小专题三 生物的变异与进化.docx

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小专题三生物的变异与进化

小专题三生物的变异与进化

核心考点整合

考点整合一：

生物变异的类型、特点及判断

1．生物变异的类型

2．三种可遗传变异的比较

项目

基因突变

基因重组

染色体变异

适用范围

生物

种类

所有生物

自然状态下能进行有性生殖的生物

真核生物

生殖

方式

无性生殖、有性生殖

有性生殖

无性生殖、有性生殖

类型

自然突变、诱发突变

交叉互换、自由组合

染色体结构变异、染色体数目变异

原因

DNA复制（有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期）过程出现差错

减数分裂时非同源染色体上的非等位基因自由组合或同源染色体的非姐妹染色单体间发生交叉互换

内外因素影响使染色体结构出现异常，或细胞分裂过程中，染色体的分开出现异常

实质

产生新的基因（改变基因的质，不改变基因的量）

产生新的基因型（不改变基因的质，一般也不改变基因的量，但转基因技术会改变基因的量）

基因数目或基因排列顺序发生改变（不改变基因的质）

关系

基因突变是生物变异的根本来源，为基因重组提供原始材料。

三种可遗传变异都为生物进化提供了原材料

3.染色体组和基因组

染色体组：

细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息。

其特点：

（1）一个染色体组中所含的染色体大小、形态和功能各不相同。

（2）一个染色体组中不含有同源染色体，当然也就不含有等位基因。

（3）一个染色体组中含有控制该物种生物性状的一整套基因。

（4）二倍体生物的生殖细胞中所含有的一组染色体可看成一个染色体组。

（5）不同种的生物，每个染色体组所包括的染色体数目、形态和大小是不同的。

基因组：

一般的定义是二倍体生物的单倍体细胞中的全套染色体为一个基因组，或是二倍体生物的单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。

对二倍体生物而言，基因组计划则为测定单倍体细胞中全部DNA分子的脱氧核苷酸序列，有性染色体的生物其基因组包括一个染色体组的常染色体加上两条性染色体。

没有性染色体的生物其基因组与染色体组相同。

4．单倍体和多倍体的比较

单倍体是指体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。

多倍体由合子发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组。

对于体细胞中含有三个染色体组的个体，是属于单倍体还是三倍体，要依据其来源进行判断：

若直接来自配子，就为单倍体；若来自受精卵，则为三倍体。

【例1】（2010·北京西城）如图示意某生物细胞减数分裂时，两对联会的染色体之间出现异常的“十字型”结构现象，图中字母表示染色体上的基因。

据此所作推断中，错误的是

A．此种异常源于染色体的结构变异

B．该生物产生的异常配子很可能有HAa或hBb型

C．该生物基因型为HhAaBb，一定属于二倍体生物

D．此种异常可能会导致生物体的育性下降

[解析]由图示可知，图中两对同源染色体间发生了染色体结构变异，A与b或a与B发生互换，由此可能产生HAa或hBb型的异常配子，据图可知，此细胞的基因型为HhAaBb，如果该生物体由受精卵发育而成，一定属于二倍体生物，如果由配子发育而成则只能属于单倍体生物；染色体结构变异，对生物体多数都是有害的，有可能引起生物体的育性下降。

[答案]C

[知识总结]基因突变、基因重组和染色体变异的相关问题

（1）关于“互换”问题。

同源染色体上非姐妹染色单体的交叉互换，属于基因重组；非同染色体之间的互换，属于染色体结构变异中的易位。

（2）关于“缺失”问题。

DNA分子上若干基因的缺失属于染色体变异；DNA分子上若干碱基对的缺失，属于基因突变。

（3）关于变异的水平问题。

基因突变、基因重组属于分子水平的变化，光学显微镜下观察不到；染色体变异属于亚细胞水平的变化，光学显微镜下可以观察到。

（4）关于不同生物可遗传变异的类型问题。

病毒的可遗传变异惟一来源是基因突变；细菌等原核生物不含染色体，所以不存在染色体变异。

在真核生物中，上述三种类型都存在。

【互动探究1】（2010·江浦中学测试）下列有关变异的说法正确的是

A．染色体中DNA的一个碱基缺失属于染色体结构变异

B．染色体变异、基因突变均可以用光学显微镜直接观察

C．同源染色体上非姐妹染色单体之间的交叉互换属于基因重组

D．秋水仙素诱导多倍体形成的原因是促进染色单体分离使染色体增倍

[解析]染色体变异是引起基因数目或排列顺序的改变，而碱基对的变化为基因突变，是分子水平上的变异，用光学显微镜观察不到。

秋水仙素诱导多倍体是抑制了纺锤体的形成，从而使染色体数目加倍。

[答案]C

考点整合二：

生物变异在育种中的应用

常见的几种育种方法的比较

项目

杂交育种

诱变育种

单倍体育种

多倍体育种

原理

基因重组

基因突变

染色体变异

染色体变异

常用

方法

①杂交→自交→选优→自交；②杂交→杂种

辐射诱变等

花药离体培养，然后用秋水仙素处理使其加倍，得到纯合体

秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

优点

使位于不同个体的优良性状集中在一个个体上

可提高变异频率或出现新的性状，加速育种进程

明显缩短育种年限

器官巨大，提高产量和营养成分

缺点

时间长，需及时发现优良性状

有利变异少，需大量处理实验材料，具有不定向性

①技术复杂；②与杂交育种相结合

适用于植物，在动物中难于开展

特别提示：

1.广义的基因重组还有分子水平的基因重组，如通过对DNA分子进行剪切、拼接而实施的基因工程。

2．肺炎双球菌R型菌转化为S型菌也是发生了基因重组。

【例2】（2009·广东卷）为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种育种方法，过程如下。

请回答问题。

（1）从对该种除草剂敏感的二倍体水稻植株上取花药离体培养，诱导成________幼苗。

（2）用γ射线照射上述幼苗，目的是___________________；然后用该除草剂喷洒其幼叶，结果大部分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有___________________。

单倍体

诱发基因突变

抗该除草剂的能力

（3）取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体________，获得纯合________，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。

（4）对抗性的遗传基础做进一步研究，可以选用抗性植株与__________________杂交，如果________，表明抗性是隐性性状。

F1自交，若F2的性状分离比为15（敏感）：

1（抗性），初步推测_________________________________。

数目加倍

二倍体

（纯合）敏感型植株

F1都是敏感型

该抗性植株中有两个基因发生了突变

[解析]本题考查了单倍体育种、诱变育种等知识，同时考查了多倍体育种的方法和遗传规律的应用。

花药离体培养是单倍体育种的基本手段，γ射线具有诱发基因突变的能力，体细胞突变一般经过无性繁殖才能保留该突变性状，所以需要运用组织培养技术。

为了获得可育的植株，需用秋水仙素对单倍体幼苗进行处理，使染色体数目加倍，加倍后获得的是纯合子。

通过纯合子与敏感型植株杂交获得F1，

则F1表现出来的性状是显性性状，F2出现性状分离，分离比是15：

1，可以用自由组合定律来解释，由于只有两对基因都隐性时才表现为抗性，所以初步推测该抗性植株中有两个基因发生了突变。

[知识总结]关于育种方案的“选取”

（1）单一性状类型：

生物的优良性状是由某对基因控制的单一性状，其呈现方式、育种方式、原理及举例列表如下：

项目

方式

育种方法

原理

举例

单一

性状

无→有

基因工程

基因重组

能产生人胰岛素的大肠杆菌

加热杀死的S型肺炎双球菌对R型的转化

有→无

诱变育种

基因突变

太空椒等太空植物

高产青霉素菌株

少→多

多倍体

育种

染色体

变异

三倍体无子西瓜

（2）两个或多个性状类型：

两个或多个性状分散在不同的品种中，首先要实现控制不同性状基因的重组，再选育出人们所需要的品种，这可以从不同的水平上加以分析：

①个体水平上：

运用杂交育种方法实现控制不同优良性状基因的重组。

为了缩短育种年限，可采用单倍体育种的方法。

②细胞水平上：

利用植物体细胞杂交，从而实现遗传物质的重组。

③分子水平上：

应用转基因技术将控制优良性状的基因导入另一生物体内，从而实现基因重组。

【互动探究2】（2010·皖南八校联考）在某作物育种时，将①、②两个植株杂交，得到③，将③再作如图所示处理。

下列分析错误的是

A．由③到④过程一定发生了非同源染色体上非等位基因的自由组合

B．由⑤×⑥的育种过程中，依据的主要原理是染色体变异

C．若③的基因型为AaBbdd，⑩则植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4

D．由③到⑦过程可能发生突变和基因重组

[解析]由③到④过程的原理是基因突变，不存在等位基因分离、非同源染色体上非等位基因自由组合。

[答案]A

考点整合三：

基因频率及基因型频率的计算

1．基因频率的计算方法

（1）定义法：

根据定义“基因频率是指某种基因在某个种群中出现的比例”，基因频率＝×100%。

（2）基因位置法：

若某基因在常染色体上，则基因频率＝×100%，若某基因只出现在X染色体上，则基因频率＝×100%。

（3）借助基因型频率：

若基因在常染色体上，则该对等位基因中，显（或隐）性基因的频率＝显（或隐）性纯合体基因型频率＋1/2杂合体基因型频率。

2．由基因频率求基因型频率的方法

哈迪—温伯格公式法：

在一个有性生殖的自然种群中，当种群较大，种群内个体间的交配是随机的，没有突变发生、新基因加入和自然选择时，存在以下公式（p＋q）2＝p2＋2pq＋q2＝1，其中p代表一个等位基因的频率，q代表另一个等位基因的频率，p2代表一个等位基因纯合体（如AA）的频率，2pq代表杂合体的频率，q2代表另一个纯合体（aa）的频率。

【例3】（2010·福建联考）一个随机交配的群体，某一对相对性状（其等位基因用A．a表示）中，显性性状表现型的频率是0.64，则杂合子Aa的频率是

A．0.24B．0.4

C．0.48D．0.6

[解析]依题意，该群体中隐性性状的表现型为1－0.64＝0.36，即aa的频率为0.36。

由此，求出a基因频率为0.6，则A基因频率为0.4，故Aa的频率为2×0.4×0.6＝0.48。

[答案]C

【互动探究3】在某种群中，显性和隐性基因的频率分别为0.9与0.1，则其第一子代的表现型中，显性与隐性个体的比例，正确的是

A．9：

1B．81：

1

C．99：

1D．3：

1

[解析]本题考查考生利用基因频率求基因型频率的基本方法。

隐性个体的基因型频率为0.1×0.1＝1%，故显性与隐性个体的比例为99：

1。

[答案]C

考点整合四：

现代生物进化理论

1．基本概念梳理

2．达尔文自然选择学说与现代生物进化理论的比较

项目

达尔文自然选择学说

现代生物进化理论

基本观点

①遗传变异是自然选择的内因；②过度繁殖为自然选择提供更多的选择材料，加剧了生存斗争；③变异一般是不定向的，而自然选择是定向的，定向的自然选择决定生物的进化方向；④生存斗争是自然选择的过程，是生物进化的动力；⑤适应是自然选择的结果；⑥自然选择是一个长期、缓慢、连续的过程

①种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质是种群基因频率的改变；②突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节；③突变和基因重组为生物进化提供了原材料；④自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物的进化方向；⑤隔离是新物种形成的必要条件

不同点

没有阐明遗传变异的本质以及自然选择的作用机理，着重研究生物个体进化

从分子水平上阐明了自然选择对遗传变异的作用机理，强调群体进化，认为种群是生物进化的基本单位

联系

现代生物进化理论是在达尔文自然选择学说的基础上发展起来的，两者都强调遗传变异是生物进化的内因，可遗传变异为生物进化提供了原材料，生存斗争是生物进化的手段，是生物进化的过程，自然选择决定生物进化的方向，适者生存是自然选择的结果

特点提示：

物种形成

生物进化

标志

生殖隔离的出现

基因频率的改变

变化后生物与

原物种的关系

属于不同物种

仍属同一物种

二者联系

①生物进化的实质是基因频率的改变，此改变可大可小，未必会突破物种界限——生物进化未必会导致新物种形成

②若新物种形成，则表明生物一定发生了进化

3．物种形成的方式有如下几种

（1）物种的形成主要为渐变式。

（2）爆发式物种的形成主要是以染色体数目变化的方式形成新物种，一旦出现可以很快达到生殖隔离。

（3）染色体结构变化是形成新物种的另一种方式，发生染色体结构变化的个体和原始物种杂交，可育性降低，形成初步的生殖隔离，以后经过进一步演化形成新的物种。

【例4】（2010·贵州调研）如图表示生物新物种形成的基本环节，对图示分析正确的是

A．图中A表示基因突变和基因重组

B．该生物进化理论的研究对象是生物个体

C．图中B表示地理隔离，没有地理隔离不可能有新物种的形成

D．图中C表示的是种群间生殖隔离，是新物种形成的标志

[答案]D

[解析]现代生物进化理论认为，突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成的三个基本环节；突变和基因重组产生生物进化的原材料，自然选择使种群基因频率定向改变并决定生物进化的方向，隔离是新物种形成的必要条件；生殖隔离的出现标志着新物种的形成。

A表示突变（包括基因突变和染色体变异）和基因重组；种群是生物进化的基本单位，即现代生物进化理论研究的对象是种群；B表示地理隔离，但多倍体物种的形成可以不经过地理隔离。

【互动探究4】（2010·烟台质检）如图为现代生物进化理论的概念图，以下说法正确的是

A．①是生物的突变和基因重组

B．②是自然选择

C．③是自然选择学说

D．④是物种多样性

[解析]①是种群基因频率的改变；②是生物的突变和基因重组；④应包含：

基因多样性、物种多样性、生态系统多样性。

[答案]C

高考链接

1.（2010·全国卷Ⅰ，4）下列关于在自然条件下，某随机交配种群中等位基因A．a频率的叙述，错误的是

A．在某种条件下两种基因的频率可以相等

B．该种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关

C．一般来说，频率高的基因所控制的性状更能适应环境

D．持续选择条件下，一种基因的频率可以降为零

解析：

本题考查了生物进化过程中基因频率变化的相关知识，意在考查考生对生物进化实质的把握和理解。

A中两种等位基因的频率可以相等；B中基因频率的变化与自身的遗传变异也有关；C中频率高的基因控制的性状更能适应环境；D中在持续选择条件下，可淘汰掉某种基因。

答案：

B

2．（2010·全国卷Ⅱ，4）已知某环境条件下某种动物的AA和Aa个体全部存活，aa个体在出生前会全部死亡。

现有该动物的一个大群体，只有AA．Aa两种基因型，其比例为1：

2。

假设每对亲本只交配一次且成功受孕，均为单胎。

在上述环境条件下，理论上该群体随机交配产生的第一代中AA和Aa的比例是

A．1：

1B．1：

2

C．2：

1D．3：

1

解析：

本题考查分离定律的有关知识，意在考查考生运用所学知识解决问题的能力。

根据题意可知，aa个体不能存活，并且群体内随机交配繁殖后代。

因群体中AA占1/3、Aa占2/3，所以群体中产生A配子的比例应该是1/3×1＋2/3×1/2＝2/3，产生a配子的比例应该是1/3×0＋2/3×1/2＝1/3，当随机交配时，按下表计算：

2/3A

1/3a

2/3A

4/9AA

2/9Aa

1/3a

2/9Aa

1/9aa

因子代中aa死亡，所以子代中AA个体与Aa个体的比例为1：

1。

答案：

A

3．（2010·福建卷，5）下图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。

已知WNK4基因发生一种突变，导致1169位赖氨酸变为谷氨酸。

该基因发生的突变是

A．①处插入碱基对G－C

B．②处碱基对A－T替换为G－C

C．③处缺失碱基对A－T

D．④处碱基对G－C替换为A－T

答案：

B

解析：

本题考查基因突变和基因指导蛋白质合成过程的知识，意在考查考生识图和分析图的能力以及对基因突变的理解。

根据图中1168位的甘氨酸的密码子GGG，可知WNK4基因是以其DNA分子下方的一条脱氧核苷酸链为模板转录形成mRNA的，那么1169位的赖氨酸的密码子是AAG，因此取代赖氨酸的谷氨酸的密码子最可能是GAG，由此可推知该基因发生的突变是②处碱基对A－T被替换为G－C，故正确选项为B．

4．（2010·江苏卷，6）育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的。

下列叙述正确的是

A．这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的

B．该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体

C．观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置

D．将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系

解析：

本题考查生物变异的相关知识，意在考查考生的分析判断与应用能力。

据题意可知，该植株发生基因突变之后当代性状就改变了，由此推出该基因突变属于显性突变，该植株为杂合子，故A项错误；该植株为杂合子，自交后可产生这种变异性状的纯合子，故B项正确；基因突变与染色体变异是两种不同的变异，不可以通过观察染色体的形态来判断基因突变的位置，故C项错误；D项中仅进行花药离体培养而没有用秋水仙素诱导染色体加倍，故得到的是高度不育的单倍体植株。

答案：

B

5．（2010·江苏卷，12）根据现代生物进化理论，下列观点中正确的是

A．人工培育的新物种只能生活在人工环境中

B．生物进化的方向与基因突变的方向一致

C．冬季来临时植物叶中可溶性糖含量增高是为了更好地防止冻害

D．受农药处理后的种群中抗药性强的个体有更多机会将基因传递给后代

解析：

本题考查现代生物进化理论，意在考查考生对所学基础知识的迁移判断能力。

A项中人工培育的新物种有的也可以生活在野外如杂交水稻等。

基因突变是不定向的，生物进化的方向取决于自然选择的方向，故B项叙述错。

C项中冬季来临时，植物体内可溶性糖含量增加，增大了细胞内溶液的浓度，降低了凝固点，有利于适应寒冷环境，而不是为了适应寒冷环境，故C项叙述错。

农药处理后选择了具有抗药性的个体，淘汰了没有抗药性的个体，因此抗药性强的个体生存下来并繁殖的机会大大增加，故D项叙述正确。

答案：

D

6．（2010·上海卷，28）某自花传粉植物种群中，亲代中AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%，则亲代A的基因频率和F1中AA的基因型频率分别是

A．55%和32.5%B．55%和42.5%

C．45%和42.5%D．45%和32.5%

解析：

本题考查基因频率和基因型频率的计算方法，意在考查考生的推理计算能力。

分析题中信息可知，Aa基因型个体占50%，则A基因频率为30%＋1/2×50%＝55%。

F1中AA的基因型频率为30%＋50%×1/4＝42.5%。

答案：

B

7．（2010·上海卷，九）分析有关生物进化的资料，回答问题。

（1）自然界中任何生物的个体数都不可能无限增加。

根据达尔文自然选择学说，这是因为________________________________________________。

生存斗争（生存竞争，适者生存）

（2）如图表示自然选择对种群的3种作用类型，图②代表长颈鹿种群的选择类型。

具有中等体型的麻雀个体被选择保留下来，该选择类型可由图________代表。

这三种选择类型中，最易产生新种的是图________。

如图表示某种两栖动物3个种群在某山脉的分布。

在夏季，种群A与B．种群A与C的成员间可以通过山脉迁移，有人研究了1900至2000年间3个种群的变化过程。

资料显示1915年在种群A和B的栖息地之间建了矿，1920年在种群A和C的栖息地之间修了路。

100年来气温逐渐升高，降雨逐渐减少。

答案：

①②

（3）建矿之后，种群B可能消失，也可能成为与种群A．C不同的新物种。

分析种群B可能形成新物种的原因：

______________________。

下表是种群A．C的规模、等位基因1（T/t）和2（W/w）频率的数据，表中为各自隐性基因的频率。

年份

种群A

种群C

规模

t（%）

w（%）

规模

t（%）

w（%）

1900

46000

5

1

1000

5

1

1920

45000

5.5

1

850

7

1

1940

48000

7

1

850

9

0.8

1960

44000

8

1

800

12

0.6

1980

42000

6

1

600

10

0.8

2000

40000

5

1

550

11

1

答案：

由于与种群A之间的地理隔离，阻断了种群B与种群A．种群B与种群C的基因交流；因此种群B内的基因突变开始积累，且产生的变异被环境选择保留下来；种群逐渐适应了生存环境，种群规模开始扩张，并形成生殖隔离，新物种形成

（4）依据表中数据和上述资料，对种群C的描述，更为准确的是________。

A．等位基因1的杂合子逐渐增多

B．与种群A之间不能进行基因交流

C．正在经历适应辐射

D．受气候影响更大

答案：

A

（5）据表中数据分析，种群C的基因库比种群A________；种群规模与基因________的频率变化关系密切。

小

1（T/t）