5.1基因突变和基因重组课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

第1节 基因突变和基因重组 第五章 基因突变及其他变异 进行有性生殖的生物,在形成配子的过程中,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,使亲子代间的遗传信息保持一致。 亲兄弟 遗传信息复制的过程会不会出错呢? 问题探讨 1.航天育种的生物学原理是什么? 2.如何看待基因突变的结果? 航天育种的生物学原理是利用太空的特殊环境,诱导基因发生突变。 基因突变后会产生新的基因。 航天育种是指将作物种子带入太空,利用太空中的特殊环境诱导基因发生突变,然后在地面选择优良的品种进行培育。 通过航天育种,我国已在水稻、小麦、棉花、番茄、南瓜和青椒等作物上培育出一系列优质品种,取得了极大的经济效益。 一、基因突变的实例 正常红细胞 镰状红细胞 镰状细胞贫血(也叫镰刀型细胞贫血症)是一种常染色体隐性遗传病; 正常人的红细胞是中央微凹的_状,而患者红细胞是弯曲的_状,这样的红细胞_,使人患_,严重时会导致死亡; 圆饼 镰刀 容易破裂 溶血性贫血 实例1:镰状细胞贫血 任务一:阅读课本80-81页回答下列问题 1、阅读图5-2,镰状细胞贫血的直接原因是氨基酸发生了什么变化? 2、补全81页思考与讨论图,谷氨酸被缬氨酸取代的根本原因是什么? 3、除了替换,DNA的碱基还可以发生哪些变化? 4、什么是基因突变?基因突变的类型有哪些? 5、基因突变方式对性状的影响相同吗? 6、基因突变能否遗传给子代? 7、基因突变发生的主要时期? 1、镰状细胞贫血的病因是什么呢? 血红蛋白分子的部分氨基酸序列及对应的mRNA的碱基序列 直接原因: 发生了氨基酸的替换(谷氨酸替换成了缬氨酸),蛋白质的结构改变 2、谷氨酸被缬氨酸取代的根本原因是什么? A U A T 谷氨酸密码子: GAA GAG 缬氨酸密码子: GUU GUC GUA GUG DNA发生了碱基(对)的替换 A T 替换 T A 镰状细胞贫血的根本原因: 能否用光学显微镜检测基因突变和镰状细胞贫血? 碱基的替换属于分子水平的变化,在光学显微镜下无法看到; 镰状红细胞 但是红细胞的形态变化属于细胞水平的变化,可以通过光学 显微镜观察红细胞的形态,来判断是否患有镰状细胞贫血; 3、除了替换,DNA的碱基还可以发生哪些变化? 增添 缺失 替换 ACGC TGCG ATGC TACG ATGC TACG ATAGC TATCG ATGC TACG AGC TCG 4、基因突变 (1)概念: (2)三种突变方式: DNA分子中发生碱基的_、_和_,而引起的_的改变 替换 增添 缺失 基因碱基序列 ATCCG TAGGC ATTCCG TAAGGC AACCG TTGGC A CCG T GGC 增添 缺失 替换 思考: 碱基的三种突变方式对性状的影响相同吗? 5*碱基的替换 DNA的碱基发生替换时,有可能因为_,不会引起蛋白质(性状)的改变; 密码子的简并 DNA的碱基发生替换时,也有可能改变氨基酸,但一般只改变_个氨基酸; 一 总结:碱基的替换一般只改变1个氨基酸或不改变,所以影响一般较小 A U C C G C A T A U C A C G C A T mRNA 异亮氨酸 苏氨酸 DNA A T C C G C A T T A G G C G T A 异亮氨酸 精氨酸 氨基酸 A T C A C G C A T T A G T G C G T A 5*碱基的增添 总结:碱基的增添不影响插入位置_的序列,影响插入位置_的序列,_(会/不会)改变肽链; 前 后 会 若增添的碱基是3的倍数,可能影响会小点; A U C C G C A A U C G C A mRNA 异亮氨酸 丙氨酸 DNA A T C C G C A T A G G C G T 异亮氨酸 精氨酸 氨基酸 A T C G C A T A G C G T 5*碱基的缺失 总结:碱基的缺失不影响插入位置_的序列,影响插入位置_的序列,_(会/不会)改变肽链; 前 后 会 若缺失的碱基是3的倍数,可能影响会小点; 思考:若基因突变不改变生物性状,原因可能有哪些? (1)一种氨基酸可能有不止一种密码子(密码子的简并) (2)发生了隐性突变 当突变后的DNA序列转录产生的密码子仍然决定同一个氨基酸,这种突变就不会引起性状的改变; 显性纯合子突变变成了杂合子(AA Aa) (3)基因突变发生在基因的非编码区或编码区的内含子中(了解) 所以,基因突变一定会导致基因结构的改变,但是不一定会导致蛋白质、性状的改变。 6、基因突变能否遗传给子代: 发生在配子中:将遵循遗传规律传递给后代(除精子的细胞质基因) 发生在体细胞中:一般不能遗传,有些植物体细胞中的基因突变可通过无性生殖传递 7、基因突变发生的主要时期: 基因突变可发生在生物体个体发育的任何时期,但主要发生在_ _的过程中,如_ _期 DNA复制 有丝分裂和减数分裂前的间 任务二:阅读课本82页(包括思考与讨论)回答下列问题 1、从基因角度看,结肠癌发生的原因是什么? 2、健康人的细胞中存在原癌基因和抑癌基因吗?它们的作用是什么?他们基因突变时分别造成什么后果? 3、根据思考与讨论图推测,癌细胞和正常细胞相比,具有哪些明显的特征? 一、基因突变的实例 实例2:细胞癌变 实例2:细胞癌变 抑癌基因 突变 原癌基因突变 抑癌基因 突变 抑癌基因 突变 癌 癌细胞转移 正常结肠上皮细胞 讨论: (1)从基因角度看,结肠癌发生的原因是什么? (2)健康人的细胞中存在原癌基因和抑癌基因吗? (3)根据图示推测,癌细胞和正常细胞相比,具有哪些明显的特征? 原癌基因和抑癌基因突变。 存在。 癌细胞的形态结构发生了变化,容易在体内分散和转移。 一、基因突变的实例 原癌基因 突变或过量表达导致 相应蛋白质活性过强 细胞癌变 抑癌基因 突变导致蛋白质活性减弱或失去活性 细胞癌变 一般来说,表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的。 表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖,或者促进细胞凋亡 1.细胞癌变的原因 一、 基因突变的实例 原癌基因和抑癌基因发生了基因突变 2.原癌基因和抑癌基因 3.癌细胞的特征 不死:无限增殖。 变态:形态结构发生显著变化。 易扩散:细胞膜上糖蛋白等物质减少,细胞间的黏着性显著降低,容易在体内扩散和转移。 活跃:代谢旺盛。 一、基因突变的实例 食物中的防癌物质: 大豆、动物肝脏——含有的大量维生素A; 蔬菜水果——富含的维生素C,维生素E,胡萝卜素; 绿茶——富含多元酚 预防为主——保持健康饮食,良好生活习惯 任务三:阅读课本83页回答下列问题 1、基因突变的原因有哪些? 2、基因突变的特点是什么? 3、基因突变的意义? (1)诱发突变(提高突变频率) ①物理因素: ②化学因素: ③生物因素: 1.基因突变的原因 二、基因突变的原因 (2)自然突变:自然条件下,由于DNA复制偶尔发生错误而自发产生。 紫外线、X射线及其他辐射等能损伤DNA 亚硝酸盐、碱基类似物等能改变核酸的碱基 某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA 无机化合物,如石棉;有机化合物,如黄曲霉素 物理致癌因子 主要指辐射,如紫外线、X射线 病毒致癌因子 化学致癌因子 致癌病毒含有病毒癌基因以及与致癌有关的核酸序列 HPV病毒 致癌因子 (1)普遍性:在生物界普遍存在。无论是病毒,原核生物和真核生物都会发生基因突变。 2.基因突变的特点 ①有害突变: ②有利突变: ③中性突变: 二、基因突变的原因 (2)随机性:可以发生在生物个体发育的任何时期;可以发生在不同的DNA分子,也可以发生在同一个DNA分子的不同部位。 (3)不定向性:一个基因可以发生不同的突变,产生一个以上的等位基因。 (4)低频性:在自然状态下,基因突变的频率很低。 (5)多害少利性:多数突变对生物体有害。 2 104 10-5 108 = 2 107(个) 计算:果蝇约有104对基因,假定基因的突变率都是10-5,对于一个中等数量的果蝇种群(约有108个个体)来说,每一代可能出现突变的基因个数是多少? 虽然基因突变的频率很低,但是当一个种群内有许多个体时,就有可能产生各种各样的随机突变,足以提供丰富的可遗传的变异; 形成新性状 基因突变 基因突变是新基因产生的途径,是生物变异的根本来源,生物进化的原始材料。 产生新基因 生物进化的原始材料 对生物体来说,基因突变有的是有害的,有的是有利的,还有的是中性的。 (生物变异的根本来源) 3、基因突变的意义 【练一练】判断正误 (1)病毒、大肠杆菌及动植物都可以发生基因突变。( ) (2)基因突变是指DNA分子中碱基的替换、增添或缺失引起的基因碱基序列的改变。( ) (3)基因突变可以产生新的基因。( ) (4)基因突变是普遍存在的,所以基因突变的频率较高,且大多数是有害的。( ) (5)癌细胞容易分散和转移,原因是细胞膜上的糖蛋白等物质减少,细胞之间的黏着性降低。( ) (6)基因突变一定引起基因结构的改变,但不一定引起生物性状的改变。( ) √ √ √ √ √ “一母生九子,九子各不同”这种差异怎么造成的? 什么是基因重组?什么时候会发生基因重组?基因重组的类型有哪些? F2中为什么会出现黄色皱粒和绿色圆粒? 四、基因重组 1.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。 “一母生九子,九子各不同”这种差异怎么造成的? 四、基因重组 2.发生时期:减数分裂 时期 3.类型: (1)互换 (2)自由组合 (3)转基因又叫DNA重组技术(了解) A A B a a b B b A A B a a b b B ①互换型 ——减数分裂 前期即_时期 正常情况下可产生的配子类型: _和_ _ 发生交叉互换后,可产生的配子类型为: _、_、 _、_、 _上的_随_之间的互换而发生交换,导致染色单体上的基因重组 四分体 同源染色体 等位基因 非姐妹染色单体 AB ab AB ab Ab aB A D a d ②自由组合型 ——减数分裂 后期 A D a d 随着_的自由组合,_也自由组合,产生不同的配子 AaDd可产生的配子类型:_和_ Ad aD AaDd可产生的配子类型:_和_ AD ad 非同源染色体 非等位基因 由此可见,基因重组发生于能进行有性生殖的生物中,并且仅发生在减数分裂过程中,有丝分裂不存在基因重组; **以上是狭义的基因重组,认为原核生物不可能存在基因重组; 但是广义上的基因重组,还包括肺炎链球菌的转化(R型菌转化成S型菌)以及转基因技术 4.基因重组的意义 有性生殖过程中的基因重组使产生的_种类多样化,进而产生_的子代,其中一些子代可能会含有适应某种变化的、生存所必需的基因组合,因此有利于物种在一个无法预测将会发生什么变化的环境中生存,由此可见,基因重组的意义是: 配子 (1)基因重组是生物变异的_; 基因组合多样化 (2)对生物的进化_; 来源之一 具有重要意义 注意:基因重组不会产生新基因,只是现有基因的重新组合,只会产生新的基因型; 5.应用:杂交育种 原理:基因重组 优点:将不同个体的优良性状集中到一个个体上,操作简便 缺点:育种年限长,不能克服远缘杂交不亲和的障碍 YYRR yyR_ yyrr Y_rr 四、基因重组 课 堂 小 结 基因突变与基因重组对比 优化设计105页 项目 基因突变 基因重组 适用范围 变异实质 发生时间 结果 联系 所有生物(包括病毒) 进行有性生殖的真核生物 产生新基因,控制新性状 不产生新基因产生新的基因型 基因碱基序列发生改变 原有的基因重新组合 可发生在生物个体发育的任何时期,通常发生在细胞分裂前的间期 减数分裂 的前期和后期 ①都使生物产生可遗传变异;②在长期进化过程中,基因突变为基因重组提供了大量可供自由组合的新基因,基因重组使突变的基因以多种形式传递;③两者均产生新的基因型,可能产生新的表型 $