2021版高考生物一轮复习第5章基因突变及其他变异1基因突变和基因重组教案新人教版必修2 8页

- 1 - 基因突变和基因重组 考点一 基因突变 1.基因突变的原因、特点及与进化的关系： 2.基因结构中碱基对的替换、增添、缺失对氨基酸的影响： 类 型 影响范围 对氨基酸的影响 替换 小 只改变 1 个氨基酸或不改变 增添 大 插入位置前不影响，影响插入位置后的序列 缺失 大 缺失位置前不影响，影响缺失位置后的序列 增添或缺 失 3 个碱 基 小 增添或缺失位置增加或缺失一个氨基酸对应的序列 【高考警示】 与基因突变有关的六个易错点 (1)自发的基因突变具有低频性。基因突变按来源划分为自发突变和诱发突变两类，自发突变 率很低。 (2)基因突变是基因内部编码序列上碱基对种类和数目的改变，基因的数目和位置并未改变。 (3)基因突变一定会导致基因结构的改变，但却不一定引起生物性状的改变。 (4)基因突变的利害性取决于生物生存的环境条件。如某种昆虫突变产生的残翅性状，若在陆 地上则为不利变异，而在多风的岛屿上则为有利变异。 - 2 - (5)基因突变一定发生在基因(即有遗传效应的 DNA 片段)上，DNA 的非基因序列上发生的碱基 对的改变不属于基因突变。 (6)基因突变不只发生在细胞的有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期，在细胞分裂期也会 发生，分化的细胞也会发生基因突变。 【典例】(2018·全国卷Ⅰ)某大肠杆菌能在基本培养基上生长，其突变体 M 和 N 均不能在基 本培养基上生长，但 M可在添加了氨基酸甲的基本培养基上生长，N 可在添加了氨基酸乙的基 本培养基上生长。将 M 和 N 在同时添加氨基酸甲和乙的基本培养基中混合培养一段时间后， 再将菌体接种在基本培养基平板上，发现长出了大肠杆菌(X)的菌落。据此判断，下列说法不 合理的是 ( ) A.突变体 M 催化合成氨基酸甲所需酶的活性丧失 B.突变体 M 和 N 都是由于基因发生突变而得来的 C.突变体 M 的 RNA 与突变体 N 混合培养能得到 X D.突变体 M 和 N 在混合培养期间发生了 DNA 转移 【解析】选 C。本题考查基因突变、DNA 是遗传物质的实验探究。突变体 M 不能在基本培养基 上生长，但可在添加了氨基酸甲的基本培养基上生长，因此突变体 M 催化合成氨基酸甲所需 酶的活性丧失，A 项合理；大肠杆菌没有染色体，可遗传的变异只有基因突变，B 项合理；M 和 N 的混合培养，致使两者间发生了细菌转化现象，而细菌转化现象则是由于细菌间 DNA 的 转移(本质是基因重组)实现的，故 C 项不合理、D 项合理。 (1)“突变体 M 和 N 均不能在基本培养基上生长”，说明基因突变的特点是多害少利的。 (2)M 和 N 的突变是显性突变还是隐性突变？ 提示：都是显性突变。细菌拟核内只有一个环状的 DNA 分子，所以，没有“等位基因”，不 存在隐性性状。 (2016·天津高考)枯草杆菌野生型与某一突变型的差异见下表： 枯草 杆菌 核糖体 S12 蛋白第 55-58 位的氨基酸序列 链霉素与核 糖体的结合 在含链霉素培养基 中的存活率(%) 野生型 …-P-K-K-P-… 能 0 - 3 - 突变型 …-P-R-K-P-… 不能 100 注 P：脯氨酸；K：赖氨酸；R：精氨酸 下列叙述正确的是 ( ) A.S12 蛋白结构改变使突变型具有链霉素抗性 B.链霉素通过与核糖体结合抑制其转录功能 C.突变型的产生是由于碱基对的缺失所致 D.链霉素可以诱发枯草杆菌产生相应的抗性突变 【解析】选 A。本题主要考查基因突变、遗传信息的表达、自然选择。A 项，表格中突变型在 含链霉素培养基中的存活率为 100%，则说明突变型具有链霉素抗性，故正确；B 项，翻译是 在核糖体上进行的，链霉素通过与核糖体结合只能抑制翻译功能，故错误。C 项，野生型和突 变型的 S12 蛋白中只有一个氨基酸(第 56 位氨基酸)有差异，这是由于基因结构中碱基对的替 换所致，而碱基对的缺失会导致缺失位置后的氨基酸序列均改变，故错误。D 项，枯草杆菌对 链霉素的抗性突变早已存在，不是链霉素诱发的，链霉素只能作为环境因素起到选择作用， 故错误。 【加固训练】 1.甲磺酸乙酯(EMS)能使鸟嘌呤变成 7-乙基鸟嘌呤，后者不与胞嘧啶配对而与胸腺嘧啶配 对。为获得更多的水稻变异类型，育种专家常用适宜浓度的 EMS 溶液浸泡种子后再进行大田 种植。下列叙述不正确的是 ( ) A.使用 EMS 浸泡种子可以提高基因突变的频率 B.EMS 的处理可使 DNA 序列中 G-C 转换成 A-T C.获得的变异植株细胞核 DNA 中的嘌呤含量高于嘧啶 D.经 EMS 处理后，水稻体细胞中的染色体数目保持不变 【解析】选 C。人工使用 EMS 浸泡种子能使鸟嘌呤变成 7-乙基鸟嘌呤，使 DNA 序列中的 G-C 转换成 A-T，能提高基因突变的频率，A、B 正确；获得的变异植株细胞核的 DNA 分子是双螺 旋结构，严格遵循碱基互补配对原则，嘌呤碱基与嘧啶碱基配对，二者含量相等，C错误；EMS 只是使鸟嘌呤变成 7-乙基鸟嘌呤，即碱基对的替换，属于基因突变，没有改变染色体数目，D 正确。 2.(2016·海南高考)依据中心法则，若原核生物中的 DNA 编码序列发生变化后，相应蛋白质 的氨基酸序列不变，则该 DNA 序列的变化是 ( ) - 4 - A.DNA 分子发生断裂 B.DNA 分子发生多个碱基增添 C.DNA 分子发生碱基替换 D.DNA 分子发生多个碱基缺失 【解析】选 C。本题主要考查基因突变的本质与基因表达的结果。A 项，DNA 分子发生断裂会 造成合成的蛋白质氨基酸数目变少，故错误。B 项，DNA 分子发生多个碱基增添，一般会造成 合成的蛋白质氨基酸数目增多，也有可能提前出现终止密码子，合成的蛋白质氨基酸数目减 少，两种情况下氨基酸序列均会改变，故错误。C项，DNA 分子发生碱基替换，因密码子具有 简并性，相应的蛋白质氨基酸序列可能不变，故正确。D 项，DNA 分子发生多个碱基缺失，相 应的蛋白质氨基酸数目一般会减少，故错误。 考点二 基因重组及其与基因突变比较 1.基因重组的类型： 重组类型 交叉互换型 自由组合型 基因工程重组型 发生时间 减数第一次分裂四分体时期 减数第一次分裂后期 目的基因导入受 体细胞后 发生机制 同源染色体的非姐妹染色单体之间 交叉互换导致基因重新组合 同源染色体分开，等位 基因分离，非同源染色 体自由组合，导致非同 源染色体上非等位基 因间的重新组合 目的基因经运载 体导入受体细胞， 导致受体细胞中 基因重组 2.基因突变和基因重组比较： 项目 基因突变 基因重组 发生 时期 主要发生在： ①有丝分裂间期 ②减Ⅰ分裂前的间期 ①减Ⅰ分裂 前期 ②减Ⅰ分裂 后期 - 5 - 产生 原因 物理、化学、生物因素引起 ↓ 碱基对的增添、缺失、替换 ↓ 导致基因结构的改变 交叉互换、自由组合 ↓ 基因重新组合 应用 诱变育种 杂交育种 联系 ①都使生物产生可遗传的变异 ②在长期进化过程中，通过基因突变产生新基因，为基因重 组提供了大量可供自由组合的新基因，基因突变是基因重组 的基础 ③二者均产生新的基因型，可能产生新的表现型 【高考警示】 基因重组三点提醒 (1)染色体片段交换不一定是基因重组。如果染色体片段交换发生在同源染色体之间叫基因重 组；如果发生在非同源染色体之间叫易位，属于染色体结构变异。 (2)精卵细胞的随机结合不是基因重组。 (3)格里菲思所做的肺炎双球菌体外转化实验中，R 型细菌转化为 S 型细菌的原理是基因重组， 而细菌自身发生的变异是基因突变。 【典例】(2019·天津高考)作物 M 的 F1基因杂合，具有优良性状。F1自交形成自交胚的过程 见途径 1(以两对同源染色体为例)。改造 F1相关基因，获得具有与 F1优良性状一致的 N 植株， 该植株在形成配子时，有丝分裂替代减数分裂，其卵细胞不能受精，直接发育成克隆胚，过 程见途径 2。据图回答： - 6 - (1)与途径 1 相比，途径 2 中 N 植株形成配子时由于有丝分裂替代减数分裂，不会发生由 _______________________和______________________导致的基因重组，也不会发生染色体数 目__________________。 (2)基因杂合是保持 F1优良性状的必要条件。以 n 对独立遗传的等位基因为例，理论上，自交 胚与 F1基因型一致的概率是_______________，克隆胚与 N 植株基因型一致的概率是 _________。 (3)通过途径_________获得的后代可保持 F1的优良性状。 【解析】(1)正常的基因重组有两种情况：交叉互换和自由组合，交叉互换发生在同源染色体 的非姐妹染色单体之间，自由组合发生在非同源染色体之间。通过减数分裂，配子中染色体 数目比体细胞的减半。 (2)具有 1对等位基因的个体自交，后代杂合的个体占 1/2，具有 n 对等位基因的个体自交， 后代杂合的个体占(1/2)n，即 1/2n。克隆胚与 N植株的遗传信息无变化，故克隆胚与 N 植株的 基因型 100%一致。 (3)途径 2：N 植株经过有丝分裂产生卵细胞，进而发育为克隆胚，遗传信息没有变化，可保 持 F1的优良性状。 答案：(1)同源染色体非姐妹染色单体交叉互换 非同源染色体自由组合 减半 (2)1/2n 100% (3)2 (1)途径 1 中，一个精原细胞通过一次减数分裂能产生 2 种类型 4个精子。 (2)以 n 对独立遗传的等位基因为例，理论上，自交胚中显性纯合子的概率是(2n-1)/2n+1。 (3)具有一对等位基因的杂合子个体，至少连续自交 5 代后纯合子的比例才可达 95%以上。 某雄性动物的基因型为 AaBb。如图是其一个精原细胞减数分裂过程中的两个不同时期细胞 分裂图像。下列相关叙述正确的是 ( ) A.图甲细胞处于减数第一次分裂，称为初级精母细胞 B.由图甲可知，该精原细胞在分裂过程中发生了基因突变 - 7 - C.由图乙可知，另三个精细胞的基因型分别为 ab、AB、AB D.在减Ⅰ后期，移向细胞同一极的基因可能是 A、a、b、b 【解析】选 D。图甲细胞中没有同源染色体，处于减数第二次分裂前期，为次级精母细胞；由 图甲可知，四分体时期染色体发生交叉互换，由此引起的变异属于基因重组；该细胞经减数 分裂形成的四个精子，已发生过交叉互换，则其基因型分别为 AB、aB、Ab、ab；根据图中细 胞中的基因及染色体颜色可知，该细胞在减数第一次分裂前期发生过交叉互换，在减数第一 次分裂后期，移向细胞同一极的基因可能是 A、a、b、b。 判断基因重组和基因突变的方法 (1)根据亲代基因型判断。 ①如果亲代基因型为 BB 或 bb，而后代中出现 b或 B的原因是基因突变。 ②如果亲代细胞的基因型为 Bb，而子代细胞中出现 BB 或 bb 的原因是基因突变或交叉互换。 (2)根据细胞分裂方式判断。 ①如果是有丝分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，则为基因突变。 ②如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，可能是基因突变或交叉互换。 (3)根据染色体图示判断： ①如果是有丝分裂中期图中，两条姐妹染色单体上的两基 因不同，则为基因突变的结果。(如图甲) ②如果是减数第一次分裂中期图中，两条姐妹染色单体上 的两基因(同白或同黑)不同，则为基因突变的结果。(如图 甲) ③如果是减数第二次分裂中期图中，两条姐妹染色单体上 的两基因(颜色不一致)不同，则为交叉互换(基因重组)的 结果。(如图乙) 【加固训练】 某基因型为 AA 的生物体内一个突变基因杂合细胞进行有丝分裂时，出现了如图所示的染 色体片段交换，这种染色体片段交换的细胞继续完成有丝分裂。下列说法不正确的是 ( ) - 8 - A.能产生正常基因的纯合细胞 B.不能产生正常基因的纯合细胞 C.能产生突变基因的纯合细胞 D.能产生突变基因的杂合细胞 【解析】选 B。着丝点分裂后，两条染色体中的姐妹染色单体形成的子染色体，向细胞两极移 动时是随机组合的，移向细胞同一侧的可能为相同基因，也可能是正常基因与突变基因，因 此可能产生正常基因的纯合细胞、突变基因的纯合细胞、突变基因的杂合细胞三种，故 B 项 错误。