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第6章 遗传、变异和进化（5）基因突变及其他变异—2023-2024学年初升高生物学人教版（2019）精准链接
知识衔接
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1.变异的类别
（1）按照引起变异的原因划分，分为可遗传变异与不可遗传变异。
变异类型 引起变异的原因 特点
可遗传变异 基因重组或基因突变 会遗传给后代
不可遗传变异 环境因素或后天因素，与遗传物质无关 不会遗传给后代
（2）按照对生物体本身影响划分，分为有利变异与不利变异。
变异类型 对生物的影响 结果
有利变异 使生物更加适应环境，提高生活能力 ④容易生存下来，并繁殖后代
不利变异 使生物不适应环境，降低生活能力 ⑤难以生存，逐渐被淘汰
2.变异的特征：普遍性。
3.变异原理的应用
（1）杂交育种：利用杂交育种培育高产抗倒伏小麦。
（2）人工选择育种：通过人工选择将产奶量高的奶牛选择出来，培育高产奶牛。
（3）诱变育种：诱变育种是人为地利用各种物理、化学或生物等因素来诱导生物发生变异，然后根据育种目标从变异后代中选育新品种，如太空椒的培育。
衔接高中
一、基因突变的实例与概念
1. 实验一：镰状细胞贫血（镰刀型细胞贫血症）
病理诊断：镰状细胞贫血是由于基因的一个碱基对改变引起的一种遗传病，是基因通过控制蛋白质的结构，直接控制生物性状的典例。
概念：DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列（基因结构）的改变
实例二：细胞的癌变
（1）癌变机理：原癌基因、抑癌基因发生突变，导致正常细胞的生长和分裂失控。
（2）癌细胞的特征
“不死”无限增殖。
“变态”形态结构发生改变（各种形态 →球形 ）。
“扩散”细胞表面的糖蛋白减少，细胞间黏着性降低，易在体内分散和转移。
二、基因突变发生时期及其原因、特点、结果与意义
1. 发生时期：主要发生在DNA复制时（细胞分裂前的间期）
2. 原因
类型 举例 引发突变原因
外因 物理因素 紫外线、X射线 损伤细胞内DNA
化学因素 亚硝酸盐、碱基类似物 改变核酸的碱基
生物因素 某些病毒 影响宿主细胞的DNA
内因 DNA分子复制偶尔发生错误
基因突变的特点
普遍性：表现在基因突变在生物界中是普遍存在的；
随机性：表现在基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，发生在细胞内不同DNA分子上以及同一DNA分子的不同部位；
不定向性：表现在一个基因可以产生一个以上的等位基因；
低频性：在自然状态下，基因突变的频率很低。
结果：产生一个以上的等位基因。
意义
（1）对生物体来说，基因突变有的是有害的，有的是有利的，还有的是中性的。
（2）基因突变是产生新基因的途径，是生物变异的根本来源，为生物的进化提供了丰富的原材料。
三、杂交育种
1. 概念：将两个或多个品种的有性生殖通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
2. 基本原理：基因重组
3. 过程（以高产抗病小麦品种的选育为例）
杂交育种的优缺点
（1）优点：可以把多个品种的优良性状集中在一起。
（2）缺点：
杂交育种只能利用已有基因的优良性状，按需选择，并不能创造新基因；
杂交后代会出现重组现象，育种进程缓慢，过程复杂；
杂交育种只能用同一物种或亲缘关系较近的物种进行杂交。
适用范围：杂交育种适用于能进行有性生殖的个体，且相关基因遵循细胞核遗传规律，只进行无性生殖的个体无法通过杂交育种的方法培育新品种。
应用
（1）农业生产：改良作物品质，提高农作物单位面积产量。
（2）家畜、家禽的育种，如引进优质种牛与本地品种杂交，可培育出优良的品种。
四、诱变育种
1. 概念：利用物理因素（如X射线、Y射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得新品种的育种方法。
2. 原理：基因突变。
3. 诱变因素
（1）物理因素：X射线、y射线、紫外线以及激光等的照射都可以使生物在DNA复制过程中发生基因突变。
（2）化学因素：许多化学药剂能够在DNA复制时，使 DNA发生碱基对的增添、缺失、替换等，导致基因突变。
4. 方法：运用物理或化学的手段处理萌发的种子或幼苗，诱发基因突变，从中选取需要的突变个体，然后进行培育推广。
优缺点
（1）优点
提高突变率，能够产生多种多样的新类型，为育种创造丰富的原材料。
大幅度地改良某些性状，增强抗逆性。
（2）缺点
由于基因突变的不定向性、低频性及多害少利性，因此突变产生的有利变异个体往往不多，育种具有一定的盲目性。
突变个体难以集中多个优良性状，需要处理大量的材料。
习题巩固
1.2022年6月5日，中国神舟十四号飞船发射成功，其中辣椒种子和甜菜种子等搭载飞船，开启太空育种之旅。航天育种利用宇宙射线、微重力、高真空、弱地磁场等因素对种子进行诱变，从而培育出高产、优质、多抗新品种。航天育种依据的生物学原理是( )
A.基因突变 B.基因重组
C.染色体数目变异 D.杂交育种
2.基因A受到X射线照射，可能突变成a1，也可能突变成a2。这说明基因突变( )
A.具有随机性 B.具有不定向性 C.具有低频性 D.都是有害的
3.某自花传粉植物连续几代开红花，一次开出一朵白花，白花的后代全开白花，其原因是( )
A.基因分离 B.基因重组 C.基因突变 D.环境刺激
4.基因突变的实质是( )
A.外界环境或生物内部因素的作用
B.基因发生了重新组合
C.基因的碱基排列顺序发生了局部的改变
D.染色体结构改变
5.下列各项中，不属于基因突变特点的是( )
A.普遍存在 B.随机发生
C.不定向 D.自然状况下，频率很高
6.如果将一个镰刀型细胞贫血症患者的血液输给一个血型相同的正常人，正常人将( )
A.产生基因突变，使此人患病 B.无基因突变，性状不遗传给此人
C.产生基因重组，将病遗传给此人 D.无基因重组，此人无病，其后代患病
7.以下关于基因突变的叙述，正确的是( )
A.基因突变只发生在生殖细胞的形成过程中
B.基因突变总是有利的，为生物进化提供原材料
C.基因突变是指基因结构中碱基对的替换、增添或缺失
D.自然状态下的基因突变是不定向的，而人工诱发的突变多是定向的
8.产生白化病的根本原因是( )
A.基因突变 B.缺少黑色素 C.缺少有关的酶 D.缺少阳光照射
9.下列关于细胞癌变的叙述，错误的是( )
A. 癌变后细胞膜上的糖蛋白减少
B. 癌变后细胞的形态结构有明显改变
C. 癌症的发生与致癌因子有关
D. 原癌基因表达的蛋白质可抑制细胞的增殖
10.下图表示镰状细胞贫血形成的原因，据图回答：
（1）图中①②表示基因指导蛋白质合成过程中的两个重要环节，其中①过程发生的场所是______________，②过程发生的场所是_____________。
（2）图中③过程最可能发生在细胞分裂前的______________期，此病形成的根本原因是发生了______________，导致镰状细胞贫血患者的红细胞呈现弯曲的_____________状，从而易发生破裂。
（3）该过程表明基因可以通过控制_____________的结构_____________（“直接”或“间接”）控制生物体的性状。
答案以及解析
1.答案：A
解析：航天育种是用宇宙射线、微重力、高真空、弱地磁场等因素对种子进行诱变,该方法是诱变育种，诱变育种的原理是基因突变。故选A。
2.答案：B
解析：基因A受到X射线照射，可能突变为a1，也可能突变为a2，这说明基因突变的方向是不定向的，即体现了基因突变的多方向性。故选B。
3.答案：C
解析：A、白花的后代开白花，说明为纯种，故一般不会出现性状分离，A错误； B、由于是自花传粉，而且是几代都是只开红花的，排除基因重组的可能，B错误； C、某自花传粉植物连续几代开红花，白花的出现是新性状，可能是某种原因导致基因突变而出现的，C正确； D、某自花传粉植物连续几代开红花，排除环境条件导致的不可遗传的变异的可能，D错误。
故选：C。
4.答案：C
解析：A、外界环境或生物内部因素的作用是诱发基因突变的因素，A错误； B、基因突变没有发生基因的重新组合，B错误；C、基因突变的实质是基因的碱基排列顺序发生了局部的改变，C正确； D、基因在染色体上呈线性排列，染色体结构改变不会导致基因突变，D错误。故选：C。
5.答案：D
解析：自然状况下，基因突变的频率很低，例如105~108个生殖细胞中，才会有1个生殖细胞发生基因突变，也就生殖细胞发生基因突变的频率是（105~108)
6.答案：B
解析：A、将镰刀型细胞贫血症患者的血液输给一血型相同的正常人时，不会改变这个正常人的遗传物质，因此不会导致基因突变，也不会使其患病，A错误； B、将镰刀型细胞贫血症患者的血液输给一血型相同的正常人时，不会改变这个正常人的遗传物质，因此不会导致基因突变，性状也不会传递给此人，B正确； C、将镰刀型细胞贫血症患者的血液输给一血型相同的正常人时，不会导致基因重组，也不会将病传递给此人，C错误； D、将镰刀型细胞贫血症患者的血液输给一血型相同的正常人时，不会改变这个正常人的遗传物质，因此也不会导致其后代患病，D错误。
故选：B。
7.答案：C
解析：A、基因突变可发生在生物个体发育的任何时期，其中有丝分裂和减数第一次分裂的间期由于DNA分子复制，更容易发生基因突变，A错误；
B、基因突变的有利或有害不是绝对的，要取决于环境，B错误；
C、基因突变是指基因结构中碱基对的增添、缺失或替换，而引起基因结构的改变，C正确；
D、基因突变无论在自然状态下还是人工诱发下都是具有不定向性的，D错误。
故选C。
8.答案：A
解析：白化病是由于控制酪氨酸酶的基因异常而引起，导致患者不能正常合成酪氨酸酶，因而不能将酪氨酸合成为黑色素。可见产生白化病的根本原因是基因突变，故选A。
9.答案：D
解析：A、细胞癌变后，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，A正确； B、细胞癌变后，细胞的形态结构发生显著改变，B正确； C、致癌因子能诱发癌变，痛症的发生与致痛因子有关，C正确； D、原癌基因表达的产物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，D错误。
故选：D。
10.答案：（1）①. 细胞核
②. 核糖体
（2）①. 间
②. 基因突变
③. 镰刀
（3）①. 蛋白质分子
②. 直接
解析：（1）由图示可知，①过程是转录，发生的场所是细胞核；②过程是翻译，发生的场所是细胞质的核糖体。
（2）③过程是碱基对的替换导致的基因突变，基因突变最可能发生在细胞分裂的间期，导致镰状细胞贫血患者的红细胞呈现弯曲的镰刀状，从而易发生破裂。
（3）该过程表明基因突变可以导致血红蛋白异常，即基因可以通过控制蛋白质分子的结构直接控制生物体的性状。
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