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課時(shí)分層作業(yè)(十三) 基因突變和基因重組 (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)練] 1．下列情況引起的變異屬于基因重組的是(　　) ①非同源染色體上的非等位基因的自由組合 ②基因型為DD的豌豆，種植在土壤貧瘠的地方而出現(xiàn)矮莖性狀，下一代種植在水肥充足的地方，全表現(xiàn)為高莖 ③同源染色體上的非姐妹染色單體之間發(fā)生局部交換 ④DNA分子中發(fā)生堿基對(duì)的替換、增添和缺失 A．①②　　　　 B．③④ C．①③ D．②④ C　[基因重組有兩種情況：一是在減數(shù)第一次分裂的四分體時(shí)期同源染色體的非姐妹染色單體之間發(fā)生的交叉互換，二是減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體上的非等位基因的自由組合。] 2．下列有關(guān)生物變異的敘述，不合理的是(　　) A．基因突變會(huì)導(dǎo)致遺傳信息的改變 B．染色體變異在光學(xué)顯微鏡下可觀察到 C．可遺傳的變異可為生物進(jìn)化提供原材料 D．非同源染色體上的非等位基因才能重組 D　[減數(shù)第一次分裂前期，同源染色體上非姐妹染色單體的交叉互換也能導(dǎo)致基因重組。] 3．人體甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞具有很強(qiáng)的攝碘能力。臨床上常用小劑量的放射性同位素131I治療某些甲狀腺疾病，但大劑量的131I對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生有害影響。積聚在細(xì)胞內(nèi)的131I可能直接(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632165】 A．插入DNA分子引起插入點(diǎn)后的堿基序列改變 B．替換DNA分子中的某一堿基引起基因突變 C．造成染色體斷裂、缺失或易位等染色體結(jié)構(gòu)變異 D．誘發(fā)甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞基因突變并遺傳給下一代 C　[131I作為放射性物質(zhì)，可以誘導(dǎo)生物變異，但不能插入或替換DNA的堿基，從而使基因發(fā)生突變。大劑量的放射性同位素131I積聚在甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞可誘發(fā)其發(fā)生基因突變，但因突變發(fā)生在體細(xì)胞而不是生殖細(xì)胞，故不能遺傳給下一代；大劑量131I可能造成染色體斷裂、缺失或易位等染色體結(jié)構(gòu)變異，故C正確。] 4．下列哪項(xiàng)不是有絲分裂或減數(shù)分裂過程中均可發(fā)生的變異(　　) A．DNA復(fù)制時(shí)發(fā)生堿基對(duì)的增添、缺失或改變，導(dǎo)致基因突變 B．非同源染色體之間發(fā)生自由組合，導(dǎo)致基因重組 C．非同源染色體之間交換一部分片段，導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異 D．著絲點(diǎn)分裂后形成的兩條染色體不能移向兩極，導(dǎo)致染色體數(shù)目變異 B　[非同源染色體之間發(fā)生自由組合，導(dǎo)致基因重組僅發(fā)生在減Ⅰ過程中；有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂的間期DNA復(fù)制過程中均可發(fā)生基因突變；C、D中導(dǎo)致的染色體結(jié)構(gòu)、數(shù)目變異在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中均可發(fā)生。] 5．下列有關(guān)基因突變和基因重組的敘述正確的是(　　) A．DNA分子缺失一個(gè)基因?qū)儆诨蛲蛔? B．發(fā)生在體細(xì)胞的突變一定不能遺傳給后代 C．非同源染色體之間交換部分片段屬于基因重組 D．基因突變和基因重組都能改變生物的基因型 D　[基因突變指DNA分子中發(fā)生堿基對(duì)的替換、增添或缺失，而引起基因結(jié)構(gòu)的改變，DNA分子缺失一個(gè)基因不屬于基因突變，A錯(cuò)誤；植物的體細(xì)胞發(fā)生的突變，可以通過無性繁殖傳遞給后代，B錯(cuò)誤；非同源染色體之間交換部分片段屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位，C錯(cuò)誤。] 6．用人工誘變方法使黃色短桿菌的質(zhì)粒中脫氧核苷酸序列發(fā)生如下變化：CCGCTAACG→CCGCGAACG，那么黃色短桿菌將發(fā)生的變化和結(jié)果是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632166】 (可能相關(guān)的密碼子為：脯氨酸：CCG，CCA；甘氨酸：GGC，GGU；天冬氨酸：GAU，GAC；丙氨酸：GCA，GCU，GCC，GCG；半胱氨酸：UGU，UGC) A．基因突變，性狀改變 B．基因突變，性狀沒有改變 C．基因和性狀均沒有改變 D．基因沒變，性狀改變 A　[從基因突變的情況可看出：基因片段中的T突變?yōu)镚，對(duì)應(yīng)的mRNA上的密碼子由GAU變成GCU，編碼的氨基酸由天冬氨酸變?yōu)楸彼幔被岬母淖円鹕镄誀畹母淖?。] 7．關(guān)于等位基因B和b發(fā)生突變的敘述，錯(cuò)誤的是(　　) A．等位基因B和b都可以突變成為不同的等位基因 B．X射線的照射不會(huì)影響基因B和基因b的突變率 C．基因B中的堿基對(duì)GC被堿基對(duì)AT替換可導(dǎo)致基因突變 D．在基因b的ATGCC序列中插入堿基C可導(dǎo)致基因b的突變 B　[基因突變具有不定向性，A項(xiàng)正確；物理因素如X射線等可提高突變率，B項(xiàng)錯(cuò)誤；基因中堿基對(duì)的替換、增添或缺失均可引起基因突變，C項(xiàng)、D項(xiàng)正確。] 8．如圖是基因工程主要技術(shù)環(huán)節(jié)的一個(gè)基本步驟，這一步驟需用到的工具是 (　　) A．DNA連接酶和解旋酶 B．DNA聚合酶和限制性核酸內(nèi)切酶 C．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 D．DNA聚合酶和RNA聚合酶 C　[目的基因和運(yùn)載體結(jié)合需要基因剪刀——限制性核酸內(nèi)切酶和基因針線——DNA連接酶。此過程不涉及DNA復(fù)制，不需要DNA聚合酶和解旋酶。] 9．下圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是(　　) A．DNA連接酶、限制酶、解旋酶 B．限制酶、解旋酶、DNA連接酶 C．解旋酶、限制酶、DNA連接酶 D．限制酶、DNA連接酶、解旋酶 C　[圖中①處是氫鍵，可由解旋酶破壞；②處是磷酸二酯鍵，可由限制酶破壞；③處是限制酶切口，可由DNA連接酶催化連接。] 10．由于基因突變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)中的一個(gè)賴氨酸發(fā)生了改變。根據(jù)圖和下表回答問題： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632167】 第一個(gè)字母　 第二個(gè)字母 第三個(gè)字母 U C A G A 異亮氨酸 異亮氨酸 異亮氨酸 甲硫氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 賴氨酸 賴氨酸 絲氨酸 絲氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G (1)圖中Ⅰ過程發(fā)生的場(chǎng)所是__________，Ⅱ過程叫__________。 (2)除賴氨酸以外，圖解中X是密碼子表中哪一種氨基酸的可能性最?。縚_________。原因是____________________________________。 (3)若圖中X是甲硫氨酸，且②鏈與⑤鏈(模板鏈)只有一個(gè)堿基不同，那么⑤鏈不同于②鏈上的那個(gè)堿基是__________。 (4)從表中可看出密碼子具有__________的特點(diǎn)，它對(duì)生物體生存和發(fā)展的意義是______________________________________________________ __________________________________________________。 [解析]　(1)Ⅰ過程為翻譯，在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上進(jìn)行。Ⅱ過程為轉(zhuǎn)錄，在細(xì)胞核中進(jìn)行。(2)由賴氨酸與表格中其他氨基酸的密碼子對(duì)比可知，賴氨酸與異亮氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、精氨酸的密碼子相比，都只有一個(gè)堿基的差別，而賴氨酸與絲氨酸的密碼子有兩個(gè)堿基的差別，故圖解中X是絲氨酸的可能性最小。(3)由表格中甲硫氨酸與賴氨酸的密碼子可知，②鏈與⑤鏈的堿基序列分別為TTC與TAC，差別的堿基是A。(4)從增強(qiáng)密碼容錯(cuò)性的角度來解釋，當(dāng)密碼子中有一個(gè)堿基改變時(shí)，由于密碼子的簡(jiǎn)并性，可能并不會(huì)改變其對(duì)應(yīng)的氨基酸；從密碼子使用頻率來考慮，當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時(shí)，幾種不同的密碼子都編碼這種氨基酸，可以保證翻譯的速度。 [答案]　(1)核糖體　轉(zhuǎn)錄 (2)絲氨酸　絲氨酸與賴氨酸有兩個(gè)堿基的差別 (3)A (4)簡(jiǎn)并性　增強(qiáng)了密碼容錯(cuò)性，保證了翻譯的速度 11．酵母菌的維生素、蛋白質(zhì)含量高，可用于生產(chǎn)食品和藥品等?？茖W(xué)家將大麥細(xì)胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如下： (1)該技術(shù)定向改變了酵母菌的性狀，這在可遺傳的變異的來源中屬于________。 (2)本操作中為了將LTP1基因?qū)虢湍妇?xì)胞內(nèi)，所用的運(yùn)載體是________。 (3)要使運(yùn)載體與LTP1基因連接，首先應(yīng)使用________________進(jìn)行切割。 (4)切割完成后，利用____________將運(yùn)載體與LTP1基因連接。 [解析]　(1)基因工程能克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，使原本不在一起的基因組合到一起，使生物具有特定性狀，其原理為基因重組。(2)運(yùn)載體是取自大腸桿菌的質(zhì)粒(見圖)。(3)(4)基因工程中的“剪刀”為限制酶，兩個(gè)序列相同、能互補(bǔ)配對(duì)的黏性末端可用DNA連接酶“縫合”。 [答案]　(1)基因重組　(2)質(zhì)粒 (3)同一種限制酶　(4)DNA連接酶 12．下圖為具有2對(duì)相對(duì)性狀的某自花傳粉的植物種群中甲植株(純種)的一個(gè)A基因和乙植株(純種)的一個(gè)B基因發(fā)生突變的過程(已知A基因和B基因是獨(dú)立遺傳的)，請(qǐng)分析該過程，回答下列問題。 (1)上述兩個(gè)基因發(fā)生突變是由于 ________________________引起的。 (2)右圖為甲植株發(fā)生了基因突變的細(xì)胞，它的基因型為________，表現(xiàn)型是________，請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)明基因與染色體的關(guān)系。 (3)甲、乙發(fā)生基因突變后，該植株及其子一代均不能表現(xiàn)突變性狀，為什么？可用什么方法讓其后代表現(xiàn)出突變性狀。 ____________________________________________________________ ___________________________________________________________ __________________________________________________。 (4)a基因和b基因分別控制兩種優(yōu)良性狀。請(qǐng)利用已表現(xiàn)出突變性狀的植株為實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培育出同時(shí)具有兩種優(yōu)良性狀的植株(用遺傳圖解表示)。 [解析]　(1)由圖可知甲植株和乙植株都發(fā)生了堿基的替換。(2)因?yàn)锳基因和B基因是獨(dú)立遺傳的，所以這兩對(duì)基因應(yīng)該分別位于圖中的兩對(duì)同源染色體上。又由于甲植株(純種)的一個(gè)A基因發(fā)生突變，所以該細(xì)胞的基因型應(yīng)該是AaBB，性狀是扁莖缺刻葉。(3)植株雖已突變但由于A對(duì)a的顯性作用，B對(duì)b的顯性作用，在植株上并不能表現(xiàn)出突變性狀。當(dāng)突變發(fā)生于體細(xì)胞時(shí)，突變基因不能通過有性生殖傳給子代；要想讓子代表現(xiàn)出突變性狀，可對(duì)突變部位的組織細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，而后讓其自交，后代中即可出現(xiàn)突變性狀。(4)雜交育種和單倍體育種兩種方法都能取得不錯(cuò)的效果。 [答案]　(1)一個(gè)堿基的替換 (2)AaBB(寫Aa不行)　扁莖缺刻葉(寫扁莖不得分)　表示出兩對(duì)基因分別位于兩對(duì)同源染色體上即可 (3)該突變均為隱性突變，且基因突變均發(fā)生在甲和乙的體細(xì)胞中，不能通過有性生殖傳遞給子代。取發(fā)生基因突變部位的組織細(xì)胞，通過組織培養(yǎng)技術(shù)獲得試管苗，讓其自交，其子代即可表現(xiàn)突變性狀 (4) [沖A挑戰(zhàn)練] 13．如圖表示人類鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因，已知谷氨酸的密碼子是GAA、GAG，據(jù)圖分析正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632168】 A．轉(zhuǎn)運(yùn)纈氨酸的tRNA一端的三個(gè)堿基是CAU B．②過程是以α鏈作模板，以脫氧核苷酸為原料，由ATP供能，在有關(guān)酶的催化作用下完成的 C．控制血紅蛋白的基因中任意一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生改變都會(huì)引起鐮刀型細(xì)胞貧血癥 D．人發(fā)生此貧血癥的根本原因在于血紅蛋白中的一個(gè)谷氨酸被纈氨酸取代 A　[由于運(yùn)輸氨基酸的tRNA一端的三個(gè)堿基是與mRNA中的堿基互補(bǔ)配對(duì)，所以運(yùn)輸纈氨酸的tRNA一端的三個(gè)堿基為CAU；②過程為轉(zhuǎn)錄，所需的原料為核糖核苷酸；控制血紅蛋白的基因中不同堿基對(duì)的改變對(duì)氨基酸的種類變化作用是不同的；性狀改變的根本原因是基因中堿基對(duì)的改變。] 14．某植株的一條染色體發(fā)生缺失突變，獲得該缺失染色體的花粉不育，缺失染色體上具有紅色顯性基因B，正常染色體上具有白色隱性基因b(如圖)。如以該植株為父本，測(cè)交后代中部分表現(xiàn)為紅色性狀。下列解釋最合理的是(　　) A．減數(shù)分裂時(shí)染色單體1或2上的基因b突變?yōu)锽 B．減數(shù)第二次分裂時(shí)姐妹染色單體3與4自由分離 C．減數(shù)第二次分裂時(shí)非姐妹染色單體之間自由組合 D．減數(shù)第一次分裂時(shí)非姐妹染色單體之間交叉互換 D　[根據(jù)題干所知，染色體缺失花粉不育，則正常情況下，該植物做父本只產(chǎn)生含b的配子，測(cè)交后代不可能出現(xiàn)紅色性狀。既然測(cè)交后代中有部分個(gè)體表現(xiàn)為紅色性狀，說明父本產(chǎn)生的配子中有部分含有B。若發(fā)生基因突變，則后代個(gè)體只有個(gè)別個(gè)體表現(xiàn)為紅色；若是減數(shù)第一次分裂時(shí)非姐妹染色單體發(fā)生交叉互換，因?yàn)榻徊婊Q有一定的交換率，故父本產(chǎn)生的配子中可能有一部分含有B，測(cè)交后代可能會(huì)出現(xiàn)部分(不是個(gè)別)紅色性狀，D正確?；蛲蛔兙哂胁欢ㄏ蛐裕彝蛔兟实?，減數(shù)分裂時(shí)染色單體一旦形成，則不發(fā)生基因突變，故A錯(cuò)誤；減數(shù)二次分裂時(shí)3與4隨著絲點(diǎn)的分裂而分離，形成的兩個(gè)花粉由于含有缺失染色體而不育，B錯(cuò)誤；非姐妹染色單體之間自由組合發(fā)生在減數(shù)與第一次分裂后期，故C錯(cuò)誤。] 15．據(jù)下圖分析，下列有關(guān)基因工程的說法不正確的是(　　) A．為防止目的基因與質(zhì)粒任意結(jié)合而影響基因的表達(dá)，應(yīng)用限制酶Ⅰ、Ⅱ同時(shí)切割二者 B．限制酶、DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵 C．與啟動(dòng)子結(jié)合的應(yīng)該是RNA聚合酶 D．能夠檢測(cè)到標(biāo)記基因表達(dá)產(chǎn)物的受體細(xì)胞中，也一定會(huì)有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物 D　[限制酶Ⅰ、Ⅱ是兩種不同的限制酶，切割后形成的末端序列不同，用限制酶Ⅰ、Ⅱ同時(shí)切割質(zhì)粒和目的基因，可防止質(zhì)粒和目的基因任意結(jié)合而影響基因的表達(dá)，A正確；限制酶能破壞磷酸二酯鍵，DNA連接酶能形成磷酸二酯鍵，二者的作用部位相同，B正確；轉(zhuǎn)錄時(shí)與啟動(dòng)子結(jié)合的是RNA聚合酶，C正確；能夠檢測(cè)到標(biāo)記基因表達(dá)產(chǎn)物的受體細(xì)胞中，也一定會(huì)有目的基因，但目的基因不一定會(huì)表達(dá)，D錯(cuò)誤。] 16．水稻葉片寬窄受細(xì)胞數(shù)目和細(xì)胞寬度的影響，為探究水稻窄葉突變體的遺傳機(jī)理，科研人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632169】 (1)科研人員利用化學(xué)誘變劑處理野生型寬葉水稻，可誘發(fā)野生型水稻的DNA分子中發(fā)生堿基對(duì)的________，導(dǎo)致基因突變，獲得水稻窄葉突變體。 (2)測(cè)定窄葉突變體和野生型寬葉水稻的葉片細(xì)胞數(shù)目和單個(gè)細(xì)胞寬度，結(jié)果如圖所示。該結(jié)果說明窄葉是________________所致。 (3)將窄葉突變體與野生型水稻雜交，F(xiàn)1均為野生型，F(xiàn)1自交，測(cè)定F2水稻的________，統(tǒng)計(jì)得到野生型122株，窄葉突變體39株。據(jù)此推測(cè)窄葉性狀是由________控制的。 (4)研究發(fā)現(xiàn)，窄葉突變基因位于2號(hào)染色體上?？蒲腥藛T推測(cè)2號(hào)染色體上已知的三個(gè)突變基因可能與窄葉性狀出現(xiàn)有關(guān)。這三個(gè)突變基因中堿基發(fā)生的變化如下表所示。 突變基因 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 堿基變化 C→CG C→T CTT→C 蛋白質(zhì) 與野生型分子結(jié)構(gòu)無差異 與野生型有一個(gè)氨基酸不同 長(zhǎng)度比野生型明顯變短 由上表推測(cè)，基因Ⅰ的突變沒有發(fā)生在________序列，該基因突變________(填“會(huì)”或“不會(huì)”)導(dǎo)致窄葉性狀?；颌笸蛔兪沟鞍踪|(zhì)長(zhǎng)度明顯變短，這是基因Ⅲ的突變導(dǎo)致________。 (5)隨機(jī)選擇若干株F2窄葉突變體進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)基因Ⅱ的36次測(cè)序結(jié)果中該位點(diǎn)的堿基35次為T，基因Ⅲ的21次測(cè)序結(jié)果中該位點(diǎn)均為堿基TT缺失。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷，窄葉突變體是由于基因________發(fā)生了突變。 (6)F2群體野生型122株，窄葉突變體39株，仍符合3∶1的性狀分離比，其原因可能是_________________________________________________ __________________________________________________。 [解析]　(1)基因突變是指DNA分子中發(fā)生堿基對(duì)的增添、缺失、替換，引起基因結(jié)構(gòu)的改變。(2)據(jù)圖分析：突變體和野生型比較，細(xì)胞數(shù)減少，單個(gè)細(xì)胞寬度沒有明顯變化，故窄葉是細(xì)胞數(shù)目減少而不是單個(gè)細(xì)胞寬度變窄所致。(3)該雜交實(shí)驗(yàn)研究的相對(duì)性狀是葉片寬窄，故應(yīng)測(cè)定F2水稻的葉片寬窄；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：野生型∶窄葉突變體＝122∶39≈3∶1，據(jù)此推測(cè)窄葉突變體為隱性性狀，由一對(duì)隱性基因控制。(4)突變基因Ⅰ表達(dá)的蛋白質(zhì)與野生型分子結(jié)構(gòu)無差異，說明密碼子的數(shù)目和序列沒變，故基因Ⅰ的突變沒有發(fā)生在密碼子對(duì)應(yīng)的序列；基因通過控制蛋白質(zhì)的合成決定性狀，故該突變基因不會(huì)導(dǎo)致窄葉性狀；突變基因Ⅲ的堿基較野生型減少2個(gè)堿基對(duì)，但表達(dá)的蛋白質(zhì)長(zhǎng)度明顯變短，原因可能是突變導(dǎo)致翻譯提前終止。(5)根據(jù)測(cè)序結(jié)果，發(fā)現(xiàn)窄葉突變體中基因Ⅱ出現(xiàn)表格中的突變的概率為35/36、基因Ⅲ出現(xiàn)表格中的突變的概率為100%，故可判斷窄葉突變體是由于基因Ⅱ、Ⅲ發(fā)生了突變。(6)兩個(gè)窄葉突變基因均位于2號(hào)染色體上，不遵循基因的自由組合定律，F(xiàn)2群體野生型122株，窄葉突變體39株，仍符合3∶1的性狀分離比，說明基因Ⅱ、Ⅲ之間未發(fā)生交叉互換。 [答案]　(1)增添、缺失、替換(或填“替換、缺失”) (2)細(xì)胞數(shù)目減少而不是單個(gè)細(xì)胞寬度變窄 (3)(單株)葉片寬窄　一對(duì)隱性基因 (4)密碼子對(duì)應(yīng)(或“編碼”)　不會(huì)　翻譯提前終止 (5)Ⅱ、Ⅲ(同時(shí)) (6)基因Ⅱ、Ⅲ之間未發(fā)生交叉互換(或“基因Ⅱ、Ⅲ中的一個(gè)突變對(duì)性狀無影響”)