2019-2020年高中生物《基因突变和基因重组》教案12 新人教版必修2.doc

2019-2020年高中生物基因突变和基因重组教案12 新人教版必修2教材分析本节在引言部分，指出生物的变异具有普遍性，变异可以分为可遗传变异和不遗传变异，可遗传的变异有三种来源。本小节介绍了基因突变的概念、意义和特点，人工诱变在育种上的应用，以及基因重组的概念和意义，教材从实例引入基因突变的概念，是为了便于学生理解抽象的概念。在介绍基因突变的普遍性、随机性、自然突变率低、有害性和不定向性等特点时，教材也列举了具体的实例。旁栏设置的思考题和小资料，也有助于学生加深对基因突变特点的理解。人工诱变在育种上有重要用途，教材通过介绍我国在诱变育种方面取得的成就，对学生进行爱国主义教育。教学目标知识目标知道：人工诱变在育种上的应用。识记：（1）基因突变的概念、特点和意义； （2）基因重组的概念和意义。能力目标通过对课本中实例的分析，培养学生归纳总结的逻辑推理能力。情感目标1初步学会用辩证唯物主义观点来认识生物体和生物界。2通过介绍我国在诱变育种方面取得的成就，对学生进行爱国主义教育。重点落实方案重点1基因突变的概念和特点。2基因重组的概念。落实方案1通过实例加深学生对概念的理解。2让学生在课前搜集有关在诱变育种上取得的成就，进一步突出重点内容。难点突破策略难点基因突变的概念。突破策略通过举例、放映有关的投影和录像的方法，让学生对抽象的概念有一个具体的理解。教具准备投影片、录像片、投影仪、录像机、多媒体设备。学法指导本小节内容为抽象，在教学过程中应采用师生互动，通过实例举证来理解抽象概念和特点。课时安排2课时第一课时教学过程导课在前面我们学习了生物的遗传问题，了解了性状为什么会遗传以及性状在向后代遗传时所要遵循的规律特点。知道了性状是由遗传物质决定的。性状的表现除了与遗传物质有关外，还与外界条件有关。而且性状由亲代传递给子代时，或多或少都会存在差异，这就是生物的变异。那么生物的变异又是如何产生的呢？又有什么特点呢？今天我们就来学习生物的变异的有关教学内容。教学目标达成1播映投影片：上图是一个普通的玉米种子在萌发长成植株的过程中，水、肥、光特别充足，所结种子大而饱满，但这样的种子种下去，结出的是普通种子。下图是太空椒（普通青椒种子遨游过太空后培育而成）与普通青椒对比，果实明显增大，种植下去，仍然是肥大果实。2质疑：（1）籽粒饱满的种子与普通种子相比，太空椒与普通青椒相比，性状有明显的差异，原因何在？（回答：发生了变异）（2）把籽粒大而饱满的种子种下去长不出同样好的种子，而是普通种子；把肥大的太空青椒籽种下去可以结出肥大的青椒。这些现象说明什么问题？（回答：生物的变异有的不能遗传，有的可以遗传。）3从上述可以看出，生物的变异有这样两种类型：可遗传的变异和不遗传的变异。我们知道生物的表现型与基因型和外界环境条件有关。像玉米这样，籽粒大而饱满是由于水、肥和光充足引起的（也即由外界环境条件引起），这种变异是不可遗传的。而太空椒遨游过太空，宇宙辐射改变了其遗传物质，因而改变了其性状，这个变异性状是可遗传的。可遗传的变异是生物变异的主要类型。它的来源主要由三个方面：基因突变、基因重组和染色体变异。4组织学生观看关于正常红细胞的基因突变形成镰刀型细胞贫血症的录像。了解基因突变的概念、产生过程及导致生物变异的过程。观看录像的同时指导学生思考以下问题：（1）正常红细胞是什么形状？有什么功能？答：圆饼状，运输氧的功能。（2）镰刀型细胞贫血征的红细胞呈镰刀状，对功能的完成有没有影响？答：有。运氧能力降低，易破裂溶血造成贫血，严重时会导致死亡。5投影镰刀型细胞贫血征病因的图解，师生共同探求正常红细胞变成镰刀型红细胞的原因。控制血红蛋白质的DNA上一个碱基对发生改变，导致该基因脱氧核苷酸的排列顺序发生了改变，导致基因结构改变。因为基因控制生物的性状，因此基因结构改变最终导致控制血红蛋白的性状发生改变，红细胞也就由圆饼状变为镰刀状。6组织学生讨论，引起基因结构改变的原因除碱基对的替换外，还有哪些原因？（从DNA片断考虑）指导学生写一DNA片断，分析说明当DNA中碱基对增加或减少时，也会导致基因结构的改变，进而影响到性状的表现。也就是说，DNA碱基对的替换、增添和缺失均会引起基因结构的改变，即基因中脱氧核苷酸顺序发生了改变，因而遗传信息也随之改变，通过转录、翻译形成的蛋白质也就发生了改变，性状自然会发生改变。可见，基因结构的改变会使生物发生变异，也即基因突变造成生物的变异。7教师指导学生总结基因突变的概念。指出基因突变是染色的某一位点上基因的改变。基因突变使一个基因变成它的等位基因，并且通常会引起一定的表现型变化。因而会产生一些新性状。这些新性状是生物从未有过的性状，因此它是生物变异的根本来源，也为生物进化提供了最初的原材料。这就是基因突变的意义所在。8放映“基因突变”的投影片（一）：玉米高茎矮茎、普通羊短腿羊、正常人白化病、果蝇长翅残翅、家鸽羽毛白色灰红色、正常棉花短果枝。放映“植物个体发育过程”的投影片（二）；放映“小鼠毛色变化与基因突变关系”的投影片（三）。组织学生边看投影片边讨论总结基因突变的特点。投影片（一）说明植物、动物、人都可能发生基因突变，也即基因突变是普遍存在的。这种突变在自然条件下发生的叫自然突变，在人为条件下诱发产生的叫诱发突变。投影片（二）说明基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。而且突变发生越早，表现部位越多；反之则相反。再有一条是只有生殖细胞的突变才会遗传给后代。然后教师引导学生阅读第49页的内容，得以结论：（1）基因突变率很低，且不同生物的基因突变率、同一种生物不同的基因突变率均不同。（2）基因突变绝大多数是有害的，但也有少数有利。这些涉及到生物与环境相适应的问题。在此给学生可留一伏笔，为生物与环境一章打基础。投影片（三）说明基因突变是不定向的，一个基因可以向不同方向发生突变，产生一个以上的等位基因。但是，每一个基因的突变都只能限定在其相对性状的范围内，不会超出限制。以上内容总结起来就是基因突变的特点。教学目标巩固1生物的变异有两种：_和_。前者指_。后者指_。答案：可遗传的变异不遗传的变异变异现象是由于生殖细胞内的遗传物质的改变而引起的，能够遗传给后代变异现象是由于环境因素的影响造成的，并没有引起生物体内遗传物质的变化，因而不能够遗传下去2可遗传的变异有三种来源：_、_、_。答案：基因突变基因重组染色体变异3基因突变是指_，通过基因突变使一个基因变成它的_，并且通常会引起一定的_。答案：染色体的某一位点上基因的改变等位基因表现型变化4基因突变的意义是_。答案：生物变异的根本和主要来源，为生物进化提供了最初的原材料5基因突变有以下特点：（1）_；（2）_；（3）_；（4）_；（5）_。答案：普遍性随机性低频性多害少利性不定向性布置作业P46复习题：一，二、1、3，三、1。结课这节课我们主要掌握的内容有基因突变的概念和基因突变的特点。基因突变是由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变而引起的基因结构改变。基因突变的特点有：普遍性、随机性、突变率低、多害少利、不定向性。板书设计第四节 生物的变异变异：不遗传变异和可遗传变异可遗传变异的来源一、基因突变和基因重组（一）基因突变1概念：由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变而引起的基因结构的改变。2意义：3特点：（1）普遍性自然突变、诱发突变（2）随机性（3）突变率低（4）多数有害（5）不定向性第二课时教学过程导课上节课我们学习了基因突变的概念、意义和特点。明确性状变异是由于基因突变。请大家回答基因突变具体有哪些特点？（回答略）放映投影片：如棉花短果枝、鸡脚叶，水稻矮秆、糯叶，果蝇的白眼、残翅，人的白化病、色盲。这些基因突变如果是在自然条件下发生的叫自然突变；在人为条件下诱发产生的叫诱发突变。那诱发突变的人为条件是什么？我们知道基因突变大多是有害的，为什么要人工诱发突变？这有什么用呢？今天我们接着来学习下面一个内容人工诱变在育种上的应用。教学目标达成1阅读书第50页，画出人工诱变的概念：人工诱变就是在人工条件下诱导基因发生突变。人工条件有两种：物理方法包括X射线、紫外线、激光等；化学方法有亚硝酸、硫酸二乙酯等。应用这些方法怎样去处理生物使之发生基因突变呢？产生的这些突变又有什么用呢？下面让我们看一段录像片，这是我国科学工作者用人工方法处理农作物发生基因突变的一段内容。看了录像片，大家清楚了怎样用各种射线和化学物质去处理生物，也看到了生物突变的具体性状的表现了。让学生说明这些方法诱导基因突变有什么好处？回答：可提高突变率，创造人类需要的突变类型，从中选育出优良新品种。2通过人工诱导方法培育出的农作物新品种，具抗病力强、产量高、品质好等优点。例如，黑龙江农科院用辐射方法处理大豆，培育成黑农五号大豆品种，含油量比原来的品种提高了2.5%，大豆产量提高了16%。大家看书第52页图，太空椒就是利用宇宙空间强烈辐射而发生基因突变培育的新品种。人工诱变不仅在农作物育种上起作用，在微生物育种上也发挥了重要作用，如青霉素，最初产量为20单位/mL，后经人们多次用射线等综合处理，目前产量已是5000060000单位/mL了，可见人工诱变对生物育种起着巨大作用。因此我们研究基因突变确实有很重要的应用价值。3生物变异不只是由基因突变引起的，基因重组也会造成生物变异。基因重组造成的生物变异是在什么情况下发生的呢？又有什么特点呢？接下来我们就来学习基因重组。什么是基因重组呢？基因重组是控制不同性状的基因重新组合。我们在前面学习自由组合定律时已经接触过这方面的知识。请同学们回忆一下，黄色圆粒与绿色皱粒作亲本杂交，产生后代的过程。放映投影片：让学生看投影，分析：F2中除黄色圆粒、绿色皱粒外，还有两种亲本所没有的新性状：黄色皱粒、绿色圆粒，这两种性状与亲本相比是不是变异性状？它们又是如何产生的呢？（是。在F1减数分裂形成配子时，控制不同性状的基因自由组合形成的。）让学生画出以上过程的染色体图，总结出：基因重组可以发生在减数分裂形成配子时，非同源染色体上的非等位基因的自由组合的过程中。4由上述可见，基因重组是发生在有性生殖的过程中。在有性生殖的过程中，由于父本和母本的遗传物质不同，当两者杂交时，基因重新组合，就使子代产生了变异。这就是基因重组造成的变异。5请学生阅读P45。并与学生共同讨论分析：基因重组引起的变异有什么特点？为什么？（特点：非常丰富。原因：父本和母本遗传物质基础不同，自身杂合性越高，二者遗传物质基础相差越大，基因重组产生的差异可能性也就越大。）例如，具10对相对性状的亲本进行杂交，若只考虑自由组合引起的基因重组，F2可能出现的表现型就有2101024种。而在生物体内尤其是高等动植物体内控制性状的基因数目是非常巨大的，由同源染色体的非姐妹染色单体之间的局部交换引起的基因重组在自然界也十分常见。如果把这些因素都考虑在内，那么生物通过有性生殖产生的变异就更多了。丰富多彩的变异形成了生物多样性的重要原因之一。因此对生物进化具有十分重要的意义。教学目标巩固1人工诱变是指_。答案：在人工条件下诱导基因发生突变2人工诱变的条件有哪些？答案：有两种。物理方法包括X射线、紫外线、激光等；化学方法有亚硝酸、硫酸二乙酯等。3基因重组是指_，它是通过_过程实现的，主要有_和_两种类型。答案：控制不同性状的基因重组合有性生殖自由组合交叉互换4举出几个基因重组引起生物变异的例子。答案：略。5玉米的非糯性、糯性分别由基因W、w控制，基因型为WW的玉米经辐射处理后，变成为WW基因型的玉米，这种变异属于_，这种培育新品种的方法称为_，其优点是_。答案：基因突变诱变育种提高突变率，创造新类型，培育新品种6下列变异中，属于基因突变的是（）人类的色盲无籽西瓜果蝇的白眼小黑麦无籽番茄棉花中的短果枝ABCD答案：B布置作业P46复习题：二、2、4，三、2。结课我们用两课时学习了可遗传变异的来源中的两种：基因突变和基因重组。知道了变异的两种类型及其来源。请大家一起归纳总结一下：基因突变和基因重组引起的变异有什么区别？（1）基因突变是基因内部结构的改变，它能产生新的基因。其过程发生于DNA复制时，特点是：普遍性、随机性、低频性、多害少利性、不定向性。（2）基因重组是控制不同性状的基因重新组合，不产生新基因，可形成新的基因型。其过程发生在有性生殖过程中，特点是非常丰富。还应该注意把理论知识应用于实践中，特别要注意了解人工诱变在育种上的应用。课本P45最后一段以小字方式简要介绍了“重组DNA技术”，同学们也应稍加了解。板书设计第四节 生物的变异4人工诱变在育种上的应用（1）人工诱变的概念、方法（2）人工诱变的优点（3）我国在人工诱变方面的成果（二）基因重组1概念：控制不同性状的基因重新组合2类型：基因自由组合基因交叉互换3特点：非常丰富4意义：（1）为生物变异提供了极其丰富的来源。（2）是形成生物多样性的重要原因之一。（3）对于生物进化具有十分重要的意义。5重组DNA技术备课资料一、纳米科技在生命科学领域的应用1纳米科学技术（Nanotechnology）纳米科学技术（Nanotechnology）是20世纪80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，1990年在美国巴尔的摩召开的第1届国际纳米科学技术会议，正式标志着纳米科学的诞生。纳米（nanometer）是一种计量单位，即为毫微米，通常用nm表示。它特指粒径为1100 nm（1 nm109 m）的颗粒，大约相当于人发直径的10万分之一。纳米科学是指研究在0.1100 nm（纳米）尺寸范围内物质具有的物理、化学性质和功能的科学，它既不是化学，也不是物理和生物，而是一门学科交叉的高新技术学科，它包括纳米生物学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料学和纳米机械学等新兴学科。而纳米科技是指一种用单个原子、分子制造物质的科学技术，它以纳米科学为理论基础，进行制造新材料、新器件，研究新工艺。纳米技术包括纳米材料的制备技术、纳米颗粒表面的控制、改性和修饰技术，以及把纳米材料应用到各个领域和各种产品上的关键技术。事实上，世界上早就有纳米颗粒存在，只是到20世纪80年代，科学家才惊奇地发现，由几个到几千个原子组成的纳米颗粒既不同于宏观的大块物体，也不同于单个的原子和分子，而是一个颇具“个性”的奇特的群体。纳米技术使人工可以在分子的层次上进行不同的组装。此后，关于纳米材料的制备方法、性能及应用研究逐渐引起了各国科学家和政府的高度重视。美国国家科学基金会的纳米技术高级顾问米哈伊尔罗科预言：“由于纳米技术的出现，在今后30年中，人类文明所经历的变化将会比刚刚过去的整个20世纪都要多得多。”美国科学技术委员会刚把“启动纳米技术的计划看作是下一次的工业革命的核心”。2纳米科技在生命科学领域的应用纳米科技日益渗透到生命科学领域，与生物高科技联袂。人们已经认识到，纳米技术与其说是为人类提供更为丰富的精密、精细的产品，更重要的是建立了一种新的思维方式。纳米在农业和医学上的应用，将会迅速改变农业和医学的面貌，对社会生产力的发展产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的重大问题如：粮食、健康、环境、能源等，最直接地显示出纳米对人类生活的革命性的影响。（1）纳米生物学（nanobiology）纳米生物学是在纳米尺度上应用生物学原理解决和发现新的现象，研究细胞内部各种细胞器的结构和功能、细胞内部、细胞内外之间以及整个生物体的物质、能量和信息交换。纳米科技的最终目的是制造分子机器，而分子机器的启发来源于生物体系中存在的大量的生物大分子，它们被费曼等人看作是自然界的分子机器。从这个意义上说，纳米生物学应该是纳米科技中的一个核心领域。利用DNA和某些特殊的蛋白质的特殊性质，有可能制造出分子器件。目前研究的热点在分子马达、硅神经细胞体系和DNA相关的纳米体系与器件。利用纳米技术，人们已经可以操纵单个的生物大分子。这被认为是有可能引发第2次生物学革命的重要技术之一。纳米生物学的研究集中在下列方面：利用新兴的纳米技术来解决和研究生物学问题。在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系，这不仅是纳米生物学也是整个现代生物学发展的基础。在纳米尺度上获取生命信息，特别是细胞内的各种信息。遗传物质DNA的研究是一个突破口，这方面的研究在形貌观察、特性研究和基因改造3个方面有不少进展。获取生命信息的方法是首先获得细胞膜和细胞器表面的结构信息，用亚微米扫描质子探针（SPM）测定元素成分的信息，用微感器和纳米传感器（nanosenser）获取各种生化反应的化学信息和电化学信息。脑功能的研究。研究工作目标是弄清人类的记忆、思维、语言和学习这些高级神经功能和人脑的信息处理功能。仿生学的研究。仿生学是纳米技术中有希望获得突破性成果的部分，这也是纳米生物学的热门研究内容。纳米机器人（nanorobot）的研制近来取得不少成果。第1代纳米机器人是生物系统（如酶等）和机械系统（如齿轮等）的有机结合体。这种技术的诱人应用是将这种多功能的微型机器人注入人体血管内，他可做全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，甚至还能吞噬病毒，杀死癌细胞。纽约大学的1个实验室最近制造了这样1个机器人。研究人员认为，将来纳米级机器人可遨游人体微观世界，随时清除人体中的一切有害物质，激活细胞能量，使人不仅仅保持健康，而且延长寿命。设想的第2代纳米机器人应当是能直接从原子、分子装配成有一定功能的纳米尺度的装配装置，一个直接借鉴的例子是细胞中的核糖体，它可以按DNA和RNA传递的编码信息生产特定功能的蛋白质。第3代纳米机器人则将是含有钠电子计算机的、可人机对话并具有自身复制能力的纳米装置。那时人类的劳动方式将彻底改变，劳动的主体人将得到完全解决。纳米结构自组装的研究，利用生物大分子制造分子器件，模仿和制造类似生物大分子的分子机器。复杂微型机电系统制造中，很大的难题是系统中各部件的组装，系统越先进、越复杂，组装的问题也越难解决。自然界各种生物、生物体内的蛋白质、DNA、细胞等都是极为复杂的结构，它们的生成、组装都是自动进行的。如能了解并控制生物大分子的自组装原理，人类对自然界的认识和改造必然会上升到一个全新的更高的水平。（2）纳米生物医药学纳米技术不仅在电子学、材料学、机械学等领域产生巨大作用，超细纳米技术还将在医药领域发挥重要作用。纳米粒子具有超微小体积，能被细胞吸收，可以通过人体最小的毛细血管，还可以通过血脑屏障。这些特有的性质，使其在药物和基因输送方面具有许多优越性：可缓释药物，从而延长药物作用时间；可达到靶向输送的目的；可在保证药物作用的前提下，减少给药剂量，从而减轻或避免毒副反应；可提高药物的稳定性，有利于储存；可保护核苷酸，防止其被核酸酶降解；可帮助核苷酸转染细胞，并起到定位作用；可以建立一些新的给药途径。这都是其他输送体系无法比拟的。所以，纳米控释系统是一非常有前途的控释系统，其研究会越来越深入，用途也会越来越广泛。超细纳米技术在医药领域的应用与展望主要有以下方面：纳米级粒子使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击特定细胞或修补损伤组织。例如，对付癌症的“纳米生物导弹”，这一专门针对癌症的超细纳米药物，能将抗肿瘤药物连接在磁性超微粒子上，定向杀死癌细胞。其次是治疗心血管疾病的“纳米机器人”，用特制超细纳米材料制成的机器人，能进入人的血管和心脏中，完成医生不能完成的血管修补等“细活”，必要时还可用它直接进行治疗。用纳米技术诊断早期肝癌。纳米技术用于早期诊断，要以发现直径3 mm以下的肝肿瘤，这对肝癌的早期诊断、早期治疗有着十分重要的意义。中国医科大学第二临床学院放射线科专家陈丽英教授与一些科研院所合作，把纳米级微颗粒应用于医学研究，经过4年的努力，已完成了超顺磁性氧化铁超微颗粒脂质体的研究课题，从而开创了纳米技术在肝癌诊断方面的应用。用纳米技术研制开发新型抗菌素。从最近召开的我国首届纳米生物医药研讨会获悉，我国已成功地研制出纳米级的新一代抗菌药物，而且实现了产业化。这标志着我国纳米材料在医药领域的应用达到世界先进水平。这种直径只有25 nm的棕色纳米抗菌颗粒，经中国科学院微生物研究所、中国医学科学院、中国预防医学科学院等权威机构检测，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病微生物均有强烈的抑制和杀灭作用，同时还具有广谱、亲水、环保等多种性能。由于纳米抗菌药物采用纯天然矿物质研制而成，所以使用时也不会使细菌产生耐药性。另外，纳米抗菌药物经中国军事医学科学院的临床应用表明，即使用量达到临床使用剂量的4000多倍，受试动物也无中毒表现。以这种抗菌颗粒为原料药，科学家成功地开发出创伤贴、溃疡贴等纳米医药类产品，并已投入批量生产。用纳米材料开发新型药物输送系统，这种输送系统是由一种内含药物的纳米球组成的，纳米球外面有一种保护性涂层，可在血液中循环而不会受到人体免疫系统的攻击，如果使其具备识别癌细胞的能力，就可直接将药物送到癌变部位，而不会对健康组织造成损害。用纳米技术制造的“芯片实验室”可对血液和病毒进行检测，几分钟即可获得检测结果。在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应。对传统的名贵中草药进行超细开发，极大提高药物的疗效。纳米技术在新世纪将推动信息技术、医学、环境科学、自动化技术及能源科学的发展，就像抗生素、集成电路和人造聚合物在20世纪发挥了重要作用一样，纳米技术在新世纪将给人类的生活带来深远影响。二、突变与癌癌在人体各部分都可能发生，它的种类很多，据目前所知已超过100种。癌细胞分裂得比正常细胞快，当失去约束时可无限分裂下去，而且核内染色体可以多次复制，细胞质里的纺锤丝可以形成多极，一次分裂的结果可以产生多个子细胞，最终长成一个肿瘤。如果不切除或化疗抵制，便会无限制地生长，向人体夺取养分，使人体消瘦衰竭，最终导致死亡。此外，癌细胞还有幼嫩、不成熟、容易离散等特点，离散后的幼嫩癌细胞会随淋巴液和血液循环在体内游走，穿入到各种组织器官中，很快地分裂繁殖，形成新的癌肿，这就是转移以后，更难于早期发现和根治。关于癌细胞产生的原因，科学上还没有一致的见解。例如认为病毒是致癌的一种因素，近年来已有不少报导。但大多数的意见认为，许多癌症的起因是体细胞突变。支持这一理论的论据之一是已知能诱发基因突变的所有化学诱变剂几乎都是致癌物质，已知能诱发基因突变的物理因素已都是致癌的。例如煤沥青里一些化学物质经常接触皮肤，能引起皮肤癌；在大剂量苯中毒时能诱发白血病（血癌）；吸烟是引起肺癌的原因之一。经常接触放射性化合物或从事放射性工作的，白血病、骨髓癌的发病率都较高。体细胞突变致癌理论的论据之二是癌症的发病率随年龄的增长而增长，因此它可能是积累了几种有害突变的结果。例如有的基因突变可能产生在控制细胞正常分裂的结构基因或调节基因上，使细胞分裂不受拘束；有的基因突变可能引起细胞膜缺陷，使致癌物质有更多的机会进入细胞，从而增加突变的积累；有的基因突变可能涉及细胞中DNA的修复系统，使DNA偶然发生的碱基变化，不能切除修复，也容易产生癌细胞。因此，加强环境保护，消除环境污染，及时检查可疑的致癌物质，并加以防除，对放射性工作加强安全保护等，都可以降低癌症的发病率。三、基因突变引起的几类表现变异（一）形态突变型泛指外型改变的突变型，或可称为可见突变。如：植物的株高，籽粒的大小、色泽，果蝇的眼色与翅形，以及细胞和菌落的形态颜色等。（二）致死突变型引起个体死亡或生活力明显下降的突变型。通常一个隐性致死突变基因可以在二倍体生物中以杂合状态存在。当纯合状态或不具有正常的显性等位基因时，便将导致死亡。如白化基因b，纯合时引起高等植物形成白化苗，因不能形成叶绿素，不能进行光合作用而死亡。（三）条件致死突变型在一定条件下表现致死效应，在另外条件下可以存活的类型。如T4噬菌体的温度敏感突变型，在25下能在宿主Ecoli细胞内生活，而在42时是致死的。（四）生化突变型无形态表现而某种特定生化功能改变的类型，其中最常见的是营养缺陷型，它从原来在基本培养基上正常生活，变成必须加某些物质，如氨基酸、维生素等才能生活，说明它们失去了合成这些物质的特性，细菌等的抗药性也属于这种情况。实际上，基因是通过生物体内生化过程的变化而发挥作用的，所以，广义说来，各种基因突变都可以理解为生化突变。四、基因突变的意义1基因突变在生物进化中具有重要的意义，是生物变异的根本来源，为生物进化提供了最初的原材料。2利用基因突变来育种，也是改造生物的重要途径。应用诱变因素培养优良菌种在微生物选种中成效最为突出。最初的青霉菌是1943年从一个发霉的甜瓜上取来的，是野生型，青霉素产量很低。后来从自然突变中选出一个新品种，产量提高了一些。以后又交替使用X射线和紫外线照射，又用芥子气和乙烯亚胺处理来诱发基因突变，选得的突变菌株产量大大提高。目前青霉素能够成为广泛应用的大众化药品，可以说是人工诱变的功劳。在栽培植物方面，用物理因素和化学因素引起突变，已培育出许多优良品种。例如，用g射线处理籼稻种子，选出提早成熟15天的新品种，而丰产性状仍旧保留下来。一般米粒的蛋白质含量不高，而且所含的蛋白质较多地分布在米粒的外层，在碾成白米时，多已丧失。现在用诱发突变的方法，得到新的水稻品种，不仅提高了米粒中蛋白质的含量，而且蛋白质分布在整个米粒中，所以碾成白米后，米粒中蛋白质的丧失较少。诸如此类的例子是很多的。近年来，我国在这方面发展特别快，成效也很显著。在果树和花卉育种中。还常常利用芽变（就是在芽中有一个细胞变异），由这个突变细胞发育成新芽，再从这个芽长成枝条，其中许多细胞都带有这个突变，用这个枝条就可繁育出一个突变品系。许多果树（如温州蜜柑）和多年生花卉（如各种名贵菊花）的品种，就是这样选出来的。五、转基因技术与新型农作物转基因农作物具有多种全新优良品质，其特征是采用生物工程技术将一个物种基因嵌入另一个物种中，现行的基因工程的方法的主要步骤如下：1首先选择所需特性的DNA片断，以便将它导入农作物中。然后将称为细胞质遗传体的螺旋体DNA链从土壤细菌中抽取出来，再把细胞质遗传体环剪开，以便将所需特性DNA片断嵌入环中，并把再造细胞质遗传体环移回土壤细菌中。2例如改造西红柿，就将一片西红柿叶浸入这种土壤细菌溶液中以利土壤细菌与西红柿细胞亲合。这样就将改变的细胞质遗传体转移到植物细胞DNA链中。3一旦外源DNA被移植到农作物细胞核中，它便成为该植物染色体成分。4研究人员继而培植该植物细胞，直至它分裂并生成新型植物。与此同时，新生植物就带有为其基因编码的外源DNA。5含有全新特性的植物就可以入土栽培了。自从美国农业人员纷纷采用首批上市的生物工程技术改良农作物品种以来，研究人员还在研制其他可以大大改进农作物品质且有保健医疗功效和出产优质纤维的农作物。例如：抗除草剂农作物：1996年孟山都生物技术公司开始上市销售基因改良大豆，这种新型大豆具有抵抗该公司出产的一种常用除草剂的能力。孟山都和霍甲斯特公司合作还推出了抗草剂玉米。用转基因技术得到新的生物改良饲料。不久人们可以给家禽和奶牛喂食生物改良饲料，以便为人类提供更优良的蛋白质并帮助动物吸收磷。生物改良饲料既能降低饲料成本，又能减少动物粪便中磷含量，因而既能提高经济效益，又有利于保护生态环境。六、典型例题分析例1生物变异的主要来源和生物进化的主要因素是（）A基因重组B基因突变C染色体变异D环境变化分析：基因重组是原有基因重新组合，导致后代发生变异；染色体结构变异和数目变异，可使遗传物质（包括基因）增加或减少，但不能改变遗传物质分子结构，不产生新基因。只有基因突变才能改变遗传物质的DNA的分子结构，产生新基因，是生物变异的主要来源和生物进化的主要因素。答案：B例2基因A与a1、a2、a3之间的关系如上图示，该图不能表示（）A基因突变是不定向的B等位基因的出现是基因突变的结果C正常基因与致病基因可以通过突变而转化D这些基因的转化遵循自由组合定律分析：该图表示基因突变的不定向性（多方向性），原因是复制过程中，差错可能出现在基因的两条链上的任何一个部位。等位基因（A、a1、a2、a3互称等位基因），并通过突变相互转化。由于本图指某个基因位点的突变情况，与自由组合规律无关。答案：D例3人类镰刀型细胞贫血征是基因突变引起的。（1）由于病人的血红蛋白分子的一条多肽链上，有一个氨基酸发生了改变，这就是血红蛋白分子的一条多肽链上，一个谷氨酸被一个_所代替（）A亮氨酸B赖氨酸C色氨酸D缬氨酸（2）为什么会产生氨基酸分子的改变呢？关键是由于控制合成血红蛋白分子的遗传物质DNA的碱基序列发生了改变，CTT变成了（）ACTTBCATCCGTDCUT分析：人类镰刀型细胞贫血征的发病机理是基因突变引起的。即在复制时控制合成血红蛋白分子的遗传物质DNA的碱基发生了改变，由CTTCAT，从而导致血红蛋白分子的一条多肽链上的谷氨酸被缬氨酸所代替，使血红蛋白结构改变，功能也随之改变，造成镰刀型细胞贫血征。答案：（1）D（2）B例4等位基因的产生，发生在（）A突变过程中B重组过程中C染色体变异过程中D可遗传变异过程中分析：基因突变是不定向性的，一个基因可以向多个方向发生突变，形成一个以上的等位基因。突变形成的基因之间可以互称等位基因。答案：A例5卵原细胞在进行DNA复制时，细胞中不可能出现的是（）A解旋B蛋白质合成C基因突变D基因重组分析：基因重组发生在减数第一次分裂的后期，等位基因随同源染色体的分开而分离，非等位基因随着非同源染色体自由组合而自由组合。答案：D例6中国青年科学家陈大炬成功地把人的抗病毒干扰基因“嫁接”到烟草的DNA分子上，可使烟草获得抗病毒的能力，形成转基因产品，试分析回答：（1）人的基因之所以能接到植物体内，原因是_。（2）烟草具有抗病毒能力，这表明烟草体内产生了_，这个事实说明，人和植物共同有一套_，蛋白质的合成方式_。（3）该工程运用于实践，将给农业、医药等诸多领域带来革命，目前已取得了许多成就，请你列举你所知道或你所设想该工程的三个具体实例。（4）有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，有如水能载舟也能覆舟，甚至可能带来灾难性的后果，你是否支持这一观点？如果支持，请你举出一个可能出现的灾难性后果的实例。分析：该题是以生物新成就为新信息的迁移题，根据提供的信息结合课本知识，人的DNA分子结构组成与植物DNA结构组成是相同的，是实现基因片断转移拼接的结构基础。烟草具有了抗病毒能力，证明了人抗病毒干扰基因“嫁接”在烟草DNA上获得成功并得以表达，产生了抗病毒干扰素（一种蛋白质），这个事实说明了人和植物共有一套遗传密码，蛋白质合成方式相同。（3）（4）是半开放题，是转基因技术在生活、生产上的运用，考查学生的创新能力和对新技术的评价能力。答案：（1）人与植物DNA结构组成相同（2）抗病毒干扰素遗传密码相同（3）将抗病毒基因嫁接到水稻中，形成抗病毒水稻新品种，将人的血型基因移入猪体内，培育有人血的猪；将干扰素基因移入细菌体内，培育出能产生干扰素的细菌。（4）用于改良作物的抗不良环境的基因引入杂草，就将难以控制杂草。例7航天育种就是农业和航天业在科技上结合的产物。它的育种原理是充分利用了空间环境具有的强宇宙射线辐射，高真空，失重等综合因素的有利条件。当这些因素共同体作用于DNA分子时，可使DNA分子外围的电子激活，结果造成DNA分子碱基的突变，或者引起染色体的缺失、倒位、易位、重复等畸变，从而对植物种子产生诱变作用，获得优良品种。（1）紫外线对DNA的损伤，主要是（）A使碱基脱氨基B使嘌呤烷化C脱嘌呤作用D形成嘧啶二聚体（2）下列哪种波长最能有效地诱发基因突变（）A2600 nmB260 nmC280 nmD280 （3）把“和平号”实验室内的植物种子，带回地球种植，产量和营养成分都有明显的优势。植物的这种变异来源于_，原因是_。分析：紫外线作用于DNA分子时，主要是形成了胸腺嘧啶二聚体，因而阻碍双链的分开，下一步的复制以及碱基的正常配对和腺嘌呤的正常掺入，因而导致了突变。紫外线的波长在260 nm范围左右。由它产生的植物变异即为基因突变。答案：（1）D（2）B（3）基因突变主要是由于辐射及失重，使基因内的碱基排列顺序改变例8利用g射线辐射种子，可以使其发生变异，培养新品种。（1）这是利用g射线的哪种作用（）A电离作用B贯穿作用C物理化学作用D加热作用（2）其变异的机理是（）A基因重组B基因突变C基因互换D染色体变异（3）在医疗卫生上，用放射性钴60放出的g射线治疗肿瘤，其原理是利用了g射线的（）A电离作用，使肿瘤细胞转化B贯穿本领，导致基因突变C高能量，杀死肿瘤细胞D热作用，减轻病人痛苦分析：g 射线属于电离射线中的电磁波辐射，会对细胞产生物理学和化学的双重效应；这时将引起遗传物DNA分子中碱基的改变、糖和磷酸基的改变及键的变化而引起染色体的断裂等情况。高剂量的g射线还会杀死细胞。答案：（1）C（2）B（3）C例9某基因的一个片断中的aDNA链在复制时一个碱基由GC，该基因复制三次后发生突变的基因占该基因总数的（）A100%B50%C25%D12.5%分析：DNA的复制是半保留式的，在DNA双链中，以aDNA单链为模板复制的子代双链DNA中，两条单链都有基因突变。而以与aDNA链的互补链为模板复制的子代双链DNA中，两条单链都有基因突变。而以与aDNA链的互补链为模板复制的后代DNA中，基因都是正常的，因此在后代DNA中，正常基因和突变基因各占一半。答案：B例10如下图所示某一红色面包霉合成某一肽链的过程：在一次实验中，经测试只发现鸟氨酸、瓜氨酸、赖氨酸，没有精氨酸，产生此种现象的可能原因是_，致使_。答案：基因发生突变酶失去催化能力七、相关高考题回顾1（1997年上海高考题）同一品种的小麦，在肥料充足的条件下会出现穗大粒多的性状，引起这种性状变异的原因是（）A基因突变B基因重组C环境条件的改变D染色体变异答案：C2（1996年上海高考题）基因突变常发生在细胞周期的（）A分裂间期B分裂期前期C分裂期后期D在分裂期的各个时期都有可能答案：A3（1991年全国高考题）某种自花授粉植物连续几代只开红花，有一代开出一只白花，该花的自交子代全开白花。其原因是（）A基因突变B基因分离C基因互换D基因重组答案：A4（第一届IBO试题）下列因素中哪个不是诱变剂（）Ag射线B紫外线C吖啶类染料D乙酸答案：D5（xx年广东高考题）人类的正常血红蛋白（HbA）b链第63位氨基酸是组氨酸，其密码子为UAU或CAC。当b链第63位组氨酸被酪氨酸（UAU或UAC）替代后，出现异常血红蛋白（HbM），导致一种贫血症；b 链第63位组氨酸被精氨酸（CGU或CGC）所替代而产生的异常血红蛋白（HbZ）将引起另一种贫血症。（1）写出正常血红蛋白基因中，决定b链第63位组氨酸密码子的碱基对组成。（2）在决定b链第63位组氨酸密码子的DNA三个碱基对中，任意一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？答案：（1）（2）不会。因为第三对碱基发生ATGC或GCAT变化后，产生的遗传密码为CAC或CAU，仍然是组氨酸的密码子，因而不影响产生正常的血红蛋白。6（xx年上海高考题）昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将它导入细菌体内，并与细菌内的DNA分子结合起来。经过这样处理的细菌仍能分裂繁殖。请据上述资料回答：（1）人工诱变在生产实践中已得到广泛应用，因为它能提高_，通过人工选择获得_。（2）酯酶的化学本质是_，基因控制酯酶合成要经过_和_两个过程。（3）通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酯酶，这是由于_。（4）请你具体说出一项上述科研成果的实际应用_。答案：（1）基因突变频率人们的需要的突变性状（2）蛋白质转录翻译（3）控制酯酶合成的基因随着细菌DNA分子复制而复制，并在后代中表达（4）用于降解污水中的有机磷农药，以保护环境7（xx年广东高考题）一只雌鼠的染色体上的某基因发生突变，使得野生型性状变为突变型。请回答下列问题：（1）假定控制突变型的基因是位于常染色体上的隐性基因，则用纯合野生型雄鼠与上述雌鼠杂交，后代表现型是_。（2）另假定上述雌鼠为杂合子，让其与野生型雄鼠杂交，F1代表现型有四种，分别为突变型、野生型、突变型、野生型，比例为1111。F1中选用野生型、突变型的个体进行杂交，其下一代的表现型中所有的均为野生型，所有的均为突变型。请问：突变基因位于X染色体上还是在常染色体上，用遗传图解表示并加以说明（B表示显性基因，B表示隐性基因）。答案：（1）野生型（2）图解如下假设1B位于X染色体上假设2B位于常染色体上结论：因为上述雌鼠为杂合子与野生型雄鼠杂交，F1出现四种类型且比例相等，说明控制突变性状的基因为显性基因B。假设1的图解所表示的推理结果与杂交实验结果一致；假设2的图解表示的推理结果与杂交实验结果不一致。所以突变基因位于X染色体上。8（xx年上海高考题）在一块栽种红果番茄的田地里，农民发现有一株番茄是黄色的。这是因为该株番茄（）A发生了基因突变B发生了染色体畸变C发生了基因重组D生长环境发生改变答案：A9（xx年全国高考题）下面叙述的变异现象，可遗传的是（）A割除公鸡和母鸡的生殖腺并相互移植，因而部分改变的第二性征B果树修剪后所形成的树冠具有特定的形态C用生长素处理未受粉的番茄雌蕊，得到的果实无籽D开红花的一株豌豆自交，后代部分植株开白花答案：D10（xx年广东高考题）据调查统计，近年来我国青少年的平均身高有所增加，与此现象无关的是（）A基因突变B营养素供给充分C食用生长激素（蛋白质类化合物）较多D染色体变异答案：ACD11（xx年全国理科综合高考题）1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co放射源进行了实验验证。次年，李、杨两人为此获得诺贝尔物理奖。Co的衰变方程是：CoNiee其中e是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零。（1）Co和Fe同周期，它应在周期表的第_周期。Co的核外电子数为_。在上述衰变方程中，衰变产生Ni的质量数A是_，核电荷数Z是_。（2）在核变Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产生Ni和e的运动轨迹不在一条直线上。如果认为衰变产物只有Ni和e，那么衰变过程将违背_守恒定律。（3）无水CoCl2为深蓝色，吸水后变为粉红色的水合物，水合物受热后又变成无水CoCl2，故常在实验室中用作吸湿剂和空气湿度指示剂。现有无水CoCl265 g，吸水后变成CoCl2xH2O119 g，水合物中x的值是_。（4）Co是典型的g放射源，可用于作物诱变育种。我国应用该方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积曾达到3000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大。g射线处理作物后主要引起_，从而产生可遗传的变异。除g射线外，用于人工诱变的其他射线还有_、_和_。答案：（1）4276028（2）动量（3）6（4）基因突变X射线中子（流）紫外线教后分析生物的变异现象是生物的特征之一。变异为生物进化提供了最原始和最丰富的原材料。在教学过程中，应自始至终给学生讲清楚这个基本道理。基因突变是本节的重要内容之一，要利用现代教育手段把有关的概念、意义、特点等形象直观、浅显易懂地教给学生，让学生从具体的感情材料中把握住其内涵。