必修2-5-123-基因突变及其他变异.ppt
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1、变异:亲代与子代之间或子代个体间存在差异的现象。,第五章 基因突变及其他变异,生物变异的类型,案例:,这样的红细胞容易破裂,使人患溶血性贫血,严重时导致死亡。,镰刀型细胞贫血症,DNA,镰刀型细胞贫血症病因图解,一、基因突变,第一节 基因突变和基因重组,DNA改变了一个碱基DNA-C-C-C-T-T-T-A-A-G-T-T-T-G-G-G-G-G-G-转录RNA-G-G-G-A-A-A-U-U-C-A-A-A-C-C-C-C-C-C-翻译氨基酸 甘 赖 丝 赖 脯 脯,DNA分子中碱基对的增添、缺失或替换,而引起的基因结构的改变叫基因突变。,(一)基因突变的概念:,基因突变的类型和影响,小,大
2、,大,只改变一个氨基酸或不改变,缺失前位置不影响,影响缺失后的序列,插入前位置不影响,影响插入后的序列,提醒 增添或缺失的位置不同,影响结果也不一样:,最前端氨基酸序列全部改变或不能表达;在中间造成肽链提前中断或插入点后氨基酸序列改变;在最后不影响表达或使肽链延长。,(二)基因突变的机理:,生物性状改变,DNA碱基序列发生改变,mRNA碱基序列改变,蛋白质异常,DNA中碱基对的增添、缺失或替换,基因突变一定引起生物性状的改变吗?,CTT,GAA,DNA,mRNA,GAA,CAT,GTA,突变,GUA,缬氨酸,氨基酸,谷氨酸,脯氨酸,氨基酸,脯氨酸,结论:基因突变不一定引起生物性状的改变。,基因
3、突变不引起生物性状的改变的情况有:,一种氨基酸可以由几种密码子决定,当突变后的DNA转录成的密码子仍然决定同种氨基酸时,这种突变不会引起生物性状的改变。突变成的隐性基因在杂合子中不引起性状的改变。某些突变虽然改变了蛋白质中个别氨基酸的种类,但并不影响该蛋白质的功能。不具有遗传效应的DNA片段中“突变”不引起性状变异。,基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变。基因突变可以产生新基因,使一个基因变成它的等位基因。,突变,(三)基因突变的结果:,(四)引起基因突变的因素,物理因素,如X射线、激光等;化学因素,如亚硝酸盐、碱基类似物等;生物因素,包括病毒和某些细菌等。,自然突变:自然条件下发生的基因
4、突变。(由于DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等原因自发产生)诱发突变(人工诱变):人为条件下诱发产生的基因突变。,外因,内因,神州五号太空育种 巨型南瓜重逾300斤,人工诱变实例,基因突变在什么时期最容易发生?为什么?太空育种中,携带上天的种子应该是什么时期的种子?,将被送上太空的小麦和小麦苗,萌发的种子,细胞分裂间期要发生DNA复制,当双链解开螺旋,成为单链时,单链容易发生基因突变。,(五)基因突变的时间:在DNA复制的过程中:细胞分裂间期,(注意:以RNA为遗传物质的生物,因RNA为单链结构,易发生突变.),(六)基因突变的特点:,由于基因突变而产生的十分罕见的白色皮毛
5、的牛犊,其父母的皮毛都是褐色的,基因突变产生的玉米白化苗,白化病,1、普遍性:基因突变在生物界中普遍存在。,白虎是孟加拉虎遗传基因突变产生的白化个体,思考:生物体细胞内遗传物质的改变一定遗传给后代吗?什么细胞的遗传物质改变才可能遗传?,基因突变发生在体细胞,一般不能传递给后代,发生在生殖细胞则有可能传递给后代。P81,2、随机性:基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期。,3、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,甚至发生基因的回复突变。而且基因突变的方向和环境没有明确的因果关系。,4、低频性:自然状态下基因突变的频率很低,【例如】果蝇约有10
6、对基因,假定每个基因的突变率都是10-5,对于一个中等数量的果蝇群体(约有108个个体)来说,每一代出现的基因突变数是(),2 X 107个,种群中每一代会产生大量的变异,注意:生物的基因突变率虽然很低,但这是对单个基因而言。一个种群是由许多个体所组成,每个个体细胞中都会有成千上万个基因,所以在一个种群中出现基因突变的数目也是很大的。,5、有害性:基因突变一般都有害,但也有少数的有利突变,例如:植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等,原因:破坏了原有的生物与环境间的协调关系。,【例如】一种果蝇的突变体在21的气温下,生存能力很差,但是,当气温上升到25.5时,突变体的生存能力大大提
7、高了。,突变的有害和有利并不是绝对的,这取决于生物的生存环境。,(七)基因突变的意义,基因突变是新基因产生的途径是生物变异的根本来源为生物进化提供原始材料。,有人认为,自然条件下基因突变频率很低,而且多数是有害的,因此不可能为生物进化提供原材料,这种说法对吗?,练 一 练,1、右图是人类镰刀型细胞贫血症病因图解,请据图回答:,(1)是 过程,发生于_中;是 过程,发生于_中。,(2)发生的变化是_。此过程发生在细胞分裂的 期。,(3)的碱基序列为;的名称为。,(4)此病患者常出现溶血甚至 死亡现象;但人群中此病 患者很少。这体现了基因突变的 与 之特点。,(5)造成镰刀型细胞贫血症的根本原因是
8、DNA中碱基对由 变成。,转录,细胞核,翻译,细胞质的核糖体,基因突变,间,GUA,缬氨酸,低频性,有害性,二、基因重组,1、概念: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。p83,YYRR yyrr,yyR-Y-rr,减后期非同源染色体自由组合,Y R,y r,Y R,y r,y R,Y r,y R,Y r,F1体细胞基因型YyRr,生殖细胞基因型,四分体时期染色体的交叉互换,、基因重组类型:,在减数分裂过程中,非同源染色体上的非等位基因,随着非同源染色体的自由组合而组合,这样,经过雌、雄配子的结合形成受精卵,就可能具有与亲代不同的基因型,从而使子代产生差异。,在减数分裂过程
9、中,在四分体时期,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交换,导致染色单体上的基因重新组合。,3、基因重组时间:,减数第一次分裂的前期和后期,4、结果;,可产生新的基因型,出现重组类型.,5、基因重组的意义:P83,是生物变异的来源之一 假设有20对等位基因分别位于20对同源染色体上,经过减数分裂就可产生的220种类型的配子。是形成生物多样性的重要原因之一 对于生物的进化具有十分重要的意义,基因突变和基因重组的比较,基因的分子结构发生改变,产生了新基因,可能出现新性状,不同基因的重新组合,产生了新基因型,使性状重新组合,DNA分子复制时,由于外界理化因素或自身生理因素引起的
10、基因结构的改变,减数第一次分裂过程中,同源染色体的非姐妹染色单体间交叉互换,以及非同源染色体上非等位基因的自由组合,外界条件的剧变和内部因素的相互作用,不同个体之间的杂交,有性生殖过程中的减数分裂,生物变异的根本来源,也是生物进化的重要因素之一,是生物变异的来源之一,对生物进化具有重要意义,可能性很小,非常普遍,练 一 练,1、进行有性生殖的动物,亲代和子代之间总存在着多多少少的差异。形成这种差异的主要原因是 A、基因分离 B、基因重组 C、基因突变 D、环境影响,2、基因突变和基因重组分别()。A、产生新基因,不形成新基因型 B、产生新基因,形成新基因型 C、不产生新基因,形成新基因型 D、
11、不产生新基因,不形成新基因型,B,B,3、某自花传粉植物连续几年只开红花,一次开出一朵白花,该白花植株的后代全开白花。其变异原因是 A、基因分离 B、基因重组 C、基因突变 D、环境影响,c,三、染色体变异,染色体发生断裂后,在断裂处错误连接而导致染色体结构不正常的变异,生物细胞中染色体数目的增加或减少,(一)染色体结构的变异,缺失,重复,倒位,易位,染色体片段缺失,染色体中增加某一片段,染色体中某一片段位置颠倒,染色体的某一片段移接到另一非同源染色体上,思考?,1、如何区分基因突变和染色体变异?2、如何区分易位和交叉互换?,人5号染色体缺失猫叫综合征,人9号染色体倒位习惯性流产,果蝇X染色体
12、重复卵圆型眼变棒状眼,人22号和14号染色体易位白血病,人类5号染色体短臂缺失,例如,猫叫综合症是人的第5号染色体部分缺失引起的遗传病,染色体结构变异的遗传效应,基因,性状,(基因数目、排列顺序改变),染色体结构改变,大多数此类变异对生物是不利的,有的甚至会导致生物体死亡。,A B C D,例题:已知某物中的一条染色体上依次排列着A、B、C、D、E五个基因,下面列出的若干种变化中,未发生染色体结构变化的是:已知染色体:,D,(二)染色体数目的变异,染色体个别增加:21三体综合征等 染色体个别减少:性腺发育不良(患者缺少一条 X染色体44+X0),1、非整倍体变异:染色体个别增添或减少,特纳氏综
13、合征,因为染色体上的基因能控制蛋白质的合成,某号染色体增多或减少后将导致相应蛋白质的增多或减少,从而导致新陈代谢的严重紊乱,造成细胞死亡或严重的功能缺陷。,人13号多一条兔唇、智力迟钝人18号多一条所有器官畸形男性多一条Y超雄综合症男性多一条X先天性睾丸发育不全综合症,人类其它染色体数目发生变化的病例极少发现,很可能这些染色体数目改变是致死的!,雄果蝇体细胞的染色体,体细胞的染色体数目以染色体组的形式成倍增添或减少。,2.整倍体变异,一个染色体组,()染色体组:P86,以雄性果蝇为例,在精子的形成过程中,经过减数分裂,染色体数目减半,雄果蝇的精子中只含有一组非同源染色体。细胞中的一组非同源染色
14、体,在形态和功能上各不相同,但又互相协调,共同控制生物的生长、发育、遗传和变异,这样大的一组染色体称为染色体组。,对“染色体组”的理解在一个染色体组内无同源染色体,也无等位基因;染色体形态、大小和功能各不相同;含有控制一种生物性状的一整套遗传信息。每种生物一个染色体组的染色体数目、大小、形态都是一定的,不同物种之间染色体组的数目、大小、形态不同。,(2)二倍体、多倍体和单倍体,2,1,10,6,3,21,8,4,28,思考:体细胞中含有1个染色体组的生物是几倍体?“单倍体生物就是体细胞中含有一个染色体组的生物”,这种说法对吗?体细胞中含有3个以上染色体组的生物一定是多倍体吗?,单倍体,不对,有
15、些单倍体含有一个以上染色体组。例如小麦的单倍体细胞就含有3个染色体组。,不一定,可能是多倍体,也可能是单倍体。(例如小麦的单倍体细胞就只有3个染色体组),香蕉染色体,果蝇染色体,图中所示为几倍体生物?,怎样判断细胞中的染色体组的组成?,先找出一个染色体组,再看看有几个同源染色体,根据染色体形态判断,结论:该细胞有3个染色 体组三倍体,该细胞有3个染色体组,该细胞有4个染色体组,根据基因型判断:有几个等位基因?例如:基因型为AAaBbbCCc的个体含有 个染色体组;基因型为AaBBCc的个体含有 个染色体组。根据染色体数目和形态种类判断:,例题.韭菜体细胞中含有32条染色体,根据这些染色体的大小
16、、形态、结构可分为8种类型,由此可判断韭菜是 A.单倍体 B.二倍体 C.四倍体 D.八倍体,C,3,2,怎样判定生物是几倍体?,如果生物体是由受精卵或合子发育形成,生物体内有几个染色体组就叫几倍体。,如果生物体是由生殖细胞卵细胞或花粉直接发育而来,不论细胞内含有几个染色体组,仍然叫单倍体。,单倍体、二倍体和多倍体都是能独立生活的个体,因此精子、卵细胞、花粉属于配子,不能成为单倍体,(3)多倍体的成因,思考:细胞进行什么活动可能导致数目染色体加倍?细胞分裂异常染色体加倍细胞多倍体形成,自然条件形成多倍体:细胞在有丝分裂的过程中,染色体完成了复制,但是细胞受到外界环境条件(如温度骤变)或生物内部
17、因素的干扰,纺锤体的形成受到破坏,以致细胞未完成分裂,于是就形成染色体数目加倍的细胞。,减数分裂中:染色体数加倍的配子,人工条件下形成多倍体:a.低温处理b.秋水仙素(常用,最有效):当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时,能够抑制纺锤丝的形成,导致染色体不能移向细胞两极,从而引起细胞内染色体数目加倍。,A,A,A,A,A,A,A,B,B,B,B,B,B,B,a,a,a,a,a,a,a,b,b,b,b,b,b,b,有丝分裂中:染色体数加倍的组织或个体,减数第一次分裂,减数第二次分裂,精细胞,精原细胞,减数分裂,体细胞,生殖细胞,(4)多倍体育种,方法:利用秋水仙素使染色体加倍原理:抑制正在分裂的细胞
18、形成纺锤体染色体不分离、细胞中染色体数目加倍。举例:异源八倍体小黑麦、无籽西瓜,秋水仙素处理二倍体幼苗,不可育无子,秋水仙素,二倍体幼苗(2N),四倍体(4N)(母本),无籽西瓜,三倍体减数分裂时联会紊乱,不能产生正常配子,DD(滔氏麦草),二粒小麦AABB,加倍 自然加倍,AA(一粒小麦)BB(斯氏麦草),普通小麦,人工诱导多倍体可以创造出自然界没有的物种,加倍 自然加倍,人工诱导八倍体小黑麦,ABD,(AABBDDRR)异源八倍体小黑麦,(三倍体杂种,不育),可育,AB,(二倍体杂种,不育),AABBDD,RR(黑麦),ABDR,(四倍体杂种,不育),加倍 人工加倍 秋水仙素,直接发育,直
19、接发育 如花药,规律:,有性生殖,雄配子,雌配子,生物体,生物体,单倍体,受精卵,生物体,二倍体,三倍体,四倍体,发育,(5)单倍体成因,a.自然界产生单倍体的原因:一般由未受精的卵细胞发育来。卵细胞分裂、分化单倍体植株,b.人工条件:花药离体培养 花药离体培养单倍体植株,基因重组,具有相对性状的亲本杂交,F1植株,各种类型的配子,花药离体培养,单倍体幼苗,人工诱导染色体加倍,纯合子植株,选择所需类型,(杂合体),秋水仙素处理单倍体幼苗,单倍体育种程序,AARR AArr aaRR aarr,秋水仙素处理幼苗,花药离体培养,F1,AaRr(高杆,抗病),纯合体,案例.已知水稻高杆(A)对矮杆(
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