苏教版高中生物必修二《基因突变和基因重组》探究学案新版.docx

苏教版高中生物必修二《基因突变和基因重组》探究学案新版.docx

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苏教版高中生物必修二《基因突变和基因重组》探究学案新版

第四节基因突变和基因重组

【高效导航】

1.学习目标：

（1）说明基因和遗传信息产关系。

（2）概述遗传信息的转录和翻译过程。

（3）说明遗传密码和中心法则。

（4）简述基因工程的基本原理及其应用。

2.学习重点：

（1）基因突变的概念、时间、发生原因、特点及意义。

（2）基因重组的概念、发生时期及意义。

（3）说明重组DNA技术的一般过程。

3.学习难点：

（1）基因突变的原因及特点。

（2）基因突变和基因重组的意义。

（3）说明重组DNA技术的一般过程。

“看”——知识经纬

基因突变

基因重组

重组DNA技术

“导”—自主预习

一、基因突变

1.概念：

DNA分子中发生的增添、缺失或改变而引起的的改变。

实例：

例如镰刀型贫血症是发生改变。

2.结果：

基因突变使一个基因变成它的，并且通常会引起一定的变化。

3.时期：

在DNA复制期——即有丝分裂的和减数第一次分裂的。

4.基因突变的特点有、、、

、。

5.意义：

基因突变是产生的途径，是生物变异的，为生物进化提供了。

6.突变分类：

（1）自然突变：

在自然条件下发生的，突变的因素有、、。

（2）人工诱变：

是指利用因素或因素来处理生物，使生物发生基因突变。

此方法优点是提高，培育优良品种。

二、基因重组

1.概念：

指生物体进行生殖过程中，控制不同性状的基因的。

3.时期：

基因重组一般发生在以下几种情况下：

①生物体进行减数分裂形成时；自由组合：

非同源染色体上的非等位基因之间；

交叉互换：

同源染色体上的非等位基因之间。

②生物体进行受精作用形成时：

不同的精子和不同的卵细胞结合。

③基因工程（基因拼接技术、DNA重组技术）不同生物的基因进行重新组合。

4.意义：

基因重组为生物变异提供了极其丰富的来源，是形成生物的重要原因之一。

三、重组DNA技术

1.概念：

指将或人工合成的导入另一个生物体中，使后者获得新的或的技术。

2.一般过程

（1）分离①从生物细胞内直接分离；②。

（2）选择基因工程载体

常用载体：

、等。

（3）体外重组DNA

切割工具：

。

连接工具：

。

（4）导入目的基因

常用受体细胞：

、和等。

（5）筛选、培养。

（6）目的基因的表达：

检测目的基因在中表达产生。

3.地位：

是的核心技术。

4.应用

（1）生产基因工程药物和疫苗：

如治疗糖尿病的、治疗侏儒症的人、防治乙肝的疫苗。

（2）定向改造动植物的遗传性状：

如我国研制成功的转基因抗虫棉。

“学”—互动探究

探究一基因突变

阅读课本P76-P78边做边学相关内容，并结合图4－16、图4－17和图4－18，思考并小组讨论下列问题：

1.大肠杆菌、烟草花叶病毒可遗传变异的来源是什么？

提示：

由于大肠杆菌、烟草花叶病毒都不含有染色体，因此其可遗传变异就只有一个来源就是基因突变。

2.基因突变后对生物性状有什么影响？

提示：

①基因突变一定会导致基因结构的改变，但却不一定引起生物性状的改变。

②基因突变是DNA分子水平上基因内部碱基对种类和数目的改变，基因的数目和位置并未改变。

③基因突变一般发生于DNA分子复制过程中。

3.分析教材中的积极思维，回答正常血红蛋白究竟出了什么问题？

提示：

正常血红蛋白第6位上的谷氨酸被缬氨酸取代。

4.基因碱基对还有哪几种变化，从而导致蛋白质的改变？

提示：

碱基对的增添、缺失或替换，改变了基因的结构。

5.基因突变都会引起性状的改变吗？

对生物生存有何影响？

提示：

不一定。

基因突变与性状的关系：

（1）由于密码子的兼并性，基因发生突变不一定会引起形状的改变。

（2）如果生物性状没有改变对生物生存没有影响，如果引起生物产生有害的变异，则不利于生物适应环境，如果产生有利变异则有利生物不断适应变化的环境。

6.基因突变作为生物变异的重要来源，它有哪些特点呢？

提示：

自然条件下发生的基因突变叫做自然突变，人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。

基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。

在高等生物里，大约10万到1亿个生殖细胞中才会有一个发生基因突变。

可见突变其实也是不容易发生的。

特点：

①普遍性；②随机性；③稀有性；④有害性；⑤不定向性。

7.能否用显微镜检测出21三体综合征和镰刀型细胞贫血症？

请说明原因。

提示：

能。

染色体数目或结构的变化在显微镜下是可以观察到的，而基因突变无法在显微镜下观察，但是由于基因突变导致红细胞形态改变，因而可以通过观察红细胞形态是否发生变化，进而判断是否发生了镰刀型细胞贫血症。

【经典回眸】（多选题）科研人员测得一多肽链片段为“—甲硫氨酸—脯氨酸—苏

氨酸—甘氨酸—缬氨酸—”，其密码子分别为：

甲硫氨酸（AUG）、脯氨酸（CCU、CCC、CCA）、苏氨酸（ACU、ACC、ACA）、甘氨酸（GGU、GGA、GGG）、缬氨酸（GUU、GUC、GUA、GUG）。

控制该多肽链合成的相应DNA片段为

根据以上材料，下列叙述不正确的是（）

A.解旋酶作用于②处，使氢键断裂形成核糖核苷酸单链

B.基因突变只能发生在细胞分裂间期，因为DNA解旋形成单链结构不稳定

C.若该DNA片段最右侧碱基对被替换，不会引起性状的改变

D.一般来说基因插入三个碱基对要比插入一个碱基对更能影响蛋白质的结构

【解析】DNA解旋形成的单链应该是脱氧核糖核苷酸链。

基因突变可以发生在个体发育的任何时期；由于细胞分裂间期，DNA解旋形成单链结构不稳定，容易发生基因突变。

一般来说基因的编码区插入三个碱基对会使mRNA的密码子增加一个，对应蛋白质中的氨基酸也增加一个。

如果插入一个碱基对，对应mRNA中插入一个碱基，此后的密码子都要发生改变，则蛋白质中对应的氨基酸可能都要改变。

【答案】ABD

【变式训练】

1.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

2.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.细胞分裂的中期不发生基因突变

探究二基因重组

阅读课本P79－P80的相关内容，并结合图图4－19和图4－20，思考并小组讨论下列问题：

1.进行有丝分裂的细胞和进行无性生殖的生物是否存在基因重组？

提示：

不存在。

原因是基因重组发生在减数分裂中。

提示：

遗传学上，将遗传信息的流动方向称为信息流。

2.产生可遗传变异的重要来源是什么？

提示：

基因重组是真核生物有性生殖过程中产生可遗传变异的最重要来源，是形成生物多样性的重要原因。

3.基因重组中有无新的基因产生？

有无新的基因型和表现型形成？

提示：

基因重组没有产生新基因。

而新的重组基因类型又导致了不同相对性状的重组，使后代产生变异。

4.不同生物的可遗传变异来源是否相同？

提示：

不同。

病毒——基因突变；原核生物——基因突变；真核生物——基因突

变、基因重组、染色体变异。

5.基因重组可以发生在什么情况下？

提示：

减数分裂形成配子时非同源染色体上的非等位基因自由组合。

基因重组还可以发生在减数分裂四分体时期，由于同源染色体的非姐妹染色单体之间常常发生局部互换，而造成控制不同性状的基因重新组合

【经典回眸】细胞的有丝分裂与减数分裂都可能产生可遗传的变异，其中仅发生在减数分裂过程中的变异是（）

A.染色体不分离或不能移向两极，导致染色体数目变异

B.非同源染色体自由组合，导致基因重组

C.染色体复制时受诱变因素影响，导致基因突变

D.非同源染色体某片段移接，导致染色体结构变异

【解析】本题考查了考生对可遗传变异来源的理解以及该知识点与有丝分裂和减数分裂的关系，同时还考查了有丝分裂和减数分裂的比较。

可遗传的变异有三个来源：

基因重组、基因突变和染色体变异，其中基因重组通常只发生在减数分裂过程中，而基因突变和染色体变异在有丝分裂和减数分裂中均可发生。

【答案】B

【变式训练】

3.下列有关基因重组的说法中，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.基因重组通常发生在细胞分裂的过程中

D.非等位基因间都可以发生重组

4.下列各项中可以导致基因重组现象发生的是（）

A.姐妹染色单体的交叉互换

B.等位基因彼此分离

C.非同源染色体的自由组合

D.姐妹染色单体分离

探究三重组DNA技术

阅读课本P79－P80的相关内容，并结合图图4－19和图4－20，思考并小组讨论下列问题：

1.基因工程的操作工具有哪些?

提示：

操作工具有三种，但工具酶只有两种，另一种工具运载体的化学本质为DNA。

2.重组DNA技术的操作水平及操作环境怎样？

提示：

重组DNA技术操作水平——分子水平；操作环境——体外。

3.具备什么条件能做运载体？

提示：

能在宿主细胞内复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点；具有某些标记基因。

4.作为运载体的质粒具有哪些特点？

提示：

质粒是基因工程中最常用的运载体；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；是细胞染色体外能自我复制的小型环状DNA分子；质粒的大小只有普通细菌染色体的1%左右；存在于许多细菌及酵母菌等微生物中；质粒的存在对宿主细胞生存没有决定性的作用；质粒的复制只能在宿主细胞内完成。

5.在基因工程培育抗虫棉的过程中，关键步骤或难点是什么？

提示：

抗虫棉从苏云金孢杆菌细胞内提取；抗虫基因与运载体DNA拼接；抗虫基因进入棉花细胞。

【经典回眸】下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是（）

A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列

B.限制性内切酶能识别和切割RNA

C.限制性内切酶的活性受温度的影响

D.限制性内切酶可以从原核生物中提取

【解析】限制性内切酶主要从原核生物中分离纯化出来。

它们能够识别一种特定的脱氧核苷酸序列，别且使每条链中特定部位的两个核苷酸间的磷酸二酯键断开。

【答案】B

【变式训练】

5.如图所示为部分双链DNA片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述错误的是（）

A.切断a处的酶为限制酶

B.连接a处的酶为DNA连接酶

C.切断b处的酶为DNA解旋酶

D.连接b处的酶为RNA聚合酶

“思”—课堂小结

同学们，通过这节课学习，你有哪些收获和体会，存在哪些疑问，请把它填在下面的表格中，以便及时总结、弥补知识缺漏，不吃夹生饭，不做欠账人。

收获

内容

疑点

内容

“练”—当堂检测

1.果蝇某染色体上的DNA分子中一个脱氧核苷酸发生了改变，其结果可能是（）

A.变成其等位基因

B.DNA分子内部的碱基配对方式改变

C.此染色体的结构发生改变

D.此染色体上基因的数目和排列顺序发生改变

2.基因突变是生物变异的根本来源，下列有关叙述错误的是（）

A.生物体内的基因突变属于可遗传的变异

B.基因突变的频率很低，种群每代突变的基因数不一定很少

C.基因只要发生突变，生物的表现型就一定改变

D.基因突变的方向与环境没有明确的因果关系

3.依据基因重组的概念，下列生物技术或生理过程中没有发生基因重组的是（）

4.下列关于基因重组的叙述不正确的是（）

A.同一双亲的子女的遗传差异与基因重组有关

B.纯合子自交会发生基因重组，导致子代发生性状分离

C.非同源染色体上的非等位基因的重新组合属于基因重组

D.有性生殖过程中，控制不同性状