在癌症治疗上取得了明显进展,医生在分析患者基因信息的根底上准确地选择靶向药物,让一些患者减轻了痛苦,延长了生命。(1)如脂质体阿霉素将脂质体和药物、抗体有机结合,能识别特定的癌细胞,提高药物的靶向性。阿霉素是细胞周期非特异性药物,可抑制RNA和DNA的合成,从细胞分裂的角度分析阿霉素治疗癌症的机理是什么?(科学思维)提示:阿霉素可以使癌细胞分裂停留在间期。(2)早期的癌症可以通过切除的方法进展治疗,但是中、晚期就不能用这种方法了,从癌细胞的特征角度分析原因是什么?(科学思维)提示:癌细胞外表发生了变化,细胞膜上的糖蛋白等物质减少,使细胞彼此之间的黏着性减小,导致癌细胞容易在体内分散和转移。中、晚期癌细胞已扩散至全身,因此不能采用切除法治疗。【方法规律】巧记癌变细胞的特征(1)“不死〞—能够无限增殖;(2)“变态〞—细胞形态构造发生显著改变;(3)“扩散〞—糖蛋白减少,细胞间黏着性降低,易在体内分散和转移。【素养·迁移】如下图为结肠癌发病过程中细胞形态和局部染色体上基因的变化。以下表述正确的选项是(　　)世纪金榜导学号A.图示中与结肠癌有关的基因互为等位基因B.结肠癌的发生是多个基因突变累积的结果C.图中染色体上基因的变化说明基因突变是随机和定向的D.图示中的基因突变可传递给子代细胞,从而一定传给子代个体【解析】选B。等位基因是指位于同源染色体的同一位置上控制相对性状的基因,故图示中与结肠癌有关的基因不能称为等位基因,A项错误;由图可知,结肠癌的发生是多个基因突变累积的结果,B项正确;基因突变具有随机性和不定向性,C项错误;图示中的基因突变发生在体细胞中,不可能传给下一代个体,D项错误。【补偿训练】以下关于细胞的癌变,表达错误的选项是(　　)A.原癌基因的主要功能是阻止细胞发生异常增殖B.人体细胞中本来就有与癌变有关的基因C.癌细胞是能连续分裂的细胞D.癌变的发生并不是单一基因突变的结果,具有累积效应【解析】选A。原癌基因表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的。抑癌基因表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖,A错误;人体所有细胞中都有与癌变有关的基因(原癌基因和抑癌基因),B正确;癌细胞是不受机体控制的、能连续分裂的恶性增殖细胞,C正确;癌变的发生并不是单一基因突变的结果,具有累积效应,D正确。知识点三　基因重组及其与基因突变的比较1.两种基因重组类型的比较:重组类型互换型自由组合型发生时间减数分裂Ⅰ四分体时期减数分裂Ⅰ后期发生机制同源染色体的非姐妹染色单体之间互换导致染色单体上的基因重新组 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源染色体分开,等位基因分离,非同源染色体自由组合,导致非同源染色体上非等位基因间的重新组合重组类型互换型自由组合型图像示意2.基因突变和基因重组的比较:项目基因突变基因重组变异本质基因分子结构发生改变基因的重新组合发生时期一般发生在有丝分裂前的间期或减数分裂前的间期减数分裂Ⅰ四分体时期和减数分裂Ⅰ后期适用范围所有生物进行有性生殖的真核生物项目基因突变基因重组结果产生新基因产生新基因组合,不产生新基因意义生物变异的根本来源,为生物进化提供原材料生物变异的重要来源应用诱变育种杂交育种联系通过基因突变产生新基因(原基因的等位基因),为基因重组提供两对或两对以上的等位基因,是基因重组的基础　【思考·讨论】1.一对夫妻非孪生的两个孩子的基因型是否一样?假设不一样,可能的原因有哪些?(科学思维)提示:一般不一样。非同源染色体上非等位基因的自由组合;同源染色体中非姐妹染色单体的穿插互换;配子的随机组合;都可能使两个孩子的基因型不同。个体自交,后代性状别离是否表达基因重组?为什么?(生命观念)提示:不表达基因重组。基因重组是指控制不同性状的基因(非等位基因)的重新组合,该个体只存在等位基因。【素养案例】依据基因重组技术,在不久的将来,按照人类意愿将会创造出人类所需要的生物类型。以下关于基因重组的分析,错误的选项是世纪金榜导学号(　　)A.生物体进展有性生殖的过程中,控制不同性状的基因重新组合属于基因重组B.减数分裂四分体时期,同源染色体的姐妹染色单体之间的局部交换可导致基因重组C.减数分裂过程中,随着非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组D.一般情况下,水稻花药内可发生基因重组,而根尖那么不能【解题导引】(1)理解基因重组的概念,知道它发生在有性生殖过程中。(2)明确基因重组的两种类型:自由组合型、互换型。【解析】选B。基因重组是在有性生殖中,控制不同性状的基因重新组合的过程,A正确;基因重组发生在减数分裂过程中,减数分裂Ⅰ前期,同源染色体的非姐妹染色单体之间的穿插互换和减数分裂Ⅰ后期非同源染色体上的非等位基因自由组合都会引起基因重组,B错误,C正确;花药内进展减数分裂形成花粉粒,根尖分生区只进展有丝分裂,D正确。【方法规律】“三看法〞判断基因突变与基因重组(1)一看亲子代基因型。①如果亲代基因型为BB或bb,那么引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变。②如果亲代基因型为Bb,那么引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变或染色体互换。(2)二看细胞分裂方式。①如果是有丝分裂中染色单体上基因不同,那么为基因突变的结果。②如果是减数分裂过程中染色单体上基因不同,那么可能发生了基因突变或染色体互换。(3)三看细胞分裂图。①图甲是有丝分裂后期图像,两条子染色体上的两基因不同,那么为基因突变的结果。②图乙是减数分裂Ⅱ后期图像,两条子染色体(同白或同黑)上的两基因不同,那么为基因突变的结果。③图丙是减数分裂Ⅱ后期图像,两条子染色体(颜色不一致)上的两基因不同,那么为穿插互换(基因重组)的结果。【素养·探究】——情境迁移水稻有两个品种AABB、aabb,且两对基因位于一对同源染色体上,两品种杂交得到F1(AaBb),F1自交得到F2。(1)假设基因不发生互换,F2可能有几种基因型和表型?(科学思维)提示:F1可产生2种配子:AB、ab,F2可能有3种基因型:AABB、AaBb、aabb,2种表型。(2)假设基因(A、a之间)发生互换,F2可能有几种表型?(科学思维)提示:F1可产生4种配子:AB、aB、Ab、ab,F2可能有9种基因型:AABB、AaBb、AaBB、AABb、AAbb、Aabb、aaBb、aaBB、aabb,4种表型。【素养·迁移】子代不同于亲代的性状,主要来自基因重组,以下图解中哪些过程可以发生基因重组(　　)世纪金榜导学号A.①②④⑤　　　　B.④⑤C.③⑥D.①②③④⑤⑥【解析】选B。基因重组包括基因自由组合和穿插互换两种类型,前者发生在减数分裂Ⅰ后期,后者发生在减数分裂Ⅰ前期;基因重组表示两对或两对以上的基因自由组合,即④⑤过程,故B正确。【补偿训练】　　以下甲、乙分裂过程中产生配子时发生的变异分别属于(　　)A.基因重组,不可遗传变异B.基因重组,基因突变C.基因突变,不可遗传变异D.基因突变,基因重组【解析】选D。甲过程中的“a〞基因是从“无〞到“有〞,属于基因突变;而乙过程中A、a、B、b基因是已经存在的,只是进展了重新组合,即基因重组。