高中生物苏教版必修2 第四章 遗传的分子基础

第四章 遗传的分子基础
第一节 探索遗传物质的过程
一、人类对遗传物资的探索过程：
（一）肺炎双球菌的转化实验：
1、肺炎双球菌有两种类型：
S型细菌：菌落表面光滑，菌体有含多糖类的荚膜，有毒性
R型细菌：菌落表面粗糙，菌体无含多糖类的荚膜，无毒性
2、1928年格里菲思的实验过程：
R型活细菌 →不死亡
S型活细菌 →死亡，分离出S型活细菌
加热杀死的S型细菌 →不死亡
R型活细菌+加热杀死的S型细菌 →死亡，分离出S型活细菌，且其后代仍是S型细菌。
实验证明：无毒性的R型活细菌与被加热杀死的有毒性的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌，且这种性状的转化是可以遗传的。
结论（格里菲思）：已经被加热杀死S型细菌中，必然含有某种将无毒性的R型活细菌 转化为有毒性的S型活细菌“转化因子”。
【特别提示】
①加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复其活性。
②R型细菌转化S型细菌的原因是S型菌的DNA进入R型细菌内，与R型菌DNA实现重组，表现出S型菌的性状，此变异属于基因重组。
3、1944年艾弗里的实验：
1）实验设计思路：对S型细菌中的物质进行提取、分离，分别单独观察各种物质的作用，体现了实验设计中的对照原则。
2）实验过程：如右图
3）实验证明：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
（即：DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质。）
（二）噬菌体侵染细菌的实验（1952年郝尔希和蔡斯）
1、实验设计思路：把DNA和蛋白质区分开来，直接地、单独地去观察DNA 和蛋白质的作用。
2、实验材料：T2噬菌体
（1）结构：没有细胞结构，只有DNA和蛋白质外壳。
如右图所示
（2）生活习性：专门寄生在大肠杆菌体内。
2、实验过程：（对比实验）
（1）用35S标记噬菌体：让标记的噬菌体侵染大肠杆菌后搅拌并离心。结果：①上清液中放射性很高；②沉淀物中放射性很低；③子代中没有放射性。
说明：噬菌体中含含35S的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌内。
（2）用32P标记噬菌体：让标记的噬菌体侵染大肠杆菌后搅拌并离心。结果：①上清液中放射性很低；②沉淀中放射性很高；③子代中有放射性。
说明：噬菌体中含含32P的DNA进入大肠杆菌内，且传给了子代。
3、实验结论：在噬菌体中，亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质，即：DNA是遗传物质。
注意：该实验不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细胞内。
【特别提示】
①噬菌体侵染细菌过程包括：吸附、注入、合成、组装、释放5个步骤。
②噬菌体侵染细菌后，合成子代噬菌体蛋白质外壳所需的原料——氨基酸全部来自细菌，场所——核糖体来自细菌。而由于DNA的复制方式是半保留复制，所以组成子代噬菌体DNA的脱氧核苷酸链既有来自亲代噬菌体的，也有利用细菌体内的原料——脱氧核苷酸新合成的。
（三）1956年烟草花叶病毒感染烟草实验
1、实验过程：
提取烟草花叶病毒的RNA和蛋白质，分别感染烟草，用从烟草花叶病毒中提取的蛋白质不能使烟草感染花叶病，但从烟草花叶病毒中提取的RNA却能使烟草感染花叶病。
2、实验证明：在只有RNA的病毒中，RNA是遗传物质。
二、生物的遗传物质
1、作为遗传物质必需具备的4个条件
（1）在生长和繁殖的过程中，能够精确地复制自己，使前后代具有一定的连续性。
（2）能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程。
（3）具有贮存大量遗传信息的潜在能力。
（4）结构比较稳定，但又能产生可遗传变异。
2、生物体内遗传物质的判别
细胞生物（真核、原核） 非细胞生物（病毒）
核酸 DNA和RNA 仅有DNA 仅有RNA
遗传物质 DNA DNA RNA
举例 细菌、蓝藻、真菌、动植物等 T2噬菌体 烟草花叶病毒、艾滋病病毒、SARS病毒等
【特别提示】
（1）因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
（2）蛋白质一般不作为遗传物质的原因：
①不能自我复制，而且它在染色体中的含量往往不固定。
②分子结构也不稳定（易变性）。
③不能遗传给后代。
（3）特例：阮病毒只含蛋白质成分，不含核酸，故有人提出阮病毒的遗传物质是蛋白质。
第二节 DNA的结构和DNA的复制：
一、DNA分子结构的主要特点：
（一）DNA分子的结构：
1、DNA的组成元素：C、H、O、N、P
2、DNA的基本单位：脱氧（核糖）核苷酸（4种）
3、DNA的空间结构：规则的双螺旋结构
沃森和克里克提出，其结构特点是：
①由两条、反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。
②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。
内侧：由氢键相连的碱基对组成。
③碱基配对有一定规律： A ＝ T；G ≡ C。（碱基互补配对原则）
【特别提示】
①磷酸二酯键，可以被限制性内切酶切断，也可以用DNA连接酶和DNA聚合酶复原。
②碱基对之间的氢键，可用解旋酶断开，也可升温断裂，适宜条件下可自动复原。
（二）DNA分子的特性：
1、多样性：碱基对的排列顺序是千变万化的（排列种数：4n，n为碱基对对数）。从而构成了DNA 分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。
2、特异性：每个特定DNA分子的碱基排列顺序是特定的。所以每个特定的DNA 分子中都储存着特定的遗传信息，这就构成了DNA分子的特异性。
3、稳定性：指DNA分子双螺旋结构空间结构的相对稳定性。原因有：
a．DNA分子基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成，从头至尾没有变化。
b．碱基配对方式始终不变，即A ＝ T；G ≡ C。碱基间的氢键也增加了稳定性。
注：生物多样性和特异性的物质基础（根本原因）：DNA分子的多样性和特异性。
（三）有关的计算：
1、在双链DNA分子中：
① A=T、G=C ②任意两个非互补的碱基之和相等，且等于全部碱基和的一半；
A+G = A+C = T+G = T+C = 1/2全部碱基；
③A/T=G/C=(A+C)/ (T+G) =(T+G) /(A+C)=1
2、在DNA的两条单链之间：
①若一条链中互补碱基的和占该链比率为a%，
则：另一条链中该比率也为a%， 双链DNA中该比率也为a%.（见上图）
②若一条链中两组互补碱基和的比值a，
则：另一条链中该比值也为a，双链DNA中该比值也为a. （见右图）
二、DNA的复制
1、概念：以亲代DNA分子两条链为模板，合成子代DNA的过程
2、时间：有丝分裂间期和减Ⅰ前的间期（DNA复制时期）
3、场所：主要在细胞核，还有线粒体和叶绿体
4、过程：（看书）①解旋 ②合成子链 ③子、母链盘绕形成子代DNA分子
5、特点：边解旋边复制
6、方式：半保留复制
附：半保留复制的实验证据：（看书P62 积极思维）
7、原则：碱基互补配对原则
8、条件:
①模板：亲代DNA分子的两条链 ②原料：4种游离的脱氧核糖核苷酸
③能量：ATP ④酶：解旋酶、DNA聚合酶等
9、结果：形成了两个完全一样的DNA分子。
10、DNA能精确复制的原因：
①独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板; ②碱基互补配对原则保证复制能够准确进行。
11、意义： DNA分子复制，使遗传信息从亲代传递给子代，从而确保了遗传信息的连续性。
12、有关的计算：
相关规律及题型见步步高P118。
第三节 基因控制蛋白质的合成（遗传信息的转录和翻译）
一、基因
（一）基因在染色体上：
人教版部分：
1、萨顿假说推论：基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的，即基因在染色体上，染色体是基因的载体。因为基因和染色体行为存在着明显的平行关系。
这种平行关系表现在以下几个方面：
(1)基因在杂交过程中保持完整性和独立性。染色体在配子形成过程中也有相对稳定的形态结构。　
(2)体细胞中基因、染色体成对存在，配子中只有成对的基因中的一个，同样，也只有成对的染色体中的一条。
(3)体细胞中成对的基因一个来自父方，一个来自母方。同源染色体也是如此。　
(4)减数分裂形成配子时，非等位基因自由组合，非同源染色体在减数第一次分裂后期也是自由组合。
2、摩尔根的实验证据： P 红眼（雌）×白眼（雄）
↓
F1 红眼（雌、雄）
↓（F1雌雄交配）
F2 红眼（雌、雄） 白眼（雄）
3/4 1/4
假设：控制白眼的基因（w）在X染色体上，Y染色体不含等位基因。
解释：
验证：测交
结论：基因位于染色体上
研究成就：发明了测定基因位于染色体上相对位置的方法，绘出了果蝇各种基因在染色体上相对位置图，说明基因在染色体上呈线性排列。
萨顿运用的是类比推理法，摩尔根运用的是假说—演绎法。
3、现代分子生物学技术能够用特定的分子与染色体上某个基因结合，这个分子又能被带有荧光标记的物质识别，通过荧光显示，知道基因在染色体上的位置。
（二）基因的概念：基因是有遗传效应的DNA片段，基因在染色体上呈线性排列。
（三）染色体、DNA、脱氧核苷酸和基因的关系（见右图）
（四）遗传信息的概念：基因中的脱氧核苷酸（或碱
基对）的排列顺序代表了遗传信息。
遗传信息传递：。
（四）DNA（基因）的功能：
储存遗传信息
传递遗传信息——通过DNA（基因）的复制完成
表达遗传信息——通过控制蛋白质的合成实现
二、RNA：
1、组成元素：C、H、O、N、P
2、基本单位：核糖核苷酸（4种）
3、结构：一般为单链（如右图）
4、RNA和DNA的主要区别
（见表格）
5、RNA的种类及相应功能：
信使 RNA(mRNA)：翻译的直接模板
核糖体 RNA(rRNA)：参与构成核糖体
转运 RNA(tRNA)：运载氨基酸
有少数RNA酶:催化作用
三、基因控制蛋白质合成：包括转录和翻译两个阶段
1、转录：
（1）概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。（注：叶绿体、线粒体也有转录）
（2）条件：模板：DNA的一条链（模板链） 原料：4种游离的核糖核苷酸
能量：ATP 酶：解旋酶、RNA聚合酶等
（3）原则：碱基互补配对原则（A—U、T—A、G—C、C—G）
（4）产物：信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）
2、翻译：
（1）概念：在细胞质的核糖体中，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
（2）条件：模板：mRNA 原料：氨基酸（约20种）
能量：ATP 酶：多种酶
搬运工具：tRNA 装配机器：核糖体
（3）原则：碱基互补配对原则（A—U、U—A、G—C、C—G）
（4）产物：多肽链
注：密码子：
（1）概念：遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，叫做一个“遗传密码子”。
（2）实验：遗传密码是怎么破译的？（看书P69）
（3）密码子共有64个。起始密码子有2个，且决定氨基酸。终止密码子有3个且不决定氨基酸，
所以决定氨基酸的密码子共有61种。
（4）一个密码子只能决定 1 种氨基酸。一种氨基酸可有1或多种种密码子决定。
一个转运RNA只能运载 1 种氨基酸。一种氨基酸可有1或多种种转运RNA运载。
转运RNA最多有61种。
（5）当某DNA碱基发生改变，生物性状不一定发生改变。
3、与基因表达有关的计算
（1）基因中碱基数：mRNA分子中碱基数：密码子数：氨基酸数 = 6：3：1：1
（2）其它见《步步高》P115、P118相关归纳及题目。
四、中心法则：
克里克提出：遗传信息可以从DNA流向DNA，即完成DNA的自我复制过程，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译过程。
后来有科学家在RNA肿瘤病毒发现了逆转录酶，它是以RNA为模板，合成DNA的酶，这说明遗传信息也可以从RNA流向DNA，RNA自我复制过程的发现说明遗传信息也可以从RNA流向RNA，从而补充和发展了“中心法则”。
【特别提示】
上述遗传信息的流动都要遵循碱基互补配对原则。
五、基因对性状的控制
1、基因控制性状的方式：
（1）通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状；
（2）通过控制蛋白质结构直接控制生物的性状。
2、基因与性状的关系
（1）基因与性状的关系并不都是简单的 线性 关系
一个基因可能控制一个性状; 一个基因也可能影响多个性状;
一个性状可能受一个或多个基因的影响。
（2）环境影响生物性状
生物体的性状是基因和环境条件共同作用的结果。
第四章 第四节 基因突变和基因重组
第三章 第三节 染色体变异及其应用
一、生物变异的类型
不可遗传的变异（仅由环境变化引起）
可遗传的变异（由遗传物质的变化引起）
基因突变（根本来源）
可遗传变异的来源 基因重组
染色体变异
二、基因突变
1、概念：是指DNA分子中碱基对的增添、缺失或改变等变化。
典型事例：镰刀型细胞贫血症
症状：红细胞呈镰刀状（正常是两面内凹的圆饼状），易破裂，出现溶血性贫血。（细胞水平）
直接原因：组成血红蛋白的一条肽链上的一个氨基酸发生改变（谷氨酸→缬氨酸）（分子水平）
根本原因：DNA上的一个碱基对发生替换（CTT→CAT）（分子水平）
2、时间：主要是细胞分裂间期（DNA复制时期）
由于这时稳定的双螺旋解旋形成单链DNA，稳定性大大下降，极易受到外界因素干扰使原来的碱基序列发生改变，导致基因发生改变。
【特别提示】
以RNA为遗传物质的生物，其RNA上的核糖核苷酸序列发生变化，也引起基因突变，且RNA为单链结构，在传递过程中更易发生突变。
3、场所：主要是细胞核，其次是线粒体、叶绿体中
4、原因：
外因：物理因素：X射线、激光等；
化学因素：亚硝酸盐，碱基类似物等；
生物因素：病毒、细菌等。
内因：DNA分子中碱基对的增添、缺失或改变等
5、类型：
自发突变：在没有人为因素的干预下，基因产生的变异。
人工诱变：在人为因素干预下发生的基因突变。人为因素包括：物理因素、化学因素、
生物因素。
6、自发突变的特点：
①发生频率低； ②方向不确定 ； ③多数有害 ； ④普遍存在；
⑤随机发生
时间上：可发生在个体发育的任一时期
部位上：可发生在体细胞（一般不传给后代）
可发生在生殖细胞（可直接传给后代）
可发生在细胞内的不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上。
7、结果：产生新基因（是等位基因）→产生新的基因型→（可能）产生新的性状。
基因突变后性状不一定改变的原因：①一种氨基酸可以由多种密码子决定，当突变后的DNA转录成的密码子仍然决定同种氨基酸时，这种突变不会引起生物性状的改变；②突变产生的是隐性基因，则在杂合子中不引起性状的改变。
8、意义：是产生新基因的途径；是生物变异的根本来源；为生物进化提供原始材料。
9、应用——育种
育种名称：诱变育种
①方法：人工诱变（即用物理或化学因素处理生物，使生物发生基因突变）。
②原理：基因突变
③实例：高产青霉菌株、“黑农五号”大豆品种
④优缺点：提高突变率，加速育种进程，大幅度地改良某些性状，但有利变异个体少，需处理大量试验材料，工作繁琐。
10、适用范围：所有生物均可以发生（包括病毒）
12、对生物的影响
（1）对突变生物本身而言：基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，而对生物有害；有些基因突变，也可能使生物产生新的性状，适应改变的环境，获得新的生存空间；还有些基因突变既无害也无益。
（2）对突变生物后代而言：若发生在体细胞有丝分裂过程中，这种突变可以通过通过无性生殖传给后代，但不会通过有性生殖传给后代；若发生在精子或卵细胞形成的减数分裂过程中，这种突变有可能通过有性生殖传给后代。
注意：基因突变→（首先发生）遗传信息改变→mRNA中密码子种类或排列顺序改变
→氨基酸种类或排列顺序可能改变→蛋白质结构、种类可能改变→（最终）性状可能改变
三、基因重组及其意义
1、概念：是指生物体在进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合的过程。
2、类型、发生时间、结果、发生范围
类型 发生时间 原因（细胞学基础） 结果 发生范围 特点
（1）自由组合类型 减Ⅰ后期 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自由组合 产生新基因型 进行有性生殖的真核生物的核遗传 频率较高，不定向
（2）交叉互换重组类型 减Ⅰ四分体时期 随同源染色体中非姐妹染色单体之间部分交换，等位基因发生交换，导致染色单体上基因重组 产生新基因型 进行有性生殖的真核生物的核遗传 频率较低，不定向
（3）重组DNA技术（基因工程） 产生新基因型 理论上各种生物都可以 定向
3、结果：（不产生新的基因），产生新的基因型，使原有性状发生重新组合从而出现新类型
4、适用范围：（指⑴⑵两种类型的基因重组）只适用于真核生物有性生殖的核遗传。
【特别提示】
①特例：肺炎双球菌的转化属于基因重组。
②基因重组的范围：除了基因工程及特例外，狭义的基因重组通常发生在有性生殖过程。
5、意义：是生物变异的来源之一；是生物多样性的重要原因；对生物的进化具有重要意义，为生物进化提供原始材料。
6、应用——育种
育种名称：杂交育种
①方法：先杂交再自交选育
②原理：基因重组
③实例：小麦的矮秆抗锈病品种
④优缺点：可将不同个体种控制优良性状的基因集中到同一个个体种中，方法简便，但要较长年限选择才可获得
7、基因突变和基因重组的比较
基因突变 基因重组（狭义的）
本质 基因的分子结构发生改变 不同基因的重新组合
结果 产生了新基因→产生新的基因型→产生新的性状 不产生新基因，产生新基因型，使原有性状重新组合，无新性状产生
发生时间 主要是细胞分裂间期 减数第一次分裂后期减数第一次分裂四分体时期
适用范围 所有生物都可发生，包括病毒 进行有性生殖的真核生物的核遗传
意义 生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料 生物变异的来源之一，是形成生物多样性的重要原因，也是生物进化的原始材料
发生可能 突变频率低，但普遍存在 非常普遍，产生的变异类型多，自由组合的频率较高
四、染色体变异
染色体变异的类型：包括染色体结构的变异和染色体数目的变异。
【特别提示】
基因突变属于分子水平上的变化，显微镜下不可见（基因重组也不可见），染色体变异属于细胞水平上的变化，可在显微镜下观察到。
（一）染色体结构的变异：
类型：缺失、重复、倒位、易位（看教材P43图并理解）
结果：使染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。（往往是不利的，甚至致死。）
原因：细胞受到电离辐射、病毒感染或一些化学物质诱导，使染色体结构变异的机会增多
实例：猫叫综合征（人的5号染色体部分缺失）
（二）染色体数目的变异
1、类型
⑴个别染色体增加或减少：
原因：①减Ⅰ分裂后期，个别同源染色体没有分开。
②减Ⅱ分裂后期，个别姐妹染色单体分开后移向细胞同一极。
实例：21三体综合征（人的细胞中多1条21号染色体）
⑵以染色体组的形式成倍增加或减少：
实例：三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦
2、染色体组：
⑴概念：二倍体生物配子中所具有的全部染色体 组成 一个 染色体组。
⑵特点：①一个染色体组中无同源染色体，形态和功能各不相同；（是一组非同源染色体）
②一个染色体组携带着控制该生物生长的全部遗传信息。
⑶染色体组数的判断：
方法一：据图形判断：染色体组数= 细胞中某一种形态的染色体条数
方法二：据基因型判断：染色体组数= 基因型中控制同一性状的基因个数
方法三：据所给细胞中染色体数目和形态推算：染色体组数=染色体数/染色体形态数
⑷每个染色体组中所含的染色体数目的判断：
每个染色体组中所含的染色体数目 = 细胞中染色体的种类数
注：不同种生物，体细胞中所含染色体组数不一定相同。
不同种生物，每个染色体组中所含染色体数不一定相同。
3、单倍体、二倍体和多倍体
（1）二倍体
①概念：由受精卵发育而成，体细胞中含有两个染色体组的个体。
②存在：几乎全部动物，过半数的高等植物。
（2）多倍体
①概念：由受精卵发育而成，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
②存在：主要是植物。
③形成原因：细胞分裂时，内外环境骤变如温度骤降，会使纺锤体形成受阻，细胞不能分裂，使染色体数量加倍。
体细胞有丝分裂 精（卵）原细胞减数分裂
环境条件突变或 生物内部因素干扰 环境条件突变或 生物内部因素干扰
纺锤体不能形成 纺锤体不能形成
染色体数加倍的体细胞 染色体数加倍的配子
分化、发育 受精 发育
染色体数加倍的组织器官或个体 多倍体后代
④多倍体植物特点：茎杆粗壮；叶片、果实和种子都比较大；糖类和蛋白质等营养物质的含量增加，但结实率低，发育延迟。
（3）单倍体
①概念：由配子直接发育而成，体细胞中含本物种 配子中染色体数目的个体。
②形成原因： 自然成因：由卵细胞直接发育而成，如动物中的雄蜂，植物偶尔出现。
人工成因：花药（花粉）离体培养。
③单倍体植物特点 ：植株弱小，高度不育
注意：单倍体、二倍体和多倍体的区分：先看发育起点，再看体细胞中染色体组数
由配子发育成的个体叫单倍体。由受精卵发育成的个体，体细胞中含几个染色体组就叫几倍体，如含两个染色体组就叫二倍体，含三个染色体组就叫三倍体，以此类推。由受精卵发育成的个体，体细胞中含三个或三个以上染色体组的个体统称多倍体。
（三）染色体（数目）变异在育种上的应用
1、多倍体育种：
最常用方法：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
诱导染色体加倍最常用的药物：秋水仙素
处理植物的时期：萌发的种子或幼苗
秋水仙素的作用：抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。（作用于有丝分裂前期）
（原理：秋水仙素能够抑制纺锤体的形成,导致染色体不分离,细胞不能分裂，从而引起
细胞内染色体数目加倍）
步骤：
细胞有丝分裂 细胞中染色体数目加倍 多倍体植株
原理：染色体变异
实例：三倍体无子西瓜的培育（看书P47图）；（三倍体无子西瓜属于同源多倍体）
讨论：①三倍体无子西瓜培育过程中，两次传粉的作用
有何不同？②两次所结西瓜的瓤中细胞及种子
中胚细胞分别含几个染色体组？
③无子西瓜和无子番茄的培育原理有何不同？
另：八倍体小黑麦的培育（见右图）
（异源多倍体）
附2：【实验】低温诱导植物染色体数目的变化（人教版）
原理：低温处理植物的分生组织，能抑制纺锤体的形成，细胞不能分裂为两个子细胞，细胞染色体数目加倍。
过程：根尖培养→低温诱导→制作装片(包括解离、漂洗、染色、制片)→观察装片→得出结论
2、单倍体育种：
方法：花粉(药)离体培养
步骤：
结果 结果
花药 单倍体植株 能正常生殖的纯合子 新品种
原理：染色体变异
实例：矮杆抗病水稻的培育
优缺点：明显缩短育种年限（原因是：后代都是纯合子），
但技术较复杂。
五、育种方法小结
见步步高P132 考点70
注意：无子西瓜和番茄的区别
比较项目 无子西瓜 无子番茄
培育原理 染色体变异 生长素促进子房发育形成果实
处理试剂 秋水仙素 生长素类似物，如2，4—D
处理部位 萌发的种子或幼苗 未授粉的雌蕊柱头
无子的原因 三倍体植物在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子而导致胚珠不能发育成种子。 未授粉使胚珠内的卵细胞没有经过受精，果实里没有形成种子
性状能否遗传 可遗传 不可遗传
六、基因突变、基因重组和染色体变异的比较
本质 结果 发生时期 发生频率 观察 意义 应用 例
基因突变 基因分子结构的改变 产生新基因→新基因型→新性状 无丝分裂，有丝分裂间期、减数第一次分裂间期 低 光镜下观察不到 是产生新基因的途径；是生物变异的根本来源；是生物进化的原始材料 诱变育种 高产青霉菌株等
基因重组 控制不同性状的基因重组 产生新基因型，原有性状重新组合 减数滴一次分裂后期、减数第一次四分体 高 光镜下观察不到 是生物变异的来源之一；是生物多样性的重要原因；对生物的进化具有重要意义 杂交育种 矮秆抗锈病小麦
染色体变异 染色体结构数目发生变化 可产生新基因型，表现型改变 有丝分裂、减数分裂过程中 低 光镜下可观察到 是生物变异的来源之一；为生物进化提供原材料 ①多倍体育种②单倍体育种 ①三倍体无子西瓜
七、真核生物的无性生殖、有性生殖中可遗传变异的来源
无性生殖 基因突变
染色体变异 有性生殖
基因重组
八、真核生物、原核生物中可遗传变异来源（不考虑特例）
原核生物 基因突变
基因重组 真核生物
染色体变异
第五章 生物的进化
第一节 生物进化理论的发展
第二节 生物进化和生物多样性
一、现代生物进化理论的主要内容
（一）生物进化理论的发展过程：
1、拉马克的进化学说
（1）理论要点：①生物都是由古老的生物进化来的。②生物是由低等到高等逐渐进化的。
③生物进化的原因是用进废退；获得性遗传。
（2）局限性：
①过于强调环境的变化直接导致物种的改变。实际上环境的变化如果未引起遗传物质的变化，就不会使生物产生可遗传的变异。
②过分强调“生物内在的自我改进力量”，认为动物的变异是由动物本身的意愿决定的。
2、达尔文的自然选择学说
（1）理论要点：
自然选择学说（主要内容包括：过度繁殖→生存斗争→遗传和变异→适者生存）
注意：①自然选择概念：在生存斗争中，适者生存、不适者被淘汰的过程叫自然选择。
②生物大量繁殖少量生存是因为有 生存斗争 。生存斗争包括：种内斗争、种间斗争、生物与无机环境的斗争。生存斗争对某些个体的生存是不利的，但对物种的生存是有利的，它推动了生物的进化。
③自然选择的结果：适者生存(或适应)。
④自然选择是定向的，变异是不定向的， 自然选择决定了生物进化的方向。
⑤生物进化的内因：遗传变异； 生物进化的动力：生存斗争
⑥自然选择中四者间的关系：生物的繁殖能力很强，能产生大量后代，但环境条件是有限的，所以必然要有一部分个体被 淘汰 ，这个过程是通过生存斗争来实现的。在生存斗争中，什么样的个体能生存下来，什么样的个体被淘汰呢？由于生物在生殖过程中还会表现出变异的特性，出现有利变异的个体容易在生存斗争过程中获胜，具有较大的生存机会并繁殖后代，从而使有利变异逐代积累，出现不利变异个体就容易在生存斗争中被淘汰。
（2）进步性：
能够科学地解释生物进化的原因以及生物的多样性和适应性。
（3）局限性：
①不能科学地解释遗传和变异的本质；
②自然选择对可遗传的变异如何起作用不能作出科学的解释；对生物进化的解释仅局限于个体水平
③强调物种形成都是渐变的结果，不能很好地解释物种大爆发等现象。
3、现代生物进化理论
种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质在于种群基因频率的改变
主要内容 自然选择决定生物进化的方向
突变和基因重组、选择和隔离是物种形成和生物进化机制（其中：突变和基因重组产生生物进化的原材料，自然选择决定进化方向，隔离是新物种形成的必要条件）
现代生物进化理论的核心和基础：是自然选择学说。
（二）现代生物进化理论
1、种群是生物进化的基本单位
（1）种群：概念：在一定时间内占据一定空间的同种生物的所有个体称为种群。
特点：不仅是生物繁殖的基本单位；而且是生物进化的基本单位。
（2）种群基因库：一个种群的全部个体所含有的全部基因构成了该种群的基因库。
（3）基因频率：指群体中某一等位基因在该位点上可能出现的比例。
基因型频率：指某种基因型的个体在群体中所占的比例。
（4）生物进化的实质是种群基因频率的改变。
（5）基因（型）频率的计算：
①按定义计算：
②某个等位基因的频率 = 它的纯合子的频率 + 杂合子频率
注意：遗传平衡定律
内容：如果一个种群符合下列条件：①大群体； ②随机交配 ③无突变； ④无选择； ⑤无迁移或基因交流 。则这个种群的基因频率和基因型频率保持不变。
数学表示式：
如果用p表示A的频率，q表示a的频率，则p+q=1， ( p + q )2 =p2 + 2pq + q2 =1
（5）影响种群基因频率的因素：基因突变、基因重组、染色体变异、自然选择、迁入和迁出、遗传漂变
2、突变和基因重组产生生物进化的原材料
突变和基因重组只能产生生物进化的原材料，而不能决定生物进化方向的原因是：
（1）可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中基因突变和染色体变异统称为突变。
（2）基因突变产生新的等位基因，这可能使种群的基因频率发生变化。
（3）突变的频率虽然很低，但一个种群中往往由许多个体组成，而且每一个个体中的每一个细胞都含有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变。
（4）突变的有害和有利不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
（5）由于突变和重组都是随机的、不定向的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
3、自然选择决定进化方向
在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。生物进化的实质是种群基因频率的改变。
自然选择的直接对象是表现型，最终对象是相关的基因，即自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择，因而可以改变种群的基因频率。
4、突变和基因重组、选择和隔离是物种形成和生物进化机制
（1）物种：指分布在一定的自然地域，具有一定的形态结构和生理功能特征，而且自然状态下能相互交配并能生殖出可育后代的一群生物个体。
附：物种与种群的区别
一个物种往往分布在不同的区域，每一个区域内的该种生物构成一个种群，这些种群共同构成了该物种。
（2）隔离：
概念：不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
类型：
地理隔离：同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象。
生殖隔离：指不同种群的个体不能自由交配或交配后产生不可育的后代。
（3）物种形成的两种方式：
A．常见方式：即由长期的地理隔离→生殖隔离→新物种形成
过程
① 被地理上的障碍隔开的种群可能会出现不同的突变和基因重组，而一个种群的突变和基因重组对另一个种群的基因频率没有影响。因此不同种群的基因频率就会发生不同的变化。
② 不同地方的食物和栖息条件互不相同，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别：在一个种群中，某些基因被保留下来，在另一个种群中，被保留下来的可能是另一些基因。
③久而久之，这些种群的基因库就会形成明显的差异，并逐步形成生殖隔离。生殖隔离一旦形成原来属于同一个物种的生物，就形成了不同的物种。
种群 小的种群 新物种
注意：新物种形成的必要条件是隔离；新物种形成的标志是生殖隔离。
B．骤变式：在很短的时间内形成，如自然界中多倍体的形成。
【特别提示】
不同物种间都存在生殖隔离，物种的形成必需经过生殖隔离时期，但不一定必须经过地理隔离。但是，在地理隔离的基础上，经选择可加速生殖隔离的形成，所以经过地理隔离、生殖隔离形成新物种是物种形成的常见方式。
（4）物种形成与生物进化关系
生物进化 物种形成
区别 标 志 任何基因频率的改变，不论其变化大小如何，都属于进化的范围。 基因频率的改变，要突破种的界限形成生殖隔离时，才能形成物种。
必要条件 不一定需要隔离 隔离
进化生物与原生物的关系 可仍属于同一个物种 属于不同物种
联 系 新物种的形成是生物进化的结果
【特别提示】
①判断生物是否进化了，看它的基因频率是否改变了；
②判断新物种是否形成了，看它与原生物是否出现了生殖隔离。
附：共同进化
共同进化概念：不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响影响中不断进化和发展称为共同进化。
如：猎豹（捕食者）与斑马（被捕食者）在自然选择的过程奔跑速度都越来越快。
如：地球上原始大气中是没有氧气的，因此最早出现的生物都是厌氧（进行无氧呼吸）的，最早的光合生物的出现，使得原始大气中有了氧气，这就为好氧生物的出现创造了前提条件。
（三）现代生物进化理论的发展（人教版）
1、中性学说：有些学者的研究表明，基因突变并非是非害即益，大量的基因突变是中性的，自然选择对对这些基因突变不起作用，这些基因突变经过长期积累，会导致种群间遗传物质出现较大的差别。因此，有人主张，决定生物进化方向的是中性突变的逐渐积累，而不是自然选择。
2、更多的学者认为，基因突变并不都是中性的，有些基因突变反映在个体的性状上，与环境相适应的程度有差异，因此，不能否认自然选择的作用。
3、有人提出物种形成并不都是渐变的过程，而是种群长期稳定与迅速形成新物种交替出现的过程。
总之，生物进化理论还在发展。
二、生物进化与生物多样性的形成
（一）生物进化的基本历程
1、生物进化的方向（规律）：
地球上的生物是从单细胞到多细胞，从简单到复杂，从水生到陆生，从低级到高级逐渐进化而来的。
补充：从原核生物到真核单细胞生物再到真核多细胞生物；从异养生物到自养生物；从厌氧生物到需氧生物；从无性生殖到有性生殖。
2、生物进化历程中的几个关键点
（1）真核细胞出现后，有性生殖作为一种新的繁殖方式出现了。生物通过有性生殖，实现了基因重组，这就增强了生物变异的多样性，生物进化的速度明显加快。
（2）寒武纪大爆发（海洋中大量的无脊椎动物物种爆发式地迅速形成）：形成生态系统的第三极——消费者，对植物的进化产生重要影响。
（3）原始两栖类的出现：生物的登陆改变这陆地环境，陆地上复杂的环境为生物的进化提供了条件。
（二）生物进化的主要依据——化石
（三）生物进化与生物多样性的形成
1、生物多样性与生物进化的关系是：生物多样性产生的原因是生物不断进化的结果；而生物多样性的产生又加速了生物的进化。
2、生物多样性包括：遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。
小
鼠
注射
进行正常的
有丝分裂、发育
秋水仙素处理
（抑制纺锤体的形成）
秋水仙素处理
（诱导染色体数目加倍）
花粉离体培养
选择
差异加大
生殖隔离
基因频率
发生改变
自然选择
地理隔离
阻断交流