問題探讨

我國早在1987年就利用返回式衛星進行航天育種研究：将作物種子帶入太空，利用太空中的特殊環境誘導基因發生突變，然後在地面選擇優良的品種進行培育。通過航天育種，我國已在水稻、小麥、棉花、番茄、南瓜和青椒等作物上培育出一系列優質品種，取得了極大的經濟效益。

【讨論】

1. 航天育種的生物學原理是什麼？

【提示】通過太空高輻射、微重力（或無重力）的特殊環境提高作物基因突變的頻率，從而篩選出人們需要的品種。具體而言，在太空的特殊環境中，細胞分裂進行DNA複制時，由于受到高輻射或微重力（或無重力）的影響，配對的堿基容易出現差錯而發生基因突變。

2. 如何看待基因突變所造成的結果？

【提示】基因突變的本質是基因的堿基序列發生改變，這種改變可以直接表現在性狀上，改變的性狀對生物的生存可能有害，可能有利，也可能既無害也無益。

思考與讨論1

1. 圖5-2中氨基酸發生了什麼變化？

【答案】圖中谷氨酸發生了改變，變成了缬氨酸。

2. 研究發現，這個氨基酸的變化是編碼血紅蛋白的基因的堿基序列發生改變所引起的。右圖是鐮狀細胞貧血病因的圖解，請你完成圖解。想一想這種疾病能否遺傳？怎樣遺傳？

【提示】可查看教材“表4-121種氨基酸的密碼子表”，如下頁圖所示。

這種疾病能夠遺傳，是親代通過生殖過程把基因傳給子代的。

3. 如果這個基因發生堿基的增添或缺失，氨基酸序列是否也會改變？所對應的性狀呢？

【答案】如果這個基因發生堿基的增添或缺失，氨基酸序列也會發生改變，所對應的性狀肯定會改變。

思考與讨論2

結腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤。右圖是解釋結腸癌發生的簡化模型，請觀察并回答問題。

【讨論】

1.從基因角度看，結腸癌發生的原因是什麼？

【答案】從基因角度分析，結腸癌發生的原因是相關基因（包括抑癌基因I、原癌基因、抑癌基因Ⅱ、抑癌基因Ⅲ）發生了突變。

2.健康人的細胞中存在原癌基因和抑癌基因嗎？

【答案】健康人的細胞中存在原癌基因和抑癌基因。

3.根據圖示推測，癌細胞與正常細胞相比，具有哪些明顯的特點？

【答案】根據圖示可以推測，癌細胞與正常細胞相比，所具有的特點是呈球形、增殖快、容易發生轉移等。

思維訓練

某研究團隊調查了4家醫院2006—2013年确診的肺癌患者1303人，其中吸煙的有823人，占患者總數的63.16% ；同時，他們調查健康人作為對照，在1 303名健康人中，吸煙的有509人，占39.06%。基于該調查結果，甲乙兩人得出了不同結論。甲認為吸煙與肺癌患病率之間存在因果關系，吸煙會使肺癌患病率升高。乙認為上述調查不足以說明吸煙與肺癌患病率之間有因果關系，隻能說明二者之間具有較高的相關性。乙在同甲辯論時說：“吸煙的人平時都攜帶打火機，你能說帶打火機與患肺癌之間有因果關系嗎？”

【讨論】

1. 你認為能否從該調查中得出吸煙會導緻肺癌患病率升高的結論？如果能，對不吸煙人群中仍有少數人患肺癌如何解釋？如果不能，對吸煙與肺癌患病率的高相關性該如何解釋？

【提示】在“确診的肺癌患者1303人，其中吸煙的有823人，占患者總數的63.16%”，這說明吸煙和肺癌患病率之間存在很高的相關性，但在此處并沒有證據表明，吸煙與肺癌患病率之間存在因果關系。要證明吸煙是肺癌的緻病因素，還要進行病理學分析，需要發現吸煙導緻肺癌的機制，即煙草中的什麼成分，以什麼方式，導緻了肺癌。材料中還提到“在1303名健康人中，吸煙的有509人，占39.06%”，說明吸煙并不一定導緻肺癌。據此，可以作出判斷：隻依靠材料中的兩個調查，無法得出吸煙會導緻肺癌患病率升高的結論，但能得出吸煙與肺癌之間存在很高的相關性。

需要說明的是，本處是一個思維訓練，并不是要學生确認吸煙是否導緻肺癌。相關調查和醫學研究表明，吸煙可能導緻肺癌。隻是在這個思維訓練中，提供的資料不夠充分，從而不能得出吸煙會導緻肺癌患病率升高的結論。

細胞的癌變是多個基因突變的共同結果，吸煙提高了基因突變的頻率，就增加了患肺癌的概率；但不能說吸煙一定會導緻患肺癌。

2.基于上面的讨論，結合其他例子，談談你對生物學中因果關系的複雜性和概率性的認識。

【答案】略。

練習與應用

一、概念檢測

我國大面積栽培的水稻有粳稻（主要種植在北方）和籼稻（主要種植在南方）。研究發現，粳稻的bZIP73基因通過一系列作用，增強了粳稻對低溫的耐受性。與粳稻相比，籼稻的bZIP73基因中有1個脫氧核苷酸不同，從而導緻兩種水稻 的相應蛋白質存在1個氨基酸的差異。判斷下列表述是否正确。

（1）bZIP73基因的1個核苷酸的差異是由基因突變導緻的。（√）

（2) bZIP73蛋白質的1個氨基酸的差異是由基因重組導緻的。 （×）

（3）基因的堿基序列改變，一定會導緻表達的蛋白質失去活性。 （×）

二、拓展應用

鐮狀細胞貧血主要流行于非洲的瘧疾高發地區。具有一個鐮狀細胞貧血突變基因的個體（即雜合子）在氧含量正常的情況下，并不表現出鐮狀細胞貧血的症狀，因為該個體能同時合成正常和異常的血紅蛋白，并對瘧疾具有較強的抵抗力。

（1）這些地區具有鐮狀細胞貧血突變基因的人占總人口的比例較其他地區的高，為什麼？

【答案】雜合子能同時合成正常和異常的血紅蛋白，相比隻能合成正常血紅蛋白的純合子，雜合子對瘧疾具有較強的抵抗力，在瘧疾高發地區，他們生存的機會更多，從而能将自己的基因傳遞下去。因此，這些地區具有嫌狀細胞貧血突變基因的人占總人口的比例更高。

（2）為什麼某些看起來對生物生存不利的基因，曆經漫長的進化曆程依然“頑固”地存在？請結合這個例子闡明原因，并分析如何辯證地認識基因突變與生物的利害關系。

【答案】基因對生物的生存是否有利，往往取決于生物的生存環境。某些看起來對生物生存不利的基因，當環境改變後，這些不利的基因産生的性狀，可能會幫助生物更好地适應改變後的環境，從而得到更多的生存機會。

這個實例說明，基因突變并不都是有害的，也可能是有利的，或是中性的，有害、有利還是中性與環境有關。

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