第五讲遗传变异和进化.docx

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第五讲遗传变异和进化

第五讲遗传变异和进化

【命题趋向】

一、直击考点

[知识点]

DNA是主要的遗传物质

DNA是主要的遗传物质//DNA的分子结构和复制//基因的概念//原核细胞和真核细胞的基因结构//基因控制蛋白质的合成//基因对性状的控制//人类基因组研究。

基因工程简介

基因操作的工具//基因操作的基本步骤//基因工程的成果与发展前景。

遗传的基本规律

基因的分离定律//基因的自由组合定律。

性别决定与伴性遗传

性别决定（XY型）、伴性遗传

细胞质遗传

细胞质遗传的特点//细胞质遗传的物质基础（细胞质遗传在实践应用不作要求）。

生物的变异

基因突变//基因重组//染色体结构和数目的变异。

人类遗传病与优生

人类遗传病//遗传病对人类的危害//优生的概念和措施

进化

自然选择学说的主要内容//现代生物进化理论简介

[能力点]

Ⅰ.理解能力要求：

能阐述本专题所学知识的要点，掌握遗传规律的本质并适用范围。

能运用相关知识对遗传问题进行解释、推理、做出合理的判断或得出正确的结论。

例如，能正确阐述孟德尔遗传定律的内容和符合孟德尔遗传规律的基因位置。

能理解基因与环境对生物性状的影响。

Ⅱ.实验与探究能力要求：

能独立完成本专题中的“DNA的粗提取与鉴定”“制作DNA双螺旋结构模型”“性状分离比的模拟实验”。

并能对设计实验，探究控制某性状的基因的显隐关系、遗传规律，能对遗传的试验现象和结果进行解释、分析和处理。

能对实验方案做出恰当的评价和修订。

Ⅲ.获取信息的能力：

会鉴别、选择试题给出的相关生物学信息，能运用信息，结合所学知识解决与遗传和进化有关的知识，能运用提供的新信息补充完善本专题中的问题。

能用文字、图表、曲线等形式准确描述相关能力，例如，用遗传图解分析解释说明相应的遗传现象。

[高考热点]

在本专题的考点中，验证DNA是遗传物质的思路与方法、DNA的提取和鉴定原理、遗传基本规律的实质及实践运用。

常见遗传图解的书写、计算及实验设计与分析、基因突变、基因重组和染色体变异的概念，以及各种育种方式的方法、原理及流程设计等知识是高考中的热点而且所占分值很高，有逐年增加的趋势。

二、本专题命题方向和应试策略

Ⅰ.关于性状遗传的探究实验仍被看好

高考试题的创新设计正朝着开发性、能力型目标迈进，就本专题的知识特点看，直接考查来源于课本的纯验证性实验考查的越来越少，而源于教材高于教材具有材料背景的新情境探究性实验题已逐渐演变为主流题型，如关于牛有角无角的显隐关系的判断、果蝇体色遗传德判断等。

但是，情境新，理不新，考查点，还是课本上介绍的原理和规律。

所以，考生在学习本部分知识时，绝对不能陷入仅仅对遗传机率的计算中，而应掌握遗传实验的理念：

怎样判断某基因是核遗传还是质遗传、怎样判断某基因是在常染色体上还是在性染色体上、怎样确定一对相对性状的显隐关系等。

Ⅱ.从分子水平考查遗传现象的命题将受重视

值得对于分子水平解释遗传和变异的现象将会在07年高考中有所体现，例如：

DNA分子的结构、复制、基因对生物性状的控制过程以及真、原核生物基因的表达；从减数分裂的角度解释生物的变异和遗传等。

Ⅲ.相关材料分析题会在高考中出现

本专题所涉及的生物学领域近些年发展很快，例如关于生物进化的证据、关于实验室生物进化的速度，关于人类基因组计划、基因工程等等。

高考中，这些新发现、新成果无疑是考查学生获取信息的能力的好材料。

但是，考查的知识仍会是课本设计的基本概念、原理、过程和方法，同时，也不能忽视材料中所给出新结论，这些新内容也许是对课本知识的补充或者完善。

考生在复习时，应该明确，科学知识是可以变化的；并尽量广泛联系课本内的其他章节，尝试用遗传的角度去解决其他的生命现象。

【考点透视】

一、网络构建

[相对性状概念图]

组成

被控制

包括

显性基因

显性性状

相对性状

细胞核遗传

组成

包括

属于

被控制

隐性基因

隐性性状

参与

染色体组

包括

非编码区

等位基因

基因

组成

主要载体

调控

基本单位

组成

染色体

水解产物

包括

包括

DNA

脱氧核糖

内含子

编码区

脱氧核苷酸

磷酸

基本单位

存在于

存在于

转录

水解产物

包括

蛋白质

线粒体

叶绿体

外显子

核糖核苷酸

mRNA

核糖

含氮碱基

组成

翻译

基本单位

细胞质遗传

参与

参与

水解产物

二、复习重点

[细胞核遗传与细胞质遗传的比较]

遗传物质的载体

遗传规律

正、反交结果

性状分离及分离比

细胞核遗传

染色体

三大遗传定律

相同

有，有一定分离比

细胞质遗传

叶绿体、线粒体

母系遗传

不同

有，无一定分离比

[DNA复制、转录和翻译]

项目

传递遗传信息

表达遗传信息

复制

转录

翻译

时间

细胞分裂间期

蛋白质的合成过程，持续整个生命活动

场所

主要在细胞核

主要在细胞核

细胞质的核糖体

模板

DNA的两条链

DNA某一条链

信使RNA

原料

4种脱氧核苷酸

4种核糖核苷酸

20种氨基酸

原则

A-T；T-A；G-C；C-G

A-U；T-A；G-C；C-G

A-U；U-A；C-G；G-C

条件

酶、ATP

酶、ATP

酶、ATP、转运RNA

特点

半保留复制、边解旋边复制

DNA边解旋，边转录；遵循碱基互补配对原则

一个连续结合多个核糖体；遵循碱基互补配对原则

产物

两个子代DNA分子

信使RNA

具有特定氨基酸顺序的多肽（蛋白质）

信息传递

DNA→DNA

DNA→mRNA

mRNA→蛋白质

意义

传递遗传信息

将遗传信息由细胞核带到细胞质；信使RNA上密码子的数量、种类、顺序决定蛋白质中氨基酸的数量、种类和顺序

将遗传信息反映到蛋白质分子结构上，使后代重现亲代性状

[基因重组、基因突变和染色体变异]

基因重组

基因突变

染色体数量变异（整倍性）

多倍体

单倍体

发生时期

减数第一次分裂

细胞分裂间期可能性最大

细胞分裂期

某些生物进行单性生殖时

产生机理

非同源染色体上非等位基因的自由组合；交叉互换

DNA上发生碱基对的增添、缺失、改变，从而引起DNA碱基序列即遗传信息的改变

由于细胞分裂受阻，体细胞中染色体组成倍的增加

直接由生物的配子，如未受精卵细胞、花粉粒发育而来，使染色体组数成倍减少

是否有新基因产生

没有产生新基因，但产生了新的基因组合类型

产生了新基因

没有产生新基因，但增加了某一基因的数量

没有产生新基因

在生物进化中地位

对生物进化有一定意义

生物变异的主要来源，提供生物进化的原始材料

对生物进化有一定意义

对生物进化的意义不大

实践应用

杂交育种

诱变育种

多倍体育种

单倍体育种

[人类遗传病的种类]

遗传病种类

病因

类型

举例

单基因遗传病

一对基因控制

显性或隐性基因

并指、苯丙酮尿症

多基因遗传病

多对基因控制

唇裂、原发性高血压

染色体异常病

染色体变异

常染色体或性染色体

21三体综合症、特纳氏综合性

[真核细胞和原核细胞的基因结构的比较]

原核基因

真核基因

结构示意图

非编码区

组成、作用

调控序列，调控遗传信息的表达

调控序列，调控遗传信息的表达

编码区

组成、作用

编码区是连续的，无外显子和内含子之分，编码蛋白质

编码区是不连续的，分为能编码蛋白质的外显子和不能编码蛋白质的内含子

转录产物

成熟的RNA

初级转录产物，加工后成为成熟的RNA

结构相同点

均有编码区和起调控作用的非编码区

基因作用

储存、传递和表达遗传信息，可发生突变，决定生物性状

[育种问题]

名称

原理

方法

优点

缺点

应用

杂交

育种

基因

重组

杂交→自交→筛选出符合要求的表型，通过自交至不再发生性状分离为止。

使分散在同一物种不同品种间的多个优良性状集中于同一个体上，即“集优”。

（1）育种时间长；

（2）局限于同种或亲缘关系较近的个体

用纯种高秆抗病与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦

诱变

育种

基因

突变

（1）物理：

紫外线、射线、激光等；

（2）化学：

秋水仙素、硫酸二乙酯等。

提高变异频率；加快育种进程；大幅度改良性状。

有利变异少，工作量大，需大量的供试材料。

高产青霉素菌株

单倍体

育种

染色

体

变异

二倍体

单倍体

纯合体

大大缩短育种年限；子代均为纯合体。

技术复杂

用纯种高秆抗病与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦

多倍体

育种

染色

体

变异

用一定浓度秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

植株茎秆粗壮，果实、种子都比较大，营养物质含量提高。

技术复杂；发育延迟，结实率低，一般只适合于植物

三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦

转基因

育种

异源

DNA

重组

提取目的基因→与运载体结合→导入受体细胞→目的基因的检测与表达→筛选出符合要求的新品种

目的性强；育种周期短；克服远缘杂交不亲和的障碍

技术复杂；生态安全问题多

转基因抗虫棉

细胞工程育种

植物

体细胞

杂交

细胞膜的流动性；植细胞的全能性

去细胞壁→诱导融合→植物组织培养获得植株

克服远缘杂交不亲和的障碍；大大扩展了用于亲本杂交组合的范围

技术复杂

可育性，如“白菜-甘蓝”的培育

动物

体细胞

克隆

细胞核的全能性；细胞增殖

核移植、胚胎移植

克服远缘杂交不亲和的障碍；可用于繁育优良动物、濒危动物。

技术复杂

克隆羊“多莉”

动物细

胞隔合

细胞增殖

细胞隔合、细胞培养

克服远缘杂交不亲和的障碍。

技术复杂

单克隆抗体的制备

[现代生物进化理论]

种群是

生物进

化的

单位

⑴一个种群所含有的全部基因，称为种群的基因库。

基因库代代相传，得到保持和发展

⑵种群中每个个体所含有的基因，只有基因库中的一个组成部分

⑶不同的基因在基因库中的基因频率是不同的

⑷生物进化的实质是种群基因频率发生变化的过程

突变和

基因重组

是产生

进化的

原材料

⑴可遗传的变异是生物进化的原材料

⑵可遗传的变异包括基因突变、染色体变异和基因重组

⑶突变的有害或有利取决于生物生存的环境

⑷有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型

⑸变异的不定向性，确定了突变和基因重组是产生进化的原材料

自然选择

决定生物

进化方向

⑴种群中产生的变异是不定向的

⑵自然选择淘汰不利变异，保留有利变异

⑶自然选择使种群基因频率发生定向改变，即导致生物朝一个方向缓慢进化。

隔离导致

物种形成

⑴物种：

分布在一定自然区域，具有一定形态结构和生理功能，而且在自然状态下能相互交配、繁殖产生可育后代的一群生物个体

⑵隔离：

将一个种群分成若干个小种群，使彼此间不能交配，从而形成新的物种。

⑶物种形式：

同一个物种间产生变异和基因重组，经过长期的自然选择，使种群基因频率发生定向改变，再经过隔离作用产生新的物种。

三、可能出现的考点

本专题在高中生物中所占的内容比例很大，涉及的生物学知识既是重点也是难点。

在高考生物刚刚恢复的两三年内，本专题的考查量较少，但近几年，命题率明显增加，而且试题难度也较大，在2007年的高考中，以下内容很可能会出现：

1．验证DNA是遗传物质的思路、方法及在实验设计题目中的开拓作用。

2．DNA分子的结构、复制、基因对生物性状的控制过程以及结合真、原核生物基因结构，弄清ＤＮＡ、ｍＲＮＡ、氨基酸之间的关系与计算。

3．基因的选择性表达与细胞分化及个体发育的关系。

4．基因多样性、蛋白质多样性与生物多样性的关系。

5．科学探究方法在遗传规律发现中的应用。

6．从减数分裂角度分析遗传规律和变异的类型。

7．单基因遗传病图谱分析及遗传方式的判断、常见人类遗传病的遗传图解的书写、分析及概率计算。

8．各种育种方式的原理、方法及流程设计。

9．细胞核遗传与细胞质遗传的区别与联系及其在生产实践中的应用。

10．遗传实验的设计与探究：

纯合子、杂合子的鉴定，育种实验，DNA半保留复制特点的探究。

11．基因工程操作工具、流程及在社会生产、生活、科技中的应用。

12．基因诊断、基因治疗与优生优育。

13．自然选择学说与现代生物进化理论的区别和联系。

【例题解析】

[例1]将基因型为AA的红果甲植株的枝条嫁接到基因型为aa的黄果乙植株上，在自交情况下，该枝条所结果实的颜色、果皮的基因型、受精极核的基因型分别为（）

A．红果、AA、AAAB．黄果、Aa、AaaC．红果、AA、AaaD．黄果、aa、aaa

[解析]本题主要考查果皮遗传和受精极核形成的知识的理解能力。

题干中嫁接过程为无效信息，却增加了试题的难度，自交的父本和母本都是基因型为AA的红果植株。

果皮是由母本的子房壁发育而来，果实的颜色由母本基因型（AA）决定，为红果。

受精极核由1个精子（A）和2个极核（A+A）构成。

[答案]A

[例2]萝卜的根形是由位于两对同源染色体上的两对等位基因决定的。

现用两个纯合的圆形块根萝卜作亲本进行杂交。

F1全为扁形块根。

F1自交后代F2中扁形块根、圆形块根、长形块根的比例为9：

6：

1，则F2扁形块根中杂合子所占的比例为（）

A．9/16B．1/2C．8/9D．1/4

[解析]考查孟德尔比率9：

3：

3：

1的灵活运用能力。

若AaBbXAaBb，则子代表现型比例为9显显：

3显隐：

3隐显：

1隐隐。

F1（AaBb）自交后代F2中扁形块根、圆形块根、长形块根的比例为9：

6：

1，则F2中很可能是9显显：

（3显隐+3隐显）：

1隐隐。

所以，F2扁形块根（A_B_）中纯合子（AABB）占1/9，杂合子占8/9。

[答案]C

[例3]阅读四段材料，回答下列问题：

材料一：

真核生物（如人）的基因是一个嵌合体，其编码区包含着能编码蛋白质的序列（外显子）和不能编码蛋白质的序列（内含子）。

外显子被内含子一一隔开。

材料二：

由基因指导合成的信使RNA开始也带有内含子转录部分，称为前体信使RNA，其内含子转录部分被切下来后，再重新将外显子转录部分拼接起来，才能成为成熟的信使RNA，释放到细胞质中指导蛋白质合成。

材料三：

内含子转录部分被切除和外显子转录部分被拼接都需要能量和酶。

材料四：

科学家用嗜热四膜虫作为实验对象进行拼接实验，他们惊奇的发现，在不含任何蛋白质成分的四膜虫前体信使RNA提取物中加入ATP，结果前体信使RNA成功地完成了拼接。

（1）外显子的基本组成单位是，前体信使RNA的基本组成单位是。

（2）若某人的基因编码区中有n个碱基，其内含子中有m个磷酸基，则由它转录合成的成熟信使RNA中有个核糖，该基因指导合成的蛋白质最多有个氨基酸分子。

（3）已知某人的细胞DNA分子上的一个碱基对（G—C）发生置换，但细胞表现一切正常，请对此作出三种合理解释。

①__________________________________________________________________；

②__________________________________________________________________；

③__________________________________________________________________。

（4）根据材料三和材料四，可以得出什么结论？

__________________________________________________________________

[解析]考查真核基因的结构，“6∶3∶1”的运用，基因突变的概念和酶的概念的综合运用能力。

（1）真核基因包括编码区和非编码区，编码区包括内含子和外显子，它们均是由脱氧核苷酸构成的。

而信使RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。

（2）信使RNA是以DNA分子（编码区）的一条链转录后形成的，则它的碱基的总数应该是n/2个，但是这个RNA只是初使的RNA，成熟的RNA还要把内含子部分剪切掉，因此，成熟的RNA中核糖数（或碱基数）是：

（n－m）/2。

氨基酸分子的总数是成熟RNA中碱基数的1/3。

（3）发生基因突变但细胞表现一切正常，即基因表达的产物蛋白质没有改变，则基因突变可能发生在基因之间没有遗传效应的DNA片段，也可能发生在转录产物被剪掉的内含子中，还可能是置换发生后所形成的密码子与原密码子对应的是同一种氨基酸。

（4）材料三：

RNA拼接需要酶和能量；材料四：

在不含任何蛋白质成分的四膜虫前体信使RNA提取物中加入ATP，结果前体信使RNA成功地完成了拼接。

通过对比分析得到，有些酶的成分是RNA。

[答案]

（1）脱氧核苷酸//核糖核苷酸；

（2）（n－m）/2，（n－m）/6；（3）①置换发生在内含子中，不影响蛋白质合成；②置换发生后所形成的密码子与原密码子对应的是同一种氨基酸；③置换发生在连接DNA上基因片段的脱氧核苷酸序列中；（4）有些酶的成分是RNA（有的酶可能并不是蛋白质）。

[例4]病毒是一类没有细胞结构的分子生物，与人类关系特别密切。

今年世界上发现了能感染人类的高致病性禽流感病毒（简称禽流感），我国参与了抗击禽流感的国际性合作，并已经研制出禽流感的疫苗。

要与禽流感作斗争，必须了解它、研究它，需要大量的供实验用的病毒结晶。

根据所学知识回答下列问题：

I．在病禽中分离出禽流感样本后，实验室中如何获得大量禽流感病毒？

为什么？

（1）；

（2）。

II．要研制禽流感疫苗，必须知道其大分子组成，请设计实验探究禽流感的物质组成：

（1）实验原理：

RNA液在浓盐酸中与苔黑酚试剂共热显绿色还需补充的两个实验原理是：

（2）去掉病毒中大分子成分的简便方法是

（3）设计一个表格记录实验结果，用于实验结论的分析：

[解析]考查病毒的培养及病毒的物质组成的实验分析和实验设计能力。

病毒不能独立繁殖，必须采用活体培养基培养。

病毒的物质组成为蛋白质和核酸，只含DNA或RNA。

实验原理就是根据颜色反应来鉴定禽流感病毒中到底含有哪些成分，RNA的鉴定属于课外内容，题干中已经给出；蛋白质和DNA鉴定来源于课本实验。

实验结果就是病毒化学成分与双缩脲试剂反应、二苯胺反应和苔黑酚反应产生的颜色变化，根据颜色反应可以得到相应的结论。

[答案]I．

（1）活鸡胚中培养（或活的鸟胚胎中培养）；

（2）病毒是专性活细胞内寄生（或病毒无代谢特征）（或病毒不能独立繁殖）；II．

（1）

蛋白质液与双缩脲试剂显紫色；

DNA液与二苯胺试剂共热显蓝色；

（2）酶处理（或水解）；（3）

双缩脲试剂反应

（或实验一）

二苯胺反应

（或实验二）

苔黑酚反应

（或实验三）

现象

结论

[例5]某一局部山区有一种雌性黑牛A，与一种雄性黄牛B交配，由于某种原因，其后代中无雄性小牛出现，但为了在自然情况下延续种族，雌性黑牛A只能与另一山区的雄性黄牛C交配，后代中才有雄性小牛出现。

（1）请分析，导致局部山区无雄性小牛出现的原因很可能是。

（2）请你利用现代科学技术手段，设计一种方案，使此局部山区的雌牛A不与另一山区的雄牛交配，就能得到一种黄色小雄牛。

方案设计的理论依据：

________________________________________。

方案设计的思路（不写详细步骤）：

。

（3）上述方案设计中能得到黄色小雄牛，与题中A、C交配能得到黄色小雄牛是否有区别？

_____。

理由是。

[解析]考查配子致死引起的遗传特点、克隆和生殖类型的综合分析能力和获取信息能力。

根据题干信息：

雌性黑牛A与雄性黄牛B交配后代无雄性小牛出现；该雌性黑牛A只能与另一山区的雄性黄牛C交配，后代中才有雄性小牛出现，说明雄性黄牛B导致后代无雄性小牛出现，最可能是Y精子致死。

而利用现代科学技术手段，雌牛A不与另一山区的雄牛交配，就能得到一种黄色小雄牛，可能Y精子致死是其细胞质导致的，可以采用动物克隆技术，因为B牛体细胞的细胞核具有全能性。

克隆属于无性生殖，而动物杂交属于有性生殖。

[答案]

（1）环境条件下可能使雄牛的精子致死（或Y精子致死）；

（2）动物细胞核的全能性//移植B的体细胞的细胞核于去核的A卵细胞中，再移植到A的体内（子宫）让其发育，即可得到雄性小黄牛；（3）有//方案中的黄色小雄牛是无性生殖的产物，而A、C交配得到的黄色小雄牛，则是有性生殖的产物。

[例6]白花三叶草有两个稳定遗传的品种，叶片内含氰化物（有剧毒）和不含氰化物。

已知白花三叶草叶片内氰化物是经过下列途径产生的：

基因D基因H

↓　　　　　　　　↓

前体物—————→含氰糖苷———→氰化物

请回答下列问题：

（1）对这一事例进行分析，可说明基因与性状的关系是。

（2）如果利用两个能够稳定遗传的不含氰化物的品种进行杂交，能够选育出有剧毒的品种吗？

请用遗传图解加以说明。

（写出包括亲本在内的前三代即可）

[解析]考查获取信息能力和育种的遗传图解设计和分析能力。

基因对性状的控制有两种方式：

（1）通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状的；

（2）通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。

题干中白花三叶草叶片内氰化物的合成途径属于第

（1）种情况，而且只有D基因和H基因同时存在时（H_D_），才能合成氰化物。

两个亲本能够稳定遗传，表明是纯合子，又不含氰化物，排除HHDD，则亲本可能为hhDD×HHdd。

设计遗传图解，需要规范P、F1、F2、×、

等符号和基因型的书写，并且基因型需要注明相应的表现型。

还要特别关注题干中括号内的内容，如“写出包括亲本在内的前三代即可”，一般是重要的提示或答题要求的进一步说明，绝对不能忽视。

[答案]

（1）通过控制生物的合成控制代谢过程，从而控制生物的性状。

（2）P（不含氰）hhDD×HHdd（不含氰）

↓

F1HhDd（含氰）

↓

F2H_D_H_ddhhD_hhdd

含氰

不含氰

从遗传图解看出，利用图解中的亲本杂交，能够培育出有剧毒的三叶草品种。

【2007年重庆第30题】（21分）李振声院士获得了2006年度国家最高科技奖。

其主要成就是实现了小麦偃麦草的远缘杂交，培育出了多个小偃麦品种。

请回答下列有关小麦育种的问题：

（1）如果小偃麦早熟（A）对晚熟（a）是显性，抗干热（B）对不抗干热（a）是显性（两对基因自由组合）。

在研究这两对相对性状的杂交实验中，以某亲本与双隐性纯合子杂交，F1性状分离比为1∶1。

请写出此亲本可能的基因型：

___________________。

（2）如果决定小偃麦抗寒与不抗寒的一对基因在叶绿体DNA上，若以抗寒晚熟与不抗寒早熟的纯合亲本杂交，要得到抗寒早熟个体，需要表现型为_________________的个体作母本，该纯合的抗寒早熟个体最早出现在_________________代。

（3）小偃麦有蓝粒品种。

如果有一蓝粒小偃麦变异株，籽粒变为白粒。

经检查，体细胞缺少一对染色体，这属于染色体变异中的______________变异。

如果将这一变异小偃麦同正常小偃麦杂交，得到的F1代