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2018-2019学年高中生物第四章生物的变异第一节生物变异的来源Ⅰ学案浙科版必修

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第一节 生物变异的来源(Ⅰ)
[学*目标] 1.概述生物变异的类型和特点。2.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。

一、生物变异的概述和基因重组

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)基因重组的概念: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,导致后代产生不同于亲本类型的现象或过程。

(2)基因重组的类型

类型

发生时期

实质

自由组合型

随着非同源染色体的自由组合,非同源 减数第一次分裂后期
染色体上的非等位基因自由组合

交叉互换型

同源染色体上的非等位基因随四分体的 减数第一次分裂前期
非姐妹染色单体交换而发生重组

(3)基因重组的意义:基因重组是通过有性生殖过程实现的,能够产生子代基因型和表现型(性

状)的多样化,为动植物育种和生物进化提供丰富的物质基础。

归纳总结 基因重组图解分析

例 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。 例 2 (2018·温州市期末)图中 A、a,B、b 表示基因,下列过程存在基因重组的是( )
答案 B 解析 A 项遗传图解中只有一对等位基因,没有涉及基因重组,A 错误;B 项表示减数分裂过 程中非同源染色体上的非等位基因自由组合,属于基因重组,B 正确;C 项表示减数第二次分 裂后期,此时不会发生基因重组,C 错误;D 项表示受精作用,即雌、雄配子的随机组合,此 时不会发生基因重组,D 错误。 特别提醒 基因重组的类型

基因重组 的类型
发生时期
发生机制

同源染色体上非等位基因的重组 减数第一次分裂四分体时期
同源染色体的非姐妹染色单体间 的交叉互换导致基因重新组合

非同源染色体上的非等位基因的 重组
减数第一次分裂后期 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 同源染色体上的非等位基因重新 组合

产生过程

结果
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 (1)普遍性

①从低等生物到高等生物包括人类在内 的所有生物

②在生物个体发育的不同阶段

均可发生基因突变

③不同个体的任何细胞内



(2)多方向性:染色体某一位置上的基因可以向不同的方向突变成它的等位基因。

(3)稀有性:自然状态下,生物的基因突变频率一般是很低的。

(4)可逆性:显性基因

突变 突变

隐性基因。

(5)有害性:大多数的基因突变会给生物带来不利的影响。

4.诱发因素

(1)物理因素:如各种射线(X 射线、紫外线等)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)机理

DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸顺序的片段

诱发↓因素

碱基对的缺失、增加或替换



DNA分子中的核苷酸顺序发生改变



DNA分子相对应的mRNA的碱基顺序发生改变



mRNA翻译的蛋白质出现异常



遗传性状的改变

(2)实例——人类的镰刀形细胞贫血症 ①症状 a.细胞形状:患者红细胞由中央微凹的圆盘状变为镰刀状; b.特点:易发生红细胞破裂,使人严*堆劳觥

②病因图解

(3)镰刀形细胞贫血症的原因

①直接原因:谷氨酸替――换→为缬氨酸。

②根本原因:基因中碱基对===TA== 替――换→为 ===AT==。

例 3 (2018·浙江金华学考检测)下列关于基因突变的叙述,错误的是( )

A.一般来说,只有发生在生殖细胞中的突变才能通过配子遗传给下一代

B.基因突变不仅是可逆的,而且大多数突变是有害的

C.基因突变一般发生在细胞分裂间期的 DNA 复制过程中

D.由于基因突变是多方向的,所以基因 A 可以突变为基因 B

答案 D

解析 基因突变只能由 A 基因突变为它的等位基因 a1、a2、a3 等,而不能突变成控制其他性

状的基因,故 D 错误。

例 4 如果一个基因的中部缺失了 1 个核苷酸对,下列后果中不可能出现的是( )

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 基因的中部缺失了 1 个核苷酸对,所以缺失位置之前的基因仍然能正常表达形成相应

的蛋白质,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减少多个氨基酸、缺失部位以后的氨基酸序列发

生变化。

易混易错 基因突变对蛋白质与性状的影响

(1)基因突变对蛋白质的影响

碱基对 影响范围

对氨基酸序列的影响

替换



只改变 1 个氨基酸或不改变

增加 缺失



不影响插入位置前的序列而影响插入位置后的序列



不影响缺失位置前的序列而影响缺失位置后的序列

(2)基因突变不一定导致生物性状改变的原因分析 ①突变可能发生在没有遗传效应的 DNA 片段上。 ②基因突变后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸。 ③基因突变若为隐性突变,如 AA→Aa 不会导致性状的改变。 (3)基因突变对后代性状的影响 ①基因突变发生在体细胞有丝分裂过程中,突变可通过无性生殖传给后代,但不会通过有性 生殖传给后代。 ②基因突变发生在精子或卵细胞形成的减数分裂过程中,突变可能通过有性生殖传给后代。 ③生殖细胞的突变率一般比体细胞的高,这是因为生殖细胞在减数分裂时对外界环境变化更 加敏感。 ④分裂旺盛的细胞的突变率大于停止分裂的细胞,原因是基因突变常发生在细胞分裂间期。

1.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.①②③④⑤

B.①②③④⑤⑥

C.④⑤

D.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。

2.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。

3.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。

4.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

因发生突变,导致 1 169 位赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是( )

A.①处插入碱基对 G—C B.②处碱基对 A—T 替换为 G—C C.③处缺失碱基对 A—T D.④处碱基对 G—C 替换为 A—T

答案 B

解析 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。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,从而推知该基因发生的突变是②处碱基对 A—T 被替换为

G—C。

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:

部分 α 链血红蛋白的密码子及其氨基酸的顺序 血红蛋白
137 138 139 140 141 142 143 144 145

UAC CGU

ACC 苏 UCC 丝 AAA 赖

UAA 终

HbA

酪氨 精氨

氨酸 氨酸 氨酸



酸酸

Hbwa

CCU

AAU 天 ACC GUU

CGU

ACC 苏 UCA 丝

AAG 赖 脯

UAG

冬酰 苏氨 缬氨

精氨

氨酸 氨酸

氨酸 氨

终止



酸酸





(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 可遗传的变异相比,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)由题表可知,在第 138 位的密码子为 UCC 和 UCA,与第 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*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。这种变异与其他可遗传的变异相比,最突出的特点是 能产生新基因。

[对点训练] 题组一 基因重组 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.(2018·浙江杭州学考)下面有关基因重组的说法不正确的是( ) A.基因重组发生在减数分裂过程中 B.基因重组产生原来没有的新基因 C.基因重组是生物变异的重要来源 D.基因重组能产生原来没有的重组性状 答案 B 解析 基因重组只会产生新的基因型,不会产生新基因。 3.以下各项属于基因重组的是( ) A.基因型为 Aa 的个体自交,后代发生性状分离 B.雌、雄配子随机结合,产生不同类型的子代个体 C.YyRr 个体自交后代出现不同于亲本的新类型 D.减数分裂过程中,同源染色体的姐妹染色单体之间的局部交换 答案 C 解析 一对等位基因无法发生基因重组,A 错误;基因重组发生在减数第一次分裂而非受精 作用过程中,B 错误;基因重组指在生物体进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因重新 组合,C 正确;减数分裂过程中,同源染色体上的非姐妹染色单体间的交叉互换属于基因重 组,D 错误。 4.基因重组是在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可能是基因突

变,也可能是环境因素。

题组二 基因突变

5.(2018·温州高一测试)人类镰刀形细胞贫血症的发病原因是基因突变,即控制血红蛋白的

基因中一个碱基对 A-T 替换成了 T-A。下列关于这一现象的叙述中,错误的是( )

A.基因结构发生了改变

B.产生新的基因

C.说明基因突变具有可逆性的特点

D.说明基因能控制生物性状

答案 C

解析 基因中 A-T 替换成 T-A,基因结构发生了改变,产生了新基因,但没有体现可逆性

特点。可逆性是等位基因相互转变,而不是碱基对相互替换。

6.番茄果皮的红色基因(R)可以突变为黄色基因(r),r 也可突变成 R。这说明基因突变具有

()

A.可逆性

B.稀有性

C.普遍性

D.有害性

答案 A

解析 番茄果皮的红色基因(R)可以突变为黄色基因(r),r 也可突变回 R,体现了基因突变的

可逆性的特点,A 正确;基因突变的稀有性指的是发生基因突变的频率低;普遍性指的是基

因突变在生物界普遍存在;有害性指的是基因突变对生物来说往往是害大于利,B、C、D 不

符合题意。

7.下列有关基因突变的叙述,正确的是( )

A.基因突变不一定引起遗传信息的改变

B.性染色体上的基因突变一定会遗传给子代

C.物理、化学、生物因素都可能引起基因中碱基对的改变

D.基因突变与环境变化有明确的因果关系

答案 C

解析 基因突变使基因中脱氧核苷酸的排列顺序一定发生改变,而基因中脱氧核苷酸的排列 顺序代表遗传信息;若是体细胞中性染色体上的基因突变,则不一定遗传给后代;引起基因 突变的外因可以是物理、化学和生物因素等;基因突变与环境变化无明确的因果关系,有时 生物体也能自发产生基因突变。 8.下图表示人类镰刀形细胞贫血症的病因,已知谷氨酸的密码子是 GAA,由此分析正确的是 ()
A.控制血红蛋白合成的一段基因任意一个碱基发生替换都会引起贫血症 B.②过程是以 α 链作模板,以脱氧核苷酸为原料,由 ATP 供能,在酶的作用下完成的 C.运载缬氨酸的 tRNA 一端裸露的三个碱基可能是 CAU D.人发生此贫血症的根本原因在于蛋白质中的一个谷氨酸被缬氨酸取代 答案 C 解析 由于遗传密码子的简并性,所以控制血红蛋白合成的一段基因中任意一个碱基发生替 换不一定会引起贫血症;②过程是以 α 链作模板,合成 mRNA 的过程,所以原料是核糖核苷 酸;根据缬氨酸的密码子 GUA 可知,对应的 tRNA 上的反密码子上碱基为 CAU;导致人类镰刀 形细胞贫血症的根本原因是基因中的碱基对被替换。 题组三 生物变异的种类 9.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的基因不同,麦穗的抗锈病和不抗锈病是一对相对 性状可以遗传给后代。

10.下图是基因型为 Aa 的个体不同分裂时期的图像,请根据图像判定每个细胞发生的变异类 型( )
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 答案 C 解析 图中①②分别属于有丝分裂的中期和后期;A 与 a 所在的 DNA 分子都是经过复制而得 到的,由于交叉互换只发生在减数分裂过程中,所以图中①②的变异只能属于基因突变;③ 属于减数第二次分裂的后期,由于减数分裂过程中可以发生交叉互换,所以不能确定 A 与 a 的不同是基因突变还是基因重组的结果。 11.下列关于生物变异的叙述,正确的是( ) A.若没有外界诱发因素的作用,生物不会发生基因突变 B.太空射线能使种子发生定向变异 C.DNA 中一个碱基对的缺失一定导致基因发生突变 D.非同源染色体的自由组合可导致基因重组 答案 D 解析 无外界诱发因素的作用,生物也可能发生自发突变;太空射线能使种子产生基因突变, 但基因突变具有多方向性,是不定向的;DNA 中一个碱基对的缺失不一定发生在基因中,即 不一定引起基因结构的改变。 12.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,不遗传变异 B.基因重组,基因突变 C.基因突变,不遗传变异 D.基因突变,基因重组

答案 D 解析 由图可知,若甲图个体进行正常减数分裂会产生 4 个基因组成均为 A 的配子,题干的 配子中含有 a,说明发生了基因突变;乙图的个体涉及两对等位基因,减数分裂时会发生非 同源染色体的非等位基因的自由组合。
[综合强化] 13.下图为某植物种群(雌雄同花,自花授粉)中甲植株的 A 基因和乙植株的 B 基因发生突变的 过程。已知 A 基因和 B 基因是独立遗传的,请分析该过程,回答下列问题:
(1)简述上述两个基因发生突变的过程: ________________________________________________________________________。 (2)突变产生的 a 基因与 A 基因、a 基因与 B 基因分别是什么关系?__________________。 (3)若 a 基因和 b 基因分别控制两种优良性状,则 A 基因发生突变的甲植株基因型为________, B 基因发生突变的乙植株基因型为________。 答案 (1)DNA 复制的过程中一个碱基被另一个碱基替换,导致基因的碱基序列发生了改变 (2)等位基因、非等位基因 (3)AaBB AABb 解析 (1)图甲中 A 基因中的碱基对 C∥G 替换为 G∥G,图乙中 B 基因则是碱基对 C∥G 替换 为 A∥G,因此甲、乙都发生了碱基替换。(2)基因突变产生等位基因,A 与 a 为等位基因,a 与 B 为非等位基因。(3)由题干可知,基因 a 和 b 都是突变而来的,原亲本为纯合子,因此突 变后的甲植株基因型为 AaBB,乙植株基因型为 AABb。 14.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 减数第一次分裂后期 解析 (1)蛋白质的合成是由基因控制的,所以蛋白质发生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 复制时期即甲图中的 2~3 阶段,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前期四分体时期的交叉互 换。
T 15.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A, b 由TA变为CG,c 由TA变为GC,d 由GC变为TA。假设 4 种突变都单独发生,请回答下列问题:
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*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)根据碱基互补配对关系,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*再丢失 2 个碱基对,只影响邻* 1 个氨基酸 的改变,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。




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