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2019-2020年高中生物《基因突變和基因重組》教案12 新人教版必修2 　　●教材分析 　　本節(jié)在引言部分，指出生物的變異具有普遍性，變異可以分為可遺傳變異和不遺傳變異，可遺傳的變異有三種來(lái)源。 　　本小節(jié)介紹了基因突變的概念、意義和特點(diǎn)，人工誘變?cè)谟N上的應(yīng)用，以及基因重組的概念和意義，教材從實(shí)例引入基因突變的概念，是為了便于學(xué)生理解抽象的概念。在介紹基因突變的普遍性、隨機(jī)性、自然突變率低、有害性和不定向性等特點(diǎn)時(shí)，教材也列舉了具體的實(shí)例。旁欄設(shè)置的思考題和小資料，也有助于學(xué)生加深對(duì)基因突變特點(diǎn)的理解。人工誘變?cè)谟N上有重要用途，教材通過(guò)介紹我國(guó)在誘變育種方面取得的成就，對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育。 　●教學(xué)目標(biāo) 　　知識(shí)目標(biāo) 　　知道：人工誘變?cè)谟N上的應(yīng)用。 　　識(shí)記：（1）基因突變的概念、特點(diǎn)和意義； 　　　　 （2）基因重組的概念和意義。 　　能力目標(biāo) 　　通過(guò)對(duì)課本中實(shí)例的分析，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)的邏輯推理能力。 　　情感目標(biāo) 　　1．初步學(xué)會(huì)用辯證唯物主義觀點(diǎn)來(lái)認(rèn)識(shí)生物體和生物界。 　　2．通過(guò)介紹我國(guó)在誘變育種方面取得的成就，對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育。 　　●重點(diǎn)落實(shí)方案 　　重點(diǎn) 　　1．基因突變的概念和特點(diǎn)。 　　2．基因重組的概念。 　　落實(shí)方案 　　1．通過(guò)實(shí)例加深學(xué)生對(duì)概念的理解。 　　2．讓學(xué)生在課前搜集有關(guān)在誘變育種上取得的成就，進(jìn)一步突出重點(diǎn)內(nèi)容。 　　●難點(diǎn)突破策略 　　難點(diǎn) 　　基因突變的概念。 　　突破策略 　　通過(guò)舉例、放映有關(guān)的投影和錄像的方法，讓學(xué)生對(duì)抽象的概念有一個(gè)具體的理解。 　　●教具準(zhǔn)備 　　投影片、錄像片、投影儀、錄像機(jī)、多媒體設(shè)備。 　　●學(xué)法指導(dǎo) 　　本小節(jié)內(nèi)容為抽象，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)采用師生互動(dòng)，通過(guò)實(shí)例舉證來(lái)理解抽象概念和特點(diǎn)。 　　●課時(shí)安排 　　2課時(shí) 第一課時(shí) 　　●教學(xué)過(guò)程 　　［導(dǎo)課］ 　　在前面我們學(xué)習(xí)了生物的遺傳問(wèn)題，了解了性狀為什么會(huì)遺傳以及性狀在向后代遺傳時(shí)所要遵循的規(guī)律特點(diǎn)。知道了性狀是由遺傳物質(zhì)決定的。性狀的表現(xiàn)除了與遺傳物質(zhì)有關(guān)外，還與外界條件有關(guān)。而且性狀由親代傳遞給子代時(shí)，或多或少都會(huì)存在差異，這就是生物的變異。 　　那么生物的變異又是如何產(chǎn)生的呢？又有什么特點(diǎn)呢？今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)《生物的變異》的有關(guān)教學(xué)內(nèi)容。 　?。劢虒W(xué)目標(biāo)達(dá)成］ 　　1．播映投影片：上圖是一個(gè)普通的玉米種子在萌發(fā)長(zhǎng)成植株的過(guò)程中，水、肥、光特別充足，所結(jié)種子大而飽滿(mǎn)，但這樣的種子種下去，結(jié)出的是普通種子。下圖是太空椒（普通青椒種子遨游過(guò)太空后培育而成）與普通青椒對(duì)比，果實(shí)明顯增大，種植下去，仍然是肥大果實(shí)。 　　2．質(zhì)疑：（1）籽粒飽滿(mǎn)的種子與普通種子相比，太空椒與普通青椒相比，性狀有明顯的差異，原因何在？（回答：發(fā)生了變異） 　　（2）把籽粒大而飽滿(mǎn)的種子種下去長(zhǎng)不出同樣好的種子，而是普通種子；把肥大的太空青椒籽種下去可以結(jié)出肥大的青椒。這些現(xiàn)象說(shuō)明什么問(wèn)題？（回答：生物的變異有的不能遺傳，有的可以遺傳。） 　　3．從上述可以看出，生物的變異有這樣兩種類(lèi)型：可遺傳的變異和不遺傳的變異。我們知道生物的表現(xiàn)型與基因型和外界環(huán)境條件有關(guān)。像玉米這樣，籽粒大而飽滿(mǎn)是由于水、肥和光充足引起的（也即由外界環(huán)境條件引起），這種變異是不可遺傳的。而太空椒遨游過(guò)太空，宇宙輻射改變了其遺傳物質(zhì)，因而改變了其性狀，這個(gè)變異性狀是可遺傳的?？蛇z傳的變異是生物變異的主要類(lèi)型。它的來(lái)源主要由三個(gè)方面：基因突變、基因重組和染色體變異。 　　4．組織學(xué)生觀看關(guān)于正常紅細(xì)胞的基因突變形成鐮刀型細(xì)胞貧血癥的錄像。了解基因突變的概念、產(chǎn)生過(guò)程及導(dǎo)致生物變異的過(guò)程。 　　觀看錄像的同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生思考以下問(wèn)題： 　　（1）正常紅細(xì)胞是什么形狀？有什么功能？ 　　答：圓餅狀，運(yùn)輸氧的功能。 　　（2）鐮刀型細(xì)胞貧血征的紅細(xì)胞呈鐮刀狀，對(duì)功能的完成有沒(méi)有影響？ 　　答：有。運(yùn)氧能力降低，易破裂溶血造成貧血，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡。 　　5．投影鐮刀型細(xì)胞貧血征病因的圖解，師生共同探求正常紅細(xì)胞變成鐮刀型紅細(xì)胞的原因。 　　控制血紅蛋白質(zhì)的DNA上一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生改變，導(dǎo)致該基因脫氧核苷酸的排列順序發(fā)生了改變，導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)改變。因?yàn)榛蚩刂粕锏男誀睿虼嘶蚪Y(jié)構(gòu)改變最終導(dǎo)致控制血紅蛋白的性狀發(fā)生改變，紅細(xì)胞也就由圓餅狀變?yōu)殓牭稜睢? 　　6．組織學(xué)生討論，引起基因結(jié)構(gòu)改變的原因除堿基對(duì)的替換外，還有哪些原因？（從DNA片斷考慮） 　　指導(dǎo)學(xué)生寫(xiě)一DNA片斷，分析說(shuō)明當(dāng)DNA中堿基對(duì)增加或減少時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而影響到性狀的表現(xiàn)。也就是說(shuō)，DNA堿基對(duì)的替換、增添和缺失均會(huì)引起基因結(jié)構(gòu)的改變，即基因中脫氧核苷酸順序發(fā)生了改變，因而遺傳信息也隨之改變，通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯形成的蛋白質(zhì)也就發(fā)生了改變，性狀自然會(huì)發(fā)生改變。可見(jiàn)，基因結(jié)構(gòu)的改變會(huì)使生物發(fā)生變異，也即基因突變?cè)斐缮锏淖儺悺? 　　7．教師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)基因突變的概念。指出基因突變是染色的某一位點(diǎn)上基因的改變?；蛲蛔兪挂粋€(gè)基因變成它的等位基因，并且通常會(huì)引起一定的表現(xiàn)型變化。因而會(huì)產(chǎn)生一些新性狀。這些新性狀是生物從未有過(guò)的性狀，因此它是生物變異的根本來(lái)源，也為生物進(jìn)化提供了最初的原材料。這就是基因突變的意義所在。 　　8．放映“基因突變”的投影片（一）： 　　玉米高莖→矮莖、普通羊→短腿羊、正常人→白化病、果蠅長(zhǎng)翅→殘翅、家鴿羽毛白色→灰紅色、正常棉花→短果枝。 　　放映“植物個(gè)體發(fā)育過(guò)程”的投影片（二）； 　　放映“小鼠毛色變化與基因突變關(guān)系”的投影片（三）。 　　組織學(xué)生邊看投影片邊討論總結(jié)基因突變的特點(diǎn)。 　　投影片（一）說(shuō)明植物、動(dòng)物、人都可能發(fā)生基因突變，也即基因突變是普遍存在的。這種突變?cè)谧匀粭l件下發(fā)生的叫自然突變，在人為條件下誘發(fā)產(chǎn)生的叫誘發(fā)突變。 　　投影片（二）說(shuō)明基因突變可以發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期和生物體的任何細(xì)胞。而且突變發(fā)生越早，表現(xiàn)部位越多；反之則相反。再有一條是只有生殖細(xì)胞的突變才會(huì)遺傳給后代。 　　然后教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀第49頁(yè)的內(nèi)容，得以結(jié)論：（1）基因突變率很低，且不同生物的基因突變率、同一種生物不同的基因突變率均不同。（2）基因突變絕大多數(shù)是有害的，但也有少數(shù)有利。這些涉及到生物與環(huán)境相適應(yīng)的問(wèn)題。在此給學(xué)生可留一伏筆，為《生物與環(huán)境》一章打基礎(chǔ)。 　　投影片（三）說(shuō)明基因突變是不定向的，一個(gè)基因可以向不同方向發(fā)生突變，產(chǎn)生一個(gè)以上的等位基因。但是，每一個(gè)基因的突變都只能限定在其相對(duì)性狀的范圍內(nèi)，不會(huì)超出限制。 　　以上內(nèi)容總結(jié)起來(lái)就是基因突變的特點(diǎn)。 　?。劢虒W(xué)目標(biāo)鞏固］ 　　1．生物的變異有兩種：_________和_________。前者指_________。后者指________。 　　答案：可遺傳的變異　不遺傳的變異　變異現(xiàn)象是由于生殖細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)的改變而引起的，能夠遺傳給后代　變異現(xiàn)象是由于環(huán)境因素的影響造成的，并沒(méi)有引起生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的變化，因而不能夠遺傳下去 　　2．可遺傳的變異有三種來(lái)源：________、________、________。 　　答案：基因突變　基因重組　染色體變異 　　3．基因突變是指________，通過(guò)基因突變使一個(gè)基因變成它的________，并且通常會(huì)引起一定的________。 　　答案：染色體的某一位點(diǎn)上基因的改變　等位基因　表現(xiàn)型變化 　　4．基因突變的意義是_________。 　　答案：生物變異的根本和主要來(lái)源，為生物進(jìn)化提供了最初的原材料 　　5．基因突變有以下特點(diǎn)：（1）_____；（2）_____；（3）_____；（4）_____；（5）_____。 　　答案：普遍性　隨機(jī)性　低頻性　多害少利性　不定向性 　?。鄄贾米鳂I(yè)］ 　　P46復(fù)習(xí)題：一，二、1、3，三、1。 　?。劢Y(jié)課］ 　　這節(jié)課我們主要掌握的內(nèi)容有基因突變的概念和基因突變的特點(diǎn)?；蛲蛔兪怯捎贒NA分子中發(fā)生堿基對(duì)的增添、缺失或改變而引起的基因結(jié)構(gòu)改變。基因突變的特點(diǎn)有：普遍性、隨機(jī)性、突變率低、多害少利、不定向性。 　　●板書(shū)設(shè)計(jì) 第四節(jié) 生物的變異 　　變異：不遺傳變異和可遺傳變異 　　可遺傳變異的來(lái)源 　　一、基因突變和基因重組 　?。ㄒ唬┗蛲蛔? 　　1．概念：由于DNA分子中發(fā)生堿基對(duì)的增添、缺失或改變而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變。 　　2．意義： 　　3．特點(diǎn)：（1）普遍性　　自然突變、誘發(fā)突變 　?。?）隨機(jī)性 　?。?）突變率低 　?。?）多數(shù)有害 　?。?）不定向性 第二課時(shí) 　　●教學(xué)過(guò)程 　?。蹖?dǎo)課］ 　　上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了基因突變的概念、意義和特點(diǎn)。明確性狀變異是由于基因突變。請(qǐng)大家回答基因突變具體有哪些特點(diǎn)？（回答略） 　　放映投影片：如棉花短果枝、雞腳葉，水稻矮稈、糯葉，果蠅的白眼、殘翅，人的白化病、色盲。 　　這些基因突變?nèi)绻窃谧匀粭l件下發(fā)生的叫——自然突變；在人為條件下誘發(fā)產(chǎn)生的叫——誘發(fā)突變。那誘發(fā)突變的人為條件是什么？我們知道基因突變大多是有害的，為什么要人工誘發(fā)突變？這有什么用呢？今天我們接著來(lái)學(xué)習(xí)下面一個(gè)內(nèi)容——人工誘變?cè)谟N上的應(yīng)用。 　?。劢虒W(xué)目標(biāo)達(dá)成］ 　　1．閱讀書(shū)第50頁(yè)，畫(huà)出人工誘變的概念：人工誘變就是在人工條件下誘導(dǎo)基因發(fā)生突變。人工條件有兩種：物理方法包括X射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、激光等；化學(xué)方法有亞硝酸、硫酸二乙酯等。 　　應(yīng)用這些方法怎樣去處理生物使之發(fā)生基因突變呢？產(chǎn)生的這些突變又有什么用呢？下面讓我們看一段錄像片，這是我國(guó)科學(xué)工作者用人工方法處理農(nóng)作物發(fā)生基因突變的一段內(nèi)容。 　　看了錄像片，大家清楚了怎樣用各種射線(xiàn)和化學(xué)物質(zhì)去處理生物，也看到了生物突變的具體性狀的表現(xiàn)了。讓學(xué)生說(shuō)明這些方法誘導(dǎo)基因突變有什么好處？ 　　回答：可提高突變率，創(chuàng)造人類(lèi)需要的突變類(lèi)型，從中選育出優(yōu)良新品種。 　　2．通過(guò)人工誘導(dǎo)方法培育出的農(nóng)作物新品種，具抗病力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。例如，黑龍江農(nóng)科院用輻射方法處理大豆，培育成黑農(nóng)五號(hào)大豆品種，含油量比原來(lái)的品種提高了2.5%，大豆產(chǎn)量提高了16%。大家看書(shū)第52頁(yè)圖，太空椒就是利用宇宙空間強(qiáng)烈輻射而發(fā)生基因突變培育的新品種。 　　人工誘變不僅在農(nóng)作物育種上起作用，在微生物育種上也發(fā)揮了重要作用，如青霉素，最初產(chǎn)量為20單位/mL，后經(jīng)人們多次用射線(xiàn)等綜合處理，目前產(chǎn)量已是50000~60000單位/mL了，可見(jiàn)人工誘變對(duì)生物育種起著巨大作用。因此我們研究基因突變確實(shí)有很重要的應(yīng)用價(jià)值。 　　3．生物變異不只是由基因突變引起的，基因重組也會(huì)造成生物變異。 　　基因重組造成的生物變異是在什么情況下發(fā)生的呢？又有什么特點(diǎn)呢？接下來(lái)我們就來(lái)學(xué)習(xí)基因重組。 　　什么是基因重組呢？基因重組是控制不同性狀的基因重新組合。我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)自由組合定律時(shí)已經(jīng)接觸過(guò)這方面的知識(shí)。請(qǐng)同學(xué)們回憶一下，黃色圓粒與綠色皺粒作親本雜交，產(chǎn)生后代的過(guò)程。 　　放映投影片： 　　讓學(xué)生看投影，分析：F2中除黃色圓粒、綠色皺粒外，還有兩種親本所沒(méi)有的新性狀：黃色皺粒、綠色圓粒，這兩種性狀與親本相比是不是變異性狀？它們又是如何產(chǎn)生的呢？（是。在F1減數(shù)分裂形成配子時(shí)，控制不同性狀的基因自由組合形成的。） 　　讓學(xué)生畫(huà)出以上過(guò)程的染色體圖，總結(jié)出：基因重組可以發(fā)生在減數(shù)分裂形成配子時(shí)，非同源染色體上的非等位基因的自由組合的過(guò)程中。 　　4．由上述可見(jiàn)，基因重組是發(fā)生在有性生殖的過(guò)程中。 　　在有性生殖的過(guò)程中，由于父本和母本的遺傳物質(zhì)不同，當(dāng)兩者雜交時(shí)，基因重新組合，就使子代產(chǎn)生了變異。這就是基因重組造成的變異。 　　5．請(qǐng)學(xué)生閱讀P45。并與學(xué)生共同討論分析：基因重組引起的變異有什么特點(diǎn)？為什么？（特點(diǎn)：非常豐富。原因：父本和母本遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)不同，自身雜合性越高，二者遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)相差越大，基因重組產(chǎn)生的差異可能性也就越大。） 　　例如，具10對(duì)相對(duì)性狀的親本進(jìn)行雜交，若只考慮自由組合引起的基因重組，F(xiàn)2可能出現(xiàn)的表現(xiàn)型就有210＝1024種。而在生物體內(nèi)尤其是高等動(dòng)植物體內(nèi)控制性狀的基因數(shù)目是非常巨大的，由同源染色體的非姐妹染色單體之間的局部交換引起的基因重組在自然界也十分常見(jiàn)。如果把這些因素都考慮在內(nèi)，那么生物通過(guò)有性生殖產(chǎn)生的變異就更多了。豐富多彩的變異形成了生物多樣性的重要原因之一。因此對(duì)生物進(jìn)化具有十分重要的意義?！　? 　?。劢虒W(xué)目標(biāo)鞏固］ 　　1．人工誘變是指________。 　　答案：在人工條件下誘導(dǎo)基因發(fā)生突變 　　2．人工誘變的條件有哪些？ 　　答案：有兩種。物理方法包括X射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、激光等；化學(xué)方法有亞硝酸、硫酸二乙酯等。 　　3．基因重組是指________，它是通過(guò)________過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，主要有________和________兩種類(lèi)型。 　　答案：控制不同性狀的基因重組合　有性生殖　自由組合　交叉互換 　　4．舉出幾個(gè)基因重組引起生物變異的例子。 　　答案：略。 　　5．玉米的非糯性、糯性分別由基因W、w控制，基因型為WW的玉米經(jīng)輻射處理后，變成為WW基因型的玉米，這種變異屬于________，這種培育新品種的方法稱(chēng)為_(kāi)_______，其優(yōu)點(diǎn)是________。 　　答案：基因突變　誘變育種　提高突變率，創(chuàng)造新類(lèi)型，培育新品種 　　6．下列變異中，屬于基因突變的是（?。? 　?、偃祟?lèi)的色盲　②無(wú)籽西瓜?、酃壍陌籽邸、苄『邴湣、轃o(wú)籽番茄　⑥棉花中的短果枝 　　A．①②④ B．①③⑥ 　　C．②④⑤ D．②④⑥ 　　答案：B 　?。鄄贾米鳂I(yè)］ 　　P46復(fù)習(xí)題：二、2、4，三、2。 　?。劢Y(jié)課］ 　　我們用兩課時(shí)學(xué)習(xí)了可遺傳變異的來(lái)源中的兩種：基因突變和基因重組。知道了變異的兩種類(lèi)型及其來(lái)源。請(qǐng)大家一起歸納總結(jié)一下：基因突變和基因重組引起的變異有什么區(qū)別？ 　?。?）基因突變是基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，它能產(chǎn)生新的基因。其過(guò)程發(fā)生于DNA復(fù)制時(shí)，特點(diǎn)是：普遍性、隨機(jī)性、低頻性、多害少利性、不定向性。 　?。?）基因重組是控制不同性狀的基因重新組合，不產(chǎn)生新基因，可形成新的基因型。其過(guò)程發(fā)生在有性生殖過(guò)程中，特點(diǎn)是非常豐富。 　　還應(yīng)該注意把理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，特別要注意了解人工誘變?cè)谟N上的應(yīng)用。 　　課本P45最后一段以小字方式簡(jiǎn)要介紹了“重組DNA技術(shù)”，同學(xué)們也應(yīng)稍加了解。 　　●板書(shū)設(shè)計(jì) 第四節(jié) 生物的變異 　　4．人工誘變?cè)谟N上的應(yīng)用 　?。?）人工誘變的概念、方法 　?。?）人工誘變的優(yōu)點(diǎn) 　?。?）我國(guó)在人工誘變方面的成果 　?。ǘ┗蛑亟M 　　1．概念：控制不同性狀的基因重新組合 　　2．類(lèi)型：基因自由組合 　　基因交叉互換 　　3．特點(diǎn)：非常豐富 　　4．意義：（1）為生物變異提供了極其豐富的來(lái)源。 　?。?）是形成生物多樣性的重要原因之一。 　?。?）對(duì)于生物進(jìn)化具有十分重要的意義。 　　5．重組DNA技術(shù) 　　●備課資料 　　一、納米科技在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 　　1．納米科學(xué)技術(shù)（Nanotechnology） 　　納米科學(xué)技術(shù)（Nanotechnology）是20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來(lái)的新的前沿科研領(lǐng)域，1990年在美國(guó)巴爾的摩召開(kāi)的第1屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議，正式標(biāo)志著納米科學(xué)的誕生。 　　納米（nanometer）是一種計(jì)量單位，即為毫微米，通常用nm表示。它特指粒徑為1~100 nm（1 nm＝10－9 m）的顆粒，大約相當(dāng)于人發(fā)直徑的10萬(wàn)分之一。 　　納米科學(xué)是指研究在0.1~100 nm（納米）尺寸范圍內(nèi)物質(zhì)具有的物理、化學(xué)性質(zhì)和功能的科學(xué)，它既不是化學(xué)，也不是物理和生物，而是一門(mén)學(xué)科交叉的高新技術(shù)學(xué)科，它包括納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)和納米機(jī)械學(xué)等新興學(xué)科。而納米科技是指一種用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，它以納米科學(xué)為理論基礎(chǔ)，進(jìn)行制造新材料、新器件，研究新工藝。納米技術(shù)包括納米材料的制備技術(shù)、納米顆粒表面的控制、改性和修飾技術(shù)，以及把納米材料應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域和各種產(chǎn)品上的關(guān)鍵技術(shù)。 　　事實(shí)上，世界上早就有納米顆粒存在，只是到20世紀(jì)80年代，科學(xué)家才驚奇地發(fā)現(xiàn)，由幾個(gè)到幾千個(gè)原子組成的納米顆粒既不同于宏觀的大塊物體，也不同于單個(gè)的原子和分子，而是一個(gè)頗具“個(gè)性”的奇特的群體。納米技術(shù)使人工可以在分子的層次上進(jìn)行不同的組裝。此后，關(guān)于納米材料的制備方法、性能及應(yīng)用研究逐漸引起了各國(guó)科學(xué)家和政府的高度重視。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的納米技術(shù)高級(jí)顧問(wèn)米哈伊爾羅科預(yù)言：“由于納米技術(shù)的出現(xiàn)，在今后30年中，人類(lèi)文明所經(jīng)歷的變化將會(huì)比剛剛過(guò)去的整個(gè)20世紀(jì)都要多得多?！泵绹?guó)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)剛把“啟動(dòng)納米技術(shù)的計(jì)劃看作是下一次的工業(yè)革命的核心”。 　　2．納米科技在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 　　納米科技日益滲透到生命科學(xué)領(lǐng)域，與生物高科技聯(lián)袂。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，納米技術(shù)與其說(shuō)是為人類(lèi)提供更為豐富的精密、精細(xì)的產(chǎn)品，更重要的是建立了一種新的思維方式。納米在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，將會(huì)迅速改變農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)的面貌，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類(lèi)面臨的重大問(wèn)題如：糧食、健康、環(huán)境、能源等，最直接地顯示出納米對(duì)人類(lèi)生活的革命性的影響。 　　（1）納米生物學(xué)（nanobiology）　納米生物學(xué)是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理解決和發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，研究細(xì)胞內(nèi)部各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能、細(xì)胞內(nèi)部、細(xì)胞內(nèi)外之間以及整個(gè)生物體的物質(zhì)、能量和信息交換。納米科技的最終目的是制造分子機(jī)器，而分子機(jī)器的啟發(fā)來(lái)源于生物體系中存在的大量的生物大分子，它們被費(fèi)曼等人看作是自然界的分子機(jī)器。從這個(gè)意義上說(shuō)，納米生物學(xué)應(yīng)該是納米科技中的一個(gè)核心領(lǐng)域。利用DNA和某些特殊的蛋白質(zhì)的特殊性質(zhì)，有可能制造出分子器件。目前研究的熱點(diǎn)在分子馬達(dá)、硅—神經(jīng)細(xì)胞體系和DNA相關(guān)的納米體系與器件。利用納米技術(shù)，人們已經(jīng)可以操縱單個(gè)的生物大分子。這被認(rèn)為是有可能引發(fā)第2次生物學(xué)革命的重要技術(shù)之一。 　　納米生物學(xué)的研究集中在下列方面： 　?、倮眯屡d的納米技術(shù)來(lái)解決和研究生物學(xué)問(wèn)題。在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的聯(lián)系，這不僅是納米生物學(xué)也是整個(gè)現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。 　?、谠诩{米尺度上獲取生命信息，特別是細(xì)胞內(nèi)的各種信息。遺傳物質(zhì)DNA的研究是一個(gè)突破口，這方面的研究在形貌觀察、特性研究和基因改造3個(gè)方面有不少進(jìn)展。獲取生命信息的方法是首先獲得細(xì)胞膜和細(xì)胞器表面的結(jié)構(gòu)信息，用亞微米掃描質(zhì)子探針（SPM）測(cè)定元素成分的信息，用微感器和納米傳感器（nanosenser）獲取各種生化反應(yīng)的化學(xué)信息和電化學(xué)信息。 　?、勰X功能的研究。研究工作目標(biāo)是弄清人類(lèi)的記憶、思維、語(yǔ)言和學(xué)習(xí)這些高級(jí)神經(jīng)功能和人腦的信息處理功能。 　?、芊律鷮W(xué)的研究。仿生學(xué)是納米技術(shù)中有希望獲得突破性成果的部分，這也是納米生物學(xué)的熱門(mén)研究?jī)?nèi)容。納米機(jī)器人（nanorobot）的研制近來(lái)取得不少成果。第1代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)（如酶等）和機(jī)械系統(tǒng)（如齒輪等）的有機(jī)結(jié)合體。這種技術(shù)的誘人應(yīng)用是將這種多功能的微型機(jī)器人注入人體血管內(nèi)，他可做全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物，甚至還能吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。紐約大學(xué)的1個(gè)實(shí)驗(yàn)室最近制造了這樣1個(gè)機(jī)器人。研究人員認(rèn)為，將來(lái)納米級(jí)機(jī)器人可遨游人體微觀世界，隨時(shí)清除人體中的一切有害物質(zhì)，激活細(xì)胞能量，使人不僅僅保持健康，而且延長(zhǎng)壽命。設(shè)想的第2代納米機(jī)器人應(yīng)當(dāng)是能直接從原子、分子裝配成有一定功能的納米尺度的裝配裝置，一個(gè)直接借鑒的例子是細(xì)胞中的核糖體，它可以按DNA和RNA傳遞的編碼信息生產(chǎn)特定功能的蛋白質(zhì)。第3代納米機(jī)器人則將是含有鈉電子計(jì)算機(jī)的、可人機(jī)對(duì)話(huà)并具有自身復(fù)制能力的納米裝置。那時(shí)人類(lèi)的勞動(dòng)方式將徹底改變，勞動(dòng)的主體——人將得到完全解決。 　?、菁{米結(jié)構(gòu)自組裝的研究，利用生物大分子制造分子器件，模仿和制造類(lèi)似生物大分子的分子機(jī)器。復(fù)雜微型機(jī)電系統(tǒng)制造中，很大的難題是系統(tǒng)中各部件的組裝，系統(tǒng)越先進(jìn)、越復(fù)雜，組裝的問(wèn)題也越難解決。自然界各種生物、生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞等都是極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，它們的生成、組裝都是自動(dòng)進(jìn)行的。如能了解并控制生物大分子的自組裝原理，人類(lèi)對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)和改造必然會(huì)上升到一個(gè)全新的更高的水平。 　　（2）納米生物醫(yī)藥學(xué)　納米技術(shù)不僅在電子學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大作用，超細(xì)納米技術(shù)還將在醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。納米粒子具有超微小體積，能被細(xì)胞吸收，可以通過(guò)人體最小的毛細(xì)血管，還可以通過(guò)血腦屏障。這些特有的性質(zhì)，使其在藥物和基因輸送方面具有許多優(yōu)越性：①可緩釋藥物，從而延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間；②可達(dá)到靶向輸送的目的；③可在保證藥物作用的前提下，減少給藥劑量，從而減輕或避免毒副反應(yīng)；④可提高藥物的穩(wěn)定性，有利于儲(chǔ)存；⑤可保護(hù)核苷酸，防止其被核酸酶降解；⑥可幫助核苷酸轉(zhuǎn)染細(xì)胞，并起到定位作用；⑦可以建立一些新的給藥途徑。這都是其他輸送體系無(wú)法比擬的。所以，納米控釋系統(tǒng)是一非常有前途的控釋系統(tǒng)，其研究會(huì)越來(lái)越深入，用途也會(huì)越來(lái)越廣泛。 　　超細(xì)納米技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用與展望主要有以下方面： 　?、偌{米級(jí)粒子使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊特定細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。例如，對(duì)付癌癥的“納米生物導(dǎo)彈”，這一專(zhuān)門(mén)針對(duì)癌癥的超細(xì)納米藥物，能將抗腫瘤藥物連接在磁性超微粒子上，定向殺死癌細(xì)胞。其次是治療心血管疾病的“納米機(jī)器人”，用特制超細(xì)納米材料制成的機(jī)器人，能進(jìn)入人的血管和心臟中，完成醫(yī)生不能完成的血管修補(bǔ)等“細(xì)活”，必要時(shí)還可用它直接進(jìn)行治療。 　?、谟眉{米技術(shù)診斷早期肝癌。納米技術(shù)用于早期診斷，要以發(fā)現(xiàn)直徑3 mm以下的肝腫瘤，這對(duì)肝癌的早期診斷、早期治療有著十分重要的意義。中國(guó)醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院放射線(xiàn)科專(zhuān)家陳麗英教授與一些科研院所合作，把納米級(jí)微顆粒應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究，經(jīng)過(guò)4年的努力，已完成了超順磁性氧化鐵超微顆粒脂質(zhì)體的研究課題，從而開(kāi)創(chuàng)了納米技術(shù)在肝癌診斷方面的應(yīng)用。 　?、塾眉{米技術(shù)研制開(kāi)發(fā)新型抗菌素。從最近召開(kāi)的我國(guó)首屆納米生物醫(yī)藥研討會(huì)獲悉，我國(guó)已成功地研制出納米級(jí)的新一代抗菌藥物，而且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。這標(biāo)志著我國(guó)納米材料在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用達(dá)到世界先進(jìn)水平。這種直徑只有25 nm的棕色納米抗菌顆粒，經(jīng)中國(guó)科學(xué)院微生物研究所、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院、中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院等權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等致病微生物均有強(qiáng)烈的抑制和殺滅作用，同時(shí)還具有廣譜、親水、環(huán)保等多種性能。由于納米抗菌藥物采用純天然礦物質(zhì)研制而成，所以使用時(shí)也不會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。另外，納米抗菌藥物經(jīng)中國(guó)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院的臨床應(yīng)用表明，即使用量達(dá)到臨床使用劑量的4000多倍，受試動(dòng)物也無(wú)中毒表現(xiàn)。以這種抗菌顆粒為原料藥，科學(xué)家成功地開(kāi)發(fā)出創(chuàng)傷貼、潰瘍貼等納米醫(yī)藥類(lèi)產(chǎn)品，并已投入批量生產(chǎn)。 　　④用納米材料開(kāi)發(fā)新型藥物輸送系統(tǒng)，這種輸送系統(tǒng)是由一種內(nèi)含藥物的納米球組成的，納米球外面有一種保護(hù)性涂層，可在血液中循環(huán)而不會(huì)受到人體免疫系統(tǒng)的攻擊，如果使其具備識(shí)別癌細(xì)胞的能力，就可直接將藥物送到癌變部位，而不會(huì)對(duì)健康組織造成損害。 　?、萦眉{米技術(shù)制造的“芯片實(shí)驗(yàn)室”可對(duì)血液和病毒進(jìn)行檢測(cè)，幾分鐘即可獲得檢測(cè)結(jié)果。 　?、拊谌斯て鞴偻饷嫱可霞{米粒子可預(yù)防移植后的排異反應(yīng)。 　?、邔?duì)傳統(tǒng)的名貴中草藥進(jìn)行超細(xì)開(kāi)發(fā)，極大提高藥物的療效。 　　納米技術(shù)在新世紀(jì)將推動(dòng)信息技術(shù)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)及能源科學(xué)的發(fā)展，就像抗生素、集成電路和人造聚合物在20世紀(jì)發(fā)揮了重要作用一樣，納米技術(shù)在新世紀(jì)將給人類(lèi)的生活帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。 　　二、突變與癌 　　癌在人體各部分都可能發(fā)生，它的種類(lèi)很多，據(jù)目前所知已超過(guò)100種。癌細(xì)胞分裂得比正常細(xì)胞快，當(dāng)失去約束時(shí)可無(wú)限分裂下去，而且核內(nèi)染色體可以多次復(fù)制，細(xì)胞質(zhì)里的紡錘絲可以形成多極，一次分裂的結(jié)果可以產(chǎn)生多個(gè)子細(xì)胞，最終長(zhǎng)成一個(gè)腫瘤。如果不切除或化療抵制，便會(huì)無(wú)限制地生長(zhǎng)，向人體奪取養(yǎng)分，使人體消瘦衰竭，最終導(dǎo)致死亡。此外，癌細(xì)胞還有幼嫩、不成熟、容易離散等特點(diǎn)，離散后的幼嫩癌細(xì)胞會(huì)隨淋巴液和血液循環(huán)在體內(nèi)游走，穿入到各種組織器官中，很快地分裂繁殖，形成新的癌腫，這就是轉(zhuǎn)移以后，更難于早期發(fā)現(xiàn)和根治。 　　關(guān)于癌細(xì)胞產(chǎn)生的原因，科學(xué)上還沒(méi)有一致的見(jiàn)解。例如認(rèn)為病毒是致癌的一種因素，近年來(lái)已有不少報(bào)導(dǎo)。但大多數(shù)的意見(jiàn)認(rèn)為，許多癌癥的起因是體細(xì)胞突變。支持這一理論的論據(jù)之一是已知能誘發(fā)基因突變的所有化學(xué)誘變劑幾乎都是致癌物質(zhì)，已知能誘發(fā)基因突變的物理因素已都是致癌的。例如煤瀝青里一些化學(xué)物質(zhì)經(jīng)常接觸皮膚，能引起皮膚癌；在大劑量苯中毒時(shí)能誘發(fā)白血?。ㄑ?；吸煙是引起肺癌的原因之一。經(jīng)常接觸放射性化合物或從事放射性工作的，白血病、骨髓癌的發(fā)病率都較高。體細(xì)胞突變致癌理論的論據(jù)之二是癌癥的發(fā)病率隨年齡的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，因此它可能是積累了幾種有害突變的結(jié)果。例如有的基因突變可能產(chǎn)生在控制細(xì)胞正常分裂的結(jié)構(gòu)基因或調(diào)節(jié)基因上，使細(xì)胞分裂不受拘束；有的基因突變可能引起細(xì)胞膜缺陷，使致癌物質(zhì)有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)入細(xì)胞，從而增加突變的積累；有的基因突變可能涉及細(xì)胞中DNA的修復(fù)系統(tǒng)，使DNA偶然發(fā)生的堿基變化，不能切除修復(fù)，也容易產(chǎn)生癌細(xì)胞。因此，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，消除環(huán)境污染，及時(shí)檢查可疑的致癌物質(zhì)，并加以防除，對(duì)放射性工作加強(qiáng)安全保護(hù)等，都可以降低癌癥的發(fā)病率。 　　三、基因突變引起的幾類(lèi)表現(xiàn)變異 　?。ㄒ唬┬螒B(tài)突變型 　　泛指外型改變的突變型，或可稱(chēng)為可見(jiàn)突變。如：植物的株高，籽粒的大小、色澤，果蠅的眼色與翅形，以及細(xì)胞和菌落的形態(tài)顏色等。 　?。ǘ┲滤劳蛔冃? 　　引起個(gè)體死亡或生活力明顯下降的突變型。通常一個(gè)隱性致死突變基因可以在二倍體生物中以雜合狀態(tài)存在。當(dāng)純合狀態(tài)或不具有正常的顯性等位基因時(shí)，便將導(dǎo)致死亡。如白化基因b，純合時(shí)引起高等植物形成白化苗，因不能形成葉綠素，不能進(jìn)行光合作用而死亡。 　　（三）條件致死突變型 　　在一定條件下表現(xiàn)致死效應(yīng)，在另外條件下可以存活的類(lèi)型。如T4噬菌體的溫度敏感突變型，在25℃下能在宿主Ecoli細(xì)胞內(nèi)生活，而在42℃時(shí)是致死的。 　?。ㄋ模┥蛔冃? 　　無(wú)形態(tài)表現(xiàn)而某種特定生化功能改變的類(lèi)型，其中最常見(jiàn)的是營(yíng)養(yǎng)缺陷型，它從原來(lái)在基本培養(yǎng)基上正常生活，變成必須加某些物質(zhì)，如氨基酸、維生素等才能生活，說(shuō)明它們失去了合成這些物質(zhì)的特性，細(xì)菌等的抗藥性也屬于這種情況。實(shí)際上，基因是通過(guò)生物體內(nèi)生化過(guò)程的變化而發(fā)揮作用的，所以，廣義說(shuō)來(lái)，各種基因突變都可以理解為生化突變。 　　四、基因突變的意義 　　1．基因突變?cè)谏镞M(jìn)化中具有重要的意義，是生物變異的根本來(lái)源，為生物進(jìn)化提供了最初的原材料。 　　2．利用基因突變來(lái)育種，也是改造生物的重要途徑。應(yīng)用誘變因素培養(yǎng)優(yōu)良菌種在微生物選種中成效最為突出。最初的青霉菌是1943年從一個(gè)發(fā)霉的甜瓜上取來(lái)的，是野生型，青霉素產(chǎn)量很低。后來(lái)從自然突變中選出一個(gè)新品種，產(chǎn)量提高了一些。以后又交替使用X射線(xiàn)和紫外線(xiàn)照射，又用芥子氣和乙烯亞胺處理來(lái)誘發(fā)基因突變，選得的突變菌株產(chǎn)量大大提高。目前青霉素能夠成為廣泛應(yīng)用的大眾化藥品，可以說(shuō)是人工誘變的功勞。 　　在栽培植物方面，用物理因素和化學(xué)因素引起突變，已培育出許多優(yōu)良品種。例如，用g射線(xiàn)處理秈稻種子，選出提早成熟15天的新品種，而豐產(chǎn)性狀仍舊保留下來(lái)。一般米粒的蛋白質(zhì)含量不高，而且所含的蛋白質(zhì)較多地分布在米粒的外層，在碾成白米時(shí)，多已喪失?，F(xiàn)在用誘發(fā)突變的方法，得到新的水稻品種，不僅提高了米粒中蛋白質(zhì)的含量，而且蛋白質(zhì)分布在整個(gè)米粒中，所以碾成白米后，米粒中蛋白質(zhì)的喪失較少。諸如此類(lèi)的例子是很多的。近年來(lái)，我國(guó)在這方面發(fā)展特別快，成效也很顯著。 　　在果樹(shù)和花卉育種中。還常常利用芽變（就是在芽中有一個(gè)細(xì)胞變異），由這個(gè)突變細(xì)胞發(fā)育成新芽，再?gòu)倪@個(gè)芽長(zhǎng)成枝條，其中許多細(xì)胞都帶有這個(gè)突變，用這個(gè)枝條就可繁育出一個(gè)突變品系。許多果樹(shù)（如溫州蜜柑）和多年生花卉（如各種名貴菊花）的品種，就是這樣選出來(lái)的。 　　五、轉(zhuǎn)基因技術(shù)與新型農(nóng)作物 　　轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物具有多種全新優(yōu)良品質(zhì)，其特征是采用生物工程技術(shù)將一個(gè)物種基因嵌入另一個(gè)物種中，現(xiàn)行的基因工程的方法的主要步驟如下： 　　1．首先選擇所需特性的DNA片斷，以便將它導(dǎo)入農(nóng)作物中。然后將稱(chēng)為細(xì)胞質(zhì)遺傳體的螺旋體DNA鏈從土壤細(xì)菌中抽取出來(lái)，再把細(xì)胞質(zhì)遺傳體環(huán)剪開(kāi)，以便將所需特性DNA片斷嵌入環(huán)中，并把再造細(xì)胞質(zhì)遺傳體環(huán)移回土壤細(xì)菌中。 　　2．例如改造西紅柿，就將一片西紅柿葉浸入這種土壤細(xì)菌溶液中以利土壤細(xì)菌與西紅柿細(xì)胞親合。這樣就將改變的細(xì)胞質(zhì)遺傳體轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞DNA鏈中。 　　3．一旦外源DNA被移植到農(nóng)作物細(xì)胞核中，它便成為該植物染色體成分。 　　4．研究人員繼而培植該植物細(xì)胞，直至它分裂并生成新型植物。與此同時(shí)，新生植物就帶有為其基因編碼的外源DNA。 　　5．含有全新特性的植物就可以入土栽培了。 　　自從美國(guó)農(nóng)業(yè)人員紛紛采用首批上市的生物工程技術(shù)改良農(nóng)作物品種以來(lái)，研究人員還在研制其他可以大大改進(jìn)農(nóng)作物品質(zhì)且有保健醫(yī)療功效和出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)纖維的農(nóng)作物。例如：抗除草劑農(nóng)作物：1996年孟山都生物技術(shù)公司開(kāi)始上市銷(xiāo)售基因改良大豆，這種新型大豆具有抵抗該公司出產(chǎn)的一種常用除草劑的能力。孟山都和霍甲斯特公司合作還推出了抗草劑玉米。 　　用轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到新的生物改良飼料。不久人們可以給家禽和奶牛喂食生物改良飼料，以便為人類(lèi)提供更優(yōu)良的蛋白質(zhì)并幫助動(dòng)物吸收磷。生物改良飼料既能降低飼料成本，又能減少動(dòng)物糞便中磷含量，因而既能提高經(jīng)濟(jì)效益，又有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 　　六、典型例題分析 　?。劾?］生物變異的主要來(lái)源和生物進(jìn)化的主要因素是（?。? 　　A．基因重組 B．基因突變 　　C．染色體變異 D．環(huán)境變化 　　分析：基因重組是原有基因重新組合，導(dǎo)致后代發(fā)生變異；染色體結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異，可使遺傳物質(zhì)（包括基因）增加或減少，但不能改變遺傳物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生新基因。只有基因突變才能改變遺傳物質(zhì)的DNA的分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生新基因，是生物變異的主要來(lái)源和生物進(jìn)化的主要因素。 　　答案：B 　　［例2］基因A與a1、a2、a3之間的關(guān)系如上圖示，該圖不能表示（?。? 　　A．基因突變是不定向的 　　B．等位基因的出現(xiàn)是基因突變的結(jié)果 　　C．正?；蚺c致病基因可以通過(guò)突變而轉(zhuǎn)化 　　D．這些基因的轉(zhuǎn)化遵循自由組合定律 　　分析：該圖表示基因突變的不定向性（多方向性），原因是復(fù)制過(guò)程中，差錯(cuò)可能出現(xiàn)在基因的兩條鏈上的任何一個(gè)部位。等位基因（A、a1、a2、a3互稱(chēng)等位基因），并通過(guò)突變相互轉(zhuǎn)化。由于本圖指某個(gè)基因位點(diǎn)的突變情況，與自由組合規(guī)律無(wú)關(guān)。 　　答案：D 　?。劾?］人類(lèi)鐮刀型細(xì)胞貧血征是基因突變引起的。 　　（1）由于病人的血紅蛋白分子的一條多肽鏈上，有一個(gè)氨基酸發(fā)生了改變，這就是血紅蛋白分子的一條多肽鏈上，一個(gè)谷氨酸被一個(gè)_____所代替（　） 　　A．亮氨酸 B．賴(lài)氨酸 　　C．色氨酸 D．纈氨酸 　?。?）為什么會(huì)產(chǎn)生氨基酸分子的改變呢？關(guān)鍵是由于控制合成血紅蛋白分子的遺傳物質(zhì)——DNA的堿基序列發(fā)生了改變，CTT變成了（?。? 　　A．CTT B．CAT 　　C．CGT D．CUT 　　分析：人類(lèi)鐮刀型細(xì)胞貧血征的發(fā)病機(jī)理是基因突變引起的。即在復(fù)制時(shí)控制合成血紅蛋白分子的遺傳物質(zhì)——DNA的堿基發(fā)生了改變，由CTT→CAT，從而導(dǎo)致血紅蛋白分子的一條多肽鏈上的谷氨酸被纈氨酸所代替，使血紅蛋白結(jié)構(gòu)改變，功能也隨之改變，造成鐮刀型細(xì)胞貧血征。 　　答案：（1）D?。?）B 　?。劾?］等位基因的產(chǎn)生，發(fā)生在（?。? 　　A．突變過(guò)程中 　　B．重組過(guò)程中 　　C．染色體變異過(guò)程中 　　D．可遺傳變異過(guò)程中 　　分析：基因突變是不定向性的，一個(gè)基因可以向多個(gè)方向發(fā)生突變，形成一個(gè)以上的等位基因。突變形成的基因之間可以互稱(chēng)等位基因。 　　答案：A 　?。劾?］卵原細(xì)胞在進(jìn)行DNA復(fù)制時(shí)，細(xì)胞中不可能出現(xiàn)的是（?。? 　　A．解旋 　　B．蛋白質(zhì)合成 　　C．基因突變 　　D．基因重組 　　分析：基因重組發(fā)生在減數(shù)第一次分裂的后期，等位基因隨同源染色體的分開(kāi)而分離，非等位基因隨著非同源染色體自由組合而自由組合。 　　答案：D 　　［例6］中國(guó)青年科學(xué)家陳大炬成功地把人的抗病毒干擾基因“嫁接”到煙草的DNA分子上，可使煙草獲得抗病毒的能力，形成轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，試分析回答： 　?。?）人的基因之所以能接到植物體內(nèi)，原因是________。 　?。?）煙草具有抗病毒能力，這表明煙草體內(nèi)產(chǎn)生了________，這個(gè)事實(shí)說(shuō)明，人和植物共同有一套________，蛋白質(zhì)的合成方式________。 　?。?）該工程運(yùn)用于實(shí)踐，將給農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域帶來(lái)革命，目前已取得了許多成就，請(qǐng)你列舉你所知道或你所設(shè)想該工程的三個(gè)具體實(shí)例。 　?。?）有人認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因新產(chǎn)品也是一把雙刃劍，有如水能載舟也能覆舟，甚至可能帶來(lái)災(zāi)難性的后果，你是否支持這一觀點(diǎn)？如果支持，請(qǐng)你舉出一個(gè)可能出現(xiàn)的災(zāi)難性后果的實(shí)例。 　　分析：該題是以生物新成就為新信息的遷移題，根據(jù)提供的信息結(jié)合課本知識(shí)，人的DNA分子結(jié)構(gòu)組成與植物DNA結(jié)構(gòu)組成是相同的，是實(shí)現(xiàn)基因片斷轉(zhuǎn)移拼接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。煙草具有了抗病毒能力，證明了人抗病毒干擾基因“嫁接”在煙草DNA上獲得成功并得以表達(dá)，產(chǎn)生了抗病毒干擾素（一種蛋白質(zhì)），這個(gè)事實(shí)說(shuō)明了人和植物共有一套遺傳密碼，蛋白質(zhì)合成方式相同。（3）（4）是半開(kāi)放題，是轉(zhuǎn)基因技術(shù)在生活、生產(chǎn)上的運(yùn)用，考查學(xué)生的創(chuàng)新能力和對(duì)新技術(shù)的評(píng)價(jià)能力。 　　答案：（1）人與植物DNA結(jié)構(gòu)組成相同?。?）抗病毒干擾素　遺傳密碼　相同　（3）將抗病毒基因嫁接到水稻中，形成抗病毒水稻新品種，將人的血型基因移入豬體內(nèi)，培育有人血的豬；將干擾素基因移入細(xì)菌體內(nèi)，培育出能產(chǎn)生干擾素的細(xì)菌。（4）用于改良作物的抗不良環(huán)境的基因引入雜草，就將難以控制雜草。 　?。劾?］航天育種就是農(nóng)業(yè)和航天業(yè)在科技上結(jié)合的產(chǎn)物。它的育種原理是充分利用了空間環(huán)境具有的強(qiáng)宇宙射線(xiàn)輻射，高真空，失重等綜合因素的有利條件。當(dāng)這些因素共同體作用于DNA分子時(shí)，可使DNA分子外圍的電子激活，結(jié)果造成DNA分子堿基的突變，或者引起染色體的缺失、倒位、易位、重復(fù)等畸變，從而對(duì)植物種子產(chǎn)生誘變作用，獲得優(yōu)良品種。 　?。?）紫外線(xiàn)對(duì)DNA的損傷，主要是（?。? 　　A．使堿基脫氨基 　　B．使嘌呤烷化 　　C．脫嘌呤作用 　　D．形成嘧啶二聚體 　?。?）下列哪種波長(zhǎng)最能有效地誘發(fā)基因突變（?。? 　　A．2600 nm 　　B．260 nm 　　C．280 nm 　　D．280 　　（3）把“和平號(hào)”實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的植物種子，帶回地球種植，產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)成分都有明顯的優(yōu)勢(shì)。植物的這種變異來(lái)源于________，原因是________。 　　分析：紫外線(xiàn)作用于DNA分子時(shí)，主要是形成了胸腺嘧啶二聚體，因而阻礙雙鏈的分開(kāi)，下一步的復(fù)制以及堿基的正常配對(duì)和腺嘌呤的正常摻入，因而導(dǎo)致了突變。紫外線(xiàn)的波長(zhǎng)在260 nm范圍左右。由它產(chǎn)生的植物變異即為基因突變。 　　答案：（1）D　（2）B?。?）基因突變　主要是由于輻射及失重，使基因內(nèi)的堿基排列順序改變 　?。劾?］利用g射線(xiàn)輻射種子，可以使其發(fā)生變異，培養(yǎng)新品種。 　　（1）這是利用g射線(xiàn)的哪種作用（?。? 　　A．電離作用 　　B．貫穿作用 　　C．物理化學(xué)作用 　　D．加熱作用 　?。?）其變異的機(jī)理是（?。? 　　A．基因重組 　　B．基因突變 　　C．基因互換 　　D．染色體變異 　?。?）在醫(yī)療衛(wèi)生上，用放射性鈷60放出的g射線(xiàn)治療腫瘤，其原理是利用了g射線(xiàn)的…（?。? 　　A．電離作用，使腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化 　　B．貫穿本領(lǐng)，導(dǎo)致基因突變 　　C．高能量，殺死腫瘤細(xì)胞 　　D．熱作用，減輕病人痛苦 　　分析：g 射線(xiàn)屬于電離射線(xiàn)中的電磁波輻射，會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生物理學(xué)和化學(xué)的雙重效應(yīng)；這時(shí)將引起遺傳物DNA分子中堿基的改變、糖和磷酸基的改變及鍵的變化而引起染色體的斷裂等情況。高劑量的g射線(xiàn)還會(huì)殺死細(xì)胞。 　　答案：（1）C　（2）B?。?）C 　　［例9］某基因的一個(gè)片斷中的aDNA鏈在復(fù)制時(shí)一個(gè)堿基由G→C，該基因復(fù)制三次后發(fā)生突變的基因占該基因總數(shù)的（　） 　　A．100% B．50% 　　C．25% D．12.5% 　　分析：DNA的復(fù)制是半保留式的，在DNA雙鏈中，以aDNA單鏈為模板復(fù)制的子代雙鏈DNA中，兩條單鏈都有基因突變。而以與aDNA鏈的互補(bǔ)鏈為模板復(fù)制的子代雙鏈DNA中，兩條單鏈都有基因突變。而以與aDNA鏈的互補(bǔ)鏈為模板復(fù)制的后代DNA中，基因都是正常的，因此在后代DNA中，正常基因和突變基因各占一半。 　　答案：B 　?。劾?0］如下圖所示某一紅色面包霉合成某一肽鏈的過(guò)程： 　　在一次實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)測(cè)試只發(fā)現(xiàn)鳥(niǎo)氨酸、瓜氨酸、賴(lài)氨酸，沒(méi)有精氨酸，產(chǎn)生此種現(xiàn)象的可能原因是________，致使________。 　　答案：基因Ⅲ發(fā)生突變　酶Ⅲ失去催化能力 　　七、相關(guān)高考題回顧 　　1．（1997年上海高考題）同一品種的小麥，在肥料充足的條件下會(huì)出現(xiàn)穗大粒多的性狀，引起這種性狀變異的原因是（?。? 　　A．基因突變 B．基因重組 　　C．環(huán)境條件的改變 D．染色體變異 　　答案：C 　　2．（1996年上海高考題）基因突變常發(fā)生在細(xì)胞周期的（?。? 　　A．分裂間期 　　B．分裂期前期 　　C．分裂期后期 　　D．在分裂期的各個(gè)時(shí)期都有可能 　　答案：A 　　3．（1991年全國(guó)高考題）某種自花授粉植物連續(xù)幾代只開(kāi)紅花，有一代開(kāi)出一只白花，該花的自交子代全開(kāi)白花。其原因是（?。? 　　A．基因突變 B．基因分離 　　C．基因互換 D．基因重組 　　答案：A 　　4．（第一屆IBO試題）下列因素中哪個(gè)不是誘變劑（?。? 　　A．g射線(xiàn)　　 B．紫外線(xiàn)　　 　　C．吖啶類(lèi)染料　　 D．乙酸 　　答案：D 　　5．（xx年廣東高考題）人類(lèi)的正常血紅蛋白（HbA）b鏈第63位氨基酸是組氨酸，其密碼子為UAU或CAC。當(dāng)b鏈第63位組氨酸被酪氨酸（UAU或UAC）替代后，出現(xiàn)異常血紅蛋白（HbM），導(dǎo)致一種貧血癥；b 鏈第63位組氨酸被精氨酸（CGU或CGC）所替代而產(chǎn)生的異常血紅蛋白（HbZ）將引起另一種貧血癥。 　?。?）寫(xiě)出正常血紅蛋白基因中，決定b鏈第63位組氨酸密碼子的堿基對(duì)組成。 　?。?）在決定b鏈第63位組氨酸密碼子的DNA三個(gè)堿基對(duì)中，任意一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生變化都將產(chǎn)生異常的血紅蛋白嗎？為什么？ 　　答案：（1） 　　 　　（2）不會(huì)。因?yàn)榈谌龑?duì)堿基發(fā)生AT→GC或GC→AT變化后，產(chǎn)生的遺傳密碼為CAC或CAU，仍然是組氨酸的密碼子，因而不影響產(chǎn)生正常的血紅蛋白。 　　6．（xx年上海高考題）昆蟲(chóng)學(xué)家用人工誘變的方法使昆蟲(chóng)產(chǎn)生基因突變，導(dǎo)致酯酶活性升高，該酶可催化分解有機(jī)磷農(nóng)藥。近年來(lái)已將控制酯酶合成的基因分離出來(lái)，通過(guò)生物工程技術(shù)將它導(dǎo)入細(xì)菌體內(nèi)，并與細(xì)菌內(nèi)的DNA分子結(jié)合起來(lái)。經(jīng)過(guò)這樣處理的細(xì)菌仍能分裂繁殖。請(qǐng)據(jù)上述資料回答： 　?。?）人工誘變?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中已得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗芴岣達(dá)_______，通過(guò)人工選擇獲得________。 　?。?）酯酶的化學(xué)本質(zhì)是________，基因控制酯酶合成要經(jīng)過(guò)________和________兩個(gè)過(guò)程。 　?。?）通過(guò)生物工程產(chǎn)生的細(xì)菌，其后代同樣能分泌酯酶，這是由于________。 　?。?）請(qǐng)你具體說(shuō)出一項(xiàng)上述科研成果的實(shí)際應(yīng)用________。 　　答案：（1）基因突變頻率　人們的需要的突變性狀?。?）蛋白質(zhì)　轉(zhuǎn)錄　翻譯　（3）控制酯酶合成的基因隨著細(xì)菌DNA分子復(fù)制而復(fù)制，并在后代中表達(dá)　（4）用于降解污水中的有機(jī)磷農(nóng)藥，以保護(hù)環(huán)境 　　7．（xx年廣東高考題）一只雌鼠的染色體上的某基因發(fā)生突變，使得野生型性狀變?yōu)橥蛔冃?。?qǐng)回答下列問(wèn)題： 　?。?）假定控制突變型的基因是位于常染色體上的隱性基因，則用純合野生型雄鼠與上述雌鼠雜交，后代表現(xiàn)型是________。 　?。?）另假定上述雌鼠為雜合子，讓其與野生型雄鼠雜交，F(xiàn)1代表現(xiàn)型有四種，分別為突變型♀、野生型♀、突變型♂、野生型♂，比例為1∶1∶1∶1。F1中選用野生型♀、突變型♂的個(gè)體進(jìn)行雜交，其下一代的表現(xiàn)型中所有的♂均為野生型，所有的♀均為突變型。請(qǐng)問(wèn)：突變基因位于X染色體上還是在常染色體上，用遺傳圖解表示并加以說(shuō)明（B表示顯性基因，B表示隱性基因）。 　　答案：（1）野生型?。?）圖解如下 　　假設(shè)1　B位于X染色體上 　　假設(shè)2　B位于常染色體上 　　結(jié)論：因?yàn)樯鲜龃剖鬄殡s合子與野生型雄鼠雜交，F(xiàn)1出現(xiàn)四種類(lèi)型且比例相等，說(shuō)明控制突變性狀的基因?yàn)轱@性基因B。假設(shè)1的圖解所表示的推理結(jié)果與雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致；假設(shè)2的圖解表示的推理結(jié)果與雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致。所以突變基因位于X染色體上。 　　8．（xx年上海高考題）在一塊栽種紅果番茄的田地里，農(nóng)民發(fā)現(xiàn)有一株番茄是黃色的。這是因?yàn)樵撝攴眩ā。? 　　A．發(fā)生了基因突變 　　B．發(fā)生了染色體畸變 　　C．發(fā)生了基因重組 　　D．生長(zhǎng)環(huán)境發(fā)生改變 　　答案：A 　　9．（xx年全國(guó)高考題）下面敘述的變異現(xiàn)象，可遺傳的是（?。? 　　A．割除公雞和母雞的生殖腺并相互移植，因而部分改變的第二性征 　　B．果樹(shù)修剪后所形成的樹(shù)冠具有特定的形態(tài) 　　C．用生長(zhǎng)素處理未受粉的番茄雌蕊，得到的果實(shí)無(wú)籽 　　D．開(kāi)紅花的一株豌豆自交，后代部分植株開(kāi)白花 　　答案：D 　　10．（xx年廣東高考題）據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)我國(guó)青少年的平均身高有所增加，與此現(xiàn)象無(wú)關(guān)的是（?。? 　　A．基因突變 　　B．營(yíng)養(yǎng)素供給充分 　　C．食用生長(zhǎng)激素（蛋白質(zhì)類(lèi)化合物）較多 　　D．染色體變異 　　答案：ACD 　　11．（xx年全國(guó)理科綜合高考題）1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱(chēng)不守恒，并由吳健雄用Co放射源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。次年，李、楊兩人為此獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。Co的衰變方程是： 　　Co→Ni＋e＋e 　　其中e是反中微子，它的電荷為零，靜止質(zhì)量可認(rèn)為是零。 　　（1）Co和Fe同周期，它應(yīng)在周期表的第________周期。Co的核外電子數(shù)為_(kāi)_______。在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)生Ni的質(zhì)量數(shù)A是________，核電荷數(shù)Z是________。 　　（2）在核變Co核靜止，根據(jù)云室照片可以看出，衰變產(chǎn)生Ni和e的運(yùn)動(dòng)軌跡不在一條直線(xiàn)上。如果認(rèn)為衰變產(chǎn)物只有Ni和e，那么衰變過(guò)程將違背________守恒定律。 　　（3）無(wú)水CoCl2為深藍(lán)色，吸水后變?yōu)榉奂t色的水合物，水合物受熱后又變成無(wú)水CoCl2，故常在實(shí)驗(yàn)室中用作吸濕劑和空氣濕度指示劑。 　　 　　現(xiàn)有無(wú)水CoCl265 g，吸水后變成CoCl2xH2O119 g，水合物中x的值是________。 　?。?）Co是典型的g放射源，可用于作物誘變育種。我國(guó)應(yīng)用該方法培育出了許多農(nóng)作物新品種，如棉花高產(chǎn)品種“魯棉1號(hào)”，年種植面積曾達(dá)到3000多萬(wàn)畝，在我國(guó)自己培育的棉花品種中栽培面積最大。g射線(xiàn)處理作物后主要引起________，從而產(chǎn)生可遺傳的變異。除g射線(xiàn)外，用于人工誘變的其他射線(xiàn)還有________、________和________。 　　答案：（1）4　27　60　28?。?）動(dòng)量?。?）6?。?）基因突變　X射線(xiàn)　中子（流）　紫外線(xiàn) 　　●教后分析 　　生物的變異現(xiàn)象是生物的特征之一。變異為生物進(jìn)化提供了最原始和最豐富的原材料。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)自始至終給學(xué)生講清楚這個(gè)基本道理。 　　基因突變是本節(jié)的重要內(nèi)容之一，要利用現(xiàn)代教育手段把有關(guān)的概念、意義、特點(diǎn)等形象直觀、淺顯易懂地教給學(xué)生，讓學(xué)生從具體的感情材料中把握住其內(nèi)涵。