(完整版)第5章基因突变及其他变异(教案).doc
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- 完整版 基因突变 及其 变异 教案
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1、第5章 基因突变及其他变异第1节 基因突变和基因重组【课标定位】1.简述基因突变的概念、特点及意义。2.阐述基因重组的来源及其重要意义。【教材回归】进行有性生殖的生物,在通过减数分裂形成配子的过程中要进行染色体的复制,实质是遗传物质DNA的复制。碱基互补配对原则能保证DNA复制的准确性,使亲子代之间的遗传信息保持一致。但类似抄错句子一样的错误依然会发生。一、基因突变(一)实例分析镰刀型细胞贫血症病征患者红细胞由正常中央微凹的圆饼状变为弯曲的镰刀状,这样的红细胞容易破裂而使人患溶血性贫血,严重时会导致死亡病因直接病因在组成患者血红蛋白分子的多肽链上,一个氨基酸被替换:谷氨酸缬氨酸根本病因控制合成
2、血红蛋白分子的DNA上一个碱基对的改变:T-AA-TGTA CAT突变GAACTTDNAmRNA GAA GUA氨基酸 谷氨酸 缬氨酸蛋白质 正常 异常红细胞形状特别提示:镰刀型细胞贫血症是由于基因的一个碱基对改变而产生的一种遗传病。除了碱基的替换可导致基因的改变,从而引起所编码的蛋白质发生改变以外。编码蛋白质的DNA发生碱基的增添或缺失也会导致蛋白质结构的改变,从而引起生物性状的改变。(二)基因突变的概念DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,而引起的基因结构的改变叫做基因突变。特别提示:基因突变既可发生在配子中,也可发生在体细胞中。若发生在配子中,将遵循遗传规律传递给后代。若发生在体细胞
3、中,一般不能遗传。但有些植物体细胞中发生的基因突变可通过无性繁殖进行传递。此外,人体某些体细胞基因的突变,有可能使其发展为癌细胞。(三)基因突变的原因和特点1.基因突变的原因(1)外因外界因素的诱发易诱发生物发生基因突变并提高突变频率的外界因素可分为三类:物理因素、化学因素和生物因素。例如,紫外线、X射线以及其他辐射能损伤细胞内的DNA分子;亚硝酸和碱基类似物等能改变核酸的碱基组成;某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA分子等。(2)内因DNA分子复制时出错由于DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等原因自发产生。2.基因突变的特点普遍性所有生物都会由于基因突变而引起性状的改变
4、。例如,棉花的短果枝、水稻的矮秆、果蝇的白眼、鸡的卷羽、人的红绿色盲以及白化病等随机性由于DNA碱基组成的改变是随机的,因而基因突变是随机发生的。可以发生在生物个体发育的任何时期,也可发生在细胞内不同DNA分子上以及同一DNA分子的不同部位不定向性由于DNA碱基组成的改变是不确定的,因此基因突变是不定向的。一个基因可向不同的方向发生突变,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。据估计,在高等生物中大约105108个生殖细胞中才会有1个生殖细胞发生基因突变多害性大多数基因突变对生物体是有害的,但也有少数基因突变是有利的,如大肠杆菌由于基因突变产生的对某些抗生素的抗性等(四)
5、基因突变的意义基因突变是新基因产生的途径、生物变异的根本来源、生物进化的原始材料。二、基因重组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来源减数分裂过程非同源染色体上非等位基因间的重组发生时期减数第一次分裂后期重组原因在同源染色体分离的同时,随着非同源染色体的自由组合,非同源染色体上的非等位基因随之自由组合,从而导致非同源染色体上的基因重组同源染色体上的非等位基因间的重组发生时期减数第一次分裂前期(四分体时期)重组原因位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体之间的交换而发生交换,从而导致同源染色体的非姐妹染色单体之间的基因重组基因工程(非减数分裂过程)通过基因工程
6、人们可以有意识地将目的基因导入受体细胞,让受体细胞获得新的基因,从而实现基因重组(能实现不同物种间的基因重组)意义生物变异的主要来源,对生物的进化也具有重要意义【要点突破】一、生物变异的来源 变异类型比较项目不可遗传变异可遗传变异变异特点仅由环境条件的改变引起,遗传物质没有发生变化;一般仅在亲代出现由于遗传物质的改变引起;既可在亲代出现,也可遗传给子代变异来源环境条件的改变基因突变、基因重组和染色体变异应用价值无育种价值,但在农业生产上可采用优良的环境条件影响生物的性状表现,从而获取高产、优质产品生物育种的原始材料,生物进化的主要原因,能从中选育出符合人类需要的生物新类型或新品种变异实例通过手
7、术将单眼皮做成的双眼皮一株黄色圆粒豌豆自交,后代出现部分黄色皱粒豌豆特别提示:不同生物可遗传变异的来源:原核生物和病毒真核生物有丝分裂(无性生殖)减数分裂(有性生殖)基因突变基因突变和染色体变异基因突变、基因重组和染色体变异二、基因突变1.有关基因突变概念的理解(1)DNA分子中碱基的替换、增添和缺失,不一定导致基因突变。(2)基因突变的时期:有丝分裂间期和减数第一次分裂间期(DNA复制的过程中)。(3)基因突变的实质:基因中遗传信息(脱氧核苷酸排列顺序)的改变。(4)基因突变的结果:一个基因变成它的等位基因(新基因)。可见,基因突变只改变基因的结构及表现形式(如Aa或aA),并未改变染色体上
8、基因的数量和位置。(5)基因突变既可发生在配子中,也可发生在体细胞中。若发生在配子中,将遵循遗传规律传递给后代。若发生在体细胞中,一般不能遗传。但有些植物体细胞中发生的基因突变可通过无性繁殖进行传递。(6)RNA病毒的基因突变:由于RNA病毒的遗传物质是RNA分子,因而RNA病毒的基因突变为RNA分子结构的改变。由于RNA分子通常是一条单链,因而结构很不稳定、突变频率高,这就是许多RNA病毒(如禽流感病毒、SARS病毒、HIV病毒等)更容易出现变种的根本原因,也是人们不易研制RNA病毒疫苗的根本原因。2.基因突变的实质控制的性状不变基因结构改变控制的性状改变产生等位基因(A a1、a2)体细胞
9、 生殖细胞一般不遗传给后代 可以遗传给后代物理、化学、生物因素或内部因素遗传信息改变,即脱氧核苷酸数量、排列顺序发生改变基因片段A A T T C C G G CT T A A G G C C GA A C T T C C G G TT T G A A G G C C AA T T C C G G TT A A G G C C A替换 增添 缺失有丝分裂 减数分裂A A T T C C G G TT T A A G G C C AA A T T C C G G TT T A A G G C C A3.基因突变与生物性状的关系(1)碱基对的增添或缺失若基因中增添或缺失的碱基对数目不是3的整数倍,
10、则会导致突变位点后遗传信息发生改变转录形成的mRNA上密码子发生改变突变位点后氨基酸的种类发生改变生物的性状发生变化。若基因中增添或缺失的碱基对数目恰好是3的整数倍,且增添或缺失位点恰为完整密码子的位置蛋白质分子中氨基酸序列(数目或种类)发生改变(突变位点后的氨基酸种类和数目不会发生改变)生物的性状发生变化。(2)碱基对的替换若突变后的密码子不同于原密码子,且导致编码的氨基酸分子发生改变,则会导致生物的性状发生变化,如镰刀型细胞贫血症。若突变后的密码子不同于原密码子,但编码的氨基酸分子没有发生改变,则不会导致生物的性状发生变化。若突变后的密码子变成了终止密码子,则会导致蛋白质的合成提前终止,从
11、而导致生物的性状发生变化。特别提示:基因突变不一定导致生物性状改变的原因:某些突变虽然改变了蛋白质中个别氨基酸分子的种类,但并不影响该蛋白质的功能;有的氨基酸分子有多个密码子,突变前后的密码子决定的可能是同种氨基酸分子;基因型AA中的Aa或Aa中的aA。4.基因突变的特点(1)基因突变的种类:在自然条件下发生的基因突变叫做自然突变,在人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。(2)基因突变发生的早晚与生物体表现突变多少的关系:一般来说,在生物体个体发育的过程中,基因突变发生的时期越早,生物体表现突变的部分就越多;反之就越少。(3)基因突变虽然是不定向的,但不是没有限制的任意突变,而只能限定在相
12、对性状的范畴内突变。例如,小鼠毛色基因的突变,只能限定在色素的范围内,不会超出这个范围。(4)基因突变通常是成对基因中的1个基因发生突变,可以是显性突变(aA),也可以是隐性突变(Aa)。三、基因重组1.在自然条件下,基因重组只能发生于真核生物、有性生殖的核遗传过程中,即真核细胞进行减数分裂的过程中。2.由于基因重组只是已有基因的重新组合,基因结构并没有发生改变,自始至终没有产生新的基因。因而,基因重组只能使生物产生新的基因型,不能产生新的蛋白质,也就不会使生物产生新的性状。四、基因突变和基因重组的比较项目基因突变基因重组本质基因的分子结构发生了改变,从而产生了新的基因,改变了基因的“质”,出
13、现了新的性状,但并未改变基因的“量”只是已有基因的重新组合,从而产生了新的基因型,导致已有性状重新组合,但并未改变基因的“质”和“量”原因在一定的外界或内部因素的作用下,由于基因复制时碱基的种类、数目和排列顺序发生改变,从而致使基因结构发生改变减数分裂过程中,同源染色体非姐妹染色单体之间的交叉互换或非同源染色体之间的自由组合时期有丝分裂间期或减数第一次分裂间期减数第一次分裂前期或后期意义新基因产生的途径,生物变异的根本来源,也是生物进化的原材料生物产生变异的主要来源,也是生物进化的重要因素之一应用通过诱变育种可培育生物新品种通过杂交育种可培育生物优良品种发生可能性可能性很小,突变频率低非常普遍
14、,产生的变异类型多适用范围所有生物真核生物有性生殖的核遗传特别提示:基因重组是指非同源染色体上的非等位基因或自由组合和同源染色体上非姐妹染色单体之间的交叉互换,而不是非同源染色体之间的交叉互换。达标自测1. 在酵母菌的出芽生殖过程中,亲代与子代之间产生可遗传变异的来源可能是( B )A.基因重组和基因突变B.基因突变和染色体变异C.基因重组和染色体变异D.基因突变和环境条件的改变2. 人类正常血红蛋白链第63位的氨基酸为组氨酸(CAU),异常血红蛋白链第63位的氨基酸为酪氨酸(UAU)。下列有关该变异产生的原因中最可能的是( D )A.基因中缺失了一个碱基对B.基因中增添了一个碱基对C.基因中
15、CAU变成了UAUD.基因中某碱基对发生了替换3. 已知某原核生物的一基因中插入了一个碱基对,则在该插入点位置附近再发生下列哪种变化可对其编码的蛋白质的结构影响最小( D )A.再替换1个碱基对 B.再增加4个碱基对C.再缺失3个碱基对 D.再缺失4个碱基对4. 下列有关基因突变特点的叙述中,正确的是( A )A.无论低等还是高等生物都可发生B.在个体发育的特定时期才可发生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5. 基因A、a1、a2、a3彼此之间的转化关系如右下图所示,该图不能表明的是( D )Aa2 a3a1A.生物体的基因突变具有不定向性B.正常基因与致病基因
16、可通过突变相互转化C.等位基因的产生是基因突变的结果D.这些基因的遗传遵循基因的自由组合定律6. 在多代均为红眼的果蝇群体中,出现了一只白眼雄果蝇。将该白眼雄果蝇与红眼雌果蝇进行交配,在子二代中也出现了白眼果蝇。上述白眼果蝇出现的原因分别是( B )A.基因突变、基因突变B.基因突变、基因重组C.基因重组、基因重组D.均为等位基因的分离【自我校对】染色体 DNA 碱基互补配对 保持一致一、(一)弯曲的镰刀 破裂 氨基酸 谷氨酸 缬氨酸 碱基对 T-A A-T 特别提示:碱基对 (二)替换 增添 缺失 基因结构 特别提示:配子 体细胞 配子 体细胞 无性 癌细胞 (三)1.(1)提高 DNA分子
17、 碱基组成 DNA分子 (2)复制 改变 2.所有 随机 随机 任何 不同 不同 不确定 不定向 不同 等位 很低 有害的 有利的 (四)新基因 根本 原始 二、有性生殖 重新组合 一 后 自由组合 自由组合 一 前 交换 交换 目的 物种 主要 进化第2节 染色体变异【课标定位】1.说出染色体结构变异和数目变异的类型。2.掌握二倍体、多倍体和单倍体的区别与联系。【教材回归】一、染色体结构的变异主要类型缺失一条正常染色体断裂后缺失某一片段引起的变异,如果蝇缺刻翅、人类猫叫综合征重复染色体的某一片段错误地移接到另一条同源染色体上引起的变异,如果蝇棒状眼易位染色体的某一片段错误地移接到另一条非同源
18、染色体上引起的变异,如某种夜来香倒位染色体某一片段的位置倒转180引起的变异,如普通果蝇3号染色体上的某些基因实质染色体上基因的数目或排列顺序发生改变,从而导致生物性状的改变(变异)对生物体的影响大多数对生物体不利,有的甚至会导致生物体死亡。人类许多遗传病就是由染色体结构变异引起的,如猫叫综合征就是由于人的第5号染色体部分缺失而引起的遗传病二、染色体数目的变异(一)个别染色体的增减细胞内个别染色体增加或减少的原因:1.在减数第一次分裂后期,个别同源染色体未彼此分离,而是同时进入一个子细胞中;2.在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期,个别染色体的姐妹染色单体未彼此分离,而是同时进入一个子细胞中。(
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