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2020-2021学年高中生物 第5章 基因突变及其他变异 进阶突破新人教版必修2

2020-2021学年高中生物 第5章 基因突变及其他变异 进阶突破新人教版必修2

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- 10 -

第5章进阶突破
(题目较难，有志冲击“双一流”高校的学生选做)
一、选择题
1．(2019·吉林长白山质量监测)杰弗理C·霍尔等人因发现了控制昼夜节律的分子机制，获得了2017年诺贝尔生理学及医学奖。研究中发现若改变果蝇体内一组特定基因，其昼夜节律就会被改变，这组基因被命名为周期基因。这个发现向人们揭示出天然生物钟是由遗传基因决定的。下列叙述错误的是(　　)
A．基因突变一定引起基因结构的改变，从而可能改变生物的性状
B．控制生物钟的基因A可自发突变为基因a1或基因a2
C．没有细胞结构的病毒也可以发生基因突变
D．科学家用光学显微镜观察了周期基因的变化
【答案】D　
【解析】基因突变一定引起基因结构的改变，但是由于密码子的简并性等原因，不一定导致生物性状发生改变，A正确；基因突变往往是突变为其等位基因，因此控制生物钟的基因A可自发突变为基因a1或基因a2，B正确；病毒没有细胞结构，大多数病毒的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA，因此病毒也可以发生基因突变，C正确；基因的结构在光学显微镜下是观察不到的，D错误。
2．某病毒的遗传物质是单链DNA，在其增殖的过程中，先形成复制型的双链DNA(其中母链为正链，子链为负链)。另外，以负链为模板指导外壳蛋白合成。下图为该病毒部分基因序列及其所指导的蛋白质部分氨基酸(用图示Met、Ser等表示)序列。(起始密码：AUG；终止密码：UAA、UAG、UGA)。则下列相关描述正确的是(　　)

A．不需要解旋酶是该病毒DNA复制过程与人体DNA复制的唯一区别
B．若在基因D中发生碱基替换，则该基因控制合成蛋白质的多肽链长度可能缩短
C．不同基因之间可以相互重叠是基因突变、基因重组的结果
D．基因F转录合成mRNA的碱基序列为—U—A—C—U—G—U—…
【答案】B　
【解析】该病毒的遗传物质是单链DNA，在其形成复制型的双链DNA过程中，不需要解旋酶，以一条链为模板；而复制型双链DNA进行复制的过程与正常人体DNA的复制无区别，A错误。若基因D的第149组碱基序列由GAA替换为TAA(其对应的负链可转录出终止密码UAA)，则该基因控制合成蛋白质的多肽链长度缩短，B正确。不同基因之间可以相互重叠是长期自然选择的结果，与基因重组无关，C错误。基因F的转录过程是以负链DNA为模板的，图中的DNA为正链DNA，因此，由基因F转录合成mRNA的碱基序列为—A—U—G—U—G—U—…，D错误。
3．下图表示某动物一个精原细胞分裂时染色体配对时的一种情况，A～D为染色体上的基因。下列分析正确的是(　　)

A．该变异属于基因重组，发生于减数第一次分裂前期
B．两条非姐妹染色单体相互交换的基因不能进行表达
C．每条染色体在该次分裂的后期着丝粒分裂
D．这种变异会产生新的基因和基因型
【答案】A　
【解析】图示表示同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换，属于基因重组，发生在减数第一次分裂的前期，A正确；两条非姐妹染色单体相互交换的基因可以进行表达，B错误；图示交叉互换发生在减数第一次分裂过程中，着丝粒还没有分裂，每条染色体上着丝粒的分裂发生在减数第二次分裂后期，C错误；图示变异只能产生新的基因型，不能产生新的基因，D错误。
4．下图表示三种基因重组，下列相关叙述正确的是(　　)

A．图1所示细胞产生的次级精(卵)母细胞内不含有等位基因
B．图1和图2两种类型的基因重组都发生在同源染色体之间
C．R型细菌转化为S型细菌的基因重组与图3中的基因重组相似
D．孟徳尔两对相对性状杂交实验，F2出现新表现型原因和图2相似
【答案】C　
【解析】图1细胞处于减数第一次分裂后期，且细胞质均等分裂，可推知该细胞为初级精母细胞，其产生的子细胞为次级精母细胞，A错误。图1表示的基因重组为减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非同源染色体上的非等位基因也自由组合，发生在非同源染色体之间，B错误。肺炎链球菌转化实验中，转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，实现了基因重组；图3表示的基因重组为外源基因整合到质粒上形成重组质粒，然后导入受体细胞，因此两种基因重组相似，C正确。孟德尔两对相对性状杂交实验，F2出现新表现型的根本原因是F1在形成配子时，等位基因彼此分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合，D错误。
5．目前已发现T4噬菌体有数千种突变型，这些突变来自同一个基因的突变或者不同基因的突变。科学家利用T4噬菌体的两种突变型A和B进行了如下实验(突变型A和B分别与野生型相比，基因组成上只有一处差异)。下列说法不合理的是(　　)
组别
处理
结果
1
用突变型A侵染大肠杆菌
噬菌体不增殖
2
用突变型B侵染大肠杆菌
噬菌体不增殖
3
突变型A、突变型B同时侵染同一个大肠杆菌
噬菌体增殖(A、B型组成)
注：噬菌体不发生新的突变和基因重组
A．T4噬菌体DNA复制所需原料和酶来自宿主细胞
B．基因突变中的碱基对缺失不会导致基因数目减少
C．突变型A和突变型B的突变发生在不同的基因内
D．突变型A与突变型B的突变基因共同决定其增殖
【答案】D　
【解析】T4噬菌体寄生在大肠杆菌内，增殖都在大肠杆菌细胞内利用其原料和酶来完成，A正确；基因突变中的碱基对缺失不改变基因数目，B正确；突变型A和B两种噬菌体的组合同时侵染大肠杆菌，噬菌体能正常增殖，说明二者中，某一基因补偿了另一个突变所不具有的功能，因此两种突变是分属于不同基因的突变，C正确；由实验可知，突变型A与突变型B的突变基因功能丧失，二者未突变基因共同决定了其增殖过程，D错误。
6．生物的某些变异可通过细胞分裂某一时期染色体的行为来识别。甲、乙两模式图分别表示细胞分裂过程中出现的“环形圈”“十字形结构”现象，图中字母表示染色体上的基因。丙图是细胞分裂过程中染色体在某一时期所呈现的形态。下列叙述正确的是(　　)

A．甲、乙两种变异类型分别属于染色体结构变异、基因重组
B．甲图是由个别碱基对的增添或缺失，导致染色体上基因数目改变
C．乙图是四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体之间发生交叉互换的结果
D．甲、乙、丙三图均发生在减数分裂过程中
【答案】D　
【解析】分析甲图，联会的同源染色体中一条出现突起，可能该条染色体部分片段增加，也可能是另一条染色体出现缺失，均属于染色体结构变异；分析乙图，联会时，出现“十字形结构”，可能是t或v在非同源染色体间发生基因转移，属于染色体结构变异，甲、乙两图中每条染色体都含有两条染色单体，且都发生同源染色体配对，所以发生于减数第一次分裂过程中，丙图表示减数分裂过程中四分体时期同源染色体上非姐妹染色单体发生了交叉互换，所以D项正确。
7．(2019·河南九师联盟质检)豌豆茎的高度与花的颜色分别由两对等位基因D/d、R/r控制，两对等位基因与染色体位置关系尚不明确，现有基因型为DdRr、DDdRr、DORr(仅考虑D/d一对等位基因异常，“O”表示相应基因缺失)的豌豆都能产生配子，但某对等位基因均缺失时，受精卵不发育。下列叙述错误的是(　　)
A．基因型为DDdRr的植株可能是发生染色体结构变异导致的
B．基因型为DORr的植株自交，子代染色体异常的植株约占2/3
C．若两对等位基因位于一对同源染色体上，则一个基因型为DdRr的精原细胞可能产生4种精子
D．若两对等位基因位于两对同源染色体上，则基因型为DDdRr的植株能产生的正常配子数约占1/3
【答案】D　
【解析】根据题意，由于两对等位基因与染色体位置关系不明确，因此产生基因型为DDdRr的植株的原因可能是发生了染色体结构变异，也可能是发生了染色体数目变异，A项正确；无论基因与染色体位置关系如何，基因型为DORr的植株自交，子代中DD∶DO∶OO＝1∶2∶1，因OO受精卵不发育，子代中无OO的植株，所以子代染色体异常的植株约占2/3，B项正确；若两对等位基因位于同一对同源染色体上，一个基因型为DdRr的精原细胞若在减数分裂过程中发生了交叉互换，则可能产生4种精子，C项正确；若两对等位基因位于两对同源染色体上，则基因型为DDdRr的植株能产生的关于等位基因D和d的配子为DD∶d∶Dd∶D＝1∶1∶2∶2，因此能产生的正常配子数占1/2，D项错误。
8．某种野生猕猴桃(2n＝58)是一种多年生且富含维生素C的小野果。育种专家以野生猕猴桃的种子(基因型为aa)为实验材料，培育出抗虫无子猕猴桃新品种，育种过程如下所示。下列分析正确的是(　　)

A．①④过程都是用物理因素或化学因素处理猕猴桃的种子或幼苗
B．④⑦过程依据的遗传学原理相同
C．基因型为AAA与AAAB的植株体细胞中染色体数最多为174条
D．基因B为控制无子性状的基因，所以基因型为AAAB的植株高度不育
【答案】C　
【解析】①过程是用物理因素或化学因素处理猕猴桃的种子或幼苗，而④过程是自交，A错误；④是自交，⑦为多倍体育种，两者依据的原理是不同的，B错误；已知某种野生猕猴桃的体细胞染色体数为58条，为二倍体，基因型为AAA与AAAB的植株体细胞中都含有三个染色体组，在体细胞有丝分裂的后期达到最大染色体数，最多含有的染色体数＝58÷2×3×2＝174条，C正确；基因型为AAAB的植株高度不育是因为其含有三个染色体组，无法形成正常的配子，而基因B为控制抗虫性状的基因，D错误。
9．(2019·东北四市联考)西瓜是雌雄同株异花植物，果皮深绿条纹(基因A)对果皮浅绿色(基因a)为显性。将果皮浅绿色的四倍体西瓜(aaaa)和果皮深绿条纹的二倍体西瓜(AA)间行种植。待开花后自然传粉，并收获四倍体植株上所结的种子甲。第二年，将种子甲与二倍体西瓜按4行∶1行进行间行种植，自然传粉后，种子甲长成的植株所结的果实(注：果皮由母本的子房壁发育而来)(　　)
A．全部为无子西瓜
B．全部为有子西瓜
C．果皮浅绿色的为有子西瓜
D．果皮深绿条纹的为有子西瓜
【答案】C　
【解析】由西瓜是雌雄同株异花植物可知，在自然状态下，西瓜既能自交也能杂交。将果皮浅绿色的四倍体西瓜(aaaa)和果皮深绿条纹的二倍体西瓜(AA)间行种植，开花后自然传粉，四倍体植株上所结的种子有四倍体(aaaa)，也有三倍体(Aaa)；第二年，将种子甲与二倍体西瓜按4行∶1行进行间行种植，三倍体(Aaa)植株高度不育，所以种子甲长成的植株所结的果实的基因型有aaaa和Aaa，基因型为aaaa的西瓜的果皮是浅绿色，为有子西瓜；基因型为Aaa的西瓜的果皮是深绿条纹，为无子西瓜。
10．下图是人类某种遗传病的家族系谱图，致病基因位于性染色体的同源区段，其中Ⅰ­3不含该病致病基因，下列叙述中错误的是(　　)

A．该病是显性遗传病
B．该病在人群中的发病率女性高于男性
C．Ⅲ­8与正常女性结婚，儿子都不患病
D．Ⅲ­9为正常男性的几率是1/4
【答案】B　
【解析】分析系谱图：已知该病是伴性遗传病，伴性遗传病包括伴Y遗传病、伴X染色体隐性遗传病和伴X染色体显性遗传病，系谱图中有女患者，所以不可能是伴Y遗传病；Ⅰ－3不含该病致病基因，该病属于伴X染色体显性遗传病(用A、a表示)。由分析可知，该病是显性遗传病，A正确；该病致病基因位于性染色体的同源区段，在人群中的发病率女性不一定高于男性，B错误；Ⅲ－8XAYa与正常女性XaXa结婚，儿子XaYa都不患病，C正确；Ⅱ－5的基因型为XaYa，Ⅱ－6的基因型为XAXa，Ⅲ－9为正常男性(XaYa)的几率是1/4，D正确。
二、非选择题
11．(2020·广东深圳模拟)某性别决定方式为XY型的野生型植物不抗除草剂(4­Bu)，甲组研究者对多株该植物进行辐射处理，然后让其随机传粉，在后代中筛选出甲品系抗4­Bu的雌、雄植株各一株(F1)，将F1杂交后，发现F2中约有1/4的个体不具有抗4­Bu的特性，抗4­Bu的个体中雌株、雄株约各占一半的数量。请回答下列问题：
(1)研究者判定：抗4­Bu属于显性基因突变，理由是____________________________；相关基因A、a位于常染色体上，其理由是：如果抗4­Bu的相关基因仅位于X染色体上，则______________________________________________。
(2)乙组研究者通过用化学药剂处理该野生型植物，得到了乙品系抗4­Bu的植株，同时确定了相关基因为位于常染色体上的B、b，与A、a基因是独立遗传关系。甲、乙组研究者合作进行如下杂交实验：
实验组别
抗4­Bu亲本来源
子代表现型及比例
雄株
雌株
丙
乙品系
乙品系
抗4­Bu∶不抗4­Bu＝2∶1
丁
甲品系
乙品系
抗4­Bu∶不抗4­Bu＝3∶1
①对丙组实验结果最合理的解释是____________________。
②丁组的子代中含有两种抗4­Bu基因的个体比例为________(请用分数表示)。
【答案】(1)抗4­Bu的雌、雄植株(F1)杂交后代(F2)中约有1/4的个体不抗4­Bu(说明抗4­Bu属于显性基因突变)　F2中抗4­Bu植株中雌株应该占2/3，而不是1/2(或F2中抗4­Bu的个体中雌株∶雄株≈2∶1，而不是1∶1)
(2)①B基因纯合致死　②1/4
【解析】(1)由题可知，甲品系的抗4­Bu雌、雄植株杂交，子代中产生不抗4­Bu的个体占1/4，则抗4­Bu属于显性基因突变。若抗4­Bu的相关基因位于X染色体上，则子代中抗4­Bu的雌株与雄株分别占1/2、1/4，与题意不符，因此相关基因A、a位于常染色体上。(2)①丙组中乙品系的基因型为aaBb，题表中乙品系杂交结果及比例为：抗4­Bu∶不抗4­Bu＝2∶1，可知基因型为BB的个体死亡，即B基因纯合致死。②甲品系(Aabb)与乙品系(aaBb)杂交产生的子代的基因型及比例为AaBb∶Aabb∶aaBb∶aabb＝1∶1∶1∶1，则丁组的子代中含有两种抗4­Bu基因的个体比例为1/4。
12．几种性染色体异常果蝇的性别、育性等如下图所示。

(1)正常果蝇处于减数第一次分裂中期的细胞内染色体组数为______，在减数第二次分裂后期的细胞中染色体数是______条。
(2)白眼雌果蝇(XrXrY)最多能产生Xr、XrXr、________和______四种类型的配子。该果蝇与红眼雄果蝇(XRY)杂交，子代中红眼雌果蝇的基因型为______________________。
(3)用黑身白眼雌果蝇(aaXrXr)与灰身红眼雄果蝇(AAXRY)杂交，F1雌果蝇表现为灰身红眼，雄果蝇表现为灰身白眼。F1中雌雄个体交配，子代F2中灰身红眼与黑身白眼果蝇的比例为________，从F2灰身红眼雌果蝇和灰身白眼雄果蝇中各随机选取一只杂交，子代中出现黑身白眼果蝇的概率为________。
(4)以红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本杂交，在F1群体中发现一只白眼雄果蝇(记为“M”)。M果蝇出现的原因有三种可能：第一种是环境改变引起表现型变化，但基因型未变；第二种是亲本果蝇发生基因突变；第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离。请设计简便的杂交实验，确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的。
实验步骤：______________。
结果预测：Ⅰ.若__________________，则M果蝇出现是因为环境改变；
Ⅱ.若______________________，则M果蝇出现是因为基因突变；
Ⅲ.若____________________，则M果蝇出现是因为雌性亲本减数分裂时X染色体不分离。
【答案】(1)2　8
(2)XrY　Y(注：两空顺序可颠倒)　XRXr、XRXrY
(3)3∶1　1/18
(4)M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交，分析子代的表现型
Ⅰ.子代出现红眼(雌)果蝇
Ⅱ.子代表现型全部为白眼
Ⅲ.无子代产生
【解析】(1)果蝇是二倍体生物，在减数第一次分裂中期有2个染色体组，减数第二次分裂后期仍是2个染色体组，8条染色体。(2)基因型为XrXrY的果蝇在减数分裂时，发生联会紊乱，两条染色体移向一极，另外一条染色体移向一极，产生的配子有XrXr、Y、XrY、Xr四种类型，与基因型为XRY的果蝇杂交，后代中红眼雌果蝇的基因型为XRXr、XRXrXr(死亡)、XRXrY。(3)F1果蝇的基因型为AaXRXr、AaXrY，则F2中灰身红眼果蝇占3/4×1/2＝3/8，黑身白眼果蝇占1/4×1/2＝1/8，其比例为3∶1。F2中灰身红眼雌果蝇的基因型及其概率为2/3AaXRXr、1/3AAXRXr，灰身白眼雄果蝇及其概率为2/3AaXrY、1/3AAXrY，两者杂交，子代中黑身白眼果蝇的概率为2/3×2/3×1/4×1/2＝1/18。(4)如果是环境的改变，该果蝇的基因型为XRY，能产生XR、Y两种配子；如果是基因突变，则该果蝇的基因型为XrY，能产生Xr、Y两种配子；如果是染色体不分离，则其基因型为XrO，由图示可知XO不育，不能产生子代。所以将其与正常白眼雌果蝇(XrXr)进行测交，则可判断这种变异属于何种类型：Ⅰ.若是环境改变，则子代出现红眼雌果蝇；Ⅱ.若是基因突变，则子代全部为白眼；Ⅲ.若是染色体变异，则无子代产生。