《基因突變和基因重組》探究學(xué)案

10/11第四節(jié)基因突變和基因重組【高效導(dǎo)航】1.學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）說明基因和遺傳信息產(chǎn)關(guān)系。（2）概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。（3）說明遺傳密碼和中心法則。（4）簡述基因工程的基本原理及其應(yīng)用。2.學(xué)習(xí)重點(diǎn)：（1）基因突變的概念、時(shí)間、發(fā)生原因、特點(diǎn)及意義。（2）基因重組的概念、發(fā)生時(shí)期及意義。（3）說明重組DNA技術(shù)的一般過程。3.學(xué)習(xí)難點(diǎn)：（1）基因突變的原因及特點(diǎn)。（2）基因突變和基因重組的意義。（3）說明重組DNA技術(shù)的一般過程?！翱础薄R(shí)經(jīng)緯基因突變基因重組重組DNA技術(shù)“導(dǎo)”—自主預(yù)習(xí)一、基因突變1.概念：DNA分子中發(fā)生的增添、缺失或改變而引起的的改變。實(shí)例：例如鐮刀型貧血癥是發(fā)生改變。2.結(jié)果：基因突變使一個(gè)基因變成它的，并且通常會(huì)引起一定的變化。3.時(shí)期：在DNA復(fù)制期——即有絲分裂的和減數(shù)第一次分裂的。4.基因突變的特點(diǎn)有、、、、。5.意義：基因突變是產(chǎn)生的途徑，是生物變異的，為生物進(jìn)化提供了。6.突變分類：（1）自然突變：在自然條件下發(fā)生的，突變的因素有、、。（2）人工誘變：是指利用因素或因素來處理生物，使生物發(fā)生基因突變。此方法優(yōu)點(diǎn)是提高，培育優(yōu)良品種。二、基因重組1.概念：指生物體進(jìn)行生殖過程中，控制不同性狀的基因的。3.時(shí)期：基因重組一般發(fā)生在以下幾種情況下：①生物體進(jìn)行減數(shù)分裂形成時(shí)；自由組合：非同源染色體上的非等位基因之間；交叉互換：同源染色體上的非等位基因之間。②生物體進(jìn)行受精作用形成時(shí)：不同的精子和不同的卵細(xì)胞結(jié)合。③基因工程（基因拼接技術(shù)、DNA重組技術(shù)）不同生物的基因進(jìn)行重新組合。4.意義：基因重組為生物變異提供了極其豐富的來源，是形成生物的重要原因之一。三、重組DNA技術(shù)1.概念：指將或人工合成的導(dǎo)入另一個(gè)生物體中，使后者獲得新的或的技術(shù)。2.一般過程（1）分離①從生物細(xì)胞內(nèi)直接分離；②。（2）選擇基因工程載體常用載體：、等。（3）體外重組DNA切割工具：。連接工具：。（4）導(dǎo)入目的基因常用受體細(xì)胞：、和等。（5）篩選、培養(yǎng)。（6）目的基因的表達(dá)：檢測目的基因在中表達(dá)產(chǎn)生。3.地位：是的核心技術(shù)。4.應(yīng)用（1）生產(chǎn)基因工程藥物和疫苗：如治療糖尿病的、治療侏儒癥的人、防治乙肝的疫苗。（2）定向改造動(dòng)植物的遺傳性狀：如我國研制成功的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。“學(xué)”—互動(dòng)探究探究一基因突變閱讀課本P76-P78邊做邊學(xué)相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合圖4－16、圖4－17和圖4－18，思考并小組討論下列問題：1.大腸桿菌、煙草花葉病毒可遺傳變異的來源是什么？提示：由于大腸桿菌、煙草花葉病毒都不含有染色體，因此其可遺傳變異就只有一個(gè)來源就是基因突變。2.基因突變后對(duì)生物性狀有什么影響？提示：①基因突變一定會(huì)導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)的改變，但卻不一定引起生物性狀的改變。②基因突變是DNA分子水平上基因內(nèi)部堿基對(duì)種類和數(shù)目的改變，基因的數(shù)目和位置并未改變。③基因突變一般發(fā)生于DNA分子復(fù)制過程中。3.分析教材中的積極思維，回答正常血紅蛋白究竟出了什么問題？提示：正常血紅蛋白第6位上的谷氨酸被纈氨酸取代。4.基因堿基對(duì)還有哪幾種變化，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的改變？提示：堿基對(duì)的增添、缺失或替換，改變了基因的結(jié)構(gòu)。5.基因突變都會(huì)引起性狀的改變嗎？對(duì)生物生存有何影響？提示：不一定?；蛲蛔兣c性狀的關(guān)系：（1）由于密碼子的兼并性，基因發(fā)生突變不一定會(huì)引起形狀的改變。（2）如果生物性狀沒有改變對(duì)生物生存沒有影響，如果引起生物產(chǎn)生有害的變異，則不利于生物適應(yīng)環(huán)境，如果產(chǎn)生有利變異則有利生物不斷適應(yīng)變化的環(huán)境。6.基因突變作為生物變異的重要來源，它有哪些特點(diǎn)呢？提示：自然條件下發(fā)生的基因突變叫做自然突變，人為條件下誘發(fā)產(chǎn)生的基因突變叫做誘發(fā)突變。基因突變可以發(fā)生在體細(xì)胞中，也可以發(fā)生在生殖細(xì)胞中。在高等生物里，大約10萬到1億個(gè)生殖細(xì)胞中才會(huì)有一個(gè)發(fā)生基因突變?？梢娡蛔兤鋵?shí)也是不容易發(fā)生的。特點(diǎn)：①普遍性；②隨機(jī)性；③稀有性；④有害性；⑤不定向性。7.能否用顯微鏡檢測出21三體綜合征和鐮刀型細(xì)胞貧血癥？請說明原因。提示：能。染色體數(shù)目或結(jié)構(gòu)的變化在顯微鏡下是可以觀察到的，而基因突變無法在顯微鏡下觀察，但是由于基因突變導(dǎo)致紅細(xì)胞形態(tài)改變，因而可以通過觀察紅細(xì)胞形態(tài)是否發(fā)生變化，進(jìn)而判斷是否發(fā)生了鐮刀型細(xì)胞貧血癥。【經(jīng)典回眸】（多選題）科研人員測得一多肽鏈片段為“—甲硫氨酸—脯氨酸—蘇氨酸—甘氨酸—纈氨酸—”，其密碼子分別為：甲硫氨酸（AUG）、脯氨酸（CCU、CCC、CCA）、蘇氨酸（ACU、ACC、ACA）、甘氨酸（GGU、GGA、GGG）、纈氨酸（GUU、GUC、GUA、GUG）?？刂圃摱嚯逆満铣傻南鄳?yīng)DNA片段為根據(jù)以上材料，下列敘述不正確的是（）A.解旋酶作用于②處，使氫鍵斷裂形成核糖核苷酸單鏈B.基因突變只能發(fā)生在細(xì)胞分裂間期，因?yàn)镈NA解旋形成單鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定C.若該DNA片段最右側(cè)堿基對(duì)被替換，不會(huì)引起性狀的改變D.一般來說基因插入三個(gè)堿基對(duì)要比插入一個(gè)堿基對(duì)更能影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)【解析】DNA解旋形成的單鏈應(yīng)該是脫氧核糖核苷酸鏈?；蛲蛔兛梢园l(fā)生在個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期；由于細(xì)胞分裂間期，DNA解旋形成單鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易發(fā)生基因突變。一般來說基因的編碼區(qū)插入三個(gè)堿基對(duì)會(huì)使mRNA的密碼子增加一個(gè)，對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)中的氨基酸也增加一個(gè)。如果插入一個(gè)堿基對(duì)，對(duì)應(yīng)mRNA中插入一個(gè)堿基，此后的密碼子都要發(fā)生改變，則蛋白質(zhì)中對(duì)應(yīng)的氨基酸可能都要改變?！敬鸢浮緼BD【變式訓(xùn)練】1.基因突變是生物變異的根本來源。下列關(guān)于基因突變特點(diǎn)的說法正確的是（）A.無論是低等還是高等生物都可能發(fā)生突變B.生物在個(gè)體發(fā)育的特定時(shí)期才可發(fā)生突變C.突變只能定向形成新的等位基因D.突變對(duì)生物的生存往往是有利的2.有關(guān)基因突變的敘述，正確的是（）A.不同基因突變的頻率是相同的B.基因突變的方向是由環(huán)境決定的C.一個(gè)基因可以向多個(gè)方向突變D.細(xì)胞分裂的中期不發(fā)生基因突變探究二基因重組閱讀課本P79－P80的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合圖圖4－19和圖4－20，思考并小組討論下列問題：1.進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞和進(jìn)行無性生殖的生物是否存在基因重組？提示：不存在。原因是基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂中。提示：遺傳學(xué)上，將遺傳信息的流動(dòng)方向稱為信息流。2.產(chǎn)生可遺傳變異的重要來源是什么？提示：基因重組是真核生物有性生殖過程中產(chǎn)生可遺傳變異的最重要來源，是形成生物多樣性的重要原因。3.基因重組中有無新的基因產(chǎn)生？有無新的基因型和表現(xiàn)型形成？提示：基因重組沒有產(chǎn)生新基因。而新的重組基因類型又導(dǎo)致了不同相對(duì)性狀的重組，使后代產(chǎn)生變異。4.不同生物的可遺傳變異來源是否相同？提示：不同。病毒——基因突變；原核生物——基因突變；真核生物——基因突變、基因重組、染色體變異。5.基因重組可以發(fā)生在什么情況下？提示：減數(shù)分裂形成配子時(shí)非同源染色體上的非等位基因自由組合?；蛑亟M還可以發(fā)生在減數(shù)分裂四分體時(shí)期，由于同源染色體的非姐妹染色單體之間常常發(fā)生局部互換，而造成控制不同性狀的基因重新組合【經(jīng)典回眸】細(xì)胞的有絲分裂與減數(shù)分裂都可能產(chǎn)生可遺傳的變異，其中僅發(fā)生在減數(shù)分裂過程中的變異是（）A.染色體不分離或不能移向兩極，導(dǎo)致染色體數(shù)目變異B.非同源染色體自由組合，導(dǎo)致基因重組C.染色體復(fù)制時(shí)受誘變因素影響，導(dǎo)致基因突變D.非同源染色體某片段移接，導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異【解析】本題考查了考生對(duì)可遺傳變異來源的理解以及該知識(shí)點(diǎn)與有絲分裂和減數(shù)分裂的關(guān)系，同時(shí)還考查了有絲分裂和減數(shù)分裂的比較?？蛇z傳的變異有三個(gè)來源：基因重組、基因突變和染色體變異，其中基因重組通常只發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，而基因突變和染色體變異在有絲分裂和減數(shù)分裂中均可發(fā)生。【答案】B【變式訓(xùn)練】3.下列有關(guān)基因重組的說法中，正確的是（）A.基因重組是生物變異的根本來源B.基因重組能夠產(chǎn)生多種基因型C.基因重組通常發(fā)生在細(xì)胞分裂的過程中D.非等位基因間都可以發(fā)生重組4.下列各項(xiàng)中可以導(dǎo)致基因重組現(xiàn)象發(fā)生的是（）A.姐妹染色單體的交叉互換B.等位基因彼此分離C.非同源染色體的自由組合D.姐妹染色單體分離探究三重組DNA技術(shù)閱讀課本P79－P80的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合圖圖4－19和圖4－20，思考并小組討論下列問題：1.基因工程的操作工具有哪些?提示：操作工具有三種，但工具酶只有兩種，另一種工具運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)為DNA。2.重組DNA技術(shù)的操作水平及操作環(huán)境怎樣？提示：重組DNA技術(shù)操作水平——分子水平；操作環(huán)境——體外。3.具備什么條件能做運(yùn)載體？提示：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存；具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)；具有某些標(biāo)記基因。4.作為運(yùn)載體的質(zhì)粒具有哪些特點(diǎn)？提示：質(zhì)粒是基因工程中最常用的運(yùn)載體；最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒；是細(xì)胞染色體外能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子；質(zhì)粒的大小只有普通細(xì)菌染色體的1%左右；存在于許多細(xì)菌及酵母菌等微生物中；質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞生存沒有決定性的作用；質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。5.在基因工程培育抗蟲棉的過程中，關(guān)鍵步驟或難點(diǎn)是什么？提示：抗蟲棉從蘇云金孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提??；抗蟲基因與運(yùn)載體DNA拼接；抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞?！窘?jīng)典回眸】下列有關(guān)基因工程中限制性內(nèi)切酶的描述，錯(cuò)誤的是（）A.一種限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸序列

B.限制性內(nèi)切酶能識(shí)別和切割RNA

C.限制性內(nèi)切酶的活性受溫度的影響

D.限制性內(nèi)切酶可以從原核生物中提取【解析】限制性內(nèi)切酶主要從原核生物中分離純化出來。它們能夠識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸序列，別且使每條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸間的磷酸二酯鍵斷開。【答案】B【變式訓(xùn)練】5.如圖所示為部分雙鏈DNA片段，下列有關(guān)基因工程中工具酶功能的敘述錯(cuò)誤的是（）A.切斷a處的酶為限制酶B.連接a處的酶為DNA連接酶C.切斷b處的酶為DNA解旋酶D.連接b處的酶為RNA聚合酶“思”—課堂小結(jié)同學(xué)們，通過這節(jié)課學(xué)習(xí)，你有哪些收獲和體會(huì)，存在哪些疑問，請把它填在下面的表格中，以便及時(shí)總結(jié)、彌補(bǔ)知識(shí)缺漏，不吃夾生飯，不做欠賬人。收獲內(nèi)容疑點(diǎn)內(nèi)容“練”—當(dāng)堂檢測1.果蠅某染色體上的DNA分子中一個(gè)脫氧核苷酸發(fā)生了改變，其結(jié)果可能是（）A.變成其等位基因B.DNA分子內(nèi)部的堿基配對(duì)方式改變C.此染色體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變D.此染色體上基因的數(shù)目和排列順序發(fā)生改變2.基因突變是生物變異的根本來源，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A.生物體內(nèi)的基因突變屬于可遺傳的變異B.基因突變的頻率很低，種群每代突變的基因數(shù)不一定很少C.基因只要發(fā)生突變，生物的表現(xiàn)型就一定改變D.基因突變的方向與環(huán)境沒有明確的因果關(guān)系3.依據(jù)基因重組的概念，下列生物技術(shù)或生理過程中沒有發(fā)生基因重組的是（）4.下列關(guān)于基因重組的敘述不正確的是（）A.同一雙親的子女的遺傳差異與基因重組有關(guān)B.純合子自交會(huì)發(fā)生基因重組，導(dǎo)致子代發(fā)生性狀分離C.非同源染色體上的非等位基因的重新組合屬于基因重組D.有性生殖過程中，控制不同性狀的基因的重新組合叫做基因重組5.如圖甲表示人類鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因，圖乙是一個(gè)家族中該病的遺傳系譜圖（控制基因?yàn)锽與b），請據(jù)圖回答：（已知谷氨酸的密碼子是GAA、GAG）（1）圖中①②表示的遺傳信息流動(dòng)過程分別是：①____________________；②__________________________。（2）α鏈堿基組成為________，β鏈堿基組成為________。（3）鐮刀型細(xì)胞貧血癥的致病基因位于________染色體上，屬于________性遺傳病。（4）Ⅱ6基因型是_______，Ⅱ6和Ⅱ7婚配后生一患病男孩的概率是_______，要保證Ⅱ9婚配后子代