资源简介

5.1基因突变和基因重组学案
【学习目标】
1.结合镰状细胞贫血的形成原因，理解基因突变导致合成蛋白质及其细胞功能的改变。(生命观念)
2.通过分析癌症发生的原因和特点，认同癌症的危害和预防措施。(社会责任)
3.通过减数分裂的过程，理解基因重组形成的原因和对生物进化的意义。(科学思维)
【学习重难点】
1.教学重点
(1)基因突变的概念及特征。
(2)基因突变的原因。
2.教学难点:基因突变和基因重组的意义。
【预习新知】
基因突变的实例
实例(镰状细胞贫血)分析
(1)症状：患者红细胞由正常的中央微凹的圆饼状变为异常的________，易发生红细胞破裂，使人患________贫血。
(2)病因图解
(3)分析
(4)结论：镰状细胞贫血是由于基因的________改变而引起的一种遗传病。
基因突变的原因
基因突变的意义
(1)对生物自身一般是 的，但也可能使生物产生 ，以适应改变的环境。有些突变既 也 。
(2)对生物进化来说，基因突变是 产生的途径，是 的根本来源，是 的原始材料。
基因重组
1．概念
在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合，称为基因重组。
2．类型
类型 图示 发生的时期 发生的范围
自由 组合型 减数分 裂Ⅰ后期 非同源染色体上的非等位基因
交叉 互换型 减数分 裂Ⅰ前期 同源染色体上的等位基因随非姐妹染色单体之间的互换而发生交换
3．意义
(1)生物变异的来源之一；
(2)对生物的进化有重要意义。
【易错提示】
（1）基因突变的方向是由环境决定的（ ）
（2）基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期、可以发生在细胞内不同DNA分子上和同一个DNA分子的不同部位，这体现了基因突变的不定向性（ ）
（3）一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因，这体现了基因突变的随机性（ ）
答案：（1）×（2）×（3）×
解析：（1）基因突变具有不定向性，突变方向与环境没有明确的因果关系。
（2）题述体现了基因突变的随机性。
（3）题述体现了基因突变的不定向性。
【深化探究】
探究点一　基因突变
一、基因突变的实例
1．阅读教材P80－81实例内容，探讨下列问题：
(1)基因突变一般发生在细胞分裂的什么时期？
(2)结合DNA分子的结构特点和复制过程，分析DNA分子复制时容易发生基因突变的原因。
(3)产生镰状细胞贫血的根本原因是什么？变化后导致血红蛋白基因中碱基种类、数量和排列顺序发生了怎样的变化？
(4)根据上述资料分析可知，基因突变导致基因结构的改变，这种改变具体表现在哪些方面？
2．基因突变一定会改变遗传信息和生物性状吗？试分析原因。
二、基因突变的原因和特点
1．癌变的原因是由于细胞内抑癌基因和原癌基因发生突变，癌细胞的特点之一是能进行无限增殖，医学上通常使用一定量的化学药剂对癌症病人进行化疗。另一方面接受化疗后的病人身体非常虚弱。
结合基因突变分析并回答下列问题：
(1)化疗能够治疗癌症的原理是什么？
(2)接受化疗的癌症患者，身体非常虚弱的原因是什么？
2．根据基因突变的结果、特点，思考：
(1)为什么说基因突变是生物变异的根本来源？
(2)基因突变具有低频性，如何还能为生物进化提供原始材料？
三、下图是基因突变的几种类型，请分析并回答下面问题：
(1)上述DNA分子的改变在光学显微镜下能观察到吗？
(2)上述三种方式中碱基对分别发生了怎样的变化？哪种变化对生物性状的影响程度相对要小一些？为什么？
(3)基因突变是否一定改变DNA中的遗传信息？为什么？
(4)基因突变不一定改变生物体的性状，下列哪些情况与该结论相对应？
①突变可能发生在非编码片段。
②基因突变是随机的、普遍的。
③基因突变后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸。
④基因突变若为隐性突变，如AA→Aa，不会导致性状的改变。
四、下图能说明基因突变具有什么特点？
特别提醒：
(1)没有外界因素的诱变，基因突变也可能自发产生。
(2)基因突变产生了新基因，是生物变异的根本来源，为产生更多的基因重组创造了条件。
探究点二　基因重组
1．阅读教材P84内容，观察图5－4，结合减数分裂与基因自由组合定律，探究下列问题：
(1)基因重组产生了新基因和新性状吗？
(2)谚语“一母生九子，连母十个样”，请分析这主要是什么原因造成的？为什么？
(3)下列是孟德尔杂交实验的两种现象，请分析产生的原因是否属于基因重组，并说明理由。
①现象一：杂合紫花豌豆自交后代中出现白花豌豆。
②现象二：杂合黄色圆粒豌豆自交后代中出现黄皱、绿圆、绿皱豌豆。
2．下图a、b为减数第一次分裂不同时期的细胞图像，据图思考：
(1)a图和b图所示的都是基因重组，两种类型的基因重组分别发生于减数第一次分裂的哪个时期？
(2)a图和b图所示的基因重组发生的原因分别是什么？
3．下图是基因型为AaBb的高等动物体内某个初级精母细胞可能发生的变化，请据图分析：
(1)如果没有发生交叉互换，该初级精母细胞形成的精细胞有几种？基因组成分别是怎样的？
(2)若发生交叉互换，该初级精母细胞形成的精细胞有几种？基因组成分别是怎样的？
4．如图为基因型为AaBb的某高等动物的细胞分裂示意图，请据图回答：
(1)图1细胞处于什么时期？图中形成B、b现象的原因是什么？
(2)图2细胞的名称是什么？图中形成B、b现象的原因可能是什么？
(3)若该动物的基因型为AaBB，则产生图2现象的原因又是什么？
特别提醒：
1．基因重组是真核生物有性生殖过程中产生可遗传变异的重要来源，是形成生物多样性的重要原因。
2．并非产生新基因型的变异都是基因重组，基因重组仅发生在减数分裂形成配子的过程中，有性生殖过程中配子间的随机结合可产生新的基因型，但不属于基因重组。
【巩固训练】
1.下列关于动物体内基因突变和基因重组的表述中，正确的是( )
A.两种变异均可以发生在个体发育的各个时期
B.只有基因突变才能改变DNA分子的碱基序列
C.两种变异均可以产生新的基因和新的基因型
D.两种变异均可能导致姐妹染色单体所携带的基因不同
2.我国科学家利用基因编辑技术敲除杂交水稻中的4个基因,获得了可以发生无融合生殖(不发生雌雄配子的细胞核融合而产生种子的生殖)的水稻材料，得到了杂交稻的克隆种子，实现了杂合基因型的固定。该无融合生殖的原理过程如图所示，下列相关分析错误的是( )
A. 图中过程①产生配子时可能发生了类似有丝分裂的过程
B. 雌雄配子结合时可能发生了雄配子细胞核的退化消失
C. 利用基因编辑技术敲除水稻中的4个基因属于基因突变
D. 无融合生殖获得的克隆种子可稳定保持亲代的杂种优势
3.统计表明，人类寿命约为80岁，每年会发生20~50个基因突变；长颈鹿寿命约为24岁，每年大约会发生99次基因突变；裸鼹鼠寿命约为25岁，每年大约会发生93次基因突变。这些突变大多数是无害的，但也有一些可能会使细胞发生癌变或损害细胞的正常功能。下列说法错误的是( )
A.推测正常情况下基因突变发生的速度越慢，每年发生的基因突变数量越少，物种的寿命越长
B.基因突变可以发生在生物体发育的任何时期
C.无害突变是由显性基因突变成隐性基因导致的
D.一个基因可以发生不同的突变产生一个以上的等位基因，体现了基因突变的不定向性
4.放射性辐射是致癌的重要因素，下列关于细胞癌变的叙述，错误的是( )
A.放射性辐射会使正常基因突变成原癌基因和抑癌基因，从而引发细胞癌变
B.原癌基因表达的蛋白质是细胞正常生长和增殖所必需的
C.癌变的细胞形态结构通常会发生显著变化，并且可以无限增殖
D.癌细胞的细胞膜上的糖蛋白等物质减少导致癌细胞容易转移分散
5.某基因型为AaBb的高等动物的1个初级精母细胞如图所示，其中甲~丁表示染色体。下列叙述正确的是( )
A.该细胞中染色体甲上的基因a是染色体互换产生的
B.该细胞在减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ中均会发生基因A和a的分离
C.该细胞产生的1个子细胞中同时含有基因B与b的概率为1/2
D.该细胞产生的精细胞中染色体数和核DNA数均为该细胞的一半
参考答案
1.答案：D
解析：A、基因突变具有普遍性和随机性，个体发育的各个时期均可发生，基因重组发生在减数分裂形成配子的过程中，并不是个体发育的各个时期均可发生，A错误;
B、基因突变是基因内部碱基对的增添、缺失或替换，会改变DNA分子的碱基序列，同源染色体上的非姐妹染色单体的互换引起的基因重组也会改变DNA分子的碱基序列，B错误;
C、基因突变可以产生新基因，从而产生新的基因型，基因重组不能产生新基因，但可以通过基因重组产生新的基因型，C错误;
D、基因突变和同源染色体上的非姐妹染色单体的互换引起的基因重组都可能导致姐妹染色单体所携带的基因不同，D正确。
2.答案：C
解析：A、图中过程①产生配子染色体数目不减半，其过程类似于有丝分裂，A正确；
B、雌雄性配子结合产生的子代植株中，子代植株染色体组成不加倍，可能发生了雄配子细胞核的退化消失，B正确；
C、基因突变不改变基因的数目，利用基因编辑技术敲除水稻中的4个基因导致基因数目减少，不属于基因突变，C错误；
D、由图中亲代染色体组成和子代植株染色体组成比较可知，无融合生殖获得的克隆种子可稳定保持亲代的杂种优势，D正确。
故选C。
3.答案：C
解析：据题干中三种生物的寿命与每年发生的基因突变数量分析，每年发生的基因突变数量越多，该种生物寿命越短，每年发生的基因突变数量越少，该种生物的寿命越长，A正确；基因突变大多发生在DNA复制时期，而DNA复制在生物体发育的任何时期都存在，B正确；无害突变指对生物体无害的基因突变，其可能发生了显性基因突变，也可能发生了隐性基因突变，C错误；一个基因可以发生不同的突变产生一个以上的等位基因，说明突变具有很多方向，体现了基因突变的不定向性，D正确。
4.答案：A
解析：原癌基因和抑癌基因是细胞中原本就存在的正常基因，放射性辐射会使原癌基因和抑癌基因发生突变，进而引发细胞癌变，A错误。
5.答案：B
解析：该高等动物的基因型为AaBb，观察题图中甲、乙两条同源染色体可知，该细胞中染色体甲上的基因a是基因突变产生的，所以该细胞在减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ均会发生基因A和a的分离，A错误，B正确；基因B和b是一对等位基因，在减数分裂Ⅰ后期随同源染色体的分离而分离，该细胞产生的子细胞中不可能同时含有基因B和b,C错误；该细胞产生的精细胞中染色体数为该细胞的一半，而核DNA数为该细胞的1/4，D错误。

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