1、4.1 基因突变可能引起性状改变【教学目标】知识与技能1掌握基因突变的概念和类型。2掌握基因突变的特点和诱发基因突变的因素。3了解基因突变导致的细胞分裂失控。过程与方法从基因突变出发了解利用基因突变来诱变育种的技术。情感态度价值观利用生物的变异，在生产实践中可以培育出新的优良品种，从而提升学生对生物学的学习兴趣，并提升学生的分析归纳能力。【教学重难点】重点：基因突变是如何引起生物变异的。难点：基因突变的案例和原因的分析。【教学方法】讲授法、讨论法和归纳法等。【教学过程】引言：在前面我们学习了生物的遗传，了解了性状为什么遗传以及性状遗传时遵循的规律特点。那么性状是由什么决定的呢？（答：由遗传物质
2、决定的。）性状表现除与遗传物质有关外，还与什么有关？（答：与外界条件有关）性状由亲代传递到子代时，会不会一成不变呢？当然不会，或多或少都会存在差异，这又为什么呢？（答：这是因为生物体不仅具有遗传还具有变异。）那么生物的变异又是如何产生的呢？又有什么特点呢？变异：不遗传变异、可遗传变异（今天我们就来学习生物的变异）讲述：让我们先来看一个图片（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，结出的却是普通种子；下图是太空椒（普通青椒种子邀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。提问：籽粒饱满的种
3、子与普通种子相比，太空椒与普通青椒相比，形状有明显的差异，这是为什么？（回答：发生了变异。）提问：把子粒饱满的种子种下去，长出的种子是不是粒大饱满？（回答：不是。）提问：把肥大的青椒种下去，长出的是什么？（回答：肥大青椒。）提问：这又说明一个什么问题？（回答：生物的变异有的不能遗传，有的可以遗传。）讲述：可见生物的变异有这样两种类型。那什么情况下的变异不遗传，什么情况下的变异可遗传？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，子粒饱满是由于水、肥和光充足引起，也就是外界环境条件引起的，这种变异是不遗传的。而太空椒邀游过太空，宇宙辐射改变了遗传物质，因此这个变异性状就是可遗传的。
4、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？下面一段录像是关于正常的红细胞基因突变形成镰刀型细胞贫血症的内容，我们先来看一下。1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。提问：从片子中我们看到正常红细胞是什么形状？有什么功能？（回答：圆饼形状，运输氧气功能。）提问：镰刀型细胞贫血症的红细胞呈镰刀状，对功能的完成有没有影响？（回答：有，运氧气能力降低，易破裂溶血造成贫血，严重时会导致死亡。）讲述：那么又是什么原因使正常红细胞变成镰刀型红细胞？分子生物学研究表明是基因突变的结果。让我们来看镰刀型细胞贫血症病因的图解。大家知道，性
5、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。提问：两者有什么区别？（回答：正常的是谷氨酸，异常的是缬氨酸）提问：氨基酸是由什么决定的？（回答：由信使RNA上的密码子决定的。）提问：构成信使RNA上的密码子的那些碱基又是由什么决定的呢？（回答：由DNA上的碱基决定的。）提问：大家来比较一下正常与异常的DNA，它们的区别在哪里？（回答：一个碱基对的改变。）提问：DNA上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，基因是怎么来决定性状的？（回答：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
6、的遗传信息通过转录和翻译反映到具体的蛋白质结构上。）讲述：我们看控制血红蛋白的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（教师引导学生回答），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？（学生练习：要求学生自己写一段。从DNA片段考虑。）学生分析后答出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。要求学生写出此过程。现在大家来总结基因结构的改变包括哪些变化。（回答：DNA碱基对替换、增添和缺失。）教师作总结：基因脱氧
7、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。现在请大家自己来总结出基因突变的概念。（回答：略。）讲述：基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变，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。下面让我们来看几个基因突变的图片（投影片）。玉米高茎矮茎、普通羊短腿羊、正常人白化病基因突变往往产生了一些新性状，这对生物有什么意义？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
8、样去认识由于基因突变而引起的变异？下面我们就来了解基因突变的特点。先来看几个图片（投影片）：（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，有植物，动物，还有人的例子，你们认为突变有什么特点？（可让学生进行讨论，用具体实例来说出各特点。）（回答：植物、动物和人都可能发生基因突变。）讲述：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。基因突变是发生在什么时期？哪些细胞能发生基因突变？其实基因突变可以发生在生物个体发育的
9、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（打出投影片），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。提问：基因突变发生的时期与突变性状的表现有什么关系？（回答：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。）提问：如果突变发生在体细胞，该性状会不会遗传给后代？（回答：不会，只有生殖细胞的突变才会遗传给后代）（2）特点：普遍性随机性突变率低多数有害不定向性讲述：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
10、也会很多呢？ （通过一问一答的形式明确）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。基因突变对生物体究竟好不好呢？大家讨论一下。（回答：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）教师总结：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？这不行。因为基因突变是
11、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（回答），只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。（以上五点是基因突变的特点，在进行讨论时，教师要适时根据具体情况引导，正确了解基因突变的特点，就能正确地认识基因突变引起的变异）2基因突变导致细胞分裂失控讲述：人和动物的染色体上本来就存在和癌有关的基因，它们都是细胞中正常的固有的基因。提问：原癌基因和抑癌基因的作用分别是什么？（回
12、答：原癌基因负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程；抑癌基因阻止细胞不正常的增殖）抑癌基因编码的蛋白质的功能是正常细胞增殖过程中的负调控因子，抑癌基因突变丧失其细胞增殖的负调控作用，则导致细胞周期失控而发生癌变。致癌因子包括物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子。3基因突变应用于诱变育种讲述：我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达600 kg，最高达750 kg，蛋白质含量增加8%20%，生长期平均缩短10天。请回答：（1）水稻产生这种变异的来源是_，产生变异的原因是_。 （2）这种方法育种的优点有_。学生活动思考并回答讨论联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性，要想克服这些局限性，可以采取什么办法？实例分析诱变育种的应用植物育种方面：如太空育种微生物育种方面：高产青霉素菌株的获得小结：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、多数有害、不定向性。基因突变导致细胞分裂失控发生癌变。基因突变可应用于诱变育种。
