資源簡介 (共57張PPT)第三章 生物的變異第2節(jié) 基因突變和基因重組遺傳物質(zhì)可以怎么改變?遺傳學(xué)家曾做過這樣的實(shí)驗(yàn):果蠅幼蟲正常的培養(yǎng)溫度為25℃,將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲放在31℃的環(huán)境中培養(yǎng),得到了一些翅長接近正常的果蠅成蟲,這些翅長接近正常的果蠅在正常環(huán)境溫度下產(chǎn)生的后代仍然是殘翅果蠅。以上實(shí)驗(yàn)說明殘翅果蠅在外界環(huán)境溫度的影響下發(fā)生了變異。變異后的果蠅后代在正常環(huán)境溫度下產(chǎn)生的后代仍是殘翅,說明該變異不可遺傳。表型 = 基因型 + 環(huán)境改變改變改變改變遺傳物質(zhì)未改變不可遺傳的變異遺傳物質(zhì)改變可遺傳的變異表觀遺傳基因突變基因重組染色體變異航天育種可使作物或種子在太空強(qiáng)輻射、微重力和高真空等環(huán)境下,高頻率地發(fā)生染色體變異或基因突變。航天育種培育的農(nóng)作物新品種已應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。(1)航天育種的原理是什么?提示:基因突變和染色體變異。(2)為什么航天育種不一定能達(dá)到育種目的?提示:因?yàn)榛蛲蛔兙哂胁欢ㄏ蛐浴?br/>教材拓展011.鐮狀細(xì)胞貧血鐮狀細(xì)胞貧血是一種常染色體顯性遺傳病。正常人的紅細(xì)胞是中央微凹的圓餅狀,而鐮狀細(xì)胞貧血患者的紅細(xì)胞卻是彎曲的鐮狀。這樣的紅細(xì)胞容易破裂,使人患溶血性貧血,嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致死亡。一、基因突變的實(shí)例鐮狀細(xì)胞正常堿基序列片段mRNA異常堿基序列片段mRNA研究發(fā)現(xiàn),在組成血紅蛋白分子的肽鏈上發(fā)生了氨基酸的替換。鐮狀細(xì)胞貧血形成的原因直接原因:血紅蛋白分子多肽鏈中一個(gè)谷氨酸被纈氨酸替換,導(dǎo)致蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變。根本原因:血紅蛋白基因中發(fā)生了一個(gè)堿基對的替換,導(dǎo)致了基因序列的改變。鐮狀細(xì)胞貧血形成的原因基因突變的概念及發(fā)生的時(shí)間(1)概念:增添缺失替換AATTCGGCGATCCGGCAATTCGGCTATACGGCATAATTCGGCATCGGC通常發(fā)生在有絲分裂間期和減數(shù)分裂前的間期DNA分子中發(fā)生堿基的替換、增添或缺失,而引起的基因堿基序列的改變。(2)發(fā)生時(shí)間:基因突變若發(fā)生在減數(shù)分裂形成配子的過程中,可以遵循遺傳規(guī)律傳遞給后代。若發(fā)生在有絲分裂形成體細(xì)胞的過程中,一般不能遺傳。但有些植物的體細(xì)胞發(fā)生了基因突變,可以通過無性繁殖遺傳。基因突變對子代的影響1.誘發(fā)突變方法:①物理因素:X射線、紫外線以及其他輻射(損傷DNA)②化學(xué)因素:亞硝酸鹽、堿基類似物(改變堿基)③生物因素:某些病毒的遺傳物質(zhì)(影響宿主細(xì)胞的DNA)結(jié)果:應(yīng)用:2.自發(fā)突變自然條件下,由于DNA復(fù)制發(fā)生錯(cuò)誤而自發(fā)產(chǎn)生。提高突變頻率基因突變的原因誘變育種(1)普遍性:在生物界普遍存在。無論是病毒,原核生物和真核生物都會發(fā)生基因突變。(2)隨機(jī)性:可以發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期;可以發(fā)生在不同的DNA分子,也可以發(fā)生在同一個(gè)DNA分子的不同部位。(3)不定向性(可逆性):一個(gè)基因可以發(fā)生不同的突變,產(chǎn)生一個(gè)以上的等位基因。(4)低頻性:在自然狀態(tài)下,基因突變的頻率很低(10-5~10-8)。基因突變的特點(diǎn)基因突變的意義形成新性狀基因突變生物變異的根本來源是新基因(與原基因是等位基因)產(chǎn)生的途徑,是生物變異的根本來源,生物進(jìn)化的原始材料。產(chǎn)生新基因生物進(jìn)化的原始材料如圖表示基因突變的幾種類型,請分析回答下列問題:(1)上述三種方式中,堿基對分別發(fā)生了怎樣的變化?上述突變能否在光學(xué)顯微鏡下觀察到?提示:方式1為堿基對的增添,方式2為堿基對的替換,方式3為堿基對的缺失。不能。情境探疑(2)上述三種方式的堿基對變化中,哪種變化對生物體性狀的影響程度相對要小一些?為什么?提示:方式2。發(fā)生堿基對的替換時(shí),一般只改變一個(gè)氨基酸或不改變氨基酸;而發(fā)生堿基對的增添或缺失,影響插入或缺失位置后的序列對應(yīng)的多個(gè)氨基酸。情境探疑(3)有人認(rèn)為,基因突變并不一定會導(dǎo)致生物體的性狀發(fā)生改變,你是否同意其觀點(diǎn)?請闡述你的理由。提示:認(rèn)同。理由是:①基因突變后形成的密碼子與原密碼子決定的可能是同一種氨基酸;②基因突變?yōu)殡[性突變,如AA突變?yōu)锳a;③個(gè)別氨基酸的改變,可能不影響蛋白質(zhì)的功能;④基因突變可能發(fā)生在非編碼區(qū)的脫氧核苷酸序列中,等等。情境探疑(4)基因突變發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的什么時(shí)期?這又體現(xiàn)了基因突變的什么特點(diǎn)?提示:生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期均可發(fā)生基因突變,體現(xiàn)了基因突變具有隨機(jī)性。情境探疑1.基因突變與基因表達(dá)的聯(lián)系2.基因突變能改變生物性狀3.基因突變未引起生物體性狀改變名師批注癌癥是威脅人類健康的殺手之一,細(xì)胞的癌變與基因突變有關(guān)嗎?02結(jié)腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤。右圖是解釋結(jié)腸癌發(fā)生的簡化模型,請觀察并回答問題。討論1.從基因角度看,結(jié)腸癌發(fā)生的原因是什么?結(jié)腸癌發(fā)生的原因是相關(guān)基因(包括抑癌基因I、原癌基因、抑癌基因Ⅱ、抑癌基因Ⅲ)發(fā)生了突變。癌癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移正常結(jié)腸上皮細(xì)胞抑癌基因Ⅰ突變原癌基因突變抑癌基因Ⅱ突變抑癌基因Ⅲ突變一種細(xì)胞癌變的理論——結(jié)腸癌發(fā)生的原因2.健康人的細(xì)胞中存在原癌基因和抑癌基因嗎?健康人的細(xì)胞中存在原癌基因和抑癌基因。3.根據(jù)圖示推測,癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比,具有哪些明顯的特點(diǎn)?根據(jù)圖示推測,癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比,所具有的特點(diǎn)是呈球形、增殖快,容易發(fā)生轉(zhuǎn)移等。癌癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移正常結(jié)腸上皮細(xì)胞抑癌基因Ⅰ突變原癌基因突變抑癌基因Ⅱ突變抑癌基因Ⅲ突變一種細(xì)胞癌變的理論——結(jié)腸癌發(fā)生的原因原癌基因原癌基因表達(dá)的蛋白質(zhì)是細(xì)胞正常生長和增殖所必需的,一旦突變或過量表達(dá)而導(dǎo)致相應(yīng)蛋白質(zhì)活性過強(qiáng),就可能引起細(xì)胞癌變。抑癌基因抑癌基因表達(dá)的蛋白質(zhì)能抑制細(xì)胞的生長和增殖,或者促進(jìn)細(xì)胞凋亡,一旦突變而導(dǎo)致相應(yīng)蛋白質(zhì)活性減弱或失去活性,也可能引起細(xì)胞癌變。人體正常細(xì)胞中存在原癌基因和抑癌基因一種細(xì)胞癌變的理論外因:致癌因子內(nèi)因:基因突變(原癌基因和抑癌基因發(fā)生一系列突變的積累)病毒致癌因子:主要指輻射,如紫外線,X射線等。如石棉、砷化物、亞硝胺、黃曲霉素等。指的是能使細(xì)胞發(fā)生癌變的病毒。物理致癌因子:化學(xué)致癌因子:一種細(xì)胞癌變的理論適宜條件下,能夠無限增殖形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化細(xì)胞膜上的糖蛋白等物質(zhì)減少,細(xì)胞之間的黏著性顯著降低,容易在體內(nèi)分散和轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞之間無接觸抑制癌細(xì)胞的特征①預(yù)防:遠(yuǎn)離致癌因子,保持良好的心理狀態(tài),養(yǎng)成健康的生活方式。②診斷:病理切片的顯微觀察、CT、核磁共振以及癌基因檢測等。③治療:手術(shù)切除、化療、放療和免疫療法等。癌癥的預(yù)防與治療免疫療法下圖是細(xì)胞癌變的一種理論,據(jù)圖分析回答下列問題:(1)圖中a是__________,當(dāng)抑癌基因發(fā)生突變后該物質(zhì)產(chǎn)生量______ (填“增加”或“減少”),從而不能阻止細(xì)胞異常增殖,導(dǎo)致細(xì)胞過度增殖而引發(fā)細(xì)胞癌變。抑癌蛋白減少情境探疑(2)圖中b是 ,當(dāng)原癌基因發(fā)生突變后引起____________________發(fā)生改變,從而導(dǎo)致細(xì)胞癌變。(3)癌癥防治在于“早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療”,發(fā)現(xiàn)較晚,則會大大提高癌癥治療的難度,請分析原因。提示:癌細(xì)胞質(zhì)膜上的糖蛋白減少,使得癌細(xì)胞之間的黏著性顯著降低,導(dǎo)致癌細(xì)胞容易通過血液和淋巴分散和轉(zhuǎn)移到全身健康組織。致癌蛋白活性等性質(zhì)致癌蛋白情境探疑(4)一個(gè)原癌基因或抑癌基因突變會導(dǎo)致細(xì)胞癌變嗎?提示:不會,細(xì)胞癌變是一系列原癌基因與抑癌基因突變的積累。情境探疑03基因重組(3)類型:在生物體進(jìn)行有性生殖的過程中,控制不同性狀的基因的重新組合。(1)概念:(2)發(fā)生時(shí)期:減數(shù)分裂時(shí)期(減Ⅰ)轉(zhuǎn)基因(DNA重組技術(shù))基因的自由組合基因的交叉互換發(fā)生時(shí)期:現(xiàn)象:結(jié)果:應(yīng)用:基因的自由組合減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體自由組合非同源染色體上非等位基因自由組合雜交育種基因的交叉互換發(fā)生時(shí)期:現(xiàn)象:結(jié)果:減數(shù)第一次分裂前期同源染色體的非姐妹染色單體之間發(fā)生交叉互換等位基因之間發(fā)生交叉互換導(dǎo)致同源染色體上的非等位基因重新組合cCCccCcC基因重組(4)基因重組的特點(diǎn):①只產(chǎn)生新的基因型,并未產(chǎn)生新的基因②發(fā)生在有性生殖的遺傳中。(5)基因重組的意義基因重組是生物變異的來源之一,是生物多樣性的原因之一,對生物的進(jìn)化具有重要意義。特別注意:肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)原理是基因重組基因突變 基因重組本質(zhì)結(jié)果發(fā)生時(shí)間原因條件意義特點(diǎn)基因堿基序列改變,產(chǎn)生新的基因不同基因重新組合,產(chǎn)生新的基因型主要在細(xì)胞分裂間期由于外界理化因素或自身生理因素引起的基因堿基對的替換、缺失或增添減數(shù)第一次分裂前期的四分體時(shí)期的交叉互換;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。外界環(huán)境條件的變化和內(nèi)部因素的相互作用有性生殖過程中進(jìn)行減數(shù)分裂形成生殖細(xì)胞新基因產(chǎn)生的途徑,是生物變異的根本來源,是生物進(jìn)化的原始材料。是生物變異的重要來源,是形成生物多樣性的重要原因,對生物的進(jìn)化也具有重要的意義突變頻率低,但普遍存在有性生殖中非常普遍產(chǎn)生了新基因,出現(xiàn)了新性狀不產(chǎn)生新基因,而是產(chǎn)生新的基因型,使不同性狀重新組合基因突變與基因重組的比較1.如圖是基因型為AaBb的某高等動物體內(nèi)某個(gè)初級精母細(xì)胞中可能發(fā)生的變化,請分析回答下列問題:(1)如果沒有發(fā)生染色體片段交換,則該初級精母細(xì)胞形成的精細(xì)胞有幾種?基因組成分別是怎樣的?提示:有2種;AB和ab。情境探疑(2)發(fā)生染色體片段交換后,該初級精母細(xì)胞形成的精細(xì)胞有幾種?基因組成分別是怎樣的?提示:有4種;AB、Ab、aB和ab。情境探疑2.如圖是基因型為AaBb的某哺乳動物體內(nèi)某個(gè)初級精母細(xì)胞在形成精子的過程中染色體的行為變化,請分析回答下列問題:(1)該圖表示了哪種類型的基因重組?提示:自由組合型,即生物體通過減數(shù)分裂形成配子時(shí),隨著非同源染色體的自由組合,非等位基因也自由組合,產(chǎn)生不同的配子。(2)基因重組能否產(chǎn)生新基因?能否產(chǎn)生新的基因型?提示:基因重組不會產(chǎn)生新的基因,但可以產(chǎn)生新的基因型。情境探疑(3)精子與卵細(xì)胞隨機(jī)結(jié)合過程中進(jìn)行基因重組嗎?提示:不進(jìn)行基因重組。情境探疑3.如圖表示某哺乳動物精巢內(nèi)的細(xì)胞分裂圖像,分析回答下列相關(guān)問題:(1)圖1細(xì)胞處于什么時(shí)期?圖1中形成B、b現(xiàn)象的原因是什么?提示:有絲分裂后期,圖1中形成B、b現(xiàn)象的原因是發(fā)生了基因突變。(2)圖2細(xì)胞的名稱是什么?圖2中形成B、b現(xiàn)象的原因可能是什么?提示:次級精母細(xì)胞,圖2中形成B、b現(xiàn)象的原因可能是發(fā)生了基因突變或基因重組。情境探疑基因重組的兩種特殊類型(1)肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化。肺炎鏈球菌為原核生物,R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌屬于基因重組。(2)基因工程。利用基因工程將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞,使其表達(dá)產(chǎn)生特定性狀屬于基因重組。(P94頁) 育種 誘變育種 雜交育種 單倍體育種 多倍體育種原理育種處理 X射線,激光或輻射、亞硝酸鹽或堿基類似物、病毒或細(xì)菌等處理 先不同個(gè)體間雜交得F1;F1自交后,再在后代中經(jīng)篩選得純種。 花藥離體培養(yǎng)成單倍體,再經(jīng)人工誘導(dǎo)染色體加倍。 先用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗,使之成為多倍體,后從中選育。優(yōu)點(diǎn) 使位于不同個(gè)體上的優(yōu)良性狀集中于一個(gè)個(gè)體上。 植物莖桿粗壯,葉片果實(shí)種子較大,營養(yǎng)物質(zhì)含量較高。缺點(diǎn) 有利變異少。 育種年限較長。 但技術(shù)較復(fù)雜 發(fā)育延遲,結(jié)實(shí)率低四種育種的比較染色體變異基因突變基因重組染色體變異提高突變頻率,大幅度改良生物的性狀明顯縮短育種年限,快速獲得純合體的植株例1 鐮狀細(xì)胞貧血是一種常染色體隱性遺傳病,患者血紅蛋白β肽鏈第6位上的谷氨酸被纈氨酸所替代。研究發(fā)現(xiàn),攜帶者(基因型為Bb的個(gè)體)不表現(xiàn)鐮狀細(xì)胞貧血癥狀,該個(gè)體能同時(shí)合成正常和異常的血紅蛋白,并對瘧疾具有較強(qiáng)的抵抗力。下列敘述正確的是( )A.鐮狀細(xì)胞貧血的根本原因在于血紅蛋白中的谷氨酸被纈氨酸取代B.B基因突變?yōu)閎基因后,基因中嘌呤與嘧啶的比值發(fā)生了改變C.攜帶者不表現(xiàn)鐮狀細(xì)胞貧血,表明B基因影響了b基因的表達(dá)D.攜帶者對瘧疾具較強(qiáng)抵抗力,表明基因突變的有利和有害是相對的典例應(yīng)用例2 (多選)某動物一對染色體上部分基因及其位置如圖所示,該動物通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的若干精細(xì)胞中,出現(xiàn)了如圖6種異常精子。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )A.1和6屬于同一變異類型,發(fā)生于減數(shù)第一次分裂后期B.2、4、5同屬于染色體結(jié)構(gòu)變異,都一定發(fā)生了染色體片段斷裂C.3發(fā)生的變異一般不改變堿基序列,是變異的根本來源D.只有2、4發(fā)生的變異改變了染色體上DNA的堿基數(shù)量典例應(yīng)用1.染色體缺失、重復(fù)與基因突變的區(qū)別2.基因突變的“一定”和“不一定”(1)基因突變一定會引起基因結(jié)構(gòu)的改變,即基因中堿基排列順序一定發(fā)生改變,但DNA中基因的數(shù)量和位置不變。(2)基因突變不一定會引起生物性狀的改變。(3)基因突變不一定都產(chǎn)生等位基因。病毒和原核細(xì)胞的基因組結(jié)構(gòu)簡單,基因數(shù)目少,而且一般是單個(gè)存在的,不一定存在等位基因。(4)基因突變不一定都能遺傳給后代①基因突變?nèi)绻l(fā)生在體細(xì)胞中,一般不遺傳,但有些植物可以通過無性生殖遺傳。②如果發(fā)生在配子中,將遵循遺傳規(guī)律傳遞給后代。 例3 結(jié)腸癌是常見的消化道惡性腫瘤,如圖是解釋結(jié)腸癌發(fā)生的示意圖。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )A.原癌基因是結(jié)腸癌發(fā)病的致病基因B.抑癌基因表達(dá)的蛋白質(zhì)能抑制細(xì)胞異常增殖,從而潛在抑制細(xì)胞癌變C.結(jié)腸癌的發(fā)生是多個(gè)基因突變累積的結(jié)果D.癌細(xì)胞具有無限增殖,容易分散和轉(zhuǎn)移等特點(diǎn)典例應(yīng)用例4 研究發(fā)現(xiàn),原癌基因myc等持續(xù)處于活躍狀態(tài)或者抑癌基因p53等處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí),會導(dǎo)致細(xì)胞異常增殖成為癌細(xì)胞。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )A.癌癥的發(fā)生與多個(gè)基因突變以及人體免疫功能下降有關(guān)B.正常細(xì)胞變成癌細(xì)胞與原癌基因和抑癌基因發(fā)生突變有關(guān)C.癌細(xì)胞表面的糖蛋白減少使其易分散和轉(zhuǎn)移D.誘導(dǎo)細(xì)胞癌變的外界因素只有物理因素和化學(xué)因素兩大類典例應(yīng)用(1)DNA分子中堿基對的缺失、增添或替換一定會引起基因突變。( )(2)一切生物均能夠發(fā)生基因突變,甚至RNA病毒也能發(fā)生基因突變。( )(3)基因突變產(chǎn)生的新基因不一定傳遞給后代。( )(4)后期Ⅰ,等位基因分離,非等位基因均自由組合。( )×√√×自查自糾(5)基因突變可產(chǎn)生新基因,基因重組不能產(chǎn)生新基因。( )(6)在致癌因子的作用下,正常動物細(xì)胞可轉(zhuǎn)變?yōu)榘┘?xì)胞。( )√√思維導(dǎo)圖 晨讀必背 1.基因突變發(fā)生在基因中,包括堿基對的替換、增添或缺失,是產(chǎn)生新基因的唯一途徑,但不改變基因的數(shù)量和位置。2.細(xì)胞生命歷程中的任何時(shí)期均可能發(fā)生基因突變,只是DNA復(fù)制時(shí)更容易發(fā)生。3.細(xì)胞癌變是涉及一系列原癌基因和抑癌基因的致癌突變的積累,癌細(xì)胞具有的特征有:在適宜的條件下能夠無限增殖、容易在體內(nèi)分散和轉(zhuǎn)移、癌細(xì)胞之間無接觸抑制現(xiàn)象。4.在減數(shù)分裂過程中,染色體所發(fā)生的自由組合和交叉互換,會導(dǎo)致控制不同性狀的基因發(fā)生重組,使子代出現(xiàn)不同于親本性狀組合的新類型。增添缺失化學(xué)因素根本不同于普遍隨機(jī)課堂小結(jié)1.某二倍體的基因A可編碼一條含63個(gè)氨基酸的肽鏈,在射線照射下,該基因內(nèi)部插入三個(gè)連續(xù)的堿基對變?yōu)閍基因,則相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )A.A基因轉(zhuǎn)錄來的mRNA上至少有64個(gè)密碼子B.基因A變?yōu)閍基因,基因的熱穩(wěn)定性升高D.基因A變?yōu)閍基因,不一定改變生物性狀C.突變前后編碼的肽鏈結(jié)構(gòu)改變,是基因重組的結(jié)果隨堂檢測2.某植株因基因突變導(dǎo)致性狀改變,具體機(jī)理如圖所示。正常基因與突變基因編碼的蛋白質(zhì)分別表示為Ⅰ、Ⅱ,且蛋白質(zhì)Ⅱ的相對質(zhì)量明顯小于蛋白質(zhì)Ⅰ。下列敘述正確的是( )D.該突變導(dǎo)致終止密碼子提前出現(xiàn)A.該突變一定發(fā)生在分裂間期B.該突變一定能穩(wěn)定遺傳給后代C.該突變發(fā)生的原因是堿基對替換隨堂檢測3.(多選)如圖為某二倍體動物細(xì)胞減數(shù)分裂過程中部分染色體示意圖,據(jù)圖判斷錯(cuò)誤的是( )A.1號染色體上可能發(fā)生了基因突變或基因重組B.3與4染色單體間的互換屬于染色體結(jié)構(gòu)變異C.該細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂可產(chǎn)生3種精子或1種卵細(xì)胞D.A與a、B與b的分離發(fā)生在減數(shù)第一次分裂過程中隨堂檢測4.下列關(guān)于原癌基因和抑癌基因的敘述,正確的是( )B.只要有一個(gè)原癌基因發(fā)生突變就會成為癌癥患者C.原癌基因和抑癌基因必須同時(shí)突變才可能發(fā)生癌變D.原癌基因突變促使細(xì)胞癌變,抑癌基因突變抑制細(xì)胞癌變A.環(huán)境因素是癌癥發(fā)生的外因,基因突變是癌癥發(fā)生的內(nèi)因隨堂檢測 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫