5.1基因突變和基因重組課件高一下學期生物人教版（2019）必修2

§5-1基因突變和基因重組高中生物必修二通過太空高輻射、微重力(或無重力)的特殊環(huán)境提高作物基因突變的頻率，從而篩選出

人們需要的品種。具體而言，在太空的特殊環(huán)境中，細胞分裂進行DNA

復制時，由于受到

高輻射或微重力(或無重力)的影響，配對的堿基容易出現(xiàn)差錯而發(fā)生基因突變。我國早在1987年就利用返回式衛(wèi)星進行航天育種研究：將作物種子帶入太空，利用太空中的

特殊環(huán)境誘導基因發(fā)生突變，然后在地面選擇優(yōu)

良的品種進行培育。通過航天育種，我們已在水

稻、小麥、棉花、番茄、南瓜和青椒等作物上培

育出一系列優(yōu)質品種，取得了極大的經(jīng)濟效益。問題探討1.航天育種的生物學原理是什么?航天育種成果展討論2.如何看待基因突變所造成的結果?基因突變的本質是基因的堿基序列發(fā)生改變，這種改變可以直接表現(xiàn)在性狀上，改變的性

狀對生物的生存可能有害，可能有利，也可能既無害也無益。我國早在1987年就利用返回式衛(wèi)星進行航天育種研究：將作物種子帶入太空，利用太空中的

特殊環(huán)境誘導基因發(fā)生突變，然后在地面選擇優(yōu)

良的品種進行培育。通過航天育種，我們已在水

稻、小麥、棉花、番茄、南瓜和青椒等作物上培

育出一系列優(yōu)質品種，取得了極大的經(jīng)濟效益。問題探討航天育種成果展討論基因突變的病例紅細胞的主要成分是血紅蛋白，對患者紅細胞中血紅蛋白分子的分析發(fā)現(xiàn)：血紅蛋白分子的部分氨基酸序列正常血紅蛋白和異常血紅蛋白中的部分氨基酸序列發(fā)生了什么變化?纈氨酸

一組氨酸一

亮氨酸一蘇氨酸一脯氨酸纈氨酸一

組氨酸一亮氨酸一蘇氨酸一脯氨酸正常血紅蛋白部

分氨基酸序列異常血紅蛋白部

分氨基酸序列谷氨酸一賴氨酸谷氨酸一賴氨酸谷氨酸纈氨酸基因突變的病例堿基序列發(fā)生改變所引起的。請查密碼子衣，對比找出谷氨酸轉變成纈氨酸時密碼子發(fā)生

的變化，并推導出基因的變化。氨基酸的變化是編碼血紅蛋白的基因的基因突變的病例第一個堿基第

二

個

堿

基第三個堿基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸(起始)蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG21種氨基酸的密碼子表谷氨酸的密碼子GAA

、GAG纈氨酸的密碼子GUA

、GUC

、GUA

、GUGGAA→GUA

或GAG→GUGGA

GC|T

CG

A

G谷氨酸正常DNAmRNA氨基酸

蛋白質U

G纈氨酸異常基因突變的病例換，一定會引起氨基酸的種類發(fā)生改變嗎?為什么?若編碼蛋白質的基因的堿基發(fā)生替基因突變除上述情況外，編碼蛋白質的基因的堿基發(fā)生替換，還會引起哪些后果?基因突變?nèi)绻@個基因發(fā)生堿基的增添或缺失，氨基酸序列是否也會改變?所對應的性狀呢?基因突變①

②GT

Gc

AC

……

CT

G……

A

C

T

CT|GA

G

G

AG

A

A

G·氨

基

酸

序

列

·

纈氨酸組氨酸亮氨酸蘇氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸賴氨酸…………………

………DNA中

的堿基序列

CA

C

|G

T

G

G

Ac

T

G

AG

G

A

……

C

T

C

……

C

TC

TT

Cm

基中

列

.

GU

GC

A

C

C

U

GA

C

U

………

C

CU|G

A

G

……

G

A

G|A

AG……序的堿RNA………1.如果①處或②處增添了1

對或2對堿基，那么通過轉錄和翻譯，得到的氨基酸序列會發(fā)生什么變化?所對應的性狀呢?2.如果①或②處的后面缺

失了1

對或2對堿基呢?基因突變………

………①

②GT

Gc

A

C

……

CT

G……

A

C

T

CT|GA

GG

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A

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C

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T

G

G

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T

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G

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……

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C

T

C

TT

CG

U

GC

A

CC

UGA

C

U

……

C

C

U|G

A

G

……

G

A

G|AAG.…纈氨酸組氨酸亮氨酸蘇氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸賴氨酸3.如果①處或②處增添了3對堿基呢?4.

①或②處的后面缺失了3對堿基呢?…………………DNA中的堿基序列mRNA

中的堿

基

序

列

.氨基酸序列·討論基因突變……堿基的替換堿基的增添引起

基因堿基序列改變堿基的缺失變化內(nèi)容

結果DNA

分

子對象基因突變的定義發(fā)生配子中發(fā)生基因突變生殖細胞突變將遵循遺傳規(guī)

律傳遞給后代體細胞中發(fā)生基因突變體細胞突變有些植物可以通過無性生殖遺傳一般不能遺傳，如癌變?；蛲蛔兊念愋皖愋?.從基因角度看，結腸癌發(fā)生的原因是什么?從基因角度分析，結腸癌發(fā)生的原因是相關基因(包括抑癌基因I、

原癌基因、抑癌基因Ⅱ、抑癌基因Ⅲ)發(fā)生了突變。抑癌基因

Ⅱ突變········

·············正常結腸上皮細胞結腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤，下圖是解釋結腸癌發(fā)生的簡化模型，請觀察并回答問題。

CCeCcCCCCcecO癌原癌基因突變

···

癌細胞轉移討論【思考

·討論】結腸癌發(fā)生的原因抑癌基因Ⅲ

突變抑癌基因

I

突

變◎抑制基因Ⅲ

突變CCeCcCCCCcecO癌細胞轉移

癌討論2.健康人的細胞中存在原癌基因和抑癌基因嗎?健康人的細胞中存在原癌基因和抑癌基因?！ぁぁひ种苹?/p>

Ⅱ突變··········

··············正常結腸上皮細胞結腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤，右圖是解釋結腸癌發(fā)生的簡化模型，請觀察并回答問題?！舅伎?/p>

·

討論】結腸癌發(fā)生的原因抑制基因

I

突

變原癌基因

突變抑制基因Ⅲ

突變CCeCcCCCCcecO

癌細胞轉移

癌···抑制基因

Ⅱ突變··········

·呈球形、增殖快、容易發(fā)生轉移等。討論3.根據(jù)圖示推測，癌細胞與正常細胞相比，具有哪些明顯的特點?·············正常結腸上皮細胞結腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤，右圖是解釋結腸癌發(fā)生的簡化模型，請觀察并回答問題?！舅伎?/p>

·

討論】結腸癌發(fā)生的原因抑制基因

I

突

變原癌基因

突變突變導致相應蛋白質活性減弱

或失去活性突變或過量表達導致相應蛋白質活性過強人和動

物細胞

DNA細

胞

癌變蛋白質表達抑癌基因蛋白質表達原癌基因抑制細胞正常生長和增殖

促進細胞凋亡細胞的癌變的機理細胞正常生長和增殖所必需存在存在能夠無限增殖，形態(tài)結構發(fā)生顯著變化，細胞膜上的糖蛋白等物質減

少，細胞之間的黏著性顯著降低，

容易在體內(nèi)分散和轉移，等等。癌細胞的特征在口常生活中應

遠離致癌

因子選擇健康的

生活方式細胞癌變的預防物理因素：例如，紫外線、X射線及其他輻射能損傷細胞內(nèi)的DNA?；瘜W因素：亞硝酸鹽、堿基類似物等能改變核酸的堿

基。生物因素：某些病毒的遺傳物質能影響宿主細胞的DNA,等等。基因突變的原因實驗L

自發(fā)產(chǎn)生(內(nèi)因):在沒有外來因素的影響時，基因突變會由于DNA

復制偶爾發(fā)生錯

誤等原因自發(fā)產(chǎn)生。此后發(fā)現(xiàn)誘發(fā)實變、提高變異頻率的

因素結果突變體數(shù)量大大增加結果果蠅玉米、大麥1927年，美國

遺傳學家繆勒一環(huán)境誘發(fā)(外因)X射線和γ射線照射X射線照射因素■

原

因

：DNA

堿基組成的改變是隨機的、不定向的。

■表現(xiàn)：●隨機性：基因突變的隨機性，表現(xiàn)為基因突變可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期；可

以發(fā)生在細胞內(nèi)不同的DNA分子上，以及同一個DNA分子的不同部位?！癫欢ㄏ蛐裕罕憩F(xiàn)為一個基因可以發(fā)生不同的突變，產(chǎn)生一個以上的等位基因?；蛲蛔冇行ι矬w有害(原因是可能破壞生物體與現(xiàn)有環(huán)境的協(xié)調(diào)關系),有些對生物體

是有利的，有些無害也無益，是中性的。原因：自然界中誘發(fā)基因突變的因素很多，而且基因突變也會自發(fā)產(chǎn)生。在自然狀態(tài)下，基因突變的頻率是很低的。隨機性和不定向性基因突變的特點有害性低頻性普遍性產(chǎn)生新

基因的

途徑意義原材料生物進

化的原

材料生物變

異的根

本來源基因突變的意義產(chǎn)

生

新

的

生

物

類

型更

好

適

應

環(huán)

境利用物理因素(如紫外線、X射線等)或化學因素(如亞硝酸鹽等)

處理生物，使生物發(fā)生基因突變。舉例用輻射方法處理大豆，選育出含

油量高的大豆品種。可以提高突變率，創(chuàng)造人類需要的生物新品種。誘變育種基因突變的應用染色體間的基因重組時

期

：減數(shù)分裂I后期染色體行為：非同源染色體自由組合基因行為：非等位基因自由組合結果：產(chǎn)生不同配子，受精結合產(chǎn)生

不同基因型的后代，從而變異。遺傳規(guī)律：基因的自由組合定律R

yYRR NWWVC基因重組的類型圖解時

期

：減數(shù)分裂I四分體時期染色體行為：同源染色體間的非姐妹染色單體的互換基因行為：等位基因的交換結

果

：產(chǎn)生不同配子，受精結合產(chǎn)生不同基因型的后

代，從而變異。遺傳規(guī)律