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在RNA碱基序列中存在着终止子密码,因此计算是理论上的数值,一般有至少或最多等限制性语言。
②某DNA分子被标记,求n代中DNA分子中标记的比例——同位素标记法应用
被标记的DNA占DNA分子总数的百分比:
2/DNA分子总数
被标记的脱氧核苷酸链占脱氧核苷酸总数的百分比:
2/脱氧核苷酸链总数或2/DNA分子数×
2
例题1:
据图回答:
(1)图中所示正在进行的过程是___________,进行该过程的主要部位是___________。
(2)从化学结构上看,图中的2和5相同吗?
___________________________________。
(3)图中3和4的核苷酸相同否?
说明理由。
(4)若已知a链上形成e链的功能段中有这们的碱基比例关系:
A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则形成e链的碱基比是__________________。
(5)图示生理过程的基本单位是____________。
A.染色体B.DNA分子C.基因D.脱氧核苷酸
(1)转录细胞核
(2)不同(3)不同,3是核糖核苷酸,4是脱氧核糖核苷酸(4)U∶A∶C∶G=1∶2∶3∶4(5)C
易错点③④
应试策略:
由学生分析、推导。
2、基因的分离规律和单基因的常染色体遗传病
从上表可见一个基因型为Aa的植株在减数第一次分裂中的染色体行为保证了同源染色体的对等分离,从而也保证了同源染色体上等位基因的对等分离,分别进入到两个子细胞中去。
所以配子中一半含A基因,一半含a基因。
又由于不同的精子与不同的卵细胞的结合几率是相等的,故受精后就产生出基因型及比例为1/4AA、2/4Aa、1/4aa,
表现型及其比例为3/4A性状、1/4a性状的子代,这就是基因的分离规律。
分离规律是一对多位基因的遗传规律,其实质是配子形成过程中同源染色体上等位基因的分离,因此是所有遗传规律的基础。
通常细胞的染色体分常染色体与性杂色体,由于性染色体上的基因有其特殊性,故分离规律通常指常染色体上单个基因的遗传规律。
基因具有调控蛋白质合成的功能,而蛋白质能直接或间接地决定性状。
如白化病是由于显性B基因控制合成的酶能形成黑色素,由B基因突变产生的隐性的b基因不能控制合成有效的酶,也就不能形成黑色素。
这样Bb×
Bb的结果有1/4基因型为bb,即患白化病的几率为1/4。
这个致病的b基因是隐性基因,这种遗传病通常称常染色体隐性遗传病,镰刀型贫血症、先天性耳聋、B型地中海贫血等均属此类型,它们有双亲正常而子女发病的现象。
如果致病基因为显性,这就是常染色体显性遗传病,例如夜盲、并指、早秃、成视网膜细胞瘤等。
表1遗传规律图解
亲本组合
配子种类
雌雄配子组合方式
基因型种类
表现型种类
Dd×
Dd
4
3
YyRr×
YyRr
16
9
AaBbCc×
AaBbCc
8
64
27
n对基因
2n
4n
3n
例2:
纯种甜玉米和纯种非甜玉米间行种植,收获时发现甜玉米果穗上有非甜玉米籽粒,而非甜玉米果穗上却无甜玉米籽粒。
原因是()
A.甜是显性性状B.非甜是显性性状
C.显性的相对性D.环境引起的变异
解析纯种甜玉米和纯种非甜玉米间行种植就能进行相互传粉、授粉。
非甜玉米上结的籽粒都是非甜的,非甜玉米胚珠的胚珠有两种受精的可能:
一是自花传粉,得到的纯合非甜玉米籽粒;
二是异花传粉,得到杂合的非甜籽粒。
由此可确定非甜对甜是显性。
甜玉米果穗上结的籽粉有甜的,也有非甜的。
甜玉米植物上胚珠的受精也有两种可能:
一种是自花授粉,得到的是纯合的甜玉米;
另一种是异花传粉授粉,即非甜的花粉传给甜玉米,得到的是杂合的籽粒,表现型为非甜。
由此也可以确定非甜对甜是显性。
显性的相对性和环境引起的变异这2个选项是不符合题意的。
答案B
例3:
鸡的毛腿(F)时光腿(f)是显性,豌豆冠(E)对单冠(e)为显性。
现有A和B两只公鸡、C和D两只母鸡,均为毛腿豌豆冠。
它们交配产生的后代如下:
C×
A→毛腿豌豆冠 D×
A→毛腿豌豆冠
B→毛腿豌豆冠,光腿豌豆冠 D×
B→毛腿豌豆冠,毛腿单冠。
(1)这四只鸡的基因型为:
A;
B ;
C;
D。
(2)D×
B杂交后代中,毛腿单冠的基因型为;
B杂交后代中,光腿豌豆冠的基因型为。
(1)FFEE FfEe FfEE FFEe
(2)FFee、Ffee ffEE ffEe
例4:
下图表示人体内苯丙氨酸代谢过程的部分图解,请回答
(1)控制酶2和酶3合成的基因中的任何一个基因发生突变,都会引起黑色素无法合成而形成白化病。
但是,如果控制酶1合成的基因发生突变,就不会引起白化病,原因是。
(2)如果一对患白化病的夫妻生了5个小孩都是正常的,最可能的原因是
。
(3)当控制酶1合成的基因发生突变,人的血液中的含量将会增加,损害大脑,形成白痴,该病的全称是。
(4)已知控制酶1的基因和控制酶2的基因在两对同源染色体上(假设控制酶3的基因都是正常的)。
如果一对正常夫妻,生下一个白化白痴的女儿,那么这对夫妻再生一个小孩,只患一种病的几率是。
(1)食物中的酪氨酸和转氨基作用形成的酪氨酸合成了黑色素
(2)分别缺陷酶2和酶3基因
(3)苯丙酮酸苯丙酮尿症
(4)3/8
3、伴性遗传和性染色体遗传病
性染色体是指雌雄体内不一样的与性别决定有明显直接关系的染色体。
人类与哺乳动物属XY型,即雄性是性杂合体XY,雌性是性纯合体XX。
X染色体和Y染色体也是同源染色体,在形成性细胞时也会联合、分离,分别进入到两个子细胞中去。
但是由于两条性染色体大小不同,其上的基因数目也不同,又与性别决定有关,这就形成了伴性遗传的特殊规律。
例如红绿色盲就是X连锁隐性遗传病。
此隐性致病基因用b表示,显性正常基因用B表示,这对基因只位于X染色体上,而不位于Y染色体上。
一个个体的两条同源染色体上,如果有一个正常基因就不发病(如XBXB、XBY、XBXb,XBXb称为携带者),如果只有致病基因就发病(如XbXb、XbY),所以X连锁隐性遗传病在男性中的发病率显著高于女性。
由于父亲的Y染色体传给儿子,X染色体传给女儿,所以父亲的致病基因只能随X染色体传给女儿而不能传给儿子;
由于儿子的X染色体只能来自母亲,故而儿子致病基因只可能来自母亲,如果母亲表型正常则必定是致病基因的携带者;
如果女儿发病(XbXb)那么父亲肯定是红绿色盲,母亲是红绿色盲或者是致病基因的携带者。
此外血友病、果蝇的红眼遗传也属于X连锁隐性遗传病。
如果X染色体上的致病基因是显性的,即为X连锁显性遗传病,如抗维生素D性佝偻病等。
无论是常染色体遗传病还是性染色体遗传病,它们对生物体都是有害的。
在自然选择的情况下,隐性致病基因相遇并表现的机会是不多的。
但血缘关系相近的两性个体,由于多数基因来自同一祖先,通过婚配就有可能使两个有害隐性基因在后代中出现纯合而发病。
我国婚姻法规定“直系血亲和三代以内的旁系血亲禁止结婚”,这对于优生和减少遗传病的发病率都具有重大意义。
同理在保护濒危物种上也应注意近亲繁殖的危害。
4、人类遗传病的5种遗传方式及其特点
人类遗传病的遗传方式主要有5种:
常染色体隐性遗传、常染色体显性遗传、伴X染色体隐性遗传、伴X染色体显性遗传和伴Y染色体遗传。
这5种遗传方式的遗传特点见表2。
表2
遗传病的遗传方式
遗传特点
实例
常染色体隐性遗传病
隔代遗传,患者为隐性纯合体
白化病
常染色体显性遗传病
代代相传,正常人为隐性纯合体
软骨发育不全症
伴X染色体隐性遗传病
隔代遗传,交叉遗传,患者男性多于女性
色盲、血友病
伴X染色体显性遗传病
代代相传,交叉遗传,患者女性多于男性
抗VD佝偻病
伴Y染色体遗传病
传男不传女,只有男性患者没有女性患者
人类中的毛耳
遗传方式除了上述5种外,还有两种遗传方式有必要在这里介绍一下:
细胞质遗传和从性遗传。
例5:
右图为某遗传病的系谱图,正常色觉(B)对色盲(b)为显性,为伴性遗传;
正常肤色(A)对白色(a)为显性,为常染色体遗传。
请识图回答:
(1)Ⅰ1的基因型是____________________。
(2)Ⅱ5为纯合体的几率是______________。
(3)若Ⅲ10和Ⅲ11婚配,所生的子女中发病率为___________;
只得一种病的可能性是_______;
同时得二种病的可能性是_____________。
解析解人类遗传病系谱图的遗传题,第一步要确定相关病症的显隐性关系,其信息的来源主要有两个:
一是题目中的已知条件,本题就是这样;
二是通过系谱分析得出。
第二步要确定这种病是属于常染色体遗传病还是性染色体遗传病,其信息来源也有两个:
一是题目已知条件;
第三步将已知和推测到的系谱中成员的基因型写在系谱图上,还不能确定的用“_______”下划线表示待确定后按答题要求再填上。
如图。
以上步骤完成后,就开始按答题要求回答问题。
(1)Ⅰ1号个体的基因型从图8-7中一看便知是AaXBY。
(2)Ⅱ5个体的基因型中,常染色体上的白化与非白化这一对相对性状的基因有两种可能:
AA和Aa。
其中纯合体AA的几率是1/3;
X染色体上的色盲与色觉正常这一对相对性状的基因型也有两种可能:
XBXB和XBXb。
其中纯合体XBXB的几率是1/2。
按题目标,Ⅱ5号个体是纯合体的几率,即基因型为AAXBXBR的几率:
×
=
。
这种遗传题的难度主要在第(3)小题中有关两种病的概率的计算,解两种病的概率计算的遗传题的关键是要逐一计算,不能将两种病混在一起算。
对这道题目先计算白化病,Ⅲ10号个体携带白化基因的概率,即Aa的概率为2/3;
Ⅲ11号个体携带白化基因的概率,即Aa的概率为2/3,两者婚配后生一个白化病患者aa的概率为
,生一个非白化病患者A_的概率为8/9。
再计算色盲。
Ⅲ10号个体携带色盲基因的概率为0,即Ⅲ10号就色觉这一性状而言只有XBY一种基因型;
Ⅲ11号个体携带色盲基因的概率,即XBXb的概率为1,两者婚配后生一个色盲患者XbY的概率为1/4,生一个不色盲的孩子(XB__)的概率为3/4。
这两种病单独出现的概率并出后,再按题目要求将两种性状组合在一起计算即可。
发病率包括只得一种白化病或色盲和同时得两种病的情况,即白化病色觉正常(aaXB__)的几率为
,非白化病色盲(A_XbY)的几率为
,同时得两种病(aaXbY)的概率为
,发育病率就将这3种况相加,即
+
发病率的计算方法也可以先计算完全健康的几率,即既不得白化病也不得色盲(A_XB__)的几率为
,发病率为1-
只得一种病的可能性就将白化病、色觉正常和非白化病、色盲两情况的几率相加即可,即
解本题也可以应用有关的数学知识来解。
发病率的计算:
发病率包括只得一种病,也包括同时得两种病,计算时可利用数学上的交集的知识加以解决,如图8-8所示方框为1,两圆相交的部分为同时得两种病的概率
;
大圆减去两圆相交的部分则为只得白化病概率
-
小圆减去两圆相交的部分是只得色盲病的概率
只得一种病的概率包括只得白化病不得色盲病和只得色盲病不得白化病,即
发病率包括只得一种病和同时得两种病,即:
生一个健康孩子的概率即为方框减去大圆和小圆覆盖的面积,即1-发病率=1-
图8-8
答案
(1)AaXBY
(2)1/6(3)1/311/361/36
二、高中生物教材中的育种知识
一、含义:
生物育种是指人们按照自己的意愿,依据不同的育种原理,有目的、有计划地获得人们所需要的生物新品种。
包括两种情况:
1.从不良性状中把所需要的优良性状(相对性状)分离出来或把位于不同个体的优良性状集中到一个个体上来。
如利用基因分离的原理从高秆小麦中分离出能抗倒伏的矮秆小麦品种;
通过基因的自由组合,把小麦中高秆抗锈病和矮秆不抗锈病两种性状进行重新组合获得矮秆抗病的小麦优良品种。
2.创造具有优良性状的生物新品种。
如利用人工诱变育种技术培育青霉素高产菌株;
利用基因工程的原理创造能分泌胰岛素的大肠杆菌菌种。
二、育种方法:
(一)根据“变异的来源”原理进行育种
1.杂交育种:
(1)原理:
基因重组(通过基因分离、自由组合或连锁交换,分离出优良性状或使各种优良性状集中在一起)
(2)方法:
连续自交,不断选种。
(3)举例:
已知小麦的高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗锈病(R)对易染锈病(r)为显性,两对性状独立遗传。
现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。
要求使用杂交育种的方法培育出具有优良性状的新品种。
操作方法:
(参见右面图解)
①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1;
②让F1自交得F2;
③选F2中矮秆抗锈病小麦自交得F3;
④留F3中未出现性状分离的矮秆抗病个体,对于F3中出现性状分离的再重复③④步骤
(4)特点:
育种年限长,需连续自交不断择优汰劣才能选育出需要的类型。
(5)说明:
①该方法常用于:
a.同一物种不同品种的个体间,如上例;
b.亲缘关系较近的不同物种个体间(为了使后代可育,应做染色体加倍处理,得到的个体即是异源多倍体),如八倍体小黑麦的培育、萝卜和甘蓝杂交。
②若该生物靠有性生殖繁殖后代,则必须选育出优良性状的纯种,以免后代发生性状分离;
若该生物靠无性生殖产生后代,那么只要得到该优良性状就可以了,纯种、杂种并不影响后代性状的表达。
2.诱变育种
基因突变
用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、激光等)或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙脂等)来处理生物,使其在细胞分裂间期DNA复制时发生差错,从而引起基因突变。
太空育种、青霉素高产菌株的获得
提高了突变率,创造人类需要的变异类型,从中选择培育出优良的生物品种,但由于突变的不定向性,因此该种育种方法具有盲目性。
该种方法常用于微生物育种、农作物诱变育种等
例6:
基因突变是指基因结构的改变,科学家们常常利用物理、化学方法来诱导生物发生基因突变,以便能获得大量基因类型,使人们能从生化的角度在分子水平上对它们进行遗传分析。
其中α、β、γ等射线、紫外线、中子等为物理的诱变因素;
亚硝酸胺、乙酸亚胺、乙二胺四乙酸等为化学诱变因素。
1.过量紫外线辐射对生物危害的主要机理是紫外线的
A热作用和电离作用B穿透作用和物理化学作用
C热作用和穿透作用D电离作用和物理化学作用
2.电离辐射诱导生物基因突变时,细胞中吸收辐射能量最多的化合物是
A水B糖类C蛋白质D脂肪
3.下列对基因突变叙述不正确的是
A人们可以定向诱导突变性状,诱变育种能明显缩短育种年限
B丰富了生物的“基因库”,是生物变异的主要来源
C突变频率低、且突变性状一般有害,少数有利
D它是生物进化的重要原因之一
4.根据下列细胞中物质的吸收峰值,可知紫外线(λ=270nm)在诱导突变过程中的主要作用物质是
A水B蛋白质C核酸D脂肪
3.单倍体育种
染色体变异
花药离体培养获得单倍体植株,再人工诱导染色体数目加倍。
要求用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种。
(参见下面图解)
②取F1的花药离体培养得到单倍体;
③用秋水仙素处理单倍体幼苗,使染色体加倍,选取具有矮秆抗病性状的个体即为所需类型。
由于得到的个体基因都是纯合的,自交后代不发生性状分离,所以相对于杂交育种来说,明显缩短了育种的年限。
①该方法一般适用于植物。
②该种育种方法有时须与杂交育种配合,其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持。
4.多倍体育种:
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,从而使细胞内染色体数目加倍,染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂,即可发育成多倍体植株。
①三倍体无子西瓜的培育(同源多倍体的培育)
过程图解:
参见高二必修教材第二册第55页图解
说明:
a.三倍体西瓜种子种下去后,为什么要授以二倍体西瓜的花粉?
西瓜三倍体植株是由于减数分裂过程中联会紊乱,未形成正常生殖细胞,因而不能形成种子。
但在三倍体植株上授以二倍体西瓜花粉后,花粉在柱头上萌发的过程中,将自身的色氨酸转变为吲哚乙酸的酶体系分泌到西瓜三倍体植株的子房中去,引起子房合成大量的生长素;
其次,二倍体西瓜花粉本身的少量生长素,在授粉后也可扩散到子房中去,这两种来源的生长素均能使子房发育成果实(三倍体无籽西瓜)。
b.如果用二倍体西瓜作母本、四倍体西瓜作父本,即进行反交,则会使珠被发育形成的种皮厚硬,从而影响无子西瓜的品质。
②八倍体小黑麦的培育(异源多倍体的培育):
普通小麦是六倍体(AABBDD),体细胞中含有42条染色体,属于小麦属;
黑麦是二倍体(RR),体细胞中含有14条染色体,属于黑麦属。
两个不同的属的物种一般是难以杂交的,但也有极少数的普通小麦品种含有可杂交基因,能接受黑麦的花粉。
杂交后的子一代含有四个染色体组(ABDR),不可育,必须用人工方法进行染色体加倍才能产生后代,染色体加倍后的个体细胞中含有八个染色体组(AABBDDRR),而这些染色体来自不同属的物种,所以称它为异源八倍体小黑麦。
该种育种方法得到的植株茎秆粗壮,叶片、果实和种子较大,糖类和蛋白质等营养物质的含量有所增加。
①该种方法常用于植物育种;
②有时须与杂交育种配合。
例7:
在一稻田里突然发现一株营养器官有优良性状的显性突变植株,欲通过它培育出较大数量的该优良性状能稳定遗传的水稻品系,该怎么办?
其中最快的方法是什么?
如何操作?
【参考答案】
稳定遗传的品种是指后代不发生性状分离的纯合体。
水稻是自花传粉的作物。
可以用连续自交选育的方法,也可以用单倍体育种的方法等。
最简便的是单倍体育种。
因为是显性突变(设为A),所以该植株必为杂合体(Aa),要得到自交后代不分离的植株需两代,要获得较大数量稳定品系需自交多代,才能获得。
如将此植株的花药全部摘下,进行花粉组织培养,成幼苗后全部用秋水仙素处理,得到染色体加倍保留出现优良性状的植株(即为AA),让其自交结籽就能得到较大数量的纯合的所需的优良品种。
例8:
(2003高考全国卷、新课程卷·
26)小麦品种是纯合体,生产上用种子繁殖,现要选育矮杆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种;
马铃薯品种是杂合体(有一对基因杂合即为杂合体),生产上通常用块茎繁殖。
现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种。
请分别设计小麦品种间杂交育种程序,以及马铃薯品种间杂交育种程序。
要求用遗传图解表示并加以简要说明。
(写出包括亲本在内的前三代即可)
解析:
本题主要考查作物杂交育种的有关知识,同时考查了有关生殖方面的知识。
就试题本身而言不难,但考生很容易出现以下几方面的问题:
①不能准确地绘制遗传图解。
考生在绘制遗传图解时随意性太大,没有掌握遗传图解的绘制方法和规范。
②混淆了杂交育种与单倍体育种。
部分考生在选育小麦时运用了单倍体育种的方法。
③题意理解出现偏差。
对题干中“现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种”的理解不到位,使得部分考生难以确定育种中马铃薯亲本的基因型。
④在做题时没有考虑到利用种子繁殖和利用块茎进行繁殖对后代的影响。
答案:
小麦
第一代 AABB ×
aabb 亲本杂交(3分)
↓
第二代 F1 AaBb 种植F1代自交(2分)
↓自交
第三代 F2 A_B_,A_bb,aaB_,aabb 种植F2代,选矮杆、抗病(aaB_),继续自交,期望下代获得纯合体(2分)
(注:
①A_B_,A_bb,aaB_,aabb表示F2出现的九种基因型和四种表现型。
②学生写出F2的九种基因型和四种表现型均给满分)
马铃薯
第一代 yyRr×
Yyrr亲本杂交(3分)
↓
第二代 YyRr,yyRr,Yyrr,yyrr种植,选黄肉、抗病(YyRr)(3分)
第三代YyRr 用块茎繁殖(2分)
(二)依据“工程原理”进行育种
1.利用“基因工程”育种
DNA重组技术(属于基因重组范畴)
按照人们的意愿,把一种生物的个别基因复制出来,加以修饰改造,放到另一种生物的细胞里,定向地改造生物的遗传性状。
操作步骤包括:
提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达等。
能分泌人类胰岛素的大肠杆菌菌株的获得,抗虫棉,转基因动物等
目的性强,育种周期短。
对于微生物来说,该项技术须与发酵工程密切配合,才能获得人类所需要的产物。
2.利用“细胞工程”育种
原理
植物体细胞杂交
细胞核移植
方法
用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞,并且把杂种细胞培育成新植物体的方法。
用酶解法去掉细胞壁、用诱导剂诱导原生质体融合、将杂种细胞进行组织培养等。
是把一生物的细胞核移植到另一生物的去核卵细胞中,再把该细胞培育成
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- 遗传 基因工程
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