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新高考生物一轮复习课件 第七单元 第1课 基因突变和基因重组（含解析）
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这是一份新高考生物一轮复习课件 第七单元 第1课 基因突变和基因重组（含解析），共60页。PPT课件主要包含了核心概念·自查，基因结构，有性生殖，无性生殖，四分体，交叉互换，非等位基因，基因型，重组性状，4意义及应用等内容，欢迎下载使用。
【概念导图】 一图知全局
【概念梳理】闭书测基础1.基因突变:(1)实例分析:镰刀型细胞贫血症。
(2)概念:DNA分子中发生_________________________,而引起的_________的改变,叫做基因突变。(3)时间:主要发生在_____________________________________。(4)诱发基因突变的外来因素(连线):
碱基对的替换、增添和缺失
有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期
(5)基因突变的结果:可产生新基因。①发生在配子中:___通过配子传递给后代。②发生在体细胞中:一般不能通过_________遗传,但有些植物可通过_________传递给后代。③某些基因突变可导致细胞_____。
(6)基因突变的特点:
(7)基因突变的意义: 提醒:(1)基因突变不一定都产生等位基因,如病毒和原核细胞不存在等位基因,其基因突变产生的是新基因。(2)基因突变不一定都能遗传给后代。①基因突变如果发生在体细胞有丝分裂过程中,一般不遗传给后代,但有些植物可能通过无性生殖遗传给后代。②如果发生在减数分裂过程中,可以通过配子遗传给后代。
2.基因重组:(1)概念:
(2)类型:交叉互换≠基因重组①交叉互换:_______的非姐妹染色单体的_________(发生在减Ⅰ前期的四分体时期)。
②自由组合:位于非同源染色体上___________自由组合(发生在减Ⅰ后期)
③人工重组:转基因技术(人为条件下进行的),即基因工程。
④肺炎双球菌转化实验:R型细菌转化为S型细菌。 (3)结果:产生新的_______,导致_________出现。
【概念辨析】 全面清障碍1.判断下列有关基因突变叙述的正误:(1)基因突变通常发生在DNA→RNA的过程中。( )分析:基因突变通常发生在DNA复制过程中,即DNA→DNA的过程。(2)病毒、大肠杆菌及动、植物都可发生基因突变。( )(3)有丝分裂前期不会发生基因突变。( )分析:基因突变并非只发生在间期,可以发生在任何时期。(4)基因突变的随机性表现在一个基因可突变成多个等位基因。( )分析:基因突变的不定向性表现在一个基因可突变成多个等位基因。
(5)在没有外界不良因素的影响下,生物不会发生基因突变。( )分析:基因突变具有随机性。(6)一个人是否患镰刀型细胞贫血症能通过光学显微镜观察到。( )(7)基因突变产生的新基因不一定传递给后代。( )
2.判断下列有关基因重组叙述的正误:(1)基因重组只能产生新基因型和重组性状,不能产生新基因和新性状。( )(2)原核生物不存在基因重组,而真核生物的受精过程中可进行基因重组。( )分析:原核生物中可以基因重组。真核生物中,基因重组发生在减数分裂形成配子的过程中。(3)Aa自交,因基因重组导致子代发生性状分离。( )分析:A、a控制的是同一性状的不同表现类型,而基因重组是控制不同性状基因间的自由组合。所以,这里的性状分离是基因分离的结果。
(4)有丝分裂和减数分裂过程中均可发生非同源染色体之间的自由组合,导致基因重组。( )分析:基因重组一般发生于有性生殖产生配子的过程中,即在减数分裂过程中可发生基因重组,有丝分裂过程中不会发生。(5)基因重组为生物进化提供了最根本的原材料。( )分析:基因突变为生物进化提供了最根本的原材料。(6)交叉互换和基因突变都能使染色体上原来的基因位置出现等位基因。( )
【概念活用】教材命题源1.教材原文:必修2 P82“在自然状态下,基因突变的频率是很低的。”思考:既然自然状态下,基因突变的频率很低,那么在强烈的日光下,人们还要涂抹防晒霜的原因是什么?提示:紫外线易诱发基因突变并提高突变频率,使人患癌症风险增大。
2.教材必修2 P83:人的同卵双胞胎,由于基因组成的相同,性状十分相像。同卵双胞胎性状产生差异的原因是同卵双胞胎虽然来自同一个受精卵,染色体和遗传物质相同,但在个体发育过程中,细胞分裂增殖时,可能发生______________________,另外生物的性状还受_________的影响,导致同卵双胞胎性状产生微小差异。思考:“一龙生九子,九子各不同”的原因是什么?提示:在减数分裂形成配子的过程中会发生基因突变、基因重组,从而使子代中的性状多种多样。
考点一 基因突变的原理、实例和特点 【典例精研引领】 具有一个镰刀型细胞贫血症突变基因的个体(即杂合子)并不表现镰刀型细胞贫血症的症状,因为该个体能同时合成正常和异常血红蛋白,并对疟疾具有较强的抵抗力。镰刀型细胞贫血症主要流行于非洲疟疾猖獗的地区。对此现象的解释,正确的是( )A.基因突变是有利的B.基因突变是有害的C.基因突变的有害性是相对的D.镰刀型细胞贫血症突变基因编码的异常蛋白质是无活性的
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】选C。携带者的后代可能患镰刀型细胞贫血症,但其对疟疾具有较强抵抗力,表明基因突变的有利和有害是相对的;由于杂合子能同时合成正常和异常血红蛋白,并对疟疾具有较强的抵抗力,所以镰刀型细胞贫血症突变基因编码的异常蛋白质是有活性的。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)若患者缺少微量元素铁,容易引起乳酸中毒,为什么?(科学思维:分析与综合)提示:铁是合成血红蛋白的必要元素,缺铁会导致血红蛋白合成变少,血红蛋白的作用是运输氧气,氧气少,生物体只能增加无氧呼吸来满足能量供应,所以容易引起乳酸中毒。(2)杂合子在没有疟疾的地区,突变性状是否有利?(科学思维:比较与分类)提示:不是,性状的有利和有害是相对的,和环境有关。
(3)镰刀型细胞贫血症的直接原因和根本原因是什么?提示:直接原因是谷氨酸被缬氨酸替换,根本原因是发生了基因突变。
【知能素养提升】1.明确基因突变的原因及与进化的关系:(科学思维:比较、归纳)
2.基因结构中碱基对的替换、增添、缺失对氨基酸序列的影响大小:(科学思维:比较、归纳)
【热点考向演练】考向一 基因突变的原理,考查生命观念的结构与功能观1.Tay-Sachs病是一种基因病,可能是由基因突变从而产生异常酶引起的。如表为正常酶和异常酶的部分氨基酸序列。根据题干信息,推断异常酶的mRNA不同于正常酶的mRNA的原因是( )
A.第5个密码子中插入碱基AB.第6个密码子前UCU被删除C.第7个密码子中的C被G替代D.第5个密码子前插入UAC【解析】选D。分析表格,正常酶的第4～7个密码子依次为ACU、UCU、GUU、CAG,而异常酶的第4～7个密码子依次为ACU、UAC、UCU、GUU,比较正常酶和异常酶的密码子可知,最可能是第5个密码子前插入了UAC,致使该位点后的密码子都向后移了一个位点。
【方法技巧】 基因突变机理的“二确定”(1)确定突变的形式:若只是一个氨基酸发生改变,则一般为碱基对的替换;若氨基酸序列发生大的变化,则一般为碱基对的增添或缺失。(2)确定替换的碱基对:一般根据突变前后转录成的mRNA的碱基序列判断,若只有一个碱基不同,则该碱基所对应的基因中的碱基即为替换碱基。
2.如图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。已知WNK4基因发生了一种突变,导致1 169位的赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是( )
A.①处插入碱基对G-CB.②处碱基对A-T替换为G-CC.③处缺失碱基对A-TD.④处碱基对G-C替换为A-T【解析】选B。根据图中1 168位的甘氨酸的密码子GGG可知,WNK4基因是以其DNA分子下方的一条脱氧核苷酸链为模板转录形成mRNA的,那么1 169位的赖氨酸的密码子是AAG,因此取代赖氨酸的谷氨酸的密码子最可能是GAG。由此可推知,该基因发生的突变是②处碱基对A-T 替换为G-C。
考向二 基因突变的特点,考查科学思维与科学探究能力3.用人工诱变方法使黄色短杆菌的某基因模板链的部分脱氧核苷酸序列发生如下变化:CCGCTAACG→CCGCGAACG,那么黄色短杆菌将发生的变化和结果是(可能用到的密码子:天冬氨酸—GAU、GAC;丙氨酸—GCA、GCU、GCC、GCG)( )A.基因突变,性状改变B.基因突变,性状没有改变C.染色体结构缺失,性状没有改变D.染色体数目改变,性状改变
【解析】选A。对比题中该基因的部分序列可知,基因中CTA变为CGA,mRNA中相应的密码子由GAU变为GCU,多肽中相应的氨基酸由天冬氨酸变为丙氨酸。因此,黄色短杆菌发生了基因突变,性状也发生了改变。由于只是部分碱基的改变,而且细菌无染色体结构,所以不会导致染色体结构和数目的变化,故A正确,B、C、D错误。
4.(2020·武汉模拟)编码酶X的基因中某个碱基被替换时,表达产物将变为酶Y。如表显示了与酶X相比,酶Y可能出现的四种状况。下列对这四种状况出现原因的判断,正确的是( )
A.状况①一定是因为氨基酸序列没有变化B.状况②一定是因为氨基酸间的肽键数减少了50%C.状况③可能是因为突变导致了终止密码位置变化D.状况④可能是因为突变导致tRNA的种类增加
【解析】选C。状况①中由酶X变为酶Y,氨基酸序列一定发生变化,A错误;状况②中酶Y与酶X的氨基酸数目相同,所以肽键数不变,B错误;状况③氨基酸数目减少,最可能的原因是突变导致了终止密码位置提前,C正确;tRNA的种类共有61种,基因突变不会导致tRNA种类增加,氨基酸数目增加可能是终止密码后移导致的,D错误。
5.(2021·桂林模拟)将果蝇进行诱变处理后,其染色体上可发生隐性突变、隐性致死突变或不发生突变等情况,遗传学家想设计一个实验检测上述三种情况。检测X染色体上的突变情况:实验时,将经诱变处理的红眼雄果蝇与野生型纯合红眼雌果蝇筛选交配(B表示红眼基因),得F1,使F1单对筛选交配,分别饲养,观察F2的分离情况。
预期结果和结论:(1)若F2中表现型为3∶1,且雄性中有隐性突变体,则说明______________ ____________。 (2)若F2中表现型均为红眼,且雄性中无隐性突变体,则说明_________。 (3)若F2中♀∶ ♂=2∶1,则说明_______________________。
【解析】图解中给出了F2的四种基因型,若X染色体上发生隐性突变,则F2中表现型为3∶1,且雄性中有隐性突变体;若X染色体上没有发生突变,则F2中表现型均为红眼,且雄性中无隐性突变体;若X染色体上发生隐性致死突变,则F2中♀∶♂=2∶1。答案:(1)发生了隐性突变 (2)没有发生突变 (3)发生了隐性致死突变
【加固训练·拔高】 1.果蝇的某个基因若发生突变,会出现纯合致死效应(胚胎致死)。请分析下列说法错误的是( )A.如果是常染色体上的隐性突变,与多对野生型果蝇杂交,后代不会出现突变型个体B.如果是常染色体上的显性突变,一对突变型果蝇杂交后代性状分离比为2∶1C.如果是X染色体上的隐性突变,为了探究一只雄果蝇在受到致变因素后是否发生该突变,可选野生型雌果蝇与之杂交,通过后代雌雄比来推测D.如果是X染色体上的隐性突变,为了探究一只雌果蝇在受到致变因素后是否发生该突变,可选野生型雄果蝇与之杂交,通过后代雌雄比来推测
【解析】选C。如果是常染色体上的隐性突变(相应的基因用a表示),与多对野生型果蝇(AA)杂交,后代不会出现突变型个体(aa),A项正确;如果是常染色体上的显性突变(相应的基因用A表示),一对突变型果蝇杂交(Aa×Aa),后代基因型及比例为AA(胚胎致死)∶Aa∶aa=1∶2∶1,因此后代性状分离比为2∶1,B项正确;如果是X染色体上的隐性突变(相应的基因用a表示),为了探究一只雄果蝇在受到致变因素后是否发生该突变,若选野生型雌果蝇(XAXA)与之杂交,无论该雄果蝇是否发生基因突变,后代雌雄比均为1∶1,因此不能通过后代雌雄比来推测,C项错误;如果是X染色体上的隐性突变(相应的基因用a表示),为了探究一只雌果蝇在受到致变因素后是否发生该突变,可选野生型雄果蝇(XAY)与之
杂交,若该雌果蝇未发生基因突变,即XAXA×XAY,则后代雌雄比为1∶1,若该雌果蝇发生基因突变,即XAXa×XAY,则后代雌雄比为2∶1,因此可通过后代雌雄比来推测,D项正确。
2.(2020·黄冈模拟)一对灰色鼠交配所产一窝鼠中出现1只栗色雄鼠。让该只栗色雄鼠与同窝(多只)灰色雌鼠交配,子代雌雄鼠中灰色鼠和栗色鼠数量相等。不考虑环境因素的影响,下列对该栗色雄鼠的分析正确的是( )A.该栗色雄鼠来自隐性基因携带者亲本的隐性基因组合,基因位于常染色体上B.该栗色雄鼠的形成与母本的一个基因发生显性突变有关,基因位于X染色体上C.该栗色雄鼠的形成与两个亲本都有一个基因发生隐性突变有关,基因位于常染色体上D.该栗色雄鼠的形成与一个亲本的一个基因发生显性突变有关,基因位于常染色体上
【解析】选D。假设相关的基因用A、a表示。若该栗色雄鼠的形成是亲本携带隐性基因所致,则双亲灰色鼠的基因型均为Aa,该栗色雄鼠的基因型为aa,同窝(多只)灰色雌鼠的基因型为AA或Aa,所以该栗色雄鼠与同窝(多只)灰色雌鼠交配,子代雌雄鼠中灰色鼠和栗色鼠数量不一定相等,与题意不符。若是基因突变的结果,则只有aa突变为Aa时才会出现性状的改变,即该栗色雄鼠的形成与一个亲本的一个基因发生显性突变有关,但不能确定发生突变的是母本还是父本;双亲灰色鼠和同窝中的灰色雌鼠的基因型均为aa,该栗色雄鼠的基因型为Aa,所以杂交子代雌雄鼠中灰色鼠和栗色鼠数量相等,与题意相符。综上分析,A、B、C均错误,D正确。
考点二 基因重组【典例精研引领】 (2020·内蒙古模拟)如图是某二倍体(AABb)动物的几个细胞分裂示意图。据图判断错误的是( )
A.甲图表明该动物发生了基因突变B.乙图表明该动物在减数第一次分裂前的间期发生了基因突变C.丙图表明该动物在减数第一次分裂时发生了交叉互换D.甲、乙、丙所产生的变异均可遗传给后代
【解析】选D。甲、乙、丙是同一个二倍体动物的几个细胞分裂图,其基因型为AABb。由图分析可知,甲图表示有丝分裂后期,染色体上基因A与a不同,是基因突变的结果,A正确;乙图表示减数第二次分裂后期,其染色体上基因A与a不同,表明该动物在减数第一次分裂前的间期发生了基因突变,B正确;丙图表示减数第二次分裂后期,基因B与b所在的染色体颜色不一致,是减数第一次分裂时发生了交叉互换造成的,C正确;甲细胞分裂后产生体细胞,其产生的变异一般不遗传给后代,D错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)如果亲代基因型为BB或bb,而后代中出现b或B的原因是什么?如果亲代细胞的基因型为Bb,而次级精母(卵母)细胞中出现Bb的原因是什么?(科学思维:分析与综合)提示:基因突变;基因突变或交叉互换。
(2)从细胞分裂和染色体的角度来看细胞分裂方式。(生命观念:结构与功能观)①如果是有丝分裂过程中姐妹染色单体上基因不同,则为_________。②如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上基因不同,则为___________________。
【备选典例】 如图是某二倍体动物细胞的分裂示意图,其中字母表示基因。据图判断下列说法正确的是( )A.此细胞含有4个染色体组,8个DNA分子B.此动物体细胞基因型一定是AaBbCcDdC.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
【解析】 选D。图示细胞有2个染色体组,8个DNA分子;该细胞正在发生同源染色体的分离,非同源染色体上的非等位基因自由组合,即基因重组;题图中有一条染色体的姐妹染色单体相同位置的基因分别是D和d,其对应的同源染色体上的基因是d、d,可推知发生了基因突变,但不能确定是显性突变,还是隐性突变,所以此动物体细胞的基因型可能是AaBbCcDd或AaBbCcdd。
【知能素养提升】 基因突变与基因重组的比较:(科学思维:模型构建)
【热点考向演练】考向一 基因重组的判断分析,考查归纳与概括能力1.下列关于基因重组的说法,错误的是( )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
【解析】选B。基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的非等位基因重新组合;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;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;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。
考向二 细胞分裂图中基因突变与基因重组的判断,考查科学思维能力2.如图是基因型为Aa的个体不同分裂时期的图像,根据图像判定每个细胞发生的变异类型,正确的是( ) A.①基因突变 ②基因突变 ③基因突变B.①基因突变或基因重组 ②基因突变 ③基因重组C.①基因突变 ②基因突变 ③基因突变或基因重组D.①基因突变或基因重组 ②基因突变或基因重组 ③基因重组
【解析】选C。图中①②分别处于有丝分裂的中期和后期,A与a所在的DNA分子是由一个DNA分子经过复制而得到的,图中①②的变异只能来自基因突变;③处于减数第二次分裂的后期,A与a的不同可能来自基因突变或减数第一次分裂前期的交叉互换(基因重组)。
【方法技巧】据图判断基因突变或基因重组的技巧
【加固训练·拔高】1.(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XD.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的DNA转移(本质是基因重组)实现的,故C项不合理、D项合理。
2.瑞典的研究人员发现,居住在安第斯山脉的人们拥有一种遗传变异,能快速代谢砒霜这种剧毒的化合物,下列关于生物变异叙述正确的是( )A.安第斯山脉特殊的环境产生了能快速分解砒霜这种变异B.可遗传变异的来源有突变和基因重组C.生物只要产生了可遗传的变异,就能遗传给后代D.生物的变异都是由基因结构的改变引起的
【解析】选B。变异是随机的、不定向的,环境对变异有选择作用,适应环境的变异会保留并遗传给后代,A错误;可遗传变异的来源有突变和基因重组,突变包括基因突变和染色体变异,B正确;由遗传物质的改变引起的变异,能够遗传给后代,属于可遗传的变异,但发生在体细胞中的可遗传变异,不能通过配子遗传给后代,C错误;基因重组和染色体变异中基因结构没有改变,只有基因突变会引起基因结构的改变,D错误。
【拓展视野】 基因不能直接决定寿命 有些基因能决定疾病,那它能直接影响人的寿命吗?不,基因和寿命的关系不是特别大。有些研究表明,基因差异对寿命的贡献大约只有25%,而后天环境、生活方式的影响也很大。科学家研究发现,如果两个同卵双胞胎从小就生活在不同的家庭和环境里,他们的寿命可以相差很大。
“勇士基因”的确存在 除了导致疾病,基因也会影响人的精神活动和行为输出。有不少冷血杀手,尤其连环犯罪杀手,体内的MAO-A基因出现了遗传变异——这个遗传变异也称为“勇士基因”或者“战士基因”,携带它的人会特别容易发怒,严重的甚至有反社会人格。但是请注意,携带这个变异基因,并不意味着这个人就一定有问题,因为行为还受到环境的深刻影响。
不是基因越多的生物就越高等 你会不会认为,基因越多越复杂的生物就越高等?实际上不是这样。比如水稻基因数量有大约38 000个,是我们人类的差不多两倍,但并没比我们高等。所以,生物的生长发展和基因数量没什么关系,但是和具体是什么基因,以及这些基因的联系更有关系。
【概念导图】 一图知全局
【概念梳理】闭书测基础1.基因突变:(1)实例分析:镰刀型细胞贫血症。
(2)概念:DNA分子中发生_________________________,而引起的_________的改变,叫做基因突变。(3)时间:主要发生在_____________________________________。(4)诱发基因突变的外来因素(连线):
碱基对的替换、增添和缺失
有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期
(5)基因突变的结果:可产生新基因。①发生在配子中:___通过配子传递给后代。②发生在体细胞中:一般不能通过_________遗传,但有些植物可通过_________传递给后代。③某些基因突变可导致细胞_____。
(6)基因突变的特点:
(7)基因突变的意义: 提醒:(1)基因突变不一定都产生等位基因,如病毒和原核细胞不存在等位基因,其基因突变产生的是新基因。(2)基因突变不一定都能遗传给后代。①基因突变如果发生在体细胞有丝分裂过程中,一般不遗传给后代,但有些植物可能通过无性生殖遗传给后代。②如果发生在减数分裂过程中,可以通过配子遗传给后代。
2.基因重组:(1)概念:
(2)类型:交叉互换≠基因重组①交叉互换:_______的非姐妹染色单体的_________(发生在减Ⅰ前期的四分体时期)。
②自由组合:位于非同源染色体上___________自由组合(发生在减Ⅰ后期)
③人工重组:转基因技术(人为条件下进行的),即基因工程。
④肺炎双球菌转化实验:R型细菌转化为S型细菌。 (3)结果:产生新的_______,导致_________出现。
【概念辨析】 全面清障碍1.判断下列有关基因突变叙述的正误:(1)基因突变通常发生在DNA→RNA的过程中。( )分析:基因突变通常发生在DNA复制过程中,即DNA→DNA的过程。(2)病毒、大肠杆菌及动、植物都可发生基因突变。( )(3)有丝分裂前期不会发生基因突变。( )分析:基因突变并非只发生在间期,可以发生在任何时期。(4)基因突变的随机性表现在一个基因可突变成多个等位基因。( )分析:基因突变的不定向性表现在一个基因可突变成多个等位基因。
(5)在没有外界不良因素的影响下,生物不会发生基因突变。( )分析:基因突变具有随机性。(6)一个人是否患镰刀型细胞贫血症能通过光学显微镜观察到。( )(7)基因突变产生的新基因不一定传递给后代。( )
2.判断下列有关基因重组叙述的正误:(1)基因重组只能产生新基因型和重组性状,不能产生新基因和新性状。( )(2)原核生物不存在基因重组,而真核生物的受精过程中可进行基因重组。( )分析:原核生物中可以基因重组。真核生物中,基因重组发生在减数分裂形成配子的过程中。(3)Aa自交,因基因重组导致子代发生性状分离。( )分析:A、a控制的是同一性状的不同表现类型,而基因重组是控制不同性状基因间的自由组合。所以,这里的性状分离是基因分离的结果。
(4)有丝分裂和减数分裂过程中均可发生非同源染色体之间的自由组合,导致基因重组。( )分析:基因重组一般发生于有性生殖产生配子的过程中,即在减数分裂过程中可发生基因重组,有丝分裂过程中不会发生。(5)基因重组为生物进化提供了最根本的原材料。( )分析:基因突变为生物进化提供了最根本的原材料。(6)交叉互换和基因突变都能使染色体上原来的基因位置出现等位基因。( )
【概念活用】教材命题源1.教材原文:必修2 P82“在自然状态下,基因突变的频率是很低的。”思考:既然自然状态下,基因突变的频率很低,那么在强烈的日光下,人们还要涂抹防晒霜的原因是什么?提示:紫外线易诱发基因突变并提高突变频率,使人患癌症风险增大。
2.教材必修2 P83:人的同卵双胞胎,由于基因组成的相同,性状十分相像。同卵双胞胎性状产生差异的原因是同卵双胞胎虽然来自同一个受精卵,染色体和遗传物质相同,但在个体发育过程中,细胞分裂增殖时,可能发生______________________,另外生物的性状还受_________的影响,导致同卵双胞胎性状产生微小差异。思考:“一龙生九子,九子各不同”的原因是什么?提示:在减数分裂形成配子的过程中会发生基因突变、基因重组,从而使子代中的性状多种多样。
考点一 基因突变的原理、实例和特点 【典例精研引领】 具有一个镰刀型细胞贫血症突变基因的个体(即杂合子)并不表现镰刀型细胞贫血症的症状,因为该个体能同时合成正常和异常血红蛋白,并对疟疾具有较强的抵抗力。镰刀型细胞贫血症主要流行于非洲疟疾猖獗的地区。对此现象的解释,正确的是( )A.基因突变是有利的B.基因突变是有害的C.基因突变的有害性是相对的D.镰刀型细胞贫血症突变基因编码的异常蛋白质是无活性的
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】选C。携带者的后代可能患镰刀型细胞贫血症,但其对疟疾具有较强抵抗力,表明基因突变的有利和有害是相对的;由于杂合子能同时合成正常和异常血红蛋白,并对疟疾具有较强的抵抗力,所以镰刀型细胞贫血症突变基因编码的异常蛋白质是有活性的。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)若患者缺少微量元素铁,容易引起乳酸中毒,为什么?(科学思维:分析与综合)提示:铁是合成血红蛋白的必要元素,缺铁会导致血红蛋白合成变少,血红蛋白的作用是运输氧气,氧气少,生物体只能增加无氧呼吸来满足能量供应,所以容易引起乳酸中毒。(2)杂合子在没有疟疾的地区,突变性状是否有利?(科学思维:比较与分类)提示:不是,性状的有利和有害是相对的,和环境有关。
(3)镰刀型细胞贫血症的直接原因和根本原因是什么?提示:直接原因是谷氨酸被缬氨酸替换,根本原因是发生了基因突变。
【知能素养提升】1.明确基因突变的原因及与进化的关系:(科学思维:比较、归纳)
2.基因结构中碱基对的替换、增添、缺失对氨基酸序列的影响大小:(科学思维:比较、归纳)
【热点考向演练】考向一 基因突变的原理,考查生命观念的结构与功能观1.Tay-Sachs病是一种基因病,可能是由基因突变从而产生异常酶引起的。如表为正常酶和异常酶的部分氨基酸序列。根据题干信息,推断异常酶的mRNA不同于正常酶的mRNA的原因是( )
A.第5个密码子中插入碱基AB.第6个密码子前UCU被删除C.第7个密码子中的C被G替代D.第5个密码子前插入UAC【解析】选D。分析表格,正常酶的第4～7个密码子依次为ACU、UCU、GUU、CAG,而异常酶的第4～7个密码子依次为ACU、UAC、UCU、GUU,比较正常酶和异常酶的密码子可知,最可能是第5个密码子前插入了UAC,致使该位点后的密码子都向后移了一个位点。
【方法技巧】 基因突变机理的“二确定”(1)确定突变的形式:若只是一个氨基酸发生改变,则一般为碱基对的替换;若氨基酸序列发生大的变化,则一般为碱基对的增添或缺失。(2)确定替换的碱基对:一般根据突变前后转录成的mRNA的碱基序列判断,若只有一个碱基不同,则该碱基所对应的基因中的碱基即为替换碱基。
2.如图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。已知WNK4基因发生了一种突变,导致1 169位的赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是( )
A.①处插入碱基对G-CB.②处碱基对A-T替换为G-CC.③处缺失碱基对A-TD.④处碱基对G-C替换为A-T【解析】选B。根据图中1 168位的甘氨酸的密码子GGG可知,WNK4基因是以其DNA分子下方的一条脱氧核苷酸链为模板转录形成mRNA的,那么1 169位的赖氨酸的密码子是AAG,因此取代赖氨酸的谷氨酸的密码子最可能是GAG。由此可推知,该基因发生的突变是②处碱基对A-T 替换为G-C。
考向二 基因突变的特点,考查科学思维与科学探究能力3.用人工诱变方法使黄色短杆菌的某基因模板链的部分脱氧核苷酸序列发生如下变化:CCGCTAACG→CCGCGAACG,那么黄色短杆菌将发生的变化和结果是(可能用到的密码子:天冬氨酸—GAU、GAC;丙氨酸—GCA、GCU、GCC、GCG)( )A.基因突变,性状改变B.基因突变,性状没有改变C.染色体结构缺失,性状没有改变D.染色体数目改变,性状改变
【解析】选A。对比题中该基因的部分序列可知,基因中CTA变为CGA,mRNA中相应的密码子由GAU变为GCU,多肽中相应的氨基酸由天冬氨酸变为丙氨酸。因此,黄色短杆菌发生了基因突变,性状也发生了改变。由于只是部分碱基的改变,而且细菌无染色体结构,所以不会导致染色体结构和数目的变化,故A正确,B、C、D错误。
4.(2020·武汉模拟)编码酶X的基因中某个碱基被替换时,表达产物将变为酶Y。如表显示了与酶X相比,酶Y可能出现的四种状况。下列对这四种状况出现原因的判断,正确的是( )
A.状况①一定是因为氨基酸序列没有变化B.状况②一定是因为氨基酸间的肽键数减少了50%C.状况③可能是因为突变导致了终止密码位置变化D.状况④可能是因为突变导致tRNA的种类增加
【解析】选C。状况①中由酶X变为酶Y,氨基酸序列一定发生变化,A错误;状况②中酶Y与酶X的氨基酸数目相同,所以肽键数不变,B错误;状况③氨基酸数目减少,最可能的原因是突变导致了终止密码位置提前,C正确;tRNA的种类共有61种,基因突变不会导致tRNA种类增加,氨基酸数目增加可能是终止密码后移导致的,D错误。
5.(2021·桂林模拟)将果蝇进行诱变处理后,其染色体上可发生隐性突变、隐性致死突变或不发生突变等情况,遗传学家想设计一个实验检测上述三种情况。检测X染色体上的突变情况:实验时,将经诱变处理的红眼雄果蝇与野生型纯合红眼雌果蝇筛选交配(B表示红眼基因),得F1,使F1单对筛选交配,分别饲养,观察F2的分离情况。
预期结果和结论:(1)若F2中表现型为3∶1,且雄性中有隐性突变体,则说明______________ ____________。 (2)若F2中表现型均为红眼,且雄性中无隐性突变体,则说明_________。 (3)若F2中♀∶ ♂=2∶1,则说明_______________________。
【解析】图解中给出了F2的四种基因型,若X染色体上发生隐性突变,则F2中表现型为3∶1,且雄性中有隐性突变体;若X染色体上没有发生突变,则F2中表现型均为红眼,且雄性中无隐性突变体;若X染色体上发生隐性致死突变,则F2中♀∶♂=2∶1。答案:(1)发生了隐性突变 (2)没有发生突变 (3)发生了隐性致死突变
【加固训练·拔高】 1.果蝇的某个基因若发生突变,会出现纯合致死效应(胚胎致死)。请分析下列说法错误的是( )A.如果是常染色体上的隐性突变,与多对野生型果蝇杂交,后代不会出现突变型个体B.如果是常染色体上的显性突变,一对突变型果蝇杂交后代性状分离比为2∶1C.如果是X染色体上的隐性突变,为了探究一只雄果蝇在受到致变因素后是否发生该突变,可选野生型雌果蝇与之杂交,通过后代雌雄比来推测D.如果是X染色体上的隐性突变,为了探究一只雌果蝇在受到致变因素后是否发生该突变,可选野生型雄果蝇与之杂交,通过后代雌雄比来推测
【解析】选C。如果是常染色体上的隐性突变(相应的基因用a表示),与多对野生型果蝇(AA)杂交,后代不会出现突变型个体(aa),A项正确;如果是常染色体上的显性突变(相应的基因用A表示),一对突变型果蝇杂交(Aa×Aa),后代基因型及比例为AA(胚胎致死)∶Aa∶aa=1∶2∶1,因此后代性状分离比为2∶1,B项正确;如果是X染色体上的隐性突变(相应的基因用a表示),为了探究一只雄果蝇在受到致变因素后是否发生该突变,若选野生型雌果蝇(XAXA)与之杂交,无论该雄果蝇是否发生基因突变,后代雌雄比均为1∶1,因此不能通过后代雌雄比来推测,C项错误;如果是X染色体上的隐性突变(相应的基因用a表示),为了探究一只雌果蝇在受到致变因素后是否发生该突变,可选野生型雄果蝇(XAY)与之
杂交,若该雌果蝇未发生基因突变,即XAXA×XAY,则后代雌雄比为1∶1,若该雌果蝇发生基因突变,即XAXa×XAY,则后代雌雄比为2∶1,因此可通过后代雌雄比来推测,D项正确。
2.(2020·黄冈模拟)一对灰色鼠交配所产一窝鼠中出现1只栗色雄鼠。让该只栗色雄鼠与同窝(多只)灰色雌鼠交配,子代雌雄鼠中灰色鼠和栗色鼠数量相等。不考虑环境因素的影响,下列对该栗色雄鼠的分析正确的是( )A.该栗色雄鼠来自隐性基因携带者亲本的隐性基因组合,基因位于常染色体上B.该栗色雄鼠的形成与母本的一个基因发生显性突变有关,基因位于X染色体上C.该栗色雄鼠的形成与两个亲本都有一个基因发生隐性突变有关,基因位于常染色体上D.该栗色雄鼠的形成与一个亲本的一个基因发生显性突变有关,基因位于常染色体上
【解析】选D。假设相关的基因用A、a表示。若该栗色雄鼠的形成是亲本携带隐性基因所致,则双亲灰色鼠的基因型均为Aa,该栗色雄鼠的基因型为aa,同窝(多只)灰色雌鼠的基因型为AA或Aa,所以该栗色雄鼠与同窝(多只)灰色雌鼠交配,子代雌雄鼠中灰色鼠和栗色鼠数量不一定相等,与题意不符。若是基因突变的结果,则只有aa突变为Aa时才会出现性状的改变,即该栗色雄鼠的形成与一个亲本的一个基因发生显性突变有关,但不能确定发生突变的是母本还是父本;双亲灰色鼠和同窝中的灰色雌鼠的基因型均为aa,该栗色雄鼠的基因型为Aa,所以杂交子代雌雄鼠中灰色鼠和栗色鼠数量相等,与题意相符。综上分析,A、B、C均错误,D正确。
考点二 基因重组【典例精研引领】 (2020·内蒙古模拟)如图是某二倍体(AABb)动物的几个细胞分裂示意图。据图判断错误的是( )
A.甲图表明该动物发生了基因突变B.乙图表明该动物在减数第一次分裂前的间期发生了基因突变C.丙图表明该动物在减数第一次分裂时发生了交叉互换D.甲、乙、丙所产生的变异均可遗传给后代
【解析】选D。甲、乙、丙是同一个二倍体动物的几个细胞分裂图,其基因型为AABb。由图分析可知,甲图表示有丝分裂后期,染色体上基因A与a不同,是基因突变的结果,A正确;乙图表示减数第二次分裂后期,其染色体上基因A与a不同,表明该动物在减数第一次分裂前的间期发生了基因突变,B正确;丙图表示减数第二次分裂后期,基因B与b所在的染色体颜色不一致,是减数第一次分裂时发生了交叉互换造成的,C正确;甲细胞分裂后产生体细胞,其产生的变异一般不遗传给后代,D错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)如果亲代基因型为BB或bb,而后代中出现b或B的原因是什么?如果亲代细胞的基因型为Bb,而次级精母(卵母)细胞中出现Bb的原因是什么?(科学思维:分析与综合)提示:基因突变;基因突变或交叉互换。
(2)从细胞分裂和染色体的角度来看细胞分裂方式。(生命观念:结构与功能观)①如果是有丝分裂过程中姐妹染色单体上基因不同,则为_________。②如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上基因不同,则为___________________。
【备选典例】 如图是某二倍体动物细胞的分裂示意图,其中字母表示基因。据图判断下列说法正确的是( )A.此细胞含有4个染色体组,8个DNA分子B.此动物体细胞基因型一定是AaBbCcDdC.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
【解析】 选D。图示细胞有2个染色体组,8个DNA分子;该细胞正在发生同源染色体的分离,非同源染色体上的非等位基因自由组合,即基因重组;题图中有一条染色体的姐妹染色单体相同位置的基因分别是D和d,其对应的同源染色体上的基因是d、d,可推知发生了基因突变,但不能确定是显性突变,还是隐性突变,所以此动物体细胞的基因型可能是AaBbCcDd或AaBbCcdd。
【知能素养提升】 基因突变与基因重组的比较:(科学思维:模型构建)
【热点考向演练】考向一 基因重组的判断分析,考查归纳与概括能力1.下列关于基因重组的说法,错误的是( )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
【解析】选B。基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的非等位基因重新组合;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;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;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。
考向二 细胞分裂图中基因突变与基因重组的判断,考查科学思维能力2.如图是基因型为Aa的个体不同分裂时期的图像,根据图像判定每个细胞发生的变异类型,正确的是( ) A.①基因突变 ②基因突变 ③基因突变B.①基因突变或基因重组 ②基因突变 ③基因重组C.①基因突变 ②基因突变 ③基因突变或基因重组D.①基因突变或基因重组 ②基因突变或基因重组 ③基因重组
【解析】选C。图中①②分别处于有丝分裂的中期和后期,A与a所在的DNA分子是由一个DNA分子经过复制而得到的,图中①②的变异只能来自基因突变;③处于减数第二次分裂的后期,A与a的不同可能来自基因突变或减数第一次分裂前期的交叉互换(基因重组)。
【方法技巧】据图判断基因突变或基因重组的技巧
【加固训练·拔高】1.(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XD.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的DNA转移(本质是基因重组)实现的,故C项不合理、D项合理。
2.瑞典的研究人员发现,居住在安第斯山脉的人们拥有一种遗传变异,能快速代谢砒霜这种剧毒的化合物,下列关于生物变异叙述正确的是( )A.安第斯山脉特殊的环境产生了能快速分解砒霜这种变异B.可遗传变异的来源有突变和基因重组C.生物只要产生了可遗传的变异,就能遗传给后代D.生物的变异都是由基因结构的改变引起的
【解析】选B。变异是随机的、不定向的,环境对变异有选择作用,适应环境的变异会保留并遗传给后代,A错误;可遗传变异的来源有突变和基因重组,突变包括基因突变和染色体变异,B正确;由遗传物质的改变引起的变异,能够遗传给后代,属于可遗传的变异,但发生在体细胞中的可遗传变异,不能通过配子遗传给后代,C错误;基因重组和染色体变异中基因结构没有改变,只有基因突变会引起基因结构的改变,D错误。
【拓展视野】 基因不能直接决定寿命 有些基因能决定疾病,那它能直接影响人的寿命吗?不,基因和寿命的关系不是特别大。有些研究表明,基因差异对寿命的贡献大约只有25%,而后天环境、生活方式的影响也很大。科学家研究发现,如果两个同卵双胞胎从小就生活在不同的家庭和环境里,他们的寿命可以相差很大。
“勇士基因”的确存在 除了导致疾病,基因也会影响人的精神活动和行为输出。有不少冷血杀手,尤其连环犯罪杀手,体内的MAO-A基因出现了遗传变异——这个遗传变异也称为“勇士基因”或者“战士基因”,携带它的人会特别容易发怒,严重的甚至有反社会人格。但是请注意,携带这个变异基因,并不意味着这个人就一定有问题,因为行为还受到环境的深刻影响。
不是基因越多的生物就越高等 你会不会认为,基因越多越复杂的生物就越高等?实际上不是这样。比如水稻基因数量有大约38 000个,是我们人类的差不多两倍,但并没比我们高等。所以,生物的生长发展和基因数量没什么关系,但是和具体是什么基因,以及这些基因的联系更有关系。
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