基因突變?cè)敯?/h1>
2018-11-14 01:32:24李大帥吳波
新課程·中學(xué) 2018年8期
李大帥 吳波
通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)了解，生物通過(guò)將遺傳物質(zhì)從親代傳遞給子代，保證性狀的穩(wěn)定性，這就是生物的遺傳現(xiàn)象，從圖中（圖略），不僅看到了遺傳現(xiàn)象，還看到了親代和子代之間、子代個(gè)體之間都有性狀上的差異，叫做變異，為什么生物會(huì)產(chǎn)生變異現(xiàn)象？我們先來(lái)回顧一下，生物體表現(xiàn)型與基因型之間的關(guān)系，請(qǐng)一位同學(xué)來(lái)回答：
好的，表現(xiàn)型由基因型和環(huán)境條件共同決定，在第四章中有一個(gè)材料，長(zhǎng)翅果蠅的幼蟲(chóng)，在高溫35度到37度條件下，長(zhǎng)成了殘翅的果蠅，這種果蠅的殘翅性狀能夠遺傳給子代嗎？那什么條件下的變異才能遺傳給子代？
不可遺傳變異和可遺傳變異PPT
而導(dǎo)致不可遺傳變異的原因有三種，包括基因突變、基因重組和染色體變異，這節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)前兩種：基因突變、基因重組。大家把書(shū)打開(kāi)到80頁(yè)，迅速瀏覽最上方關(guān)于抄英文句子的小材料。
板書(shū)：標(biāo)題+一、基因突變
我們?cè)谥貜?fù)抄寫(xiě)句子的時(shí)候，偶爾會(huì)抄錯(cuò)字母或者漏掉字母，可能會(huì)導(dǎo)致句子意思截然不同，如果這段英文字母是DNA分子的話，抄寫(xiě)句子是在模擬哪個(gè)過(guò)程？DNA的復(fù)制！倘若在DNA復(fù)制過(guò)程中也發(fā)生了類似的錯(cuò)誤，會(huì)對(duì)生物體造成什么影響呢？我們從一個(gè)實(shí)例出發(fā)來(lái)看一下。故事叫做：奇怪的病。
1910年……
患者的紅細(xì)胞呈現(xiàn)了異常的鐮刀型，鐮刀型的紅細(xì)胞攜帶氧氣能力差，且很脆，容易破裂造成溶血性貧血，所以叫鐮刀型細(xì)胞貧血癥。
通過(guò)后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象是由于血紅蛋白結(jié)構(gòu)異常導(dǎo)致的。血紅蛋白的一條肽鏈中，第六個(gè)氨基酸異常，正常是谷氨酸，鐮刀型紅細(xì)胞中是纈氨酸，僅僅是一個(gè)氨基酸的差異就造成了如此嚴(yán)重的病癥，大家能夠推測(cè)出，導(dǎo)致血紅蛋白結(jié)構(gòu)異常的本質(zhì)原因是什么嗎？
PPT——蛋白質(zhì)的氨基酸異常，是由于mRNA上密碼子變化導(dǎo)致的，mRNA由DNA轉(zhuǎn)錄而來(lái)，所以本質(zhì)原因是DNA上的一個(gè)堿基對(duì)被替換導(dǎo)致的。所以我們得到結(jié)論：鐮刀型細(xì)胞貧血癥由于堿基對(duì)的替換，導(dǎo)致基因的改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)改變從而改變了生物性狀。
那么除了堿基對(duì)替換之外，還有哪些方式會(huì)造成基因結(jié)構(gòu)的改變呢？
增添、缺失都可以造成結(jié)構(gòu)改變，那么請(qǐng)一位同學(xué)總結(jié)一下基因突變的定義！
需要注意的是：基因結(jié)構(gòu)的改變，請(qǐng)聽(tīng)題：DNA分子中任意堿基對(duì)的替換都叫基因突變嗎？不是?；蚴蔷哂羞z傳效應(yīng)的DNA片段，強(qiáng)調(diào)的是基因結(jié)構(gòu)的改變！
基因突變發(fā)生在什么時(shí)間呢？
我們?cè)谑裁磿r(shí)候抄錯(cuò)了英語(yǔ)句子呢？是的，發(fā)生在DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，當(dāng)雙螺旋打開(kāi)時(shí)，DNA分子就處在一種不穩(wěn)定的狀態(tài)下，屬于細(xì)胞的什么時(shí)期時(shí)期呢？有絲間期和減I前的間期。
第二個(gè)問(wèn)題：每個(gè)細(xì)胞中的基因突變都會(huì)遺傳給子代嗎？
板書(shū)：有絲—體細(xì)胞—一般不遺傳
減數(shù)—生殖細(xì)胞—遺傳
體細(xì)胞的基因突變?cè)谑裁辞闆r下可能會(huì)遺傳給后代？以體細(xì)胞發(fā)育為完整個(gè)體的情況下，我們學(xué)習(xí)過(guò)——植物組織培養(yǎng)，這是無(wú)性繁殖的一種情況，所以叫做一般不遺傳。
我們學(xué)習(xí)了基因突變的基因情況，那么什么原因?qū)е铝嘶蛲蛔兡?？?lián)系必修一中細(xì)胞癌變，本質(zhì)原因是原癌基因和抑癌基因發(fā)生突變導(dǎo)致的，能夠?qū)е录?xì)胞癌變的致癌因子有哪些呢？請(qǐng)一位同學(xué)說(shuō)一下：包括物理、化學(xué)和病毒，也可以說(shuō)是生物致癌因子，那么這幾點(diǎn)都可以誘發(fā)基因突變，比如射線、物理因素；亞硝酸能使嘌呤或嘧啶脫氨改變核酸結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，造成DNA復(fù)制紊亂，堿基類似物-5溴尿嘧啶可以與A配對(duì)也可以與G配對(duì)，那么在復(fù)制的過(guò)程中原來(lái)的A可能被替換成G，化學(xué)因素；還有一些病毒導(dǎo)致的基因突變，生物因素；稱為誘發(fā)突變。那么除了誘發(fā)突變，生物體可不可能自發(fā)突變呢？可不可能抄著抄著作業(yè)就抄串行了呢？可能！DNA復(fù)制過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的錯(cuò)誤，稱為自發(fā)突變。
探討了基因突變的原因，那么基因突變有哪些特點(diǎn)呢？我們來(lái)看一些例子（PPT略）。這么多例子，從植物、動(dòng)物、人都會(huì)因基因突變而產(chǎn)生相對(duì)性狀，說(shuō)明基因突變具有普遍性！
這么普遍，那是我們的每個(gè)基因天天都突變嗎？PPT，自然狀態(tài)下，基因突變的頻率是很低的，大概在10-5～10-8左右，也就是說(shuō)，10的5次方個(gè)細(xì)胞才可能有一個(gè)發(fā)生突變，具有低頻性。
大家認(rèn)為，生物個(gè)體從受精卵發(fā)育起始，到衰老死亡，哪個(gè)階段會(huì)發(fā)生，哪個(gè)階段不會(huì)發(fā)生突變？各個(gè)階段都可能發(fā)生基因
突變！
突變會(huì)發(fā)生在DNA分子的哪個(gè)部位確定嗎？不確定，可能發(fā)生在DNA分子任意部位，或者一個(gè)基因的任意位置都可能發(fā)生突變，這是基因突變的隨機(jī)性！
我們繼續(xù)探討這樣一個(gè)問(wèn)題，一對(duì)同源染色體，上有A基因，A會(huì)突變成什么基因？a基因還是B基因？不會(huì)突變呈B基因，因?yàn)锳基因結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化相對(duì)較小，只會(huì)突變?yōu)榭刂葡鄬?duì)性狀的基因，也就是等位基因！以小鼠毛色為例，黑色小鼠，突變?yōu)榛疑蛔優(yōu)榘咨赡軉?？都是毛色！所以A可能突變?yōu)閍1，a2，那么a可不可能突變?yōu)锳，可能！這體現(xiàn)了突變的什么特點(diǎn)呢？不定向性！
大家認(rèn)為突變對(duì)生物個(gè)體來(lái)說(shuō)是有利的還是有害的？生物通過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化很適應(yīng)現(xiàn)在的環(huán)境，一旦突變，多半是有害的突變，不利于它的生存，少數(shù)有利的突變的個(gè)體，保存下來(lái)這種新基因并繼續(xù)繁殖，就是生物的進(jìn)化，但是不可否認(rèn)，對(duì)于生物個(gè)體而言，基因突變具有多害少利性！
綜上所述，基因突變具有普遍性、隨機(jī)性、低頻性、不定向性和多害性等特點(diǎn)。
注：本文系吉林省基礎(chǔ)教育教學(xué)研究2017規(guī)劃課題“生物學(xué)科素養(yǎng)與高中生物新課程選修II教學(xué)策略研究”（課題編號(hào)為JLSJY2017G051）階段性研究成果。
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李大帥 吳波
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好的，表現(xiàn)型由基因型和環(huán)境條件共同決定，在第四章中有一個(gè)材料，長(zhǎng)翅果蠅的幼蟲(chóng)，在高溫35度到37度條件下，長(zhǎng)成了殘翅的果蠅，這種果蠅的殘翅性狀能夠遺傳給子代嗎？那什么條件下的變異才能遺傳給子代？
不可遺傳變異和可遺傳變異PPT
而導(dǎo)致不可遺傳變異的原因有三種，包括基因突變、基因重組和染色體變異，這節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)前兩種：基因突變、基因重組。大家把書(shū)打開(kāi)到80頁(yè)，迅速瀏覽最上方關(guān)于抄英文句子的小材料。
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通過(guò)后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象是由于血紅蛋白結(jié)構(gòu)異常導(dǎo)致的。血紅蛋白的一條肽鏈中，第六個(gè)氨基酸異常，正常是谷氨酸，鐮刀型紅細(xì)胞中是纈氨酸，僅僅是一個(gè)氨基酸的差異就造成了如此嚴(yán)重的病癥，大家能夠推測(cè)出，導(dǎo)致血紅蛋白結(jié)構(gòu)異常的本質(zhì)原因是什么嗎？
PPT——蛋白質(zhì)的氨基酸異常，是由于mRNA上密碼子變化導(dǎo)致的，mRNA由DNA轉(zhuǎn)錄而來(lái)，所以本質(zhì)原因是DNA上的一個(gè)堿基對(duì)被替換導(dǎo)致的。所以我們得到結(jié)論：鐮刀型細(xì)胞貧血癥由于堿基對(duì)的替換，導(dǎo)致基因的改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)改變從而改變了生物性狀。
那么除了堿基對(duì)替換之外，還有哪些方式會(huì)造成基因結(jié)構(gòu)的改變呢？
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需要注意的是：基因結(jié)構(gòu)的改變，請(qǐng)聽(tīng)題：DNA分子中任意堿基對(duì)的替換都叫基因突變嗎？不是?；蚴蔷哂羞z傳效應(yīng)的DNA片段，強(qiáng)調(diào)的是基因結(jié)構(gòu)的改變！
基因突變發(fā)生在什么時(shí)間呢？
我們?cè)谑裁磿r(shí)候抄錯(cuò)了英語(yǔ)句子呢？是的，發(fā)生在DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，當(dāng)雙螺旋打開(kāi)時(shí)，DNA分子就處在一種不穩(wěn)定的狀態(tài)下，屬于細(xì)胞的什么時(shí)期時(shí)期呢？有絲間期和減I前的間期。
第二個(gè)問(wèn)題：每個(gè)細(xì)胞中的基因突變都會(huì)遺傳給子代嗎？
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我們學(xué)習(xí)了基因突變的基因情況，那么什么原因?qū)е铝嘶蛲蛔兡?？?lián)系必修一中細(xì)胞癌變，本質(zhì)原因是原癌基因和抑癌基因發(fā)生突變導(dǎo)致的，能夠?qū)е录?xì)胞癌變的致癌因子有哪些呢？請(qǐng)一位同學(xué)說(shuō)一下：包括物理、化學(xué)和病毒，也可以說(shuō)是生物致癌因子，那么這幾點(diǎn)都可以誘發(fā)基因突變，比如射線、物理因素；亞硝酸能使嘌呤或嘧啶脫氨改變核酸結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，造成DNA復(fù)制紊亂，堿基類似物-5溴尿嘧啶可以與A配對(duì)也可以與G配對(duì)，那么在復(fù)制的過(guò)程中原來(lái)的A可能被替換成G，化學(xué)因素；還有一些病毒導(dǎo)致的基因突變，生物因素；稱為誘發(fā)突變。那么除了誘發(fā)突變，生物體可不可能自發(fā)突變呢？可不可能抄著抄著作業(yè)就抄串行了呢？可能！DNA復(fù)制過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的錯(cuò)誤，稱為自發(fā)突變。
探討了基因突變的原因，那么基因突變有哪些特點(diǎn)呢？我們來(lái)看一些例子（PPT略）。這么多例子，從植物、動(dòng)物、人都會(huì)因基因突變而產(chǎn)生相對(duì)性狀，說(shuō)明基因突變具有普遍性！
這么普遍，那是我們的每個(gè)基因天天都突變嗎？PPT，自然狀態(tài)下，基因突變的頻率是很低的，大概在10-5～10-8左右，也就是說(shuō)，10的5次方個(gè)細(xì)胞才可能有一個(gè)發(fā)生突變，具有低頻性。
大家認(rèn)為，生物個(gè)體從受精卵發(fā)育起始，到衰老死亡，哪個(gè)階段會(huì)發(fā)生，哪個(gè)階段不會(huì)發(fā)生突變？各個(gè)階段都可能發(fā)生基因
突變！
突變會(huì)發(fā)生在DNA分子的哪個(gè)部位確定嗎？不確定，可能發(fā)生在DNA分子任意部位，或者一個(gè)基因的任意位置都可能發(fā)生突變，這是基因突變的隨機(jī)性！
我們繼續(xù)探討這樣一個(gè)問(wèn)題，一對(duì)同源染色體，上有A基因，A會(huì)突變成什么基因？a基因還是B基因？不會(huì)突變呈B基因，因?yàn)锳基因結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化相對(duì)較小，只會(huì)突變?yōu)榭刂葡鄬?duì)性狀的基因，也就是等位基因！以小鼠毛色為例，黑色小鼠，突變?yōu)榛疑蛔優(yōu)榘咨赡軉?？都是毛色！所以A可能突變?yōu)閍1，a2，那么a可不可能突變?yōu)锳，可能！這體現(xiàn)了突變的什么特點(diǎn)呢？不定向性！
大家認(rèn)為突變對(duì)生物個(gè)體來(lái)說(shuō)是有利的還是有害的？生物通過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化很適應(yīng)現(xiàn)在的環(huán)境，一旦突變，多半是有害的突變，不利于它的生存，少數(shù)有利的突變的個(gè)體，保存下來(lái)這種新基因并繼續(xù)繁殖，就是生物的進(jìn)化，但是不可否認(rèn)，對(duì)于生物個(gè)體而言，基因突變具有多害少利性！
綜上所述，基因突變具有普遍性、隨機(jī)性、低頻性、不定向性和多害性等特點(diǎn)。
注：本文系吉林省基礎(chǔ)教育教學(xué)研究2017規(guī)劃課題“生物學(xué)科素養(yǎng)與高中生物新課程選修II教學(xué)策略研究”（課題編號(hào)為JLSJY2017G051）階段性研究成果。
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