第第 11 节 基因突变和基因重组节 基因突变和基因重组

滁州市 第四中学 王丽莉滁州市 第四中学 王丽莉

必修 2 遗传与进化 第 5 章 基因突变及其他变异

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教学目标 重点难点 问题探讨 教学过程 知识结构 教学反馈 课后习题 教学参考

教学目标

　　 1 ．了解基因突变的概念、特点和意义。

　　 2 ．了解人工诱变在育种上的应用。

　　 3 ．了解基因重组的概念和意义。

教学重点

　　 1 ．基因突变的概念和特点。

　　 2 ．基因重组的概念。

　教学难点

　　基因突变的概念。

问题探讨三位同学在抄写英文句子“ THE CAT SAT ON THE MAT” （猫坐在草席上）时，分别抄成了 “THE KAT SAT ON THE MAT” “THE HAT SAT ON THE MAT” “THE CAT ON THE MAT”讨论：假如在 DNA 分子的复制过程中，发生了类似的错误， DNA分子携带的遗传信息将会发生怎样的变化？这些变化可能对生物体产生什么影响？ 答案： 1.DNA 分子携带的遗传信息发生了改变。

影响：如果氨基酸发生了改变，生物体的性状可能发生改变。改变的性状对生物体的生存可能有害，可能有利，也可能既无害也无利。

2. 因密码的简并性， DNA 编码的氨基酸不一定改变。

哼，什么杀虫药，对付俺老祖宗还差不多！

　　　过去有效的杀虫药，为什么现在就不起作用了呢？

　　你们大量使用杀虫药，我们可是兵多将广，变异类型多着呢！

通过美容手术，纹成弯弯的柳叶眉，这种柳叶眉能通过美容手术，纹成弯弯的柳叶眉，这种柳叶眉能

遗传吗？为什么？遗传吗？为什么？

不可遗传的变异不可遗传的变异

太空椒（经过太空遨游，也就是经过辐射的）和普通椒相比，太空椒具有明显的优势，果实肥大，把其种下去后结出的仍是太空椒

可遗传的变异

生殖细胞内的遗传物质发生了改变，其后代将继承这种改变。

不遗传的变异：

可遗传的变异：

由环境不同引起，遗传物质没有改变，不能进一步遗传给后代。

变异的类型

三个来源基因突变

基因重组

染色体变异

镰刀型贫血症是一种异常血红蛋白病。一旦缺氧，患者红细胞变成长镰刀型，血液的粘性增加，引起红细胞的堆积，导致各器官血流的阻塞。而出现脾脏肿大，四肢的骨骼、关节疼痛，血尿和肾功能衰竭等症状，病重时，红细胞受机械损伤而破裂产生溶血现象，引起溶血性贫血甚至造成死亡。

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缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—缬氨酸—谷氨酸——赖氨酸 ······ 异常

基因突变的实例 : 镰刀型细胞贫血症

缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸——赖氨酸 ······ 正常

血红蛋白分子的部分氨基酸顺序

正常 异常

CTT

GAA

谷氨酸 缬氨酸

DNA

mRNA

氨基酸

蛋白质 正常 异常

GUA

CAT

GTA突变

GAA

_____ 原因

_____ 原因

根本

直接

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增添

缺失

改变

DNA 分子中发生碱基对的 、 和 ，而引起的 的改变。

增添 缺失 改变基因结构

一．基因突变的概念

T G T C T

A C A G ADNA

U G U C URNA

半胱氨酸

T G C C T

A C G G A

U G C C U

半胱氨酸

基因突变是否一定会引蛋白质性状的改变？

同学们可以尝试在缺失和插入状态下蛋白质性状是否一定改变？

红花的后代变成了蓝紫色

基因突变的实例

正常山羊有时生下短腿“安康羊”

基因突变的实例

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基因突变的结果：

A A aA

一个基因突变后产生的是它的等位基因

基因突变有关基因突变的几个注意点：

（ 1 ）发生的时间 有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期

（ 2 ）基因突变不改变染色体上基因的数量，只改变基因的内部结构，使一个基因变成 它的等位基因（ A→a 或 a→A ）。

（二）基因突变的外因：基因突变

（三）基因突变的意义 :★ 基因突变是生物变异的根本原因，为生物的进化提供了最初的原材料。（思考一下，为什么？）

生物的性状是由基因控制的，新的性状（变异）由新的基因控制，而新的基因主要来自于基因突变。

1. 物理因素： X 射线、紫外线、激光等。2.化学因素：亚硝酸、碱基类似物质。3. 生物因素：病毒和某些细菌。

基因突变（四）基因突变的特点：

1 、生物界中普遍存在———普遍性2 、随时发生——随机性3 、自然情况下突变的频率很低——低频性4 、多数对生物有害——多害少利性5 、突变是不定向的——不定向性

①①成功率低成功率低 ,,有利个体往往不多有利个体往往不多②②需大量处理材料需大量处理材料

人工诱变在育种上的应用人工诱变在育种上的应用诱变意义 : 是创造动、植物新品种和微生物新类

型的重要方法

（（ 22 ））优点：①提高突变率，缩短育种周期②大幅度改良某些性状

（（ 33 ））缺点 :

物理因素： X射线、 γ射线、紫外线、激光等 化学因素：亚硝酸、硫酸二乙酯等 　

（ 1）常用的方法：

“ 一母生九仔，连母十个样”这种差异怎么造成的？

1. 概念：基因重组是指生物进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。

二、基因重组

基因重组能否产生新的基因？

非同源染色体上的 非等位基因自由组合

A

a

b

B

A

a

B

b

Ab和aB

AB和ab

2. 根本原因

同源染色体上的同源染色体上的 非姐妹染色单体之间的 非姐妹染色单体之间的 交叉互换交叉互换

基因重组是通过有性生殖来实现的

基因重组的实例

为生物变异提供了极其丰富的来源 , 是生物多样性的重要原因之一

3. 基因重组的意义 :

基因突变

定义

原因

特点

意义 应用

碱基对增添 缺失 改变

普遍性

随机性

低频性

多害少利性

不定向性

根本原因

外因

人工诱变育种

知识结构

基 因重 组

知识结构

定义原因

意义

练习题练习题1 、一批萝卜因种在肥沃的土地上而长得非常茂盛，块根也比普通的萝卜肥大。可知这些萝卜发生的是———————— ，如将这些萝卜的种子种到一般的土壤中，与普通萝卜相比，其性状将—————————。

2 、基因突变的原因是：A·染色体上的 DNA 变成了蛋白质B·染色体上的 DNA 变成了 RNAC·染色体上的 DNA减少了或增多了D·染色体上的 DNA 结构发生了局部改变

不遗传的变异和其他一样

D

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3 、诱变育种的特点是 ①能大幅度改良某些性状

②能形成新基因 ③大多形成新物种

④一般对个体生存有利 A ．①② B ．①③ c ．②③ D ．②④

4 、诱变育种所依据的遗传学原理是A ．基因自由组合 B ．基因突变 C ．染色体变异 D ．染色体交叉互换

A

B

6、基因突变发生在下列哪种细胞中： A.洋葱表皮细胞 B. 人的神经细胞 C. 根尖生长点 D. 人的卵细胞

C

5、基因重组是通过什么过程实现的：

A ．无性生殖 B.两性生殖 C. 有性生殖 D. 基因突变

C

课后习题基础题

1. （ 1 ）√ （ 2 ）× （ 3） × 2.C 3.B 4.A

拓展题1. 提示：原理：利用射线（物理因素）损伤细胞内的 DNA ，抑制癌细胞的复制，药剂（化学因素）能改变核酸内的碱基，

从而改变癌细胞的特性，都能杀死癌细胞。副作用：在杀死癌细胞的同时也杀死了体内正常的细胞。

2. 提示：基因突变大部分是有害的，因镰刀型细胞贫血症因为 供氧能力低，使得疟原虫在体内不能生存，所以有镰刀型细胞贫血症的人很少患疟疾。某些基因突变对人类是有利的，而且基因突变出现了新的基因，为生物的进化提供了原材料，不利变异会慢慢被淘汰，有利变异得到积累而加强，推动生物的进化。

教学参考 《生物的变异》的节引言，主要是概述可遗传变异的三个来源。充分发挥前言的承上启下作用，因为表现型是基因型与环境条件相互作用的结果，不论是基因型还是环境条件的改变，都可能引起表现型改变，这就是生物的变异。可用下表来表示：

教学参考　 课文中列举的人类镰刀型细胞贫血症 (HbS)是说明碱基置换的实例。此外，血红蛋白 α链异常的 HbW和 HbG两个实例，说明碱基对的增减变化。如 HbW是由于 α链基因的信息链缺失一个胞嘧啶碱基 C ，使信使RNA单链上第 138位氨基酸密码改变，导致后面的碱基序列前移一个位点而全部改变 (如下表 )； HbGα链异常是因为信使RNA 第 119位脯氨酸密码后面，插入了第 117～ 119位三个氨基酸密码。

　 认识基因突变的定义之后，应进一步认识到染色体某个座位上基因突变的结果，必将产生它的等位基因，由于控制同种性状的遗传物质出现新类型，将导致基因型及其表现型的改变。因此，突变是生物变异的根本来源，为生物进化提供了丰富的原材料。

基因突变具有普遍性、随机性、稀有性、不定向性和有害性等特点，尤其是不定向性基因突变可能产生一系列异质的等位基因或非等位基因，这是生物进化的重要因素之一。

应注意的问题如下：　　 1 ．基因突变的分类方法有许多种，因为突变的原因、结果、状态、过程等既有区别又互相联系。课文中提到的自然突变和诱发突变，是按照突变生成的过程划分的，这种分类仅仅是为进一步描述基因突变的特点而铺垫的两个术语，因为突变的随机性、稀有性、不定向性、有害性等，主要是自然突变的特点。

　 2 ．随机性是指自然突变发生的个体、部位、基因、时间等都是随机的。教材是通过典型实例来阐明突变的时间和部位是随机的。　　 3．由于同一个基因可以在生物的不同个体上重复发生突变，因此基因突变有一定的频率。自然突变频率极低，但相当稳定；不同基因的突变频率，差异很大。诱发突变的频率远远高于自然突变。由于突变频率低，有时用 100万个体或配子中的突变数目来表示突变率。教学时可用下表中玉米粒色等基因的突变，来说明自然突变率极低的特征。

4．突变的有害性是由于该突变严重影响到相应蛋白质的活性甚至使蛋白质完全失去活性，从而使表现型改变，影响到生物体正常生命活动的进行。有些突变不影响或基本上不影响蛋白质的活性，不表现出性状变化，常被称为中性突变。　　关于人工诱变在育种上的应用，明确人工诱变与诱发突变的关系，简介人们常用的突变剂，诱发突变率高于自然突变率的原因，并通过实例说明诱变育种的优点。　　基因重组有多种类型，教材概述了通过有性生殖过程实现的随机重组和交换重组。学生在学习减数分裂和基因的自由组合定律时，已经学习了有关这两种基因重组的基本知识，概括出教材中讲述的两种基因重组。能以基因的自由组合引起的基因重组为例，讲述基因重组对于生物进化的重要意义。