精品学案高三生物一轮复习：基因突变和基因重组(人教版必修二) 11页

基因突变和基因重组 必备知识梳理 回扣基础要点 一、基因突变的实例和概念 ‎1.实例 ‎（1）镰刀型细胞贫血症的病因图解如下： ‎ ‎（2）考点归纳 ‎①图示中a、b、c过程分别代表 、 和 。突变发生在（填字母） 过程中。‎ ‎②患者贫血的直接原因是 异常，根本原因是发生了 ，碱基对由 突变成 。‎ ‎2.概念：DNA分子中发生碱基对的 、 和 而引起的的改变。该变化若发生在 中，将遵循遗传规律传递给后代；若发生在体细胞中，一般 ；但有些植物的体细胞发生基因突变，可通过 传递。‎ 答案： 转录 翻译 a 蛋白质 基因 突变 替换 增添 缺失 基因结构 配子 不能遗传 无性繁殖 二、基因突变的原因、特点、时间和意义 原因 内因 DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起基因结构的改变 ‎ 外因 某些诱变因素：物理因素、化学因素、和生物因素 特点 ‎（1）普遍性：在生物界中普遍存在 ‎（2）随机性：生物个体发育的任何时期和部位 ‎（3）低频性：突变频率很低 ‎（4）不定向性：可以产生一个以上的等位基因 ‎（5）多害少利性 ‎：一般是有害的，少数有利发生 发生时间 DNA复制时，如有丝分裂间期和减数第一次分裂间期 意义 ‎①新基因产生的途径，②生物变异的根本来源，‎ ‎③生物进化的原始材料 练一练 基因突变是生物变异的根本来源。下列关于基因突变特点的说法中，正确的是( )‎ A.无论是低等还是高等生物都可能发生突变 B.生物在个体发育的特定时期才可发生突变 C.突变只能定向形成新的等位基因 D.突变对生物的生存往往是有利的 解析：无论是低等生物还是高等生物，无论是体细胞还是生殖细胞，无论是个体发育的哪个时期，都可能发生突变；突变是不定向的，一个位点上的基因可以突变成多个等位基因；生物与环境的适应是长期自然选择的结果，当发生基因突变后，出现新的生物体性状往往与环境是不相适应的，突变对生物的生存往往是有害的，但是有的基因突变对生物的生存是有利的。‎ 答案：A 三、基因重组 ‎1.概念：基因重组是指在生物体进行的有性生殖过程中，控制不同性状的基因重新组合 的。所以，进行有性生殖的生物会发生基因重组。‎ ‎2.类型：基因重组有自由组合和交叉互换两类。前者发生在减数第一次分裂的后期（非同源染色体的自由组合），后者发生在减数第一次分裂的四分体时期（同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换）。另外，外源基因的导入也会引起基因重组。‎ ‎3.意义：基因重组是生物变异的来源之一，是形成生物的多样性重要原因，对生物的进化也具有重要意义。 提醒 ‎①基因重组的范围——有性生殖生物。但不能说“一定”是有性生殖生物，因为还包括“外 源基因导入”这种情况。 ‎②基因突变能产生新基因，是生物变异的根本来源；基因重组能产生新基因型，是生物变异的重要来源，两者都为进化提供原材料。‎ 构建知识网络 高频考点突破 考点一 生物的变异 ‎1.变异的概念 生物的亲子代之间及同一亲代所生的各子代之间，均有或多或少的差异，这种差异就是变异。‎ 变异强调亲子代之间或子代不同个体之间的差异，而遗传强调亲子代之间的相似性。‎ 提醒 ‎2.可遗传变异与不可遗传变异的比较 可遗传变异 不可遗传变异 遗传物质 是否变化 遗传物质发生改变 遗传物质不发生改变 遗传情况 变异能在后代中再次出现 变异性状仅限于当代表现 应用价值 是育种的原始材料，能从中选育出符合人类需要的新类型或新品种 无育种价值，但在生产上可利用优良环境条件来影响性状的表现获取高产优质产品 联系 提醒：‎ ‎①水、肥、阳光特别充足时，温度改变、激素处理等引起的变异一般是不可遗传变异，但射线、太空、化学诱变剂等处理引起的变异一般为可遗传变异。‎ ‎②病毒和细菌等原核生物的可遗传变异只有一种：基因突变。‎ 提醒 实验探究 探究某一变异性状是否是可遗传变异的方法思路 ‎1.若染色体变异，可直接借助显微镜观察染色体形态、数目、结构是否改变。‎ ‎2.与原来类型在相同环境下种植，观察变异性状是否消失，若不消失则为可遗传变异，反之则为不可遗传变异。‎ ‎3.设计杂交实验，根据实验结果确定变异性状的基因型是否改变。‎ 对位训练 ‎1.玉米子粒种皮有黄色和白色之分，植株有高茎和矮茎之分。据此完成下列题目：‎ ‎（1）种皮的颜色是由细胞中的色素决定的，已知该色素不是蛋白质，那么基因控制种皮的颜色是通过控制　　　　　　　　　　　　　来实现的。‎ ‎（2）矮茎玉米幼苗经适宜浓度的生长素类似物处理，可以长成高茎植株。为了探究该变异性状是否能稳定遗传，生物科技小组设计实验方案如下。请你写出实验预期及相关结论，并回答问题。‎ ‎①实验步骤：‎ a.在这株变异的高茎玉米雌花、雄花成熟之前，分别用纸袋将雌穗、雄穗套住，防止异株之间传粉。‎ b.雌花、雄花成熟后，人工授粉，使其自交。‎ c.雌穗上种子成熟后，收藏保管，第二年播种观察。‎ ‎②实验预期及相关结论：‎ a.　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。‎ b.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。‎ ‎③问题：‎ a.预期最可能的结果：　　　　　　　　 　　　。‎ b.对上述预期结果的解释：　　　　 　　　　　。‎ 解析　基因对性状的控制有两条途径，一个是通过控制蛋白质的合成来直接控制生物性状；另外一条途径是通过控制酶的合成，来控制代谢从而间接控制生物性状。因为色素不是蛋白质，显然基因不能直接控制，只能通过酶间接控制。如果高茎变异是环境引起的变异，遗传物质没有改变则自交后代的植株都是矮茎。如果遗传物质发生了改变，则自交后代便会有高茎存在。‎ 答案（1）有关酶的合成来控制代谢，进而控制性状 ‎（2）②a.子代玉米苗有高茎植株，说明生长素类似物引起的变异能够遗传 b.子代玉米苗全部是矮茎植株，说明生长素类似物引起的变异不能遗传 ‎③a.子代玉米植株全是矮茎 b.适宜浓度的生长素类似物能促进细胞的伸长、生长，但不能改变细胞的遗传物质（其他正确答案也可）‎ 考点二 基因突变 ‎1.基因突变的分子机制 ‎①无丝分裂、原核生物的二分裂及病毒DNA复制时均可发生基因突变。‎ ‎②基因突变不改变染色体上基因的数量，只改变基因的结构，即由A→a或a→A，而A、a 的本质区别是其基因分子结构发生了改变，即基因中脱氧核苷酸种类、数量、排列顺序发生了改变。‎ ‎2.类型 ‎（1）显性突变：如a→A，该突变一旦发生即可表现出相应性状。‎ ‎（2）隐性突变：如A→a，突变性状一旦在生物个体中表现出来，该性状即可稳定遗传。‎ ‎3.基因突变对性状的影响 ‎（1）基因突变改变生物性状 突变引起密码子改变，最终表现为蛋白质的功能改变，从而影响生物的性状，如镰刀型细胞贫血症。‎ ‎（2）基因突变不改变生物性状 ‎①体细胞中某基因发生改变，生殖细胞中不一定出现该基因。‎ ‎②若该亲代DNA上某个碱基对发生改变产生的是一个隐性基因，并将该隐性基因传给子代，而子代为杂合子，则隐性性状不会表现出来。‎ ‎③根据密码子的简并性，有可能翻译出相同的氨基酸。‎ ‎④性状表现是遗传基因和环境因素共同作用的结果，在某些环境条件下，改变了的基因可能并不会在性状上表现出来等。‎ ‎4.基因突变多害少利 基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，所以一般有害；但有少数基因突变也可能使生物产生新的性状，适应改变的环境，获得新的生存空间。‎ ‎①基因突变的利害性取决于生物生存的环境条件。如昆虫突变产生的残翅性状若在陆地上则为不利变异，而在多风的岛屿上则为有利变异。‎ ‎②有些基因突变既无害也无益。‎ 提醒 误区警示 ‎1.‎ DNA复制只发生在①过程中，②、③过程不发生。‎ ‎2.基因突变容易发生在具有DNA复制功能的细胞中（具有分裂能力的细胞），已高度分化的失去分裂能力的细胞因其不发生DNA复制，故不容易发生基因突变。所以细胞发生基因突变的概率为：生殖细胞>体细胞，分裂旺盛的细胞>停止分裂的细胞。‎ ‎3.诱变育种材料 只要能进行细胞分裂的材料都符合要求，如萌发的种子、小白鼠等；但不进行细胞分裂的材料不符合要求，如干种子、动物精子等。原因是诱变育种必须发生基因突变，而基因突变只能发生在细胞分裂的DNA复制过程中。‎ ‎4.突变频率很低，但突变的基因数或个体数不一定少。‎ ‎5.基因突变一定是可遗传变异，因为遗传物质改变了；但基因突变产生的新基因新性状不一定传递给后代，若发生在体细胞中，一般不会传递给子代，而发生在配子中可以。‎ 对位训练 ‎2.（2008·广东理基，47）有关基因突变的叙述，正确的是( )‎ A.不同基因突变的频率是相同的 B.基因突变的方向是由环境决定的 C.一个基因可以向多个方向突变 D.细胞分裂的中期发生基因突变 解析：基因突变是遗传物质的内在变化，具有不确定性和多方向性，一般发生在DNA复制时。‎ 答案：C ‎3.关于基因突变的说法中，不正确的是( )‎ ‎①基因突变是广泛存在的，并且对生物自身大多是有害的 ②基因突变一定能够改变生物的表现型 ③人工诱变所引起的基因突变或染色体的变异都是有利的 ④‎ 由环境引起的变异是不能够遗传的 ⑤基因中脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序的改变就是基因突变 ⑥紫外线照射使人患皮肤癌和人由于晒太阳而使皮肤变黑都属于可遗传变异 A.①②③④ B.①②⑤⑥ C.②③④⑥D.②③④⑤‎ 答案：C 考点三基因重组的理解 重组 类型 同源染色体上非等位基因的重组 非同源染色体上非等位基因的重组 人为导致基因重组（DNA重组）‎ 发生 时间 减数第一次分裂四分体时期 减数第一次分裂后期 体外与运载体重组，导入细胞内与细胞内基因重组 发生 机制 同源染色体非姐妹染色单体之间交叉互换导致染色单体上的基因重新组合 同源染色体分开，等位基因分离，非同源染色体自由组合，导致非同源染色体上非等位基因间的重组 目的基因经过运载体导入受体细胞，导致受体细胞中基因重组 图像 示意 识图析图 由图获得的信息：‎ ‎（1）图中无同源染色体、着丝点断裂、均等分裂，应为次级精母细胞或第一极体，不可能为次级卵母细胞。‎ ‎（2）造成B、b不同的原因有基因突变（间期）或交叉互换（前期）。①若为体细胞有丝分裂（如根尖分生区细胞、受精卵等）则只能是基因突变造成的；②若题目中问造成B、b不同的根本原因，应考虑可遗传变异中的最根本来源——基因突变；③若题目中有××分裂××时期提示，如减Ⅰ前期造成的则考虑交叉互换，间期造成的则考虑基因突变。‎ 对位训练 ‎4.下列有关基因重组的说法，不正确的是( )‎ A.基因重组是生物变异的根本来源 B.基因重组能够产生多种基因型 C.基因重组发生在有性生殖的过程中 D.非同源染色体上的非等位基因可以发生重组 答案：A ‎5.右图为高等动物的细胞分裂示意图。图中不可能反映的是( )‎ A.发生了基因突变 B.发生了染色单体互换 C.该细胞为次级卵母细胞 D.该细胞为次级精母细胞 解析：题中所给图因无同源染色体，为减数第二次分裂的后期图，又因为细胞质均等分裂，故此细胞为次级精母细胞或第一极体。姐妹染色单体形成的两条染色体上的基因若不相同，只有两条途径，一是基因突变，二是染色体的交叉互换。‎ 答案：C 解题思路探究 思维误区警示 易错分析 ‎1.对基因突变中碱基对的增添、缺失和替换与氨基酸、蛋白质和性状的关系模糊不清 碱基对 影响范围 对氨基酸的影响 减少对蛋白质结构影响的变化 替换 小 只改变1个氨基酸或不改变 增添 大 插入位置前不 影响，影响插 入后的序列 若开始增添1个碱基对，可再增添2个、5个即3n+2或减少1个、4个即3n+1(n≥0，且为整数)‎ 缺失 大 缺失位置前不 影响，影响缺 失后的序列 若开始缺失1个碱基对，可再减少2个、5个即3n+2或增添1个、4个即3n+1(n≥0，且为整数)‎ 提醒 增添或缺失的的位置不同，影响结果也不一样：最前端——氨基酸序列全部改变 或不能表达（形成终止密码子）；在中间某个位置会造成肽链提前中断（形成终止密码子）‎ 或插入点后氨基酸序列改变；在该序列最后则不影响表达或使肽链延长。‎ ‎2.对人工诱变的特点产生误解 ‎（1）人工诱变与自然突变相比较，提高了突变频率，但仍具低频性特点——即未突变的比突变的多。‎ ‎（2）人工诱变仍然具有不定向性，并不是诱变的性状一定有利。‎ ‎（3）人工诱变仍然具有多害少利性，即突变个体增多的同时，有利有害的都增多但仍然是有害的多。‎ 纠正训练 ‎1.原核生物中某一基因编码氨基酸的区域起始端插入了一个碱基对。在插入位点的附近，再发生下列哪种情况有可能对其编码的蛋白质结构影响最小( )‎ A.置换单个碱基对 B.增加4个碱基对 C.缺失3个碱基对 D.缺失4个碱基对 解析基因中三个相邻的碱基对决定mRNA中三个相邻的碱基，mRNA中三个相邻的碱基决定一个氨基酸。若基因中碱基对增加了一个，必然会引起其编码的蛋白质分子中氨基酸序列的改变，但如果在插入位点的附近再缺失4个碱基对，那么只会影响其编码的蛋白质分子中最初的几个氨基酸，而不会影响后面的氨基酸序列，这样可以减小对蛋白质结构的影响。‎ 答案：D ‎2.在一段能编码蛋白质的脱氧核苷酸序列中，如果其中部缺失1个核苷酸对，不可能的后果是（ )‎ A.没有蛋白质产物 B.翻译为蛋白质时在缺失位置终止 C.所控制合成的蛋白质减少多个氨基酸 D.翻译的蛋白质中，缺失部位以后的氨基酸序列发生变化 解析基因中能编码蛋白质的脱氧核苷酸序列若在其中部缺失1个核苷酸对，经转录后，在信 使RNA上可能提前形成终止密码子，使翻译过程在基因缺失位置终止，使控制合成的蛋白质减少多个氨基酸。或者因基因中部缺失1个核苷酸对，使信使RNA上从缺失部位开始向后的密码子都发生改变，从而使合成的蛋白质中，在缺失部位以后的氨基酸序列都发生变化。‎ 答案：A 互动探究 ‎ ‎(1)若上题不是强调“中部”特定位置，只是交待“1个基因中缺失了1个核苷酸对”，则A能发生吗？‎ ‎(2)若上题其它条件不变，只是将“1个核苷酸对”换成“3个核苷酸对”(减少的碱基对是连续的，且与终止密码子无关)，会对蛋白质长度和氨基酸序列有何影响？‎ 提示 ‎ (1)若发生在起始密码子相对应的核苷酸序列，则可能没有蛋白质产物，即A能发生。‎ ‎(2)蛋白质长度少一个氨基酸，其它氨基酸序列不变或改变。‎ ‎3.淀粉酶可以通过微生物发酵生产。为了提高酶的产量，请你设计一个实验，利用诱变育种方法，获得产生淀粉酶较多的菌株。‎ ‎(提示:生产菌株在含有淀粉的固体培养基上，随着生长可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉，在菌落周围形成透明圈)‎ 步骤： ‎ 第一步：将培养好的菌株分为两组，一组用一定剂量的诱变剂处理，另一组不处理做对照。‎ 第二步：制备含淀粉的固体培养基。‎ 第三步：把诱变组的大量菌株接种于多个含淀粉的固体培养基上，同时接种对照组，相同条件下培养。‎ 第四步：比较两组菌株菌落周围透明圈的大小，选出透明圈变大的菌株。‎ 根据诱发突变率低和诱发突变不定向性的特点预测实验结果。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案：①由于诱发突变率低，诱变组中绝大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同；‎ ‎②由于诱发突变的不定向性，诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小 ‎。‎ 知识综合应用 重点提示 通过“基因突变在生产生活中的应用”的考查，提升“综合运用所学知识解决自然界和社会生活中有关生物学问题”的能力。‎ 典例分析 控制人的血红蛋白基因分别位于人的11号、16号染色体上，在不同的发育时期至少有α、β、γ、ε、δ和ξ基因为之编码。人的血红蛋白由四条肽链组成，在人的不同发育时期，血红蛋白分子的组成是不相同的。例如人的胚胎血红蛋白由两个ξ肽链（用ξ2表示）和两个ε肽链(用ε2表示)组成。‎ 下图为基因控制蛋白质合成的示意图。‎ ‎（1）合成ε2的直接模板是 ，场所是 。‎ ‎（2）镰刀型细胞贫血症是一种分子遗传病，其病因是β基因发生了突变。假设某人的一个α基因发生突变,不一定导致α肽链改变，β基因发生突变，往往导致β肽链改变。根据上图分析说明理由 。‎ ‎（3）根据上图基因控制血红蛋白的合成过程，你对人类染色体上基因种类的分布、数量及基因表达的顺序，有何启示？(至少说两条） ‎ ‎（4）分子病理学研究证实，人类镰刀型细胞贫血症很多原因是由于β基因发生突变引起的。若已知正常血红蛋白β链的氨基酸序列，能否推知正常β基因的碱基序列？。为什么？ ‎ ‎ 。‎ ‎（5）镰刀型细胞贫血症的根本治疗途径是基因治疗，是将编码β链的β基因，通过质粒或病毒等导入患者的造血干细胞，导入β基因的造血干细胞能否 ，这是治疗成功与否的关键。‎ 解析（1）由题干可以知道ε2代表肽链，肽链合成的直接模板是mRNA，合成场所为核糖体。（2）由图可以知道，α基因有两个，而β基因只有一个，相对来说一个α基因发生突变的影响要小，因为另一个α基因能合成正常的肽链。‎ ‎（3）注意题目的要求是从染色体上基因种类的分布、数量及基因表达的顺序三个方面进行分析。譬如从基因数量来看，控制α2肽链合成的基因有两个。‎ 答案（1）mRNA核糖体（2）因为α基因有两个，如果一个α基因发生突变，则另一个α基因可以表达出原有的α肽链。β基因只有一个，如果β基因发生突变，则往往不能表达出原有的β肽链 ‎（3）①控制蛋白质合成的基因的表达有时间的顺序；②控制同一条多肽链的基因可能有多个；③控制同一功能的不同基因可能集中分布（4）不能有些氨基酸的密码子不止一个 ‎（5）使β基因得以表达 技巧点拨：新材料、新情景的题目，无论起点有多高，落点一定在教材的基础知识中。提供新材料的试题的解题步骤一般是：第一，认真、快速读题，提取关键信息，弄清设问意图。关于设问的类型，一般有以下几个方面：①概括式：概括文字材料、示意图、曲线图、表格等所反映的生物学要点；②探究式：利用所提供材料，结合教材的知识背景，对某个问题作出合理的解释、结论；③逻辑式：根据文章内容作出逻辑推理；④建议式：根据材料内容和相关知识背景，提出解决问题的方法、思路，或作出合理的建议、假设。第二，联想文章所涉及的教材中的知识背景。第三，针对设问联系相关知识，寻找内在联系，初步思考作答要点。第四，根据答题要点，组织文字，编写答案。‎ 随堂过关检测 题组一：基因重组的理解及应用 ‎1.下列细胞在其生命活动过程中既有可能发生基因重组现象，又有可能发生基因突变现象的 是（D ）‎ A.心肌细胞B.成熟的红细胞 C.根毛细胞D.精原细胞 ‎2.依据基因重组概念的发展，判断下列图示过程中没有发生基因重组的是（A ）‎ ‎3.以下关于生物变异的叙述，正确的是（双选）（AB ）‎ A.基因突变不一定遗传给后代 B.基因碱基序列发生改变，不一定导致性状改变 C.染色体变异产生的后代都是不育的 D.基因重组只发生在生殖细胞形成过程中 题组二：基因突变的特点及应用 ‎4.（2008·上海卷，28）下列大肠杆菌某基因的碱基序列的变化，对其所控制合成的多肽的氨基酸序列影响最大的是（不考虑终止密码子）(B )‎ ‎—ATGGGCCTGCTGA……GAGTTCTAA—‎ ‎1471013100103106‎ A.第6位的C被替换为T B.第9位与第10位之间插入1个T C.第100、101、102位被替换为TTT D.第103至105位被替换为1个T ‎5.下图表示人类镰刀型细胞贫血症的病因，右图是一个家族中该病的遗传系谱图（控制基因为B与b），请据图回答（已知谷氨酸的密码子是GAA，GAG）：‎ ‎（1）图中①②表示的遗传信息流动过程分别是：① ；② 。‎ ‎（2）α链碱基组成为，β链碱基组成为 。‎ ‎（3）镰刀型细胞贫血症的致病基因位于 染色体上，属于 ‎ 性遗传病。‎ ‎（4）Ⅱ6基因型是 ，Ⅱ6和Ⅱ7婚配后生一患病男孩的概率是 ‎ ‎，要保证Ⅱ9婚配后子代不患此病，从理论上说其配偶的基因型必须为 。‎ ‎（5）镰刀型细胞贫血症是由产生的一种遗传病，从变异的种类来看，这种变异属于 。该病十分罕见，严重缺氧时会导致个体死亡，这表明基因突变的特点是 和 。‎ 解析：发生此病的根本原因在于遗传物质DNA复制时发生了基因突变，由原来的CTT突变为CAT，从而使转录成的信使RNA上的碱基也相应地由GAA变成GUA。因为在翻译过程中，GAA、GUA分别是谷氨酸、缬氨酸的密码子，所以合成的血红蛋白中的谷氨酸就被缬氨酸所代替，异常的血红蛋白使红细胞变形，由正常的双面凹的圆饼状变为镰刀型，使红细胞运输氧的能力大大降低。‎ 该病十分少见，说明基因突变在自然界突变率很低，也说明基因突变往往对生物是有害的。‎ 答案（1）复制转录 （2）CATGUA（3）常隐（4）Bb1/8BB (5)基因突变可遗传变异低频性多害少利性