第四节 生物的变异

标签:第四节 生物的变异发布时间:2017/1/3 7:51:00

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第四节 生物的变异

一 基因突变和基因重组

教学目的

1、基因突变的概念、特点和意义(B:识记)

2、人工诱变在育种上的应用(A:知道)

3、基因重组的概念和意义(A:知道)

教学重点

1、基因突变的概念和特点

2、基因重组的概念

教学难点

基因突变的概念

教学用具

镰刀型细胞贫血症病因的图解

教学方法

教授法、讨论法

课时安排

2课时

教学过程

第一课时

前面我们已经学习了生物的遗传,了解了性状为什么能够遗传以及性状遗传时遵循的规律。

我们知道生物的性状是由由遗传物质决定的。性状的表现除了与遗传物质有关外,还与外界条件有关。当性状由亲代传递到子代时,不会一成不变,或多或少都会存在差异。这是因为生物体不仅具有遗传还具有变异。变异是指亲代与子代、子代与子代之间在形态、结构和生理上表现有差异的现象。那么生物的变异又是如何产生的呢?生物的变异又有什么特点呢?

今天我们就来学习生物的变异。

(一)变异的类型

生物的变异有这样两种类型,不遗传的变异和可遗传的变异。

1、不遗传的变异

什么情况下的变异不遗传,什么情况下的变异可遗传?

生物的表现型与基因型和外界环境条件有关。由外界环境条件的影响而引起的(不涉及遗传物质的改变)这种变异是不遗传的变异。

2、可遗传的变异

由遗传物质的改变而引起的变异就是可遗传的变异。

可遗传的变异是生物变异的主要类型。它的来源主要有三方面:基因突变、基因重组和染色体变异。

(二)基因突变

那么,什么是基因突变?基因突变是怎么产生的?又怎么导致生物变异呢?下面我们以正常的红细胞基因突变形成镰刀型细胞贫血症患者的红细胞为例来看一下。

1、基因突变的概念

(1)实例——镰刀型细胞贫血症

我们知道,正常红细胞是圆饼形状的,具有运输氧气的功能。而镰刀型细胞贫血症的红细胞呈镰刀状,对其功能的完成有没有影响呢?

(有影响,运氧气能力降低,易破裂溶血造成贫血,严重时会导致死亡)

那么又是什么原因使正常的红细胞变成镰刀型红细胞呢?分子生物学研究表明,这是基因突变的结果。让我们来看课本P43镰刀型细胞贫血症病因的图解。

大家知道,生物的性状是由蛋白质来体现的。我们先来看正常血红蛋白与镰刀型血红蛋白的氨基酸的组成。

两者有什么区别?(正常的是谷氨酸,异常的是缬氨酸)

氨基酸又是由什么决定的呢?(由信使RNA上的密码子决定的)

构成信使RNA上的密码子的那些碱基又是由什么决定的呢?(由DNA上的碱基决定的)

现在,我们来比较一下正常的DNA与异常的DNA,看看它们的区别在哪里。

(一个碱基对的改变:CTT CAT)

就是由于DNA上的一个碱基对发生了改变,最终导致了镰刀型细胞贫血症。我们知道性状是由基因控制的,现在我们来回忆一下基因是怎么来决定性状的。

(基因是由脱氧核苷酸组成的,脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息,基因控制生物性状就是要把特定的遗传信息通过转录和翻译反映到具体的蛋自质结构上)

我们看到,控制血红蛋白的DNA上一个碱基对改变,使得该基因脱氧核苷酸的排列顺序——发生了改变,也就是基因结构改变了,最终控制血红蛋白的性状也会发生改变,所以红细胞就由圆饼状变为镰刀状了。基因结构改变除了碱基对的替换,还会不会有其它可能呢?

DNA分子中碱基对数目的改变也会导致基因结构的改变。当DNA中碱基对增加或减少时,对性状的表现有没有影响。

现在大家来总结基因结构的改变包括哪些变化。(DNA碱基对替换、增添和缺失)

总结:基因脱氧核苷酸顺序代表了遗传信息,顺序变了,遗传信息也变了,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,基因结构改变会使生物发生变异。

现在我们来总结一下基因突变的概念。

(2)基因突变的概念

由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变,而引起的基因内部结构的改变,就叫基因突变。

DNA(正常基因) DNA(正常基因)

脱氧核苷酸种类、数量、排列顺序改变


碱基对增添、缺失、改变

碱基序列发生改变


遗传信息改变

突变型基因(产生等位基因A a)

(3)基因突变的结果

基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变,是指单个基因内部结构上的改变。基因突变的结果是常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。下面让我们来看几个基因突变的图片。

玉米高茎→矮茎、普通羊→短腿羊、正常人→白化病

2、引起基因突变的因素(课本P43)

(1)物理因素

(2)化学因素

(3)生物因素

3、基因突变的原理

基因是有遗传效应的DNA的片段,在通常情况下能够严格地复制自己,因而得以保持它在分子结构上的稳定性。但在具体的复制过程中,可能由于各种原因而发生差错,从而使碱基的排列顺序发生局部的改变,从而改变了遗传信息。

4、基因突变的意义

基因突变往往会产生一些新的性状,这对生物有什么意义呢?

由于基因突变产生的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。

但生物的变异不只是由基因突变引起的。我们怎样去认识由于基因突变而引起的变异呢?下面我们就来了解基因突变的特点。

5、基因突变的特点

先来看几个图片:正常棉花→短果枝;水稻高杆→矮杆;果蝇长翅→残翅;家鸽羽毛白色→灰红色;人正常色觉→色盲;正常人→白化病

这些图片中,有植物,动物,还有人的例子。基因突变有什么特点呢?

(1)基因突变的普遍性

植物、动物和人都可能发生基因突变。这也说明基因突变在生物界是普遍存在的。无论是低等生物,还是高等动植物以及人,都可以发生基因突变。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。

(2)基因突变是随机发生的

基因突变发生在什么时期呢?哪些细胞能发生基因突变呢?

其实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。我们以植物个体发育过程为例。个体发育的起点是受精卵,经过分裂形成胚,种子萌发长成一个新个体,其间任何时期任何细胞都可能发生突变。大家特别注意看,叶芽和花芽部位突变以及引起突变性状的表现部位。

基因突变发生的时期与突变性状的表现有什么关系?

(突变发生的时期越早,表现突变的部分越多,突变发生的时期越晚,表现突变的部分越少)

如果突变发生在体细胞,该性状会不会遗传给后代?

(不会,只有生殖细胞的突变才会遗传给后代)

既然任何生物发育的任何时期任何细胞都可能发生突变,那是不是突变很容易发生、也会很多突变呢?

(3)基因突变的低频性

基因突变率很低,高等生物中大约有十万个到一亿个生殖细胞中才会有一个生殖细胞发生基因突变,低等生物,细菌、噬菌体突变频率更低,同一种生物不同的基因突变率也不一样。

(4)基因突变的多害少利性

基囱突变对生物体究竟好不好呢?

(有的不好。如白化病、色盲;有的好,如小麦矮杆能抗倒伏,微生物抗药性突变等)

基因突变绝大多数是有害的,但也有少数有利,为什么呢?因为任何一种生物都是长期进化过程的产物,它们与环境已经取得了高度协调。如果发生基因突变就可能破坏这种协调关系。因此基因突变对于生物往往有害,但少数是有利的。

我们能不能只让它进行有利的突变呢?

(5)基因突变的不定向性

基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变,产生一个以上的等位基因。例如(看投影片),控制小鼠毛色的灰色基因(A+)可以突变成黄色基因(AY),也可以突变成黑色基因(a)。但是,每一个基因的突变,都不是没有任何限制的。例如,小鼠毛色基因的突变能不能突变成毛的长短呢?不能,只限定在色素的范围内,不会超出这个范围。

这节课我们主要学习了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:①普遍性、②随机性、③突变率低、④多数有害和⑤不定向性。

板书

第四节 生物的变异

一 基因突变和基因重组

(一)变异的类型

1、不遗传的变异

2、可遗传的变异

来源:基因突变、基因重组、染色体变异

(二)基因突变

1、基因突变的概念

(1)实例——镰刀型细胞贫血症

(2)基因突变的概念

DNA(正常基因) DNA(正常基因)

脱氧核苷酸种类、数量、排列顺序改变


碱基对增添、缺失、改变

碱基序列发生改变


遗传信息改变

突变型基因(产生等位基因A a)

(3)基因突变的结果

2、引起基因突变的因素

(1)物理因素

(2)化学因素

(3)生物因素

3、基因突变的原理

基因是有遗传效应的DNA的片段,在通常情况下能够严格地复制自己,因而得以保持它在分子结构上的稳定性。但在具体的复制过程中,可能由于各种原因而发生差错,从而使碱基的排列顺序发生局部的改变,从而改变了遗传信息。

4、基因突变的意义

5、基因突变的特点

(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

在自然条件下发生的基因突变叫自然突变,在人为条件下诱发产生的叫诱发突变。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?那诱发突变的人为条件是什么呢?今天我们接着来学习人工诱变在育种上的应用。

6、人工诱变在育种上的应用

(1)人工诱变的概念

人工诱变是指利用物理因素或化学因素来处理生物,使生物发生基因突变。物理方法包括X射线、紫外线、激光等(辐射育种);化学方法有秋水仙素、亚硝酸、硫酸二乙酯等(化学诱变育种)。

(2)人工诱变育种的优、缺点

优点:

可提高突变率,使后代变异性状较快地稳定,加速育种的进程,创造人类需要的突变新类型,从中选育出优良新品种。也可以大幅度地改良某些性状。

通过这种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。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%。另外,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50000~60 000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。

缺点:

诱发产生的突变,有害的多,有利的极少。要选育出有价值的变异后代,就要做大量的工作,处理大量的供试材料。

其实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。那么基因重组造成的生物变异又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。

(三)基因重组

1、基因重组的概念

基因重组是指在有性生殖的过程中,控制不同性状的非等位基因之间的重新组合。

2、基因重组的原理

(1)基因自由组合

关于基因重组我们在前面学习自由组合定律和连锁交换定律时已经接触过这方面的知识。大家先写一下,黄色圆粒与绿色皱粒作亲本杂交,产生后代的过程。

P 黄色圆粒X绿色皱粒

F1 黄色圆粒

F2黄色圆粒黄色皱粒绿色圆粒绿色皱粒

F2除了黄色圆粒、绿色皱粒以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?

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。

请大家把这个过程的染色体图画出来。

可见,基因重组可以发生在什么情况下?

(减数分裂形成配子时非同源染色体上的非等位基因自由组合)

(2)基因交换

接下来我们再来写一个遗传图,亲本是灰身长翅和黑身残翅,其子一代雌性个体测交,写出测交后代的表现型(提示大家这两对等位基因位于一对同源染色体上)。

P 灰身长翅X黑身残翅

测交 F1 灰身长翅X黑身残翅

测交

后代: 灰身长翅黑身残翅灰身残翅黑身长翅

在测交后代我们看到了有两种类型是亲本没有的,灰身残翅和黑身长翅。这两种变异的性状又是如何产生的呢?

(控制不同性状的基因重新组合)

是不是基因的自由组合?

(不是,是基因交换的结果)

请大家把基因互换过程的染色体图写出来。

从图上我们看到这种基因重组是发生在减数分裂四分体时期,由于同源染色体的非姐妹染色单体之间常常发生局部互换,而造成控制不同性状的基因重新组合。

以上是基因重组的两种类型,我们看到这两种类型的基因重组都是在有性生殖过程中实现的。在有性生殖过程中,由于父本和母本遗传物质基础不同,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。基因重组的变异又有什么特点?请大家阅读课本P45下段的内容。

3、基因重组的特点

基因重组的特点是变异非常丰富。为什么基因重组形成的变异丰富?

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。

我们看书上给了一个数据,210=1024种是说具有10对相对性状的亲本进行杂交时,只考虑自由组合引起的基因重组,F2可能出现的表现型。在生物体内尤其是在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革体之间的局部交换引起的基因重组在自然界中也十分常见,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。

需要强调的是这些基因重组的变异必须通过有性生殖过程实现。丰富多彩的变异是形成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。

总结:

第一,变异的两种类型——不遗传变异和可遗传变异的来源。不遗传变异仅由外界条件引起,没有改变遗传物质,这种变异不能遗传。可遗传变异是遗传物质改变引起,它来源于基因突变、基因重组、染色体变异,是变异的主要类型。生物具有变异才可以进化。

第二,基因突变和基因重组,它们引起的变异的区别(本教案P49)

1、基因突变是基因内部结构改变,它能产生新的基因。基因突变的过程发生在DNA复制时,特点是①普遍性、②随机性、③突变率低、④多数有害、⑤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。基因重组的过程发生在有性生殖过程中,特点是非常丰富。

第三,了解人工诱变在育种上的应用。(本教案P50)

板书

第四节 生物的变异

6、人工诱变在育种上的应用

(1)人工诱变的概念

(2)人工诱变育种的优、缺点

(三)基因重组

1、基因重组的概念

2、基因重组的原理

(1)基因自由组合

(2)基因交换

3、基因重组的特点

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