高中生物第四章生物的变异第一节生物变异的来源第1课时教学案浙科版.docx
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高中生物第四章生物的变异第一节生物变异的来源第1课时教学案浙科版
第1课时 基因重组和基因突变
知识内容
必考要求
加试要求
基因重组
a
a
基因突变
b
b
课时要求
1.结合材料分析、概述生物变异的类型和特点。
2.通过分析同源染色体的行为，阐明基因重组的原理与类型，概述其意义。
3.阐明基因突变的特征、类型及诱发基因突变的因素，理解基因突变的机理。
图中的情景用英语表达为：
THECATSATONTHEMAT（猫坐在草席上），几位同学抄写时出现了不同的错误，如下：
（1）THEKATSATONTHEMAT
（2）THEHATSATONTHEMAT
（3）THECATONTHEMAT
将其翻译成中文，和原句相比意思是否改变了？
据此可知，个别字母的替换或者缺少，句子的意思都可能改变。
如果是DNA分子中的遗传信息——脱氧核苷酸的排列顺序也发生了类似的变化，生物体的性状会发生怎样的改变呢？
这些变化可能对生物体产生什么影响？
解决学生疑难点
一、生物变异的类型和基因重组
1．生物变异的类型
（1）不遗传的变异
①来源：
环境条件改变引起，不涉及遗传物质的变化。
②特点：
变异只限当代的表现型改变，属于不遗传变异。
③实例：
花生处在水、肥充足的条件下果实大且多。
（2）可遗传的变异
①来源：
一是在强烈的物理、化学因素影响下发生的基因突变和染色体畸变；二是有性生殖过程中形成配子时，由于非同源染色体的自由组合和同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换而引起的基因重组。
②特点：
变异性状可以遗传给后代。
（3）分类依据：
遗传物质是否改变。
2．基因重组
（1）概念
含义
（2）类型
类型
发生时期
实质
图示
自由组合型
MⅠ后期
非同源染色体上的非等位基因自由组合
交叉互换型
MⅠ前期
同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体的交换而发生交换
（3）结果：
导致生物性状的多样性。
（4）意义：
为动植物育种和生物进化提供丰富的物质基础。
1．生物变异的类型分析
（1）在北京培育的优质北京甘蓝品种，叶球最大的有3.5kg，当引种到拉萨后，由于昼夜温差大、日照时间长、光照强，叶球可重达7kg左右。
但再引回北京后，叶球又只有3.5kg。
上述甘蓝品种的引种过程中，有没有变异现象的发生？
如果有，这种变异性状能稳定地遗传给子代吗？
为什么？
答案 有变异。
但是这种变异性状不能稳定地遗传给子代，因为遗传物质没有改变。
（2）某种一直开红花的植物，某代出现了一株开紫花的植株，而且这株紫花植物的后代仍然开紫花，可能的原因是什么？
答案 遗传物质改变了。
（3）据此，生物变异的类型有哪些？
答案 ①不可遗传的变异：
由外界环境的改变引起，遗传物质并没有发生变化；②可遗传的变异：
由遗传物质改变引起的变异，包括基因突变、基因重组和染色体畸变。
2．谚语“一母生九子，连母十个样”，请分析这种现象发生的主要原因是什么？
答案 生物的亲子代之间的性状差异主要是由于基因重组造成的。
3．下图是基因型为AaBb的高等动物体内某个初级精母细胞可能发生的变化，请据图分析：
（1）如果没有发生交叉互换，该初级精母细胞形成的精细胞有几种？
基因组成分别是怎样的？
答案 有2种。
AB和ab。
（2）发生交叉互换后，该初级精母细胞形成的精细胞有几种？
基因组成分别是怎样的？
答案 4种。
AB、Ab、aB和ab。
知识整合 有丝分裂后期，分开的子染色体上基因不同，是基因突变的结果；减数第二次分裂后期，分开的子染色体上基因不同，可能是基因突变，也可能是交叉互换造成的。
1．下列关于基因重组的说法，不正确的是（ ）
A．生物体进行有性生殖过程中控制不同性状的基因的重新组合属于基因重组
B．减数分裂四分体时期，同源染色体的姐妹染色单体之间的局部交换可导致基因重组
C．减数分裂过程中，非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组
D．一般情况下，水稻花药内可发生基因重组，而根尖则不能
答案 B
解析 基因重组是指具有不同遗传性状的雌、雄个体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合，导致后代不同于亲本类型的现象或过程，A正确；减数分裂四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间的局部交换可导致基因重组，B错误；减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组，C正确；一般情况下，基因重组只发生在减数分裂形成配子的过程中，水稻花药内精原细胞减数分裂形成配子的过程中可发生基因重组，但根尖细胞只能进行有丝分裂，不会发生基因重组，D正确。
2．子代不同于亲代的性状，主要来自基因重组，下列图解中哪些过程可以发生基因重组（ ）
A．①②③④⑤B．①②③④⑤⑥
C．④⑤D．③⑥
答案 C
解析 基因重组指具有不同遗传性状的雌、雄个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。
④⑤过程中的A、a和B、b之间发生基因重组。
①②过程发生等位基因的分离；③⑥过程属于配子间的随机组合。
二、基因突变
1．概念和实质
（1）概念：
由于基因内部核酸分子上的特定核苷酸序列发生改变的现象或过程。
（2）实质：
DNA分子上碱基对的缺失、增加或替换都可以引起核苷酸序列的变化，因而引起基因结构的改变。
（3）意义：
是生物变异的根本来源，对生物进化和选育新品种具有非常重要的意义。
2．类型
（1）根据对表现型的影响
①种类：
形态突变、生化突变、致死突变。
②关系：
三种突变实质上都是生化突变。
（2）根据发生的因素
①自然状态下发生的基因突变：
自发突变。
②人工条件下诱发的基因突变：
诱发突变。
3．特点：
普遍性，多方向性，稀有性，可逆性，有害性。
4．诱发因素
（1）物理因素：
如各种射线的照射、温度剧变等。
（2）化学因素：
如亚硝酸、碱基类似物等。
（3）生物因素：
如麻疹病毒等。
5．基因突变的机理（以镰刀形细胞贫血症为例）
（1）直接原因：
谷氨酸
缬氨酸。
（2）根本原因：
基因中碱基对
。
基因C可以突变成为c1（或c2或c3）。
C、c1、c2、c3之间也可以相互突变（如图），据此分析：
1．C、c1、c2、c3在染色体上的位置是否相同？
它们能相互看做等位基因吗？
答案 基因突变是基因内部碱基发生的改变，基因在染色体上的位置并没有改变，所以它们的位置相同，相互之间互为等位基因。
2．基因突变会不会改变基因的数目？
答案 不会。
只是改变了基因的种类，数目不变。
3．图示体现了基因突变的哪些特点？
答案 基因突变具有多方向性和可逆性。
4．如果基因C突变为c1时，性状并没有改变，推测可能的原因有哪些？
答案
（1）一种氨基酸可以由多种密码子决定（密码的简并性），当突变后的DNA转录成的密码子仍然决定同种氨基酸时，这种突变不会引起生物性状的改变。
（2）突变成的隐性基因在杂合子中不会引起性状的改变。
（3）不具有遗传效应的DNA片段中的“突变”不会引起性状的改变。
知识整合 基因突变能改变基因的种类，不改变基因在染色体上的位置和数目；基因突变不一定会导致生物性状的改变，原因有：
密码子的简并性、隐性突变或者突变发生在非编码序列。
3．基因A可突变为基因a1、a2、a3……，这说明基因突变具有（ ）
A．稀有性B．可逆性C．多方向性D．有害性
答案 C
解析 从基因A可突变为a1、a2、a3……可知基因突变具有多方向性。
4．某种群中发现一突变性状，连续培育到第三代才选出能稳定遗传的纯合突变类型，该突变为（ ）
A．显性突变（d→D）B．隐性突变（D→d）
C．显性突变和隐性突变D．人工诱变
答案 A
解析 由于突变性状的个体不是纯合子，而且表现突变性状，说明突变性状相对于原有性状为显性性状。
易混辨析
显性突变和隐性突变
（1）显性突变（a→A）：
一旦发生即可表现，但常不能稳定遗传。
（2）隐性突变（A→a）：
一旦表现即可稳定遗传。
1．下列有关基因重组的说法，不正确的是（ ）
A．基因重组能够产生多种基因型
B．基因重组发生在有性生殖的过程中
C．基因重组是生物变异的根本来源
D．非同源染色体上的非等位基因可以发生重组
答案 C
解析 基因重组能够产生多种基因型，A正确；基因重组发生在有性生殖的减数分裂过程中，B正确；基因突变是生物变异的根本来源，C错误；减数第一次分裂后期，非同源染色体上非等位基因的自由组合导致基因重组，D正确。
2．下列关于基因突变的叙述，正确的是（ ）
A．物理、化学、生物因素引起基因突变的机制是有区别的
B．基因突变不一定会引起遗传信息的改变
C．基因碱基对的缺失、增加、替换中对性状影响最小的一定是替换
D．基因突变的方向与环境变化有明确的因果关系，为进化提供最初原材料
答案 A
解析 易诱发生物发生基因突变并提高突变频率的因素可分为三类：
物理因素、化学因素和生物因素。
例如，紫外线、X射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA；亚硝酸、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等，故三种因素引起基因突变的机制有区别。
3．如果一个基因的中部缺失了1个核苷酸对，不可能的后果是（ ）
A．没有蛋白质产物
B．翻译为蛋白质时在缺失位置终止
C．所控制合成的蛋白质减少多个氨基酸
D．翻译的蛋白质中，缺失部位以后的氨基酸序列发生变化
答案 A
解析 基因的中部若编码区缺少1个核苷酸对，该基因仍然能表达，但是表达产物（蛋白质）的结构发生变化，有可能出现下列三种情况：
翻译为蛋白质时在缺失位置终止、所控制合成的蛋白质的氨基酸减少或者增加多个氨基酸、缺失部位以后的氨基酸序列发生变化。
4．以下几种生物，其可遗传的变异既可以来自基因突变，又可以来自基因重组的是（ ）
A．蓝细菌B．噬菌体
C．烟草花叶病毒D．豌豆
答案 D
解析 基因突变可以发生在所有生物中，而基因重组只发生在进行有性生殖的生物中。
病毒和原核生物都无法进行有性生殖，而豌豆可以进行有性生殖，所以豌豆既可以发生基因突变，也可以发生基因重组。
5．一种α链异常的血红蛋白叫做Hbwa，其137位以后的氨基酸序列及对应的密码子与正常血红蛋白（HbA）的差异如下：
血红蛋白
部分α链血红蛋白的密码子及其氨基酸的顺序
137
138
139
140
141
142
143
144
145
HbA
ACC苏氨酸
UCC丝氨酸
AAA赖氨酸
UAC酪氨酸
CGU精氨酸
UAA终止
Hbwa
ACC苏氨酸
UCA丝氨酸
AAU天冬酰胺
ACC苏氨酸
GUU缬氨酸
AAG赖氨酸
CCU脯氨酸
CGU精氨酸
UAG终止
（1）Hbwa异常的直接原因是α链第________位的________（氨基酸）对应的密码子缺失了一个碱基，从而使合成的肽链的氨基酸的顺序发生改变，缺失的碱基是________。
（2）异常血红蛋白α链发生变化的根本原因是_____________________________________。
（3）这种变异类型属于__________，一般发生的时期是在________________。
这种变异与其他可遗传变异相比，最突出的特点是能产生________。
答案
（1）138 丝氨酸 C
（2）控制血红蛋白α链合成的基因中一个碱基对C—G缺失
（3）基因突变 细胞分裂的间期（DNA复制时期） 新基因
解析
（1）在138位的密码子为UCC和UCA，与139位相结合，进行比较可知mRNA中缺失了碱基C。
（2）从基因层次分析才是最根本的原因。
（3）这种发生在分子水平的个别碱基对的改变属于基因突变，由于间期DNA会因复制而解旋使其结构稳定性降低，易发生基因突变。
课时作业
[学考达标]
1．下列哪种现象属于生物可遗传的变异（ ）
A．白菜因水肥充足比周围白菜高大
B．变色龙在草地上显绿色，在树干上呈灰色
C．蝴蝶的幼虫和成虫，其形态结构差别大
D．同一麦穗结出的种子长出的植株中，有抗锈病的和不抗锈病的
答案 D
解析 选项A、B中性状的改变都是由外界环境决定的，而蝴蝶的成虫和幼虫，其细胞中遗传物质是完全相同的，只是在不同时期表达不同。
2．下列关于基因重组的说法中，不正确的是（ ）
A．基因重组是形成生物多样性的重要原因之一
B．基因重组能够产生多种表现型
C．基因重组可以发生在酵母菌进行出芽生殖时
D．一对同源染色体的非姐妹染色单体上的基因可以发生重组
答案 C
解析 基因重组可导致出现新的基因型，进而出现新性状，它发生在有性生殖过程中，而出芽生殖为无性生殖。
同源染色体的非姐妹染色单体之间可发生染色体片段的交换，其上的基因会发生重组属于基因重组。
3．基因重组是有性生殖过程中已有基因的重新组合，下列有关基因重组的叙述，正确是（ ）
A．基因型为Aa的个体自交，因基因重组而导致子代性状分离
B．基因A因替换、增加或缺失部分碱基而形成它的等位基因a，属于基因重组
C．非姐妹染色单体间的交叉互换可能导致基因重组
D．造成同卵双生姐妹间性状上差异的主要原因是基因重组
答案 C
解析 A项中，基因型为Aa的个体自交，A和a可以发生分离，导致子代出现性状分离，但不是基因重组；B项中，基因A因替换、增加或缺失部分碱基而形成它的等位基因a，应属于基因突变；C项中，同源染色体上非姐妹染色单体之间发生交叉互换，可能导致同源染色体上的非等位基因的重组；D项中，造成同卵双生姐妹间性状上差异的主要原因是基因突变。
4．原核生物中某一基因的编码区起始端插入了一个碱基对。
在插入点的附近，再发生下列哪种情况对其编码的蛋白质结构影响最小（ ）
A．置换单个碱基对B．增加4个碱基对
C．缺失3个碱基对D．缺失4个碱基对
答案 D
解析 在编码区插入1个碱基对，因每相邻的3个碱基决定1个氨基酸，必然造成插入点以后几乎所有密码子的改变，控制的相应氨基酸发生变化，致使编码的蛋白质差别很大。
若再增加2个、5个、8个碱基对等，或缺失1个、4个、7个碱基对等，恰好凑成3的倍数，则对后面密码子不产生影响，对其编码的蛋白质影响最小。
5．一种果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差，但是当气温上升到25.5℃时突变体的生存能力大大提高。
这说明（ ）
A．突变是多方向的
B．突变的有害或有利取决于环境条件
C．突变是随机发生的
D．环境条件的变化对突变体都是有害的
答案 B
解析 由题意知，一种果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差（基因突变的有害性），但是，当气温上升到25.5℃时，突变体的生存能力大大提高了（有利性），这说明同一种变异在不同环境条件下对于生存能力的影响不同，即基因突变的有害或有利取决于环境条件。
6．同一番茄地里有两株异常番茄，甲株所结果实均为果形异常，乙株只结了一个果形异常的果实，其余的正常。
甲、乙两株异常果实连续种植，其自交后代中果形仍保持异常。
下列分析不正确的是（ ）
A．二者均可能是基因突变的结果
B．甲发生变异的时间比乙早
C．甲株变异一定发生于减数分裂时期
D．乙株变异一定发生于有丝分裂时期
答案 C
解析 甲、乙变异都是可遗传的变异，均可能是基因突变的结果，A正确；发生变异的时间越早，对植物的影响越大，B正确；甲株变异最可能发生于早期的有丝分裂，C错误、D正确。
[高考提能]
7．下列有关基因突变和基因重组的描述，正确的是（ ）
A．基因突变对生物个体是利多于弊
B．基因突变所产生的基因都可以遗传给后代
C．基因重组能产生新的基因
D．基因重组是进行有性生殖的生物才具有的一种可遗传变异方式
答案 D
解析 基因突变大多数对生物是有害的，少数是有利的，A错误；基因突变属于可遗传的变异，但体细胞中发生的基因突变一般不遗传给后代，B错误；基因重组能产生新的基因型，不能产生新基因，C错误；一般情况下，基因重组只发生在减数分裂形成配子的过程中，因此基因重组是进行有性生殖的生物才具有的一种可遗传变异方式，D正确。
8．下图是某二倍体动物细胞分裂示意图，其中字母表示基因。
据图判断（ ）
A．此细胞含有4个DNA分子
B．此动物体细胞基因型一定是AaBbCcDd
C．此细胞发生的一定是显性突变
D．此细胞既发生了基因突变又发生了基因重组
答案 D
解析 图示细胞有8个DNA分子；细胞中正在发生同源染色体的分离，非同源染色体上非等位基因的自由组合，即基因重组；其中一条染色体的姐妹染色单体相同位置的基因为D和d，其对应的同源染色体上含有d和d，但不能确定的是D突变成d，还是d突变成D，故可能发生的是隐性突变，也可能发生的是显性突变。
9．下列甲、乙分裂过程中产生配子时发生的变异分别属于（ ）
A．基因重组，不可遗传变异B．基因重组，基因突变
C．基因突变，不可遗传变异D．基因突变，基因重组
答案 D
解析 甲图中的“a”基因是从“无”到“有”，属于基因突变；而乙图中的A、a、B、b基因是已经存在的，只是进行了重新组合。
10．下面是有关果蝇的培养记录，通过本实验说明（ ）
海拔高度
温度
突变率（每一百万个个体中）
5000m
19℃
0.23
5000m
25℃
0.63
3000m
19℃
0.21
3000m
25℃
0.63
A．果蝇的突变是通过影响酶的活性而引起的
B．果蝇的突变率与培养地点所处的海拔高度有关
C．果蝇在25℃时突变率最高
D．果蝇的突变率与培养温度有关
答案 D
解析 在相同海拔高度不同温度条件下，突变率差异显著。
在同一温度不同海拔高度条件下，突变率差异不显著，说明果蝇的突变率与培养温度有关，而与培养地点所处的海拔高度无关。
11．如图表示果蝇某正常基因片段控制合成多肽的过程。
a～d表示4种基因突变。
a丢失
，b由
变为
，c由
变为
，d由
变为
。
假设4种突变都单独发生，请回答：
可能用到的密码子：
天冬氨酸（GAC），甘氨酸（GGU、GGG），甲硫氨酸（AUG），终止密码子（UAG）。
（1）图中所示遗传信息传递的场所是________________。
（2）a突变后合成的多肽链中氨基酸顺序为_________________________________，在a突变点附近再丢失________个碱基对对性状影响最小。
（3）图中________突变对性状无影响，其意义是_________________________________。
（4）①过程需要的酶主要有________________。
（5）在②过程中，少量mRNA就可以合成大量的蛋白质，原因是___________________。
答案
（1）细胞核和细胞质（核糖体）
（2）天冬氨酸—酪氨酸—甘氨酸—甲硫氨酸 2 （3）b 有利于维持生物遗传性状的相对稳定 （4）RNA聚合酶 （5）一个mRNA分子可以相继结合多个核糖体，进行多条多肽链的合成
解析
（1）根据示意图可知，①代表转录过程，主要发生场所为细胞核；②代表翻译过程，发生场所为细胞质（核糖体）。
（2）根据碱基互补配对原则，可以判断DNA下面的单链为模板链，发生a突变后，mRNA上的碱基序列为：
GACUAUGGUAUG，合成的多肽链中氨基酸的顺序为天冬氨酸—酪氨酸—甘氨酸—甲硫氨酸；在a点附近再丢失2个碱基对，只影响邻近1个氨基酸，而其他氨基酸不变，对性状的影响最小。
（3）发生b突变后，最终决定的氨基酸仍是天冬氨酸，对性状无影响。
这有利于维持生物遗传性状的相对稳定。
（4）转录过程需要RNA聚合酶。
（5）一个mRNA分子可以相继结合多个核糖体，进行多条多肽链的合成。
12．如图甲是基因型为AaBB的生物细胞分裂示意图，图乙表示由于DNA中碱基改变导致蛋白质中的氨基酸发生改变的过程，图丙为部分氨基酸的密码子表。
据图回答下列问题：
第一个字母
第二个字母
第三个字母
U
C
A
G
A
异亮氨酸
异亮氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
天冬酰胺
天冬酰胺
赖氨酸
赖氨酸
丝氨酸
丝氨酸
精氨酸
精氨酸
U
C
A
G
丙
（1）据图甲推测，此种细胞分裂过程中，出现的变异方式可能是_________________。
（2）在真核生物细胞中图乙中Ⅱ过程发生的场所是____________________________。
（3）图丙提供了几种氨基酸的密码子。
如果图乙的碱基改变为碱基对替换，则X是图丙氨基酸中________的可能性最小，原因是__________________________。
图乙所示变异，除由碱基对替换外，还可由碱基对________________导致。
（4）A与a基因的根本区别在于基因中__________________________不同。
答案
（1）基因突变或基因重组（缺一不可）
（2）细胞核、线粒体、叶绿体
（3）丝氨酸 需同时替换两个碱基 增加或缺失
（4）碱基对排列顺序（脱氧核苷酸的排列顺序）
解析
（1）据图甲推测该细胞处于减数第二次分裂中期，其左侧染色体单体上基因分别为A、a，则其来源既可能为基因突变，也可能发生了交叉互换。
（2）图中Ⅱ过程为转录，在真核细胞内，其发生场所为细胞核、线粒体或叶绿体。
（3）由图丙可知，与赖氨酸密码子相比，丝氨酸与之相差两个碱基，而其他氨基酸与之相差1个碱基，故X是丝氨酸的可能性最小。
（4）A与a基因的根本区别在于基因中脱氧核苷酸的排列顺序不同。
13．血红蛋白异常会产生贫血症状，结合减数分裂过程的曲线图和细胞分裂图，回答下列问题：
（1）血红蛋白发生异常变化的根本原因是__________________________________，此种变异一般发生于甲图中____________阶段，此种变异一般最大的特点是能产生________。
（2）基因重组可以发生于乙图中________时期，除此之外还有可能发生于_____________。
答案
（1）控制血红蛋白合成的基因发生突变 2～3 新基因
（2）C 减数第一次分裂的后期
解析
（1）蛋白质的合成是由基因控制的，所以蛋白质变化的根本原因是相应基因发生了变化，属于基因突变，它一般发生于细胞分裂间期的DNA复制时期，基因突变的结果是能够产生新的基因。
（2）基因重组有两种类型，均发生于减数分裂过程中，即减数第一次分裂后期的非同源染色体的自由组合和减数第一次分裂四分体时期的交叉互换。
[真题体验]
14．（2016·天津，5）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-P-…
能
0
突变型
…-P-
-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
答案 A
解析 突变型菌在含链霉素的培养基中存活率为100%，故具有链霉素抗性，A正确；链霉素与核糖体结合是
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