資源簡介

5.1基因突變和基因重組學案
【學習目標】
1.結(jié)合鐮狀細胞貧血的形成原因，理解基因突變導致合成蛋白質(zhì)及其細胞功能的改變。(生命觀念)
2.通過分析癌癥發(fā)生的原因和特點，認同癌癥的危害和預(yù)防措施。(社會責任)
3.通過減數(shù)分裂的過程，理解基因重組形成的原因和對生物進化的意義。(科學思維)
【學習重難點】
1.教學重點
(1)基因突變的概念及特征。
(2)基因突變的原因。
2.教學難點:基因突變和基因重組的意義。
【預(yù)習新知】
基因突變的實例
實例(鐮狀細胞貧血)分析
(1)癥狀：患者紅細胞由正常的中央微凹的圓餅狀變?yōu)楫惓５腳_______，易發(fā)生紅細胞破裂，使人患________貧血。
(2)病因圖解
(3)分析
(4)結(jié)論：鐮狀細胞貧血是由于基因的________改變而引起的一種遺傳病。
基因突變的原因
基因突變的意義
(1)對生物自身一般是 的，但也可能使生物產(chǎn)生 ，以適應(yīng)改變的環(huán)境。有些突變既 也 。
(2)對生物進化來說，基因突變是 產(chǎn)生的途徑，是 的根本來源，是 的原始材料。
基因重組
1．概念
在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合，稱為基因重組。
2．類型
類型 圖示 發(fā)生的時期 發(fā)生的范圍
自由 組合型 減數(shù)分 裂Ⅰ后期 非同源染色體上的非等位基因
交叉 互換型 減數(shù)分 裂Ⅰ前期 同源染色體上的等位基因隨非姐妹染色單體之間的互換而發(fā)生交換
3．意義
(1)生物變異的來源之一；
(2)對生物的進化有重要意義。
【易錯提示】
（1）基因突變的方向是由環(huán)境決定的（ ）
（2）基因突變可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期、可以發(fā)生在細胞內(nèi)不同DNA分子上和同一個DNA分子的不同部位，這體現(xiàn)了基因突變的不定向性（ ）
（3）一個基因可以向不同的方向發(fā)生突變，產(chǎn)生一個以上的等位基因，這體現(xiàn)了基因突變的隨機性（ ）
答案：（1）×（2）×（3）×
解析：（1）基因突變具有不定向性，突變方向與環(huán)境沒有明確的因果關(guān)系。
（2）題述體現(xiàn)了基因突變的隨機性。
（3）題述體現(xiàn)了基因突變的不定向性。
【深化探究】
探究點一　基因突變
一、基因突變的實例
1．閱讀教材P80－81實例內(nèi)容，探討下列問題：
(1)基因突變一般發(fā)生在細胞分裂的什么時期？
(2)結(jié)合DNA分子的結(jié)構(gòu)特點和復制過程，分析DNA分子復制時容易發(fā)生基因突變的原因。
(3)產(chǎn)生鐮狀細胞貧血的根本原因是什么？變化后導致血紅蛋白基因中堿基種類、數(shù)量和排列順序發(fā)生了怎樣的變化？
(4)根據(jù)上述資料分析可知，基因突變導致基因結(jié)構(gòu)的改變，這種改變具體表現(xiàn)在哪些方面？
2．基因突變一定會改變遺傳信息和生物性狀嗎？試分析原因。
二、基因突變的原因和特點
1．癌變的原因是由于細胞內(nèi)抑癌基因和原癌基因發(fā)生突變，癌細胞的特點之一是能進行無限增殖，醫(yī)學上通常使用一定量的化學藥劑對癌癥病人進行化療。另一方面接受化療后的病人身體非常虛弱。
結(jié)合基因突變分析并回答下列問題：
(1)化療能夠治療癌癥的原理是什么？
(2)接受化療的癌癥患者，身體非常虛弱的原因是什么？
2．根據(jù)基因突變的結(jié)果、特點，思考：
(1)為什么說基因突變是生物變異的根本來源？
(2)基因突變具有低頻性，如何還能為生物進化提供原始材料？
三、下圖是基因突變的幾種類型，請分析并回答下面問題：
(1)上述DNA分子的改變在光學顯微鏡下能觀察到嗎？
(2)上述三種方式中堿基對分別發(fā)生了怎樣的變化？哪種變化對生物性狀的影響程度相對要小一些？為什么？
(3)基因突變是否一定改變DNA中的遺傳信息？為什么？
(4)基因突變不一定改變生物體的性狀，下列哪些情況與該結(jié)論相對應(yīng)？
①突變可能發(fā)生在非編碼片段。
②基因突變是隨機的、普遍的。
③基因突變后形成的密碼子與原密碼子決定的是同一種氨基酸。
④基因突變?nèi)魹殡[性突變，如AA→Aa，不會導致性狀的改變。
四、下圖能說明基因突變具有什么特點？
特別提醒：
(1)沒有外界因素的誘變，基因突變也可能自發(fā)產(chǎn)生。
(2)基因突變產(chǎn)生了新基因，是生物變異的根本來源，為產(chǎn)生更多的基因重組創(chuàng)造了條件。
探究點二　基因重組
1．閱讀教材P84內(nèi)容，觀察圖5－4，結(jié)合減數(shù)分裂與基因自由組合定律，探究下列問題：
(1)基因重組產(chǎn)生了新基因和新性狀嗎？
(2)諺語“一母生九子，連母十個樣”，請分析這主要是什么原因造成的？為什么？
(3)下列是孟德爾雜交實驗的兩種現(xiàn)象，請分析產(chǎn)生的原因是否屬于基因重組，并說明理由。
①現(xiàn)象一：雜合紫花豌豆自交后代中出現(xiàn)白花豌豆。
②現(xiàn)象二：雜合黃色圓粒豌豆自交后代中出現(xiàn)黃皺、綠圓、綠皺豌豆。
2．下圖a、b為減數(shù)第一次分裂不同時期的細胞圖像，據(jù)圖思考：
(1)a圖和b圖所示的都是基因重組，兩種類型的基因重組分別發(fā)生于減數(shù)第一次分裂的哪個時期？
(2)a圖和b圖所示的基因重組發(fā)生的原因分別是什么？
3．下圖是基因型為AaBb的高等動物體內(nèi)某個初級精母細胞可能發(fā)生的變化，請據(jù)圖分析：
(1)如果沒有發(fā)生交叉互換，該初級精母細胞形成的精細胞有幾種？基因組成分別是怎樣的？
(2)若發(fā)生交叉互換，該初級精母細胞形成的精細胞有幾種？基因組成分別是怎樣的？
4．如圖為基因型為AaBb的某高等動物的細胞分裂示意圖，請據(jù)圖回答：
(1)圖1細胞處于什么時期？圖中形成B、b現(xiàn)象的原因是什么？
(2)圖2細胞的名稱是什么？圖中形成B、b現(xiàn)象的原因可能是什么？
(3)若該動物的基因型為AaBB，則產(chǎn)生圖2現(xiàn)象的原因又是什么？
特別提醒：
1．基因重組是真核生物有性生殖過程中產(chǎn)生可遺傳變異的重要來源，是形成生物多樣性的重要原因。
2．并非產(chǎn)生新基因型的變異都是基因重組，基因重組僅發(fā)生在減數(shù)分裂形成配子的過程中，有性生殖過程中配子間的隨機結(jié)合可產(chǎn)生新的基因型，但不屬于基因重組。
【鞏固訓練】
1.下列關(guān)于動物體內(nèi)基因突變和基因重組的表述中，正確的是( )
A.兩種變異均可以發(fā)生在個體發(fā)育的各個時期
B.只有基因突變才能改變DNA分子的堿基序列
C.兩種變異均可以產(chǎn)生新的基因和新的基因型
D.兩種變異均可能導致姐妹染色單體所攜帶的基因不同
2.我國科學家利用基因編輯技術(shù)敲除雜交水稻中的4個基因,獲得了可以發(fā)生無融合生殖(不發(fā)生雌雄配子的細胞核融合而產(chǎn)生種子的生殖)的水稻材料，得到了雜交稻的克隆種子，實現(xiàn)了雜合基因型的固定。該無融合生殖的原理過程如圖所示，下列相關(guān)分析錯誤的是( )
A. 圖中過程①產(chǎn)生配子時可能發(fā)生了類似有絲分裂的過程
B. 雌雄配子結(jié)合時可能發(fā)生了雄配子細胞核的退化消失
C. 利用基因編輯技術(shù)敲除水稻中的4個基因?qū)儆诨蛲蛔?br/>D. 無融合生殖獲得的克隆種子可穩(wěn)定保持親代的雜種優(yōu)勢
3.統(tǒng)計表明，人類壽命約為80歲，每年會發(fā)生20~50個基因突變；長頸鹿壽命約為24歲，每年大約會發(fā)生99次基因突變；裸鼴鼠壽命約為25歲，每年大約會發(fā)生93次基因突變。這些突變大多數(shù)是無害的，但也有一些可能會使細胞發(fā)生癌變或損害細胞的正常功能。下列說法錯誤的是( )
A.推測正常情況下基因突變發(fā)生的速度越慢，每年發(fā)生的基因突變數(shù)量越少，物種的壽命越長
B.基因突變可以發(fā)生在生物體發(fā)育的任何時期
C.無害突變是由顯性基因突變成隱性基因?qū)е碌?br/>D.一個基因可以發(fā)生不同的突變產(chǎn)生一個以上的等位基因，體現(xiàn)了基因突變的不定向性
4.放射性輻射是致癌的重要因素，下列關(guān)于細胞癌變的敘述，錯誤的是( )
A.放射性輻射會使正常基因突變成原癌基因和抑癌基因，從而引發(fā)細胞癌變
B.原癌基因表達的蛋白質(zhì)是細胞正常生長和增殖所必需的
C.癌變的細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)通常會發(fā)生顯著變化，并且可以無限增殖
D.癌細胞的細胞膜上的糖蛋白等物質(zhì)減少導致癌細胞容易轉(zhuǎn)移分散
5.某基因型為AaBb的高等動物的1個初級精母細胞如圖所示，其中甲~丁表示染色體。下列敘述正確的是( )
A.該細胞中染色體甲上的基因a是染色體互換產(chǎn)生的
B.該細胞在減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ中均會發(fā)生基因A和a的分離
C.該細胞產(chǎn)生的1個子細胞中同時含有基因B與b的概率為1/2
D.該細胞產(chǎn)生的精細胞中染色體數(shù)和核DNA數(shù)均為該細胞的一半
參考答案
1.答案：D
解析：A、基因突變具有普遍性和隨機性，個體發(fā)育的各個時期均可發(fā)生，基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂形成配子的過程中，并不是個體發(fā)育的各個時期均可發(fā)生，A錯誤;
B、基因突變是基因內(nèi)部堿基對的增添、缺失或替換，會改變DNA分子的堿基序列，同源染色體上的非姐妹染色單體的互換引起的基因重組也會改變DNA分子的堿基序列，B錯誤;
C、基因突變可以產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新的基因型，基因重組不能產(chǎn)生新基因，但可以通過基因重組產(chǎn)生新的基因型，C錯誤;
D、基因突變和同源染色體上的非姐妹染色單體的互換引起的基因重組都可能導致姐妹染色單體所攜帶的基因不同，D正確。
2.答案：C
解析：A、圖中過程①產(chǎn)生配子染色體數(shù)目不減半，其過程類似于有絲分裂，A正確；
B、雌雄性配子結(jié)合產(chǎn)生的子代植株中，子代植株染色體組成不加倍，可能發(fā)生了雄配子細胞核的退化消失，B正確；
C、基因突變不改變基因的數(shù)目，利用基因編輯技術(shù)敲除水稻中的4個基因?qū)е禄驍?shù)目減少，不屬于基因突變，C錯誤；
D、由圖中親代染色體組成和子代植株染色體組成比較可知，無融合生殖獲得的克隆種子可穩(wěn)定保持親代的雜種優(yōu)勢，D正確。
故選C。
3.答案：C
解析：據(jù)題干中三種生物的壽命與每年發(fā)生的基因突變數(shù)量分析，每年發(fā)生的基因突變數(shù)量越多，該種生物壽命越短，每年發(fā)生的基因突變數(shù)量越少，該種生物的壽命越長，A正確；基因突變大多發(fā)生在DNA復制時期，而DNA復制在生物體發(fā)育的任何時期都存在，B正確；無害突變指對生物體無害的基因突變，其可能發(fā)生了顯性基因突變，也可能發(fā)生了隱性基因突變，C錯誤；一個基因可以發(fā)生不同的突變產(chǎn)生一個以上的等位基因，說明突變具有很多方向，體現(xiàn)了基因突變的不定向性，D正確。
4.答案：A
解析：原癌基因和抑癌基因是細胞中原本就存在的正常基因，放射性輻射會使原癌基因和抑癌基因發(fā)生突變，進而引發(fā)細胞癌變，A錯誤。
5.答案：B
解析：該高等動物的基因型為AaBb，觀察題圖中甲、乙兩條同源染色體可知，該細胞中染色體甲上的基因a是基因突變產(chǎn)生的，所以該細胞在減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ均會發(fā)生基因A和a的分離，A錯誤，B正確；基因B和b是一對等位基因，在減數(shù)分裂Ⅰ后期隨同源染色體的分離而分離，該細胞產(chǎn)生的子細胞中不可能同時含有基因B和b,C錯誤；該細胞產(chǎn)生的精細胞中染色體數(shù)為該細胞的一半，而核DNA數(shù)為該細胞的1/4，D錯誤。

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