第5章第1节：基因突变和基因重组

第五章基因突变及其其他变异第1节基因突变和基因重组问题探讨三位同学在抄写英语句子“THECATSATONTHEMAT(猫坐在草席上)”时，分别抄成了以下的句子：THEKATSATONTHEMATTHEHATSATONTHEMAT与原来的句子相比较，意思发生了什么变化呢？假如在DNA分子的复制过程中，发生了类似的错误，DNA分子所携带的遗传信息将会发生怎样的变化？这样的变化可能对生物体产生什么影响？生物界中的变异现象什么叫“生物的变异”？生物体亲代和子代之间以及子代个体之间性状的差异性。变异能否遗传？想一想：上述甘蓝品种的引种过程中，有没有变异现象的发生？这种变异性状能遗传给子代吗？为什么?分析：是环境因素引起的，自身的遗传物质没有改变。甘蓝3.5kg7kg拉萨3.5kg北京资料：在北京培育的优质甘蓝品种，叶球最大的有3.5KG，当引种到拉萨后，由于昼夜温差大、日照时间长、光照强，叶球可重达7KG左右。但再引回北京后，叶球又只有3.5KG。红花的后代变成了蓝紫色上述变异性状的后代为何仍然是蓝紫色花呢？遗传物质发生了改变蓝紫色花的后代仍是蓝紫色表现型基因环境（不遗传的变异）诱因（改变）（改变）（改变）判断：环境因素引起的变异一定不能遗传基因重组染色体变异基因突变（遗传物质未发生改变）（遗传物质发生改变）（可遗传的变异）基因突变生物的变异不可遗传的变异可遗传的变异基因重组染色体变异生物体内遗传物质没有改变生殖细胞内遗传物质的改变基因突变镰刀型细胞贫血症实例镰刀型贫血症是一种异常血红蛋白病。一旦缺氧，患者红细胞变成长镰刀型，血液的粘性增加，引起红细胞的堆积，导致各器官血流的阻塞。而出现脾脏肿大，四肢的骨骼、关节疼痛，血尿和肾功能衰竭等症状，病重时，红细胞受机械损伤而破裂产生溶血现象，引起严重贫血而造成死亡。正常血红蛋白第6位上的谷氨酸被缬氨酸取代。[探究]正常血红蛋白究竟出了什么问题？缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—赖氨酸缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—缬氨酸—谷氨酸—赖氨酸12345678（正常血红蛋白）（异常血红蛋白）CTTGAA谷氨酸缬氨酸DNAmRNA氨基酸蛋白质正常异常GUACATGTA突变GAA_____原因镰刀型细胞贫血症是由引起的一种遗传病。病因：DNA分子中碱基对替换根本[探究]第6位上的谷氨酸被缬氨酸取代的根本原因是什么？分析：ATTA替换直接原因决定谷氨酸→缬氨酸缺失ATCCGCTAGGCGCCGCGGCGATTACCGCGGCGATTAATACCGCTGGCGDNA片段碱基对的增添、缺失或替换，改变了基因的结构。ATCCGCTAGGCGCCGCGGCG[探究]DNA分子中的碱基对有哪几种变化，从而导致基因结构的改变？1、概念：DNA分子中发生碱基对的____、____和_____，而引起的________的改变。增添缺失替换基因结构（二）基因突变的概念DNA···AUCCGC······AUUCGC···异亮氨酸精氨酸异亮氨酸mRNA···ATCCGC······TAGGCG···正常···TAAGCG······ATTCGC···碱基对改变精氨酸探究：碱基对增添会导致蛋白质的结构改变吗？[探究]碱基对的缺失会导致蛋白质的变化吗?···ATCCGC······TAGGCG···正常mRNADNAmRNADNA氨基酸氨基酸···AUCCGC···异亮氨酸精氨酸···ACCGC···苏氨酸丙氨酸②①①②···ACCGC······TGGCG···碱基对缺失AAAaA基因突变的结果aaaaA一个基因突变后产生的是它的等位基因基因突变是染色体的某一位点上基因的改变,使一个基因变成它的等位基因（A→a或a→A）,不改变染色体上基因的数量，只改变基因的内部结构，并且通常会引起一定的表现型的变化.思考：突变后的基因会遗传给后代么？想一想基因突变一般会发生在什么时侯呢？基因突变的时间有丝分裂的间期和减数第一次分裂间期DNA复制时期基因突变的原因（1）外因：（2）内因：物理因素：X射线、激光等化学因素：亚硝酸、碱基类似物等生物因素：病毒、某些细菌等碱基对发生变化基因突变的类型：（1）自然突变：自然发生的。例如：果蝇的白眼肉质牛和产奶多的牛（2）诱发突变：人为条件下产生的。遗传信息改变DNADNA差错内因：碱基变化外因：物理因素化学因素生物因素脱氧核苷酸种类、数量、排列顺序改变碱基对的替换、增添、缺失基因结构发生改变产生等位基因（A1a1、a2……）复制引起基因突变的特点基因突变在生物界中是普遍存在的。唇裂花芽在分化时发生基因突变基因突变是随机的。Aa1a2a3基因突变是不定向的。基因突变率大肠杆菌组氨酸缺陷型基因2×10－６果蝇的白眼基因4×10－5果蝇的褐眼基因3×10－5玉米的皱缩基因1×10－６小鼠的白化基因1×10－5人类色盲基因3×10－5小资料自然状态下，基因突变的频率是很低的。白化苗镰刀形红细胞白化病患者有害的基因突变畸形的雏鸭人类的多指并指高产大豆高产青霉菌株有利的基因突变基因突变是多害少利的。基因突变的意义基因突变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源,是生物进化的原始材料.“一母生九仔，连母十个样”这种差异怎么造成的？二、基因重组在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同形状的基因的重新组合基因重组的概念减数第一次分裂后期非同源染色体上的非等位基因自由组合bBBbAb和aBAB和ab基因重组发生时期减数第一次分裂前期（四分体时期）同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换基因重组是通过有性生殖来实现的两个亲本的遗传物质差距越大，基因重组的类型就越多基因重组的特点是生物变异的来源之一是形成生物多样性的重要原因对生物的进化也具有重要的意义基因重组的意义诱变育种:（1）常用的方法：物理因素：X射线、r射线、紫外线等化学因素：亚硝酸、硫酸二乙酯等8、基因突变的应用（2）优点：提高突变频率，创造新性状，培育优良品种.（3）遇到的问题1、成功率低2、有利个体不多，需大量处理材料基因突变概念由DNA分子中发生碱基对的、、，而引起基因的改变本质基因的分子结构发生改变实例镰刀型贫血症；结果形成基因（产生新的）时期在DNA复制过程（有丝分裂的期和减数分裂的期）特点普遍性、随机性、低频性、、；类型自然突变、人工突变原因自身因素；外在因素（______因素、_____因素、_____因素）意义生物变异的来源；是生物进化的原始材料；替换增添缺失结构等位基因间间不定向性多害少利性物理化学根本生物基因重组概念在生物体进行生殖的过程中，控制不同性状的的重新组合。本质不同基因的重新组合实例一母生九者，连母十个样；结果产生新的（未改变基因种类）时期减数第一次分裂期（即四分体时期）、减数第一次分裂期；特点普遍性、频率相对较；类型①同源染色体上的基因之间自由组合②同源染色体上的姐妹染色单体之间交叉互换；意义生物变异的的来源；为生物的进化提供材料；有性基因基因型前后高非非等位非主要基因突变基因重组本质结果发生时间及原因条件意义发生可能基因的分子结构发生改变。不同基因的重新组合。细胞分裂间期由于外界理化因素或自身生理因素引起的碱基对的替换、缺失或增添减数第一次分裂前期的四分体时期的交叉互换；减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合。外界环境条件的变化和内部因素的相互作用。有性生殖过程中进行减数分裂形成生殖细胞。新基因产生的途径，是生物变异的根本来源,是生物进化的原始材料。是生物变异的重要来源，是形成生物多样性的重要原因，对生物的进化也具有重要的意义突变频率低，但普遍存在有性生殖中非常普遍产生了新基因，出现了新性状。不产生新基因，而是产生新的基因型，使不同性状重新组合。1.下列现象中属于可遗传变异的是（A）玉米由于水肥充足而长得穗大粒足；（B）人由于晒太阳而皮肤变黑；（C）无子番茄没有种子；（D）镰刀型细胞贫血症。2、生物变异的根本来源是A．基因重组B．染色体数目变异C．染色体结构变异D．基因突变D课堂练习4、一对夫妇所生育子女中，性状差异甚多，这种变异主要来自A.基因突变B.基因重组C.环境影响D.染色体变异3、一种植物在正常情况下只开红花，但偶然会出现一朵白花，如果将白花种子种下去，它的后代全部开白花，出现这种现象的原因是A.自然杂交B.自然选择C.基因突变D.基因重组CB6、利用激光对DNA进行修复，生物学上称之为A.基因突变B.基因重组C.基因互换D.染色体变异5、下列有关基因突变的说法，不正确的是A.自然条件下，一种生物的突变率是很低的B.生物所发生的基因突变一般都是有利的C.基因突变在自然界的中广泛存在D.基因突变可产生新的基因，是生物变异的主要来源BA7.下图中，基因A与a1a2a3之间的关系，不能表现的是()A.基因突变是不定向的B.等位基因的出现是基因突变的结果C.正常基因与致病基因可以转化D.图中基因的遗传遵循自由组合定律Aa1a2a3D二、填空题1、DNA分子中发生碱基对的替换、增添和_____，而引起的基因结构的改变，叫做基因突变。2、基因突变一般发生在____________________期。3、基因突变的特点有普遍性，低频性，不定向性，随机性，_________性。4、基因重组是指在生物体进行______生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。缺失有丝分裂间期和减数第一次分裂间期有害有性⑴在一次实验中，经测定只发现鸟氨酸和瓜氨酸，而没有精氨酸。产生此现象的可能原因是（）致使（)基因Ⅰ基因Ⅱ基因Ⅲ某化合物酶Ⅰ酶Ⅱ酶Ⅲ鸟氨酸瓜氨酸精氨酸5.下图所示某一红色链孢霉合成精氨酸过程：⑵如果酶Ⅰ和酶Ⅲ正常，酶Ⅱ活性丧失则能否合成鸟氨酸和精氨酸?(）原因是（)基因Ⅲ发生突变，酶Ⅲ缺乏不能形成精氨酸能合成鸟氨酸不能合成精氨酸酶Ⅱ失活，鸟氨酸不能合成瓜氨酸，因此精氨酸的合成缺乏原料。批判性思维：有人认为，自然条件下基因突变率很低，而且大多数基因突变对生物体是有害的，因此，它不可能为生物进化提供原材料。你认为这样的看法正确么？为什么？这种看法不正确。对生物个体而言，发生自然突变的频率是很低的。但是，一个物种往往是由许多个体组成的，就整个物种来看，在漫长的进化历程中产生的突变还是很多的，其中有不少是有利突变，对生物的进化有重要意义。因此，基因突变能够为生物进化提供原材料。