2026届高三生物二轮复习课件突变与基因工程原理在抗虫棉中的应用

该高中生物学高考复习课件聚焦“突变与基因工程原理在抗虫棉中的应用”，覆盖基因突变（概念、影响、原因等）和基因重组（类型、意义等）核心考点，依据课标要求对接高考评价体系，通过2025年江西、山东等多省真题分析明确考点权重，归纳选择、综合等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题情境+素养导向”策略，如结合2024贵州卷碱基突变题、2025江西卷中性突变题，通过抗虫棉Bt基因变异实例培养结构与功能观（生命观念），借助双价抗虫棉遗传实验设计提升科学思维，帮助学生掌握基因突变影响分析等答题技巧，助力高效冲刺，为教师提供系统复习指导。

突变与基因工程原理在抗虫棉中的应用 课标 要求 概述碱基的替换、增添或缺失会引发基因中碱基序列的改变。 阐明基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化，甚 至带来致命的后果。 描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下，基因突变频率可能提高，而某些基因 突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变。 阐明进行有性生殖的生物在减数分裂过程中，染色体所发生的自由组合和互换，会导致控 制不同性状的基因重组，从而使子代出现变异。 考情 分析 1.基因突变 2025·江西卷，9，16，21；2025·黑吉辽卷，24；2025·陕西卷，13；2025·山东 卷，6；2025·河北卷，15；2025·北京卷，8；2025·江苏卷，19； 2.基因重组 2025·江西卷，9，21；2025·山东卷，22；；2025·安徽卷，11，12，19；2025· 黑吉辽卷，20；2025·陕西卷，18；2025·河北卷，22；2025·江苏卷，24 目 录 01 科技赋能：抗虫棉的“基因密码”破解之路 02 暗藏危机：Bt抗虫棉变异背后的“抗虫失效”隐忧 03 道高一尺，魔高一丈：棉铃虫的“生存反击战” 04 动态博弈：虫害难题的“终极破解之道” 一、抗虫棉的“基因密码”破解之路------- 抗虫棉的培育 材料一： 黄河流域棉区受棉铃虫肆虐，常规棉花减产 严重。农科院团队以当地主栽“冀棉11号”种子为 材料，通过人工诱变诱发基因突变，筛选抗虫变 异个体，以期培育抗虫棉品种。 1、材料中培育抗虫棉运用的育种方法是什么呢？ 人工诱变育种 2、该育种方法的原理是什么？ 基因突变 一、抗虫棉的“基因密码”破解之路------- 抗虫 棉的培育 材料二： 20世纪90年代初美国孟山都凭借“将优化Bt基因 导入棉花基因组”的技术，以高专利费、技术封锁等 手段垄断市场（1997年份额超90%），让我国棉花产 业因依赖其种子而陷入“卡脖子”的被动境地，产业安 全与发展处处受限。 材料三： 面对孟山都的技术垄断，以郭三堆为代表的我国 科学家1992年启动研发，借基因工程技术将Bt毒蛋白 基 因导入本土棉花，1994年成功研发出有自主知识产 权 的抗虫棉。1997年国产份额不足5%、孟山都超95%，此 后国产份额持续攀升，2004年达62%、2005年至 70%， 如今超98%，彻底打破垄断。 1、转基因技术运用了什么原理？ 基因重组 2、基因重组的概念是什么？ 基因重组就是指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。 3、基因重组包含哪些类型？ （狭义）自由组合、互换 （广义）重组DNA技术、R型细菌转化为S型细菌 4、基因重组具有什么意义呢？ 使配子种类多样化；是生物变异的来源之一，为生物进化提供原材料。 一、抗虫棉的“基因密码”破解之路------- 抗虫棉的培育 材料四： 某地农场连续种植抗虫棉两年，发现有 23棵棉株被棉铃虫啃食。检测结果显示受害 棉株Bt毒蛋白活性下降30%-50%。 1、Bt毒蛋白活性下降，根本原因可能是什么？ 2、这种变异是什么因素引起的呢？具有什么 特点、意义？ 二、Bt抗虫棉变异背后的“抗虫失效”隐忧------ 抗虫棉的变异 a b 2.1基因突变的概念 基因突变：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。 基因1 基因2 基因3 ①DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的DNA碱基序列的改变， 叫作基因突变( × ) ②基因突变改变了基因的数量和位置( × ) 2.2基因突变的影响 变异类型 抗虫性影响 正常 正常（高抗虫）：毒蛋白结构、活性正常，可有效杀虫 碱基对替换 （G→C） 下降：氨基酸替换致毒蛋白构象改变，与受体结合能力 活性减弱 影响较小 碱基对缺失 （G 缺失） 丧失：单碱基缺失致移码，氨基酸序列全变，毒蛋白结 构异常，失杀虫活性 影响较大 碱基对增添 （插入A） 丧失：单碱基增添致移码，插入位点后氨基酸全变，毒 蛋白无法形成功能结构 1、对氨基酸序列的影响—— 不一定改变氨基酸序列 原因分类 突变发生在编码区 但氨基酸功能不变 显性纯合子中 隐性突变 遗传密码的 简并性 突变发生在 内含子上 结合抗虫棉的实例说明 Bt 基因碱基对替换，使密码子从 UUU 变为 UUC， 二者均编码苯丙氨酸，毒蛋白序列和抗虫功能不变 Bt 基因内含子发生碱基对插入 / 缺失，因转录后内 含子会被剪切，毒蛋白结构和抗虫性状不受影响。 Bt 基因碱基对替换，使毒蛋白中亮氨酸（非极性） 变为异亮氨酸（非极性），二者结构相似，毒蛋白 结合能力和抗虫性状不变。 纯合抗虫基因型 BtBt，一个 Bt 突变为隐性 bt，基 因型变为 Btbt，因 Bt 为显性，仍能表达毒蛋白，植 株保持抗虫。 2、对性状的影响—— 不一定引起性状改变 连一连 练习巩固 1、（2024·贵州卷，单选）如图是某基因编码区部分碱基序列，在体内其指导合成肽链 的氨基酸序列为：甲硫氨酸-组氨酸-脯氨酸-赖氨酸……下列叙述正确的是（C ） ①链是转录的模板链，其左侧是5'端，右侧是3'端 若在①链5～6号碱基间插入一个碱基G，合成的肽链变长 C．若在①链1号碱基前插入一个碱基G，合成的肽链不变 D．碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同 注：AUG（起始密码子）：甲硫氨酸 CAU、CAC：组氨酸 CCU：脯氨酸 AAG：赖氨酸 UCC：丝氨酸 UAA（终止密码子） 2.3基因突变的原因 变异诱 因类型 具体因素 示例 作用机制 对Bt基因的影响 物理因素 紫外线、X 射线、γ射线 损伤细胞内 DNA Bt基因碱基对易发生缺失/替换，可能导 致毒蛋白结构异常。 化学因素 农药残留、 亚硝酸盐、 碱基类似物 改变核酸的碱 基 易引发Bt基因单点碱基替换，可能使毒 蛋白活性下降。 生物因素 某些病毒 （如棉花曲 叶病毒） 影响宿主细胞 的DNA 可能导致Bt基因片段插入异常，使毒蛋 白无法正常合成。 自发因素 DNA复制时 的碱基错配 DNA复制发生 错误 可能随机引发Bt基因碱基替换，出现少 量抗虫性增强变异株。 2.4基因突变的特点 统计维度 具体数据 对应基因突 变特点 特点解读（对接教材） 基础数据 棉田总株数1000株，变异株 23株 低频性 自然状态下，基因突变 发生频率很低（变异率 仅2.3%） 变异类型分布 毒蛋白活性下降株：21株 毒蛋白活性增强株：2株 不定向性 基因突变可向不同方向 发生，产生多种变异类 型 变异基因范围 仅Bt毒蛋白基因变异，株高、 叶形等基因未变异 随机性 基因突变可发生在细胞 内不同DNA分子或同一 DNA分子不同部位 2.5基因突变的意义 产生 新基因 的途径； 生物变异的根本来源 ； 为生物的进化提供了 丰富的原材料 。 变 异 类 型 有害突变 破坏生物体与现有环境的协调关系，对生物体有害 有利突变 增强生物体适应环境的能力，对生物体有利 对生物体既无害也无益，不改变生物性状 中性突变 练习巩固 2.（2025·江西卷，16，多选）有研究表明，基因突变对生物适应性的 影响并不是非益即害的，大量的基因突变是中性的。以下能支撑中性 突变学说的事实有（BC） A.减数分裂过程中非姐妹染色单体的交叉互换可产生新的配子类型 B.很多突变改变了氨基酸的序列，但没有改变蛋白质的功能 C.基因中对应密码子第三位碱基的多态性远高于前两位碱基 D.很多突变产生的新等位基因在长期进化中取代原基因或完全消失 。 三、棉铃虫的“生存反击战”--------棉铃虫的进化 的增加速度 材料五：（2024·湖北卷.20）苏云金芽孢杆菌产生的Bt毒蛋白，被棉 铃虫吞食后活化，再与肠道细胞表面受体结合，形成复合体插入细胞膜 中，直接导致细胞膜穿孔，细胞内含物流出，直至细胞死亡。科学家将 编码Bt毒蛋白的基因转入棉花植株，获得的转基因棉花能有效防控棉铃 虫的危害。回答下列问题（节选）： (2)如果转基因棉花植株中Bt毒蛋白含量偏低，取食后的棉铃虫可通过激活肠干细胞分 裂和 分化 产生新的肠道细胞，修复损伤的肠道，由此导致杀虫效果下降。请据此 提出一项可提高转基因棉花杀虫效果的改进思路： 1、增加Bt毒蛋白基因的导入量，使其表达足量的Bt毒蛋白，抑制肠干细胞的激活 2、导入能强化表达的启动子、或者添加增强子，使其表达出更多的Bt毒蛋白 (4)将Bt毒蛋白转基因棉花与非转基因棉花混种，可以延缓棉铃虫对转基因棉花产生抗 性，原因是 提高敏感性个体的生存机会，减缓棉铃虫种群抗Bt毒蛋白基因频率 （一）为预防Bt基因突变，下列合理的综合预防措施有（ BDFG） 增加灌溉量，通过大水漫灌改善土壤湿度 选择低残留农药，严格遵守用药安全间隔期 高频次喷施除草剂，彻底清除田间杂草 采用扦插、嫁接等无性繁殖方式，稳定保留优良Bt基因 向土壤中大量施加化肥，提升棉花生长活力 为棉花接种抗病毒疫苗，定期防治蚜虫等病毒传播媒介 种植时搭建防紫外线棚膜，避开放射源环境 四、虫害难题的“终极破解之道”-------提高棉花产量 （二）为预防棉铃虫进化，下列合理的综合预防措施有（ BE ） 长期连续使用同一种高效杀虫剂，确保彻底杀灭棉铃虫 定期释放棉铃虫的天敌（如赤眼蜂、茧蜂），结合田间深耕破坏虫 蛹生存环境 发现棉铃虫危害后，立即加大杀虫剂使用剂量，避免虫口数量反弹 只种植单一抗虫棉品种，不搭配其他非抗虫作物，减少田间管理复 杂度 建立棉铃虫抗性监测体系，根据监测结果轮换使用不同作用机制的 杀虫剂 四、虫害难题的“终极破解之道”-------提高棉花产量 豇豆的CpTI基因可以在棉花中表达，其原因是 。 豇豆和棉花共用一套遗传密码 （三）培育新一代抗虫棉 材料六：在转Bt基因抗虫棉的生产实践中发现，害虫的抗性会逐渐增强 抗虫棉抗虫效果不能持久。因此，科研人员尝试培育双价（即体内同时含 有两种不同的抗虫基因）纯合抗虫棉，进而提高抗虫效果，增加棉花的产 量。现已成功培育转Bt基因的纯合棉花品系甲和转CpTI（豇豆胰蛋白酶抑 制剂）基因的纯合棉花品系乙。科研人员将棉花品系甲和乙杂交得到F1，F1 自交得到F2。请回答以下问题： （1）棉花品系甲中的Bt基因控制合成的Bt毒蛋白使其具有抗虫特性，这体现了基因控 制性状的方式是 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 。 从生物进化的角度分析,双价抗虫棉比单价抗虫棉抗虫效果更持久的原因是 与单价抗虫棉相比,双价抗虫棉使害虫抗性基因频率增加的速率降低 。 四、虫害难题的“终极破解之道”-------提高棉花产量 ，则Bt基因与CpTI基因位于 ，则Bt 基因与CpTI基因位于非同源染色体上。 （3）若Bt基因CpTI基因位于一对同源染色体上。现对某F1植株进行测交,子代中 存在一株不抗虫植株，这一不抗虫植株出现的原因可能是该F1植株在减数分裂产 的表型及比例。若 F2中所有植株均能抗虫 一对同源染色体上。若 F2中抗虫植株与不抗虫植株的比例约为15:1 生花粉时发生了 ABC 。 Bt基因或CpTI基因突变 Bt基因或CpTI基因所在的染色体片段缺失 Bt基因或CpTI基因所在的染色体片段与对应的同源染色体片段交换 练习巩固 材料六：现已成功培育转Bt基因的纯合棉花品系甲和转CpTI（豇 豆胰蛋白酶抑制剂）基因的纯合棉花品系乙。科研人员将棉花品系甲 和乙杂交得到F1，F1自交得到F2。 （2）为确定Bt基因和CpTI基因在转基因棉花染色体上的位置，可观察并统计F2 归纳总结 基因突变 基因重组 概念 DNA分子中发生碱基的替换、增添或 缺失，而引起基因碱基序列的改变 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 时期 分裂前的间期复制过程 减数分裂Ⅰ前期、后期 类型 替换、增添或缺失 （狭义）自由组合、染色体互换 （广义）重组DNA技术、R型细菌转化为S 型细菌 结果 产生新基因 产生新的基因组合 意义 生物变异的根本来源 生物变异的来源之一 应用 诱变育种 杂交育种、基因工程育种 联系 基因突变为基因重组提供可自由组合的新基因，基因突变是自由组合的基础 与中国抗虫棉之父郭三堆院士对话 郭三堆院士金句： 1、“世上的花儿千千万，棉花是最美的那朵花” 2、“棉花全身都是宝，能产出纤维、油料、高蛋白，是纺织、化工原料和重要战 略物资” 3、“要把论文写在大地上，这是我们搞农业科学必须要遵守的原则” 4、“中国的事情中国人自己解决。拼命也要搞成功” 5、“我是个科研工作者，虽然科技是没有国界的，但科学家却有 自己的祖国” 真题必刷 1.（2025·江西卷，21）天然色素可赋予稻米多样化颜色。为解析红色稻米 品种ka的遗传机制，研究人员以连续自交表型均稳定遗传的纯合品种ka(红 色)、Dr(白色)和Pu(白色)开展实验(本题涉及的基因名称依次定义为A/a、 B/b……)。回答下列问题: ka和Dr正反交，获得籽粒(F1)，种植后自交获得籽粒(F2)，F2自交获得F3，表型如下表， 表明其遗传方式为母性影响(子代表型由母本的核基因控制)。完善表中表型数据。 红:白=3:1 全红 ka和Pu杂交，后代连续自交获得F3的表型比例为9红:3棕:4白，表明ka中籽粒颜色由两 对基因控制，结出棕色籽粒的F2植株基因型为 AAbb 或 Aabb 。 (3)在定位好的A/a、B/b基因两侧设计PCR引物，引物对1和引物对2分别可 扩增A/a、B/b全部序列。下图是对亲本ka、Dr、Pu和第(2)题中F2某个体 PCR后电泳的结果。已知图中①为ka，②为Dr，可判断a基因由A基因发生 增添 突变形成;③结出的籽粒颜色是 红 或 棕 。 (4)回收第(3)题图中条带I和Ⅱ中的DNA，以speI(一种限制性内切核酸酶) 处理，I中的DNA不能被切割，Ⅱ中的DNA被切割成4个片段，据此推测 B基因突变为b基因的过程中至少有 3 个碱基发生了突变 真题必刷 $