2020版《全程复习方略》高考生物一轮复习课堂互动探究案1基因突变与基因重组 学案

课堂互动探究案1 基因突变与基因重组

考点突破　素养达成
　基因突变的概念、特征、原因及应用(国考5年2考)
(全国卷：2018全国卷Ⅰ；2016全国卷Ⅲ；地方卷：2018海南卷；2016天津、江苏、北京卷；
2015北京、四川、浙江、海南卷；2014浙江、江苏卷)
【师说考问】
考问1　变异类型的理解

(1)“环境条件改变引起的变异”一定就是“不可遗传的变异”吗？不一定(填“一定”或“不一定”)。
(2)基因突变和染色体变异均属于突变。其中在光学显微镜下可见的可遗传变异为染色体变异，分子水平发生的变异为基因突变和基因重组，只在减数分裂过程发生的变异为基因重组，真、原核生物和病毒共有的变异类型为基因突变。

考问2　下图为基因突变发生机理，据图填充相应内容

(注：④⑤⑥填写基因结构改变的类型。)

考问3　基因结构中碱基对的替换、增添、缺失对生物的影响
类型
影响范围
对氨基酸的影响
替换
小
只改变1个氨基酸或不改变
增添
大
插入位置前不影响，影响插入位置后的序列
缺失
大
缺失位置前不影响，影响缺失位置后的序列
增添或缺失
3个碱基
小
增添或缺失位置增加或缺失一个氨基酸对应的序列一般改变一个或两个氨基酸
考问4　基因突变未引起生物性状改变的原因
(1)从基因突变在DNA分子上发生的部位分析：基因突变发生在非编码区。
(2)从密码子与氨基酸的对应关系分析：密码子具有简并性，有可能翻译出相同的氨基酸。
(3)从基因型与表现型的关系分析：由纯合子的显性基因突变成杂合子中的隐性基因。
【题组跟进】
高考题组——研考向
　基因突变的应用考查
1．[2018·全国卷Ⅰ，6]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X
D．突变体M和N在混合培养期间发生了DNA转移
解析：突变体M需添加了氨基酸甲的基本培养基上才能生长，可以说明突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性可能丧失，从而不能自身合成氨基酸甲，而导致必须添加氨基酸甲的基本培养基上才能生长，A正确；大肠杆菌属于原核生物，突变体M和N都是由于基因发生突变而得来，B正确；M和N的混合培养，致使两者间发生了DNA的转移，即发生了基因重组，因此突变体M与突变体N混合培养能得到X是由于细菌间DNA的转移实现的，而不是突变体M的RNA，C错误，D正确。
答案：C
2．[2016·天津卷，5]枯草杆菌野生型与某一突变型的差异见下表：
枯草杆菌
核糖体S12蛋白第55—58位的氨基酸序列
链霉素与核
糖体的结合
在含链霉素培养基中的存活率(%)
野生型
…­P­­K­P­…
能
0
突变型
…­P­­K­P­…
不能
100
注：P：脯氨酸；K：赖氨酸；R：精氨酸。
下列叙述正确的是(　　)
A．S12蛋白结构改变使突变型具有链霉素抗性
B．链霉素通过与核糖体结合抑制其转录功能
C．突变型的产生是由于碱基对的缺失所致
D．链霉素可以诱发枯草杆菌产生相应的抗性突变
解析：突变型菌在含链霉素的培养基中存活率为100%，故具有链霉素抗性，A正确；链霉素与核糖体结合是抑制其翻译功能，B错误；突变的产生最可能为碱基替换所致，因为只改变了一个氨基酸，C错误；链霉素在培养基中起筛选作用，不能诱发枯草杆菌产生相应的抗性突变，D错误。
答案：A
3．[2015·海南卷]关于等位基因B和b发生突变的叙述，错误的是(　　)
A．等位基因B和b都可以突变成为不同的等位基因
B．X射线的照射不会影响基因B和基因b的突变率
C．基因B中的碱基对G－C被碱基对A－T替换可导致基因突变
D．在基因b的ATGCC序列中插入碱基C可导致基因b的突变
解析：根据基因突变的不定向性，突变可以产生多种等位基因，A正确；X射线属于物理诱变因子，可以提高基因突变率，B错误；基因突变包括碱基对的替换、增添、缺失三种情况，C选项属于替换，D选项属于增添，C、D正确。
答案：B
4．高考重组，判断正误。
(1)某二倍体植物染色体上的等位基因B1突变为B2，可能是由于碱基对替换或碱基对插入造成的。[2013·海南卷，T22A改编](√)
(2)在诱导菊花茎段形成幼苗的过程中不会同时发生基因突变与基因重组。[2013·四川卷，T1C](√)
(3)抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦。[2013·全国卷，T5B](√)
(4)积聚在甲状腺细胞内的131I可能直接诱发甲状腺滤泡上皮细胞基因突变并遗传给下一代。[2011·安徽卷，T4D](×)
(5)观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置。[2011·江苏卷，T6C](×)

[高考VS,教材]
高考溯源　以上内容主要源自教材必修2 P80～83基因突变和基因重组相关知识。全面把握基因突变、基因重组内涵、特点、发生范围及其在育种上的应用是解题关键。
[即时对练]　(1)(必修2 P83思考与讨论改编)父母和子女之间、同一父母的兄弟或姐妹之间性状表现上有较大差异，其主要原因是(　　)
A．基因突变　　　　　　　B．基因重组
C．环境影响　 D．包括A、B、C三项
(2)(必修2 P84拓展题T2改编)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，对疟疾有较强的抵抗力。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．不具有镰刀型细胞贫血症突变基因的个体对疟疾的抵抗力要强
解析：(1)同一父母所生子代间不同主要源自基因重组(基因突变为异常变化具有低频性)。(2)含一个镰刀型细胞贫血症突变基因，在正常环境中是致病基因携带者，对机体不利，但在疟疾流行地区反而对个体生存有利，这充分表明，突变的有利、有害是相对的。
答案：(1)B　(2)C
　基因突变的综合考查
5．[2016·全国卷Ⅲ，32]基因突变和染色体变异是真核生物可遗传变异的两种来源。回答下列问题：
(1)基因突变和染色体变异所涉及到的碱基对的数目不同，前者所涉及的数目比后者________。
(2)在染色体数目变异中，既可发生以染色体组为单位的变异，也可发生以________为单位的变异。
(3)基因突变既可由显性基因突变为隐性基因(隐性突变)，也可由隐性基因突变为显性基因(显性突变)。若某种自花受粉植物的AA和aa植株分别发生隐性突变和显性突变，且在子一代中都得到了基因型为Aa的个体，则最早在子________代中能观察到该显性突变的性状；最早在子________代中能观察到该隐性突变的性状；最早在子________代中能分离得到显性突变纯合体；最早在子________代中能分离得到隐性突变纯合体。
解析：(1)基因突变是指DNA分子中发生的碱基对的替换、增添或缺失，而染色体变异往往会改变基因的数目和排列顺序，所以与基因突变相比，后者所涉及的碱基对数目会更多。(2)在染色体数目变异中，既可发生以染色体组为单位的变异，也可发生以个别染色体为单位的变异。(3)AA植株发生隐性突变后基因型变为Aa，而aa植株发生显性突变后基因型也可变为Aa，该种植物自花受粉，所以不论是显性突变还是隐性突变，子一代为Aa时在子二代中的基因型都有AA、Aa和aa三种，故最早可在子一代观察到该显性突变的性状(A_)；最早在子二代中观察到该隐性突变的性状(aa)；显性纯合子和隐性纯合子均出现于子二代，且隐性纯合子一旦出现，即可确认为纯合，从而可直接分离出来，而显性纯合子的分离，却需再令其自交一代至子三代，若不发生性状分离方可认定为纯合子，进而分离出来。
答案：(1)少
(2)染色体
(3)一　二　三　二
[技法提炼]
1．基因突变的类型及性状表现特点
(1)显性突变：如a―→A，该突变一旦发生即可表现出相应性状。
(2)隐性突变：如A―→a，突变性状一旦在生物个体中表现出来，该性状即可稳定遗传。
2．可遗传变异与不可遗传变异的判断
(1)类型
①不可遗传变异环境变化，遗传物质未变
②可遗传变异
(2)判定方法

3．显性突变和隐性突变的判定
(1)类型
(2)判定方法
①选取突变体与其他已知未突变体杂交，据子代性状表现判断。
②让突变体自交，观察子代有无性状分离而判断。
模拟题组——预趋势
　基因突变的实质分析
1．[2019·大连统考]下列关于基因突变的说法，错误的是(　　)
A．没有外界因素诱导也可能发生基因突变
B．有丝分裂间期最易发生基因突变
C．基因突变不一定会引起性状改变
D．体细胞中的突变基因都不能遗传给后代
解析：基因突变可以自然发生，也可以在外界因素如紫外线、X射线、γ射线的诱导下发生；间期进行DNA复制，最容易发生基因突变；由于密码子的简并性，一种氨基酸对应多种密码子或基因型AA突变成Aa等情况下，基因突变不一定会引起性状改变；体细胞中的突变基因可以通过无性生殖遗传给子代。
答案：D
2．[2019·山东烟台市模拟]下图为人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基因发生一种突变，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
解析：首先由赖氨酸的密码子分析可知：转录模板基因碱基序列为TTC，确定赖氨酸的密码子为AAG，①③处插入、缺失碱基对会使其后编码的氨基酸序列发生改变，④处碱基对替换后密码子为AAA还是赖氨酸，②处碱基对替换后密码子为GAG，对应谷氨酸。
答案：B
归纳提升
基因突变的“一定”和“不一定”

(1)基因突变一定会引起基因结构的改变，即基因中碱基排列顺序的改变。
(2)基因突变不一定会引起生物性状的改变。
(3)基因突变不一定都产生等位基因。
病毒和原核细胞的基因组结构简单，基因数目少，而且一般是单个存在的，不存在等位基因。因此，真核生物基因突变可产生它的等位基因，而原核生物和病毒基因突变产生的是一个新基因。
(4)基因突变不一定都能遗传给后代。
①基因突变如果发生在有丝分裂过程中，一般不遗传，但有些植物可能通过无性生殖传递给后代。
②如果发生在减数分裂过程中，可以通过配子传递给后代。
　基因突变的判断及位置的确定
3．[高考改编]除草剂敏感型的大豆经辐射获得抗性突变体，且敏感基因与抗性基因是1对等位基因。下列叙述正确的是(　　)
A．突变体若为1条染色体的片段缺失所致，则该抗性基因一定为隐性基因
B．突变体若为1对同源染色体相同位置的片段缺失所致，则再经诱变可恢复为敏感型
C．突变体若为基因突变所致，则再经诱变不可能恢复为敏感型
D．抗性基因若为敏感基因中的单个碱基对替换所致，则该抗性基因一定不能编码肽链
解析：A项，突变体若为1条染色体的片段缺失所致，缺失后表现为抗性突变体，则可推测出除草剂敏感型的大豆是杂合子，缺失片段中含有显性基因，缺失后即表现了隐性基因控制的性状；B项，突变体若为1对同源染色体相同位置的片段缺失所致，则会导致控制该性状的一对基因都丢失，经诱变后不可能使基因从无到有；C项，突变体若为基因突变所致，由于基因突变具有不定向性，所以经诱变仍可能恢复为敏感型；D项，抗性基因若为敏感基因中的单个碱基对替换所致，若该碱基对不在基因的前端(对应起始密码)就能编码肽链，肽链的长短变化需要根据突变后对应的密码子是否为终止密码子来判断。
答案：A
4．一只雌鼠的一条染色体上某基因发生了突变，使野生型(一般均为纯合子)变为突变型。让该雌鼠与野生型雄鼠杂交，F1的雌、雄鼠中均有野生型和突变型。由此可以推断，该雌鼠的突变为(　　)
A．显性突变
B．隐性突变
C．Y染色体上的基因突变
D．X染色体上的基因突变
解析：由于这只野生型雄鼠为纯合子，而突变型雌鼠有一条染色体上的基因发生突变，F1的雌、雄鼠中出现性状分离，所以该突变基因为显性基因，即该突变为显性突变，突变基因可能在常染色体上，也可能在X染色体上。
答案：A
　基因重组及其与基因突变的比较(国考5年未考)
(地方卷：2018海南卷；2015海南卷；2014北京、上海卷；2013北京、四川、福建、山东、浙江卷)
【师说考问】
考问1　基因重组类型分析
(1)自由组合型：位于非同源染色体上的非等位基因随非同源染色体的自由组合而发生重组(如下图)。

(2)交叉互换型：位于同源染色体上的非等位基因随四分体的非姐妹染色单体的交叉互换而发生重组。

考问2　基因突变与基因重组的区别和联系
项目
基因突变
基因重组
发生
时间
有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期(主要)
减数第一次分裂
发生
原因
在一定的外界或内部因素作用下，DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，引起基因结构的改变
减数第一次分裂过程中，同源染色体上的非姐妹染色单体的交叉互换，或非同源染色体上的非等位基因的自由组合
适用
范围
所有生物都可以发生
只适用于真核生物有性生殖细胞核遗传
应用
通过人工诱变培育新品种
通过杂交育种使性状重组，可培育优良品种
结果
产生新基因，控制新性状
产生新的基因型，不产生新的基因
联系
通过基因突变产生新基因，为基因重组提供自由组合的新基因，基因突变是基因重组的基础

考问3　基因突变和基因重组在变异、进化及生物多样性上的不同点
比较项目
基因突变
基因重组
生物变异
生物变异的根本来源
生物变异的重要来源
生物进化
为生物进化提供原始材料
为生物进化提供丰富的原材料
生物多样性
形成生物多样性的根本原因
形成生物多样性的重要原因之一
【题组跟进】
高考题组——研考向
　基因重组相关基础知识的考查
1．[2018·海南卷，14]杂合体雌果蝇在形成配子时，同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换，导致新的配子类型出现，其原因是在配子形成过程中发生了(　　)
A．基因重组　　　　　　B．染色体重复
C．染色体易位 D．染色体倒位
解析：生物体在形成配子时，同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换，导致位于非姐妹染色单体上的非等位基因进行了重组，其变异属于基因重组，A正确。
答案：A
2．[2015·海南卷节选]回答下列关于遗传和变异的问题：
(1)高等动物在产生精子或卵细胞的过程中，位于非同源染色体上的基因会发生________。同源染色体的非姐妹染色单体之间可能会发生________，这两种情况都可能导致基因重组，从而产生基因组成不同的配子。
(2)假设某物种的染色体数目为2n，在其减数分裂过程中，会出现不同的细胞，甲、乙2个模式图仅表示出了Aa、Bb基因所在的常染色体，那么，图甲表示的是________(填“初级精母细胞”、“次级精母细胞”或“精细胞”)，图乙表示的是________(填“初级精母细胞”、“次级精母细胞”或“精细胞”)。

解析：(1)基因的自由组合定律告诉我们，在生物体通过减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非同源染色体上的非等位基因也自由组合；另外一种基因重组发生在减数分裂形成四分体时期，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交叉互换。(2)如图所示，甲细胞中含有同源染色体，并且每条染色体上有姐妹染色单体，所以该细胞为初级精母细胞；乙图无同源染色体，并且姐妹染色单体已经分开，所以为精细胞。
答案：(1)自由组合　交叉互换
(2)初级精母细胞　精细胞
　综合考查各种类型的基因重组及遗传基本规律的关系
3．[北京卷]斑马鱼的酶D由17号染色体上的D基因编码。具有纯合突变基因(dd)的斑马鱼胚胎会发出红色荧光。利用转基因技术将绿色荧光蛋白(G)基因整合到斑马鱼17号染色体上。带有G基因的胚胎能够发出绿色荧光。未整合G基因的染色体的对应位点表示为g。用个体M和N进行如下杂交实验。

(1)在上述转基因实验中，将G基因与质粒重组，需要的两类酶是________和________。将重组质粒显微注射到斑马鱼________中，整合到染色体上的G基因________________________________________________________________________
后，使胚胎发出绿色荧光。
(2)根据上述杂交实验推测：
①亲代M的基因型是________(选填选项前的符号)。
a．DDgg b．Ddgg
②子代中只发出绿色荧光的胚胎基因型包括________(选填选项前的符号)。
a．DDGG 　b．DDGg　c．DdGG 　d．DdGg
(3)杂交后，出现红·绿荧光(既有红色又有绿色荧光)胚胎的原因是亲代________(填“M”或“N”)的初级精(卵)母细胞在减数分裂过程中，同源染色体的________________________________________________________________________
发生了交换，导致染色体上的基因重组。通过记录子代中红·绿荧光胚胎数量与胚胎总数，可计算得到该亲本产生的重组配子占其全部配子的比例，算式为____________。
解析：(1)转基因操作中将目的基因与运载体重组需两种工具酶——限制性核酸内切酶和DNA连接酶，用显微注射法将重组DNA分子导入动物细胞，常选“受精卵”作为受体细胞，目的基因经转录、翻译后方可实现表达，从而产生“绿色荧光蛋白”。(2)从题干中获取信息，不难得知，M胚胎期无荧光，则基因型应该为D_gg，而N胚胎期发绿色荧光，则N的基因型应为D_G_，根据子代的性状，能推出子代的基因型依次为D_G_、ddgg、D_gg、ddG_，从配子产生角度考虑(如ddgg个体，一定是双亲各能产生一个dg的配子)反推亲代基因型，则M应为Ddgg，D和g在同一条染色体上，d和g在同一条染色体上。N应为DdGg，而且D和G在同一条染色体上，d和g在同一条染色体上。(3)能生出ddG_的后代，根据M和N的基因型，其中M不能产生dG的配子，N在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的等位基因发生了交叉互换，导致染色体上的基因重组，可以产生dG的配子，该亲本产生的重组配子占全部配子的比例为重组配子/全部配子＝4×(子代中红·绿荧光胚胎数量/胚胎总数)。
答案：(1)限制性核酸内切酶　DNA连接酶　受精卵　表达
(2)①b　②b、d
(3)N　非姐妹染色单体　4×(红·绿荧光胚胎数/胚胎总数)
模拟题组——预趋势
　基因重组的类型及意义
1．[经典模拟]下列关于基因重组的叙述，错误的是(　　)
A．基因重组通常发生在有性生殖过程中
B．基因重组产生的变异能为生物进化提供原材料
C．同源染色体上的非等位基因可以发生重组
D．非同源染色体上的非等位基因不可以发生重组
解析：同源染色体上的非等位基因可以通过交叉互换发生重组，非同源染色体上的非等位基因通过非同源染色体自由组合发生重组，D错误。
答案：D
2．[经典模拟]下列育种或生理过程中，没有发生基因重组的是(　　)

解析：将抗虫基因导入棉花获得抗虫棉是通过基因工程实现的，基因工程所利用的原理是基因重组；花药离体培养获得单倍体植株过程中发生的是染色体数目变异；R型细菌转化为S型细菌过程中发生了基因重组；初级精母细胞经过减数第一次分裂形成次级精母细胞，在减数第一次分裂的四分体时期可能发生同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换，在减数第一次分裂的后期会出现非同源染色体上的非等位基因的自由组合，都属于基因重组。
答案：B

易错提醒
基因重组的三点提醒
(1)多种精子和多种卵细胞之间有多种结合方式，导致后代性状多种多样，但不属于基因重组。
(2)杂合子自交，后代发生性状分离，根本原因是等位基因的分离，而不是基因重组。
(3)“肺炎双球菌的转化实验”、转基因技术等属于广义的基因重组。

　基因突变与基因重组的判别
3．[经典模拟]突变基因杂合细胞进行有丝分裂时，出现了如图所示的染色体片段交换，这种染色体片段交换的细胞继续完成有丝分裂后，可能产生的子细胞是(　　)

①正常基因纯合细胞　②突变基因杂合细胞
③突变基因纯合细胞
A．①②　　　　　　　　　B．①③
C．②③ D．①②③
答案：D
4．[2019·邯郸市模拟]下图表示某动物一个精原细胞分裂时染色体配对时的一种情况，A～D为染色体上的基因，下列分析错误的是(　　)

A．该变异发生在同源染色体之间故属于基因重组
B．该细胞减数分裂能产生3种基因型的精细胞　
C．C1D2和D1C2转录翻译产物可能发生改变
D．C1D2和D1C2可能成为C、D的等位基因
解析：该变异发生在非同源区段交换，故属于染色体结构易位，A错误；该细胞减数分裂能产生3种基因型的精细胞，B正确；由于染色体片段的交换，导致C1D2和D1C2基因的结构发生变化，故C1D2和D1C2转录翻译产物可能发生改变，C正确；C1D2和D1C2中增加或改变了某些碱基，由此产生了C、D的等位基因，D正确。
答案：A
[师说技巧]
“三看法”判断基因突变与基因重组
(1)一看亲子代基因型
①如果亲代基因型为BB或bb，则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变。
②如果亲代基因型为Bb，则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变或交叉互换。
(2)二看细胞分裂方式
①如果是有丝分裂中染色单体上基因不同，则为基因突变的结果。
②如果是减数分裂过程中染色单体上基因不同，可能发生了基因突变或交叉互换。
(3)三看细胞分裂图

①如果是有丝分裂后期图像，两条子染色体上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图甲。
②如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(同白或同黑)上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图乙。
③如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(颜色不一致)上的两基因不同，则为交叉互换(基因重组)的结果，如图丙。
课堂总结　网络建构
[网络建构]


[答题必备]
1．基因突变、基因重组和染色体变异都是可遗传变异的来源，原因是三者细胞内遗传物质都发生了变化。
2．基因突变是由于DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。
3．基因突变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料。
4．基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。基因重组也是生物变异的来源之一，对生物的进化也具有重要的意义。
5．基因重组来源于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及同源染色体上的非姐妹染色单体的交叉互换。