4.4 基因突变和基因重组 教案 (苏教版必修2)

4.4 基因突变和基因重组教案（苏教版必修2）
●课标要求
1．掌握基因突变和基因重组概念和类型并能通过细胞分裂图识别判断两种基因重组的类型。

2．通过实例能分析出不同类型的基因突变对肽链及生物性状的影响。

3．结合实例能归纳总结出基因突变的特征。

4．说明基因突变和基因重组的重要意义。

●课标解读
1．说明基因突变的特征和原因。

2．总结基因重组及其意义。

3．简述基因工程的基本原理及应用。

●教学地位
本课时所学内容是可遗传变异的两种重要来源，其关键是基因突变，理解它关键就是要通过分析镰刀型细胞贫血症得出基因突变的实质。

由于它还与遗传病有紧密的联系，所以在本学科有作为基础的地位，并有承上启下的作用。

高考中，对基因突变的类型、特点及对性状的影响的考查尤为突出，还常考查基因突变和基因重组在育种生产实践中的应用，如人工诱变的方法过程、杂交育种的原理和方法等。

●教法指导
1．让学生利用类比推理基因突变的类型和结果。

理解基因突变的类型，可以用英文句子中一个字母的改变，导致句子意思不变、变化不大、完全变化三种情况，通过联想和类比的方法，结合不同密码子对应相应的氨基酸的知识，了解基因突变对生物性状影响的三种情况。

使学生明确基因突变不一定都导致生物性状的改变。

2．对于基因突变的具体原因，在教学过程中引导学生回忆癌症的相关问题并展示一些基因突变的实例，介绍癌症的形成是体细胞发生基因突变的结果，然后让学生列举生活中的事例，引导学生分析思考讨论得出基因突变的原因，归纳哪些因素会诱发基因突变，从而选择健康的生活方式养成健康的生活习惯。

3．比较并区别基因突变、基因重组和染色体变异。

●新课导入建议
1．播放一段关于镰刀型贫血症的视频，同时展示正常红细胞和病变的红细胞的形态及血红蛋白的结构异常的图片，引出根本原因“基因突变”，由袁隆平的高产杂交水稻引出“基因重组”。

2．“你见过这样的老鼠吗？”，“你见过这样的青蛙吗？”。

图片展示：切尔诺贝利核电站周围的老鼠和青蛙，“是什么原因导致了生物变异呢？”由于核辐射导致了基因突变，到底什么是基因突变呢？今天这节课我们一起来学习基因突变。

3．课件展示同一只母兔生的一窝不同毛色的兔子，白化病患儿，玉米中的白化苗，神奇的太空椒与普通辣椒的比较，试问这些均属于哪几种可遗传的变异呢？它们有什么不同吗？引出课题。

●教学流程设计
课前自主导学：(1)阅读教材P76－78，填充“【课前自主导学】知识1－知识3，完成思考交流1、2”。

(2)阅读教材P79－80填充“【课前自主导学】知识4，完成思考交流3”。

(3)阅读教材P80－81，填充“【课前自主导学】知识5”。

⇒步骤1：课程导入：使用【新课导入建议】中的三种形式之一导入基因突变及重组，引出课题。

⇒步骤2：评价自学效果；提问学生基因突变和基因重组的概念，学生抢答【正误判断】，并校正。

⇒步骤3：课件展示镰刀型贫血症的发病机理，总结“基因突变”的概念，思考三种情况的碱基对的变化对蛋白质的影响情况如何，然后通过【探究1】总结，学生分析解答【例1】⇓
步骤7：结合【探究3】总结DNA重组技术的工具、过程，学生分析解答【例3】。

⇐步骤6：引导学生回忆减数分裂的第一次分裂染色体行为特征“联会、非同源染色体的随机结合”，继而与基因重组的类型相联系。

课件展示基因重组的两个类型，结合【探究2】对染色体交叉互换与易位比较，分析解答【例2】。

⇐步骤5：以小组抢答互动得分方式自测【当堂双基达标】的1、2、6题。

⇐步骤4：课件展示基因突变对生物性状的影响，对后代的影响，思考基因突变的结果。

结合【探究1】进行总结。

⇓
步骤8: 默诵【结论语句】，完成教材P82【评价指南】，尝试构建最佳知识网络，课下完成【当堂双基达标】3、4、5、6题。

1.
2．含义
DNA分子中碱基对的增添、缺失或改变等。

1.素错误!
2．特点
(1)频率低：自发突变频率很低。

(2)方向不确定：一个基因可以向不同方向发生变异，从而产生一个以上的等位基因。

(3)随机性：可发生在生物个体发育的任何时期，以及细胞内不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上。

(4)普遍性：在整个生物界是普遍存在的。

3．结果
基因通过突变成为它的等位基因。

1．没有诱导因素，也会发生基因突变吗？
【提示】会。

1.生物变异的根本来源，增加了基因存在方式的多样性，为生物进化提供了原始材料。

2．揭示了生物性状遗传变异的规律，从而成为进行动植物遗传改良的基础。

2．基因突变一定会引起生物性状的改变吗？试分析原因。

【提示】不一定。

(1)由于一种氨基酸可以由一个或多个密码子决定，基因结构改变并不一定会导致蛋白质的改变。

(2)若为隐性突变，如AA中其中一个A―→a，此时性状也不会改变。

1.含义
生物体在进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合的过程。

2．原因
(1)减数分裂时，非同源染色体上的非等位基因进行了自由组合。

(2)四分体时期，同源染色体(非姐妹染色单体)之间遗传物质的交换。

3．结果
可能产生与亲代基因型不同的个体，从而可能出现新的性状。

4．意义
基因重组能够产生与亲代不同的基因组合的子代，既是生物进化的源泉，也是形成生物多样性的重要原因之一。

3．受精过程中，雌雄配子的随机结合属于基因重组吗？
【提示】不属于，生物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，是发生在产生配子的过程中。

精子与卵细胞结合过程中没有基因的重组。

1.含义
将从一个生物体内分离得到或人工合成的目的基因导入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要的产物的技术。

2．操作工具
包括限制性内切酶、DNA连接酶、载体三种。

3．操作的一般步骤
4．应用
(1)生产特殊蛋白质，如胰岛素，乙肝疫苗等。

(2)动植物的遗传改良，如转基因抗虫棉。

(3)人类基因治疗。

1．基因突变可产生新基因，基因重组只是产生新基因型。

(√)
2．基因中脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序的改变就是基因突变。

(√)
3．人工诱变所引起的基因突变多数是有利的。

(×)
【提示】基因突变多数是不利的。

4．基因重组发生在受精作用的过程中。

(×)
【提示】基因重组发生在减数分裂过程中。

5．在减数第一次分裂前期和减数第一次分裂后期都可以发生基因重组。

(√)
①基因突变后对蛋白质的结构有何影响？
②基因突变后对性状和后代有何影响？
1．基因突变的概念图解如下：
2．基因突变与基因表达的联系：
3.
基因突变引起基因“质”的改变，产生了原基因的等位基因，改变了基因的表现形式，
如由A→a(隐性突变)或a→A (显性突变)，但并未改变染色体上基因的数量和位置。

4．基因突变对性状的影响：
(1)基因突变影响后代性状。

原因：突变引起密码子改变，最终表现为蛋白质结构和功能改变，影响生物性状。

例如镰刀型细胞贫血症。

(2)基因突变不影响后代性状。

原因：①若基因突变发生后，引起了信使RNA上的密码子改变，但由于一种氨基酸可对应多个密码子，若该改变了的密码子与原密码子仍对应同一种氨基酸，此时突变基因控制的性状不改变。

②若基因突变为隐性突变，如AA中其中一个A→a，此时性状也不改变。

5．基因突变对后代的影响：
(1)基因突变发生在有丝分裂过程中，可以通过无性生殖传递给子代。

由于多数生物进行有性生殖，一般不传递给下一代，所以体细胞突变，对后代影响小。

(2)基因突变发生在减数分裂过程中，可以通过配子传递给后代，对于有性生殖的生物来说对后代影响大。

1．基因中碱基对数目改变属于基因突变。

2．染色体上基因数目的改变属于染色体结构变异。

(2013·徐州高一检测)自然界中，一种生物某一基因及其三种突变基因决定的蛋白质的部分氨基酸序列如下：
正常基因精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸
突变基因1精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸
脯氨酸
突变基因2精氨酸亮氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸
突变基因3精氨酸苯丙氨酸苏氨酸酪氨酸
丙氨酸
根据上述氨基酸序列确定这三种突变基因DNA分子的改变是()
A．突变基因1和2为一个碱基的替换，突变基因3为一个碱基的增添
B．突变基因2和3为一个碱基的替换，突变基因1为一个碱基的增添
C．突变基因1为一个碱基的替换，突变基因2和3为一个碱基的增添
D．突变基因2为一个碱基的替换，突变基因1和3为一个碱基的增添
【审题导析】(1)基因中碱基对的替换结果引起构成蛋白质的氨基酸改变一个或不改
变。

(2)基因中碱基对的增添、缺失则一定引起蛋白质氨基酸序列的依次改变。

【精讲精析】基因突变是由于DNA分子中碱基对的增添、缺失或改变而引起基因分子结构的改变。

突变的基因通过转录还引起信使RNA上密码子改变，密码子在信使RNA 上既不间断也不重叠，所以DNA碱基对增添，信使RNA上密码子种类、数目和序列改变，可能引起氨基酸种类和数目改变。

DNA碱基对改变，只能引起信使RNA上密码子种类改变，不改变密码子的数目，结果可能引起氨基酸种类变化，也可能不引起氨基酸种类变化(因为一种氨基酸有多个密码子)。

突变基因1是基因中某个碱基对改变，但没有引起信使RNA上密码子编码的氨基酸种类发生变化，这是由于一种氨基酸有多个密码子。

突变基因2是基因中某个碱基对改变，使信使RNA上苯丙氨酸的密码子变成了亮氨酸的密码子。

突变基因3是基因中增添了某个碱基对，使信使RNA上从苯丙氨酸以后的密码子种类都发生了改变。

【答案】 A
①基因重组有哪些类型？
②染色体的交叉互换与染色体的易位有什么不同？
1．基因重组的三种类型
2.染色体交叉互换与易位的区别
(1)交叉互换属于基因重组，发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，如下图所示：
(2)易位属于染色体结构变异，发生在非同源染色体之间，是指染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上。

(多选)以下有关基因重组的叙述中正确的是()
A．非等位基因都可能自由重组
B．染色体中的基因交换都属于基因重组
C．同胞兄妹间的遗传差异与父母基因重组有关
D．转基因技术也属于可遗传变异中的基因重组
【审题导析】(1)区分基因重组的类型。

(2)理解基因重组的意义。

【精讲精析】此题考查对基因重组的理解，具体分析如下：
①基因工程的基本工具及步骤有哪些？
②如何利用基因工程解决粮食问题？
由于重组DNA技术是在DNA分子水平上设计和施工的，因此又称为基因工程。

1．工具
(1)限制性核酸内切酶：限制酶是生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外来的DNA 分子切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。

特点：特异性。

即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。

(2)DNA连接酶：DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。

(3)目的基因导入过程需要运输工具——载体
常用的载体主要有两类：质粒、噬菌体或某些动植物病毒。

质粒是基因工程最常用的载体，质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单位，绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA 分子。

2．重组DNA技术的一般过程
(1)基因工程与转基因动植物：获得高产、稳定和具有优良品质的农作物，培养具有各种抗逆性的作物新品种；获得人们所需要的具优良品质的转基因动物。

(2)基因工程与药物研制：如胰岛素、干扰素等。

(3)基因工程与环境保护：用DNA探针检测水中病毒的含量；获得分解有毒化合物的“超级菌”，如吞噬汞和降解土壤中DDT的细菌。

目的基因在受体细胞中得以表达的原理在于所有生物共用一套遗传密码——相同的基因在不同生物中可表达相同的蛋白质。

(2013·张家港高级中学高一检测)科学家利用基因工程技术，将人胰岛素基因拼
接到大肠杆菌的DNA 分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产了人胰岛素，操作过程如图所示：
(1)①过程所使用的酶与获取胰岛素基因所使用的酶________(相同或不同)。

(2)②过程使用的酶是________，它的作用是使质粒与目的基因结合形成________分子。

(3)
在
基
因
工
程
中
③
的
目
的
是
________________________________________________________________________。

(4)在基因工程中的目的基因的表达和检测中是通过看大肠杆菌是否产生________实现的。

(5)大肠杆菌合成人胰岛素的过程可以表示为__________________(用箭头和简要文字)。

【审题导析】 (1)理解图解中重组DNA 的过程。

(2)理解重组DNA 所用的工具及作用。

【精讲精析】 (1)获取目的基因和切割质粒使用的是同一种限制酶，这样可以获得相同的黏性末端。

(2)②过程表示目的基因(人胰岛素基因)与载体(质粒)结合成重组DNA 分子的过程。

(3)③表示将目的基因导入受体细胞(大肠杆菌)的过程。

(4)如果要检测人胰岛素基因是否在大肠杆菌内表达，应检测是否有胰岛素产生。

(5)大肠杆菌合成人胰岛素的过程是人胰岛素基因表达的过程，包括转录和翻译。

【答案】 (1)相同
(2)DNA 连接酶 重组DNA(或重组质粒) (3)将目的基因导入受体细胞 (4)人胰岛素
(5)DNA(基因)――→转录mRNA ――→翻译
蛋白质本 课 知 识 小 结
网络构建
基因突变和基因重组基因突变概念特点意义原因重组DNA技术工具一般过程基因重组
概念意义类型
结论语句
1．基因突变分为自发突变和人工诱变。

人工诱变的因素分为物理因素、化学因素和生物因素。

2．基因突变是指DNA分子中碱基对的增添、缺失或改变等。

3．基因突变的特点有：发生频率低、方向不确定、随机发生、普遍存在。

4．基因重组发生在有性生殖过程中，包括自由组合和交叉互换。

5．重组DNA技术所用工具有限制性内切酶、DNA连接酶和载体。

1．下列针对基因突变的描述正确的是()
A．基因突变丰富了自然界的基因种类
B．基因突变的方向是由环境决定的
C．亲代的突变基因一定能传递给子代
D．基因突变只发生在生物个体发育的特定时期
【解析】基因突变能产生新的基因，丰富自然界中基因的种类；当基因突变发生在有丝分裂中时一般不会传给后代，当发生在减数分裂中时可能传给后代；基因突变具有不定向性和普遍性等特点。

【答案】 A
2．(2013·苏州高一期末)下列关于基因突变的叙述，不正确的是()
A．基因突变一般发生在DNA复制过程中
B．基因突变可发生在生物个体发育的任何时期
C．基因突变一定能改变生物的表现型
D．基因突变能产生新的基因
【解析】基因突变是由于碱基对的变化引起基因结构的改变，所以会产生新基因，由
于密码子的简单性，后代的性状不一定改变。

基因突变有普遍性，所以可以发生在生物体发育的任何时期，生物体的任何部位。

若发生了基因突变一般是发生在DNA复制时，因为DNA复制时，螺旋的程度低，易受外界因素的影响，引起变异。

【答案】 C
3．下列各项中可以导致基因重组现象发生的是()
A．姐妹染色单体的交叉互换
B．等位基因彼此分离
C．非同源染色体的自由组合
D．姐妹染色单体分离
【解析】后期Ⅰ，非等位基因随着非同源染色体的自由组合而自由组合。

【答案】 C
4．(2013·苏州第三中学高一质检)下面有关自然发生的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．基因重组可能出现新的性状
【解析】自然发生的基因重组是指生物体进行有性生殖的过程，即减数分裂过程中，控制不同性状的基因的重新组合，可产生新的基因型，从而形成新的表现型，是生物变异的重要来源，是形成生物多样性的重要原因之一，对于生物进化具有十分重要的意义。

但是，基因重组不会产生新的基因。

【答案】 B
5．(2012·上海高考)下图为细胞内染色体状态示意图。

这种染色体状态表示已发生()
A．染色体易位
B．基因重组
C．染色体倒位
D．姐妹染色单体之间的交换
【解析】据图可看出，此现象发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，即交叉互换，属于基因重组。

【答案】 B
6．依据基因重组概念的发展，判断下列图示过程中没有发生基因重组的是()
普通椒 人凝血因子基因 抗虫基因 初级卵细胞
――→培育 ――→转入 ――→插入 ――→形成
太空椒 羊的受精卵 大肠杆菌质粒 次级卵母细胞
A B C D
【解析】 普通椒培育成太空椒，利用了太空中微重力或辐射种子的影响，使种子发生了基因突变；B 、C 均为转基因工程，进行了人工的基因重组；初级卵母细胞形成次级卵母细胞的过程中可发生自由组合或交叉互换的基因重组过程。

【答案】 A
7．(2013·江苏省沐阳中学高一检测)下图所示人类镰刀型细胞贫血症的病因。

(1)填出图中括号内①②③所表示的具体内容：①________；②________；③________。

(2)DNA 复制过程中，可能由于各种原因而发生差错，使____________________发生局部改变，从而改变了遗传信息。

(3)研究镰刀型细胞贫血症的遗传规律，证明此遗传病为常染色体上的隐性基因所致。

设正常人的显性基因为H ，患该病的基因型为________。

若H 基因的碱基组合为CTT ，则h 基因的碱基组合为________，杂合个体的基因型为________，杂合子的表现型是________。

【解析】 镰刀型细胞贫血症是因为组成血红蛋白分子的多肽链上发生了氨基酸的替换，即谷氨酸被缬氨酸替换，这个氨基酸的变化是由于控制合成血红蛋白分子的DNA 的碱基序列发生了改变，即发生了基因突变。

根据碱基互补配对原则可知②处三个碱基分别应为
C 、A 、T 。

根据正常DNA 序列和RNA 碱基序列可推知DNA 分子中转录的模板链，从而推知缬氨酸的密码子为GUA 。

DNA 分子中，碱基的排列顺序代表了遗传信息，因而基因中碱基排列顺序的改变，也就导致了遗传信息的改变。

该病是常染色体隐性遗传病，是正常基因
H 由于其中一个碱基对发生了改变(即=====T A 变成了=====A T )而突变成了h 所致，只有是隐性纯
合子(hh)时才表现出患病症状，而杂合子(Hh)虽有该突变基因，却表现型正常，即能合成正常的血红蛋白分子。

【答案】 (1)突变 CAT GUA (2)基因中碱基的排列顺序 (3)hh CAT Hh 红细胞形态功能正常(或能合成正常的血红蛋白分子)。