高中生物学业水平测试复习必备知识点讲义
文档属性
| 名称 | 高中生物学业水平测试复习必备知识点讲义 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-08-29 22:50:17 | ||
图片预览
文档简介
高中生物学业水平测试复习
必备知识点讲义
专题一 组成细胞的分子
[考试要求]
1.说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成,它们以碳链为骨架形成复杂的生物大分子。
2.指出水大约占细胞重量的2/3,以自由水和结合水的形式存在,赋予了细胞许多特性,在生命活动中具有重要作用。
3.举例说出无机盐在细胞内含量虽少,但与生命活动密切相关。
4.概述糖类有多种类型,它们既是细胞的重要结构成分,又是生命活动的主要能源物质。
5.举例说出不同种类的脂质对维持细胞结构和功能有重要作用。
6.阐明蛋白质通常由21种氨基酸分子组成,它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构,细胞的功能主要由蛋白质完成。
7.概述核酸由核苷酸聚合而成,是储存与传递遗传信息的生物大分子。
[知识清单]
一、细胞中的元素和化合物
1.生物界和无机自然界存在统一性和差异性。
2.不同生物之间在元素种类上大致相同,含量上有所差异。
3.细胞中的元素
(1)大量元素:C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
(2)微量元素:Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
(3)含量前四的元素:C、H、O、N。
4.细胞中元素大多以化合物的形式存在。
5.细胞中化合物分类
6.还原糖的检测
(1)还原糖的种类:葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖。
(2)试剂:斐林试剂(甲液:质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液;乙液:质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液)。
(3)选材注意:无色、富含还原糖。
(4)步骤:甲液、乙液等量混合均匀后再加入样液中→水浴加热→砖红色沉淀。
7.脂肪的检测
(1)苏丹Ⅲ→橘黄色。
(2)步骤:取材→切片→染色→去浮色(体积分数为50%的酒精溶
液)→盖片→观察(显微镜)。
8.蛋白质的检测
(1)试剂:双缩脲试剂(A液:质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液;B液:质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液)。
(2)步骤:先加A液摇匀,再加B液摇匀,产生紫色反应。
二、细胞中的无机物
1.细胞中的水
项目 自由水 结合水
定义 以游离形式存在,可以自由流动的水 与细胞内的其他物质相结合的水
含量 约占细胞全部水分的95.5% 约占细胞全部水分的4.5%
功能 ①是细胞内良好的溶剂,也是生命系统中各种化学反应的介质 ②参与各种生物化学反应 ③为细胞提供液体环境 ④运输营养物质和排出代谢废物 是细胞结构的重要组成部分
联系 自由水和结合水能随新陈代谢的进行而相互转化
续 表
项目 自由水 结合水
与生物 代谢的 关系 ①自由水和结合水比值的大小反映了细胞或生物体的代谢强度。比值越小,结合水越多,代谢越快,生长越旺盛;反之,代谢越慢,如休眠的种子。 ②自由水与结合水的比值也与生物体的抗逆性(抗旱、抗寒、抗盐碱等)有关。比值越小,结合水越多,生物体的抗逆性越强,反之,抗逆性越弱
2.无机盐(占细胞鲜重的1%～1.5%)
(1)细胞中大多数无机盐以离子形式存在。
(2)功能。
①组成细胞中化合物的重要成分(如Mg构成叶绿素;Fe构成血红素;P构成细胞膜成分)。
②维持细胞和生物体的正常生命活动(如缺Ca2+会抽搐;缺Na+会引起神经、肌肉细胞兴奋性降低;缺B造成植物“花而不实”现象)。
③维持细胞的酸碱平衡和渗透压(HC和H2P等维持酸碱平衡;Na+和K+等维持渗透压)。
三、细胞中的糖类和脂质
1.细胞中的糖类
(1)组成元素:一般为C、H、O。
(2)分类。
①单糖(不能水解的糖):五碳糖(核糖、脱氧核糖)、葡萄糖(主要的能源物质)、果糖、半乳糖。
②二糖:蔗糖(1分子果糖+1分子葡萄糖)、麦芽糖(2分子葡萄糖)、乳糖(1分子半乳糖+1分子葡萄糖)。
③多糖:淀粉(最常见的多糖,植物的储能物质)、纤维素(植物细胞壁的成分)、糖原(分为肝糖原和肌糖原,动物的储能物质,只有肝糖原可分解补充葡萄糖)、几丁质(壳多糖)。
(3)生物体内的糖类绝大多数以多糖形式存在;淀粉、纤维素、糖原的基本单位都是葡萄糖。
(4)动植物共有的糖:五碳糖、葡萄糖等;动物特有的糖:半乳糖、乳糖、糖原;植物特有的糖:果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素。
2.细胞中的脂质
(1)脂质分子中氧的含量远低于糖类,而氢的含量更高。
(2)
(3)植物脂肪:大多含不饱和脂肪酸,室温时为液态;动物脂肪:大多含饱和脂肪酸,室温时为固态。
3.糖类与脂质间可相互转化,糖类易转化为脂肪,脂肪不能大量转化为糖类。
四、蛋白质是生命活动的主要承担者
1.蛋白质的功能
(1)构成细胞和生物体结构的重要物质——结构蛋白。
(2)催化作用——酶。
(3)运输功能——如血红蛋白运输氧。
(4)调节机体的生命活动/信息传递功能——如胰岛素、生长激素。
(5)免疫功能——抗体。
2.蛋白质的基本组成单位——氨基酸
(1)结构通式:(R基决定氨基酸的种类)。
(2)组成元素:主要是C、H、O、N。
(3)组成人体蛋白质的氨基酸的种类:21种。
①必需氨基酸(8种):人体细胞不能合成,只能从外界环境中获取。
②非必需氨基酸(13种):人体细胞能够合成。
3.蛋白质的结构
(1)氨基酸之间的结合方式:脱水缩合(氨基脱去H,羧基脱去OH,生
成水)。
(2)脱水缩合形成的化学键:肽键。
(3)有几个氨基酸构成的肽就叫几肽(数字用汉字);肽键数=脱去水分子数=氨基酸数-肽链数;至少含有的游离氨基数=至少含有的游离羧基数=肽链数。
(4)肽链盘曲折叠的原因:氨基酸之间形成氢键;多条肽链之间可通过二硫键结合(胰岛素:2条肽链,形成3个二硫键;血红蛋白:4条肽链结合4个血红素)。
4.蛋白质多样性的原因:氨基酸的种类、数目和排列顺序不同,肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。
5.蛋白质变性:蛋白质的特定空间构象被破坏,导致其理化性质的改变和生物活性丧失。
(1)蛋白质变性是不可逆的过程。
(2)变性后的蛋白质仍然能与双缩脲试剂反应。
五、核酸是遗传信息的携带者
1.核酸
2.组成元素:C、H、O、N、P。
3.基本单位:核苷酸。含氮碱基共 5种,核苷酸共 8种,其中组成DNA的为4种脱氧核苷酸,组成RNA的为4种核糖核苷酸。
4.所有的细胞生物都含有DNA和RNA,遗传物质都是DNA;病毒只含DNA或RNA。
5.DNA由2条脱氧核苷酸链构成,RNA由1条核糖核苷酸链构成。
6.核酸的初步水解产物:核苷酸;彻底水解产物:磷酸、五碳糖、含氮碱基。
7.核酸的功能:细胞内携带遗传信息的物质,在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
8.细胞中的生物大分子:多糖(单体为单糖)、蛋白质(单体为氨基酸)、核酸(单体为核苷酸)。单体及其组成的生物大分子都以碳链为基本
骨架。
专题二 细胞的基本结构
[考试要求]
1.概述细胞都由质膜包裹,质膜将细胞与其生活环境分开,能控制物质进出,并参与细胞间的信息交流。
2.阐明细胞内具有多个相对独立的结构,担负着物质运输、合成与分解、能量转换和信息传递等生命活动。
3.阐明遗传信息主要储存在细胞核中。
4.举例说明细胞各部分结构之间相互联系、协调一致,共同执行细胞的各项生命活动。
5.说明有些生物体只有一个细胞,而有的由很多细胞构成,这些细胞形态和功能多样,但都具有相似的基本结构。
6.描述原核细胞与真核细胞的最大区别是原核细胞没有由核膜包被的细胞核。
[知识清单]
一、细胞是生命活动的基本单位
1.细胞学说
(1)建立者:施莱登、施旺;科学观察和归纳概括的结合——形成理论。
(2)内容:①细胞是一个有机体,一切动植物都由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成;②细胞是一个相对独立的单位,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用;③新细胞是由老细胞分裂产生的。
(3)意义:①揭示了动物和植物的统一性,从而阐明了生物界的统一性;②标志着生物学研究进入细胞水平;③为生物进化论的确立埋下了
伏笔。
2.细胞是基本的生命系统
(1)单细胞生物能够独立完成生命活动,多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作,共同完成一系列复杂的生命活动。
(2)生命系统的结构层次:细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈。
(3)植物没有系统层次,单细胞生物细胞层次也是个体层次;原子或分子是系统,但不是生命系统;病毒是生物,但不属于生命系统的结构层次;最基本的生命系统是细胞;地球上最早的生命形式是单细胞生物。
二、细胞的多样性和统一性
1.高倍显微镜的使用
(1)低倍镜转高倍镜的步骤:找(找到要观察的对象)→移(将观察对象移至视野中央)→转(转动转换器,换上高倍物镜)→调(调节细准焦
螺旋)。
(2)高倍镜下,视野变暗变小,细胞变大变少。
(3)视野调亮的方法:调大光圈,将平面镜换为凹面镜。
(4)成像特点:显微镜成的像为左右相反、上下颠倒的虚像,实际看到的像相当于将观察物水平旋转180°。物像偏哪移哪,观察到顺时针流动,实际也为顺时针流动(物像和实际物体呈中心对称)。
(5)目镜越短,物镜越长,放大倍数越大。
(6)显微镜的放大倍数。
物像放大倍数=目镜放大倍数×物镜放大倍数
放大倍数放大的是长度或宽度,而非面积或体积放大倍数。
2.原核细胞和真核细胞
(1)原核细胞和真核细胞的比较。
项目 原核细胞 真核细胞
本质区别 无以核膜为界限的细胞核,有拟核 有以核膜为界限的细胞核
大小 较小 较大
续 表
项目 原核细胞 真核细胞
细胞壁 有(支原体没有) 植物细胞和真菌细胞都有,动物细胞没有
细胞核 无成形的细胞核,无核膜,无染色体,有环状的DNA 有成形的细胞核,有核膜,有染色体
细胞器 核糖体 有核糖体和其他多种细胞器
举例 蓝细菌、乳酸杆菌 动物、植物、真菌等
联系 (统一性) 含有细胞膜、细胞质、核糖体;都以DNA作为遗传物质
(2)原核细胞的分类:①细菌:名称中带有“杆”“球”“螺旋”“弧”的菌及蓝细菌(颤蓝细菌、发菜、色球蓝细菌、念珠蓝细菌),蓝细菌中含有叶绿素和藻蓝素,能进行光合作用,属于自养生物;②支原体:没有细胞壁;③衣原体、放线菌等。
三、细胞膜的结构和功能
1.细胞膜的功能
(1)将细胞与外界环境分隔开:保障了细胞内部环境的相对稳定。
(2)控制物质进出细胞:“两进两出”——营养物质、有些病毒、病菌进,代谢废物、细胞分泌物出。
(3)进行细胞间的信息交流:①化学信号传递(间接交流):如激素通过血液运送到全身各处,与靶细胞上的受体结合;②接触传递(直接交流):如精子和卵细胞的识别与结合;③通道传递:如高等植物细胞间的胞间连丝(细胞间信息交流不一定都需要受体)。
2.细胞膜的成分
(1)脂质(约占细胞膜总质量的50%),主要是磷脂,动物细胞膜上还有胆固醇。
(2)蛋白质,功能越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量越多。
(3)糖类。
3.细胞膜的结构
(1)探究历程。
①罗伯特森:电镜下看到暗—亮—暗的三层结构,推断所有的细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成(静态模型)。
②细胞膜融合实验:通过荧光标记法观察到人和小鼠细胞膜可以融合,说明细胞膜具有流动性。
③辛格和尼科尔森:提出流动镶嵌模型。
(2)流动镶嵌模型的内容。
①膜的基本支架:磷脂双分子层。
②蛋白质分布:镶在磷脂双分子层表面、部分或全部嵌入磷脂双分子层中或贯穿磷脂双分子层(不对称分布),在物质运输等方面具有重要作用。
③糖被:与蛋白质结合形成糖蛋白(位于膜外侧)或与脂质结合形成糖脂,与细胞表面的识别(受体)、细胞间的信息传递有关。
④磷脂分子和大多数蛋白质可以运动,是细胞膜具有流动性的基础。
四、细胞器之间的分工合作
1.分离细胞器的方法:差速离心法。
2.细胞结构
细胞结构
3.细胞器的结构和功能
(1)双层膜结构细胞器。
①线粒体:进行有氧呼吸的主要场所,是细胞的“动力车间”,内含DNA、RNA、核糖体和有氧呼吸相关酶。
②叶绿体:存在于绿色植物进行光合作用的细胞中,是进行光合作用的场所,是细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。
(2)单层膜结构细胞器。
①内质网:是蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道(加工蛋白质、合成脂质);分为粗面内质网(有核糖体附着)和光面内质网。
②高尔基体:对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装(加工修饰蛋白质);在植物细胞中与细胞壁的合成有关。
③液泡:内有细胞液,含糖类、无机盐、色素和蛋白质等,可以调节植物细胞内的环境,充盈的液泡可使植物细胞保持坚挺。
④溶酶体:主要分布在动物细胞中,内含多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。
(3)无膜结构细胞器。
①核糖体:合成蛋白质的场所,有的附着于粗面内质网,有的游离在细胞质基质。
②中心体:由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成,与细胞的有丝分裂有关,分布在动物和低等植物细胞中。
4.细胞骨架
(1)本质:蛋白质纤维。
(2)功能。
①维持细胞形态。
②锚定并支撑着许多细胞器。
③与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等
相关。
5.观察叶绿体和细胞质的流动
(1)观察叶绿体形态和分布的选材:藓类叶(或菠菜叶稍带些叶肉的下表皮)。
(2)观察细胞质流动:选用黑藻叶片,通过叶绿体的移动判断细胞质
流动。
6.分泌蛋白的合成和运输
(1)分泌蛋白:分泌到细胞外起作用的蛋白质,如消化酶、抗体、一部分激素等。
(2)研究方法:同位素标记法。
(3)形成过程。
(4)相关细胞器及结构:核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜。
(5)分泌蛋白形成过程中,内质网膜减小,高尔基体膜基本不变,细胞膜增大,实现了膜成分的更新。
7.生物膜系统
(1)概念:细胞器膜和细胞膜、核膜等结构共同构成。
(2)关系:生物膜组成成分和结构相似,结构和功能紧密联系(如内质网膜内连核膜,外连细胞膜)。
五、细胞核的结构和功能
1.细胞核的结构
(1)核膜:双层膜,把核内物质与细胞质分开。
(2)核仁:与某种RNA的合成及核糖体的形成有关;代谢越旺盛的细胞,核仁越大。
(3)染色质(染色体)。
①主要由DNA和蛋白质组成,DNA是遗传信息的载体。
②易被碱性染料染成深色。
③染色质和染色体的关系:同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。
(4)核孔:具有选择透过性,实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。
2.细胞核的功能:是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。
3.建构模型
(1)类型:物理模型、概念模型、数学模型等。
(2)物理模型:以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征(照片、标本不属于物理模型)。
专题三 细胞的代谢
[考试要求]
1.阐明质膜具有选择透过性。
2.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量;有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。
3.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。
4.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。
5.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
6.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量,这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中,转换并储存为糖分子中的化学能。
7.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
[知识清单]
一、细胞的吸水和失水
1.渗透作用
(1)概念:指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)条件:具有半透膜;半透膜两侧具有浓度差。
(3)实验:
①装置组成(如右图):
a.半透膜:水分子可以透过它,而蔗糖分子则不能。
b.膜两侧的溶液:漏斗内注入的是蔗糖溶液,漏斗浸入的烧杯中装的是清水。
②现象:漏斗管内的液面会升高。
③解释:是烧杯中的溶剂—水分子通过半透膜向漏斗内扩散的结果。
④渗透方向:水分子从水的相对含量高的一侧→相对含量低的一侧。
2.动、植物细胞的吸水和失水
(1)原理:渗透作用。动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜;植物细胞发生渗透吸水和失水的是液泡中的细胞液,因此细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成的原生质层相当于一层半透膜。
(2)细胞壁的特点:全透性(因此不能作为细胞边界),伸缩性小。
3.探究植物细胞的吸水和失水实验
(1)选材:洋葱鳞片叶外表皮细胞(有中央大液泡,液泡有颜色易观察)。
(2)实验中三次观察:
①观察细胞原态;②观察质壁分离现象(液泡变小,颜色变深);③观察质壁分离复原现象(液泡变大,颜色变浅)。形成自身前后对照。
(3)发生质壁分离的内因:原生质层伸缩性>细胞壁;外因:外界溶液浓度>细胞液。
(4)发生质壁分离的条件:①活细胞;②有细胞壁和中央大液泡。
(5)该实验的应用:①判断细胞死活;②判断细胞液浓度。
(6)注意事项:①蔗糖溶液浓度不能过大,否则细胞失水过多死亡,则不能再发生质壁分离复原;②若蔗糖改为甘油或KNO3等能进入细胞的物质,则细胞先发生质壁分离,紧接着会自动发生质壁分离复原。
二、被动运输、主动运输和胞吞、胞吐
1.各种物质出入细胞方式的比较
物质出 入细胞 的方式 被动运输 主动 运输 胞吞 胞吐
自由扩散 协助扩散
图例
运输 方向 高浓度→低浓度 低浓度→ 高浓度 胞外→ 胞内 胞内→ 胞外
转运 蛋白 不需要 需要 需要 载体蛋白 不需要(但需要膜上的蛋白质识别)
能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗
举例 O2、CO2、小部分H2O、甘油、乙醇、苯的跨膜运输 人的红细胞吸收葡萄糖、大部分H2O、部分无机盐离子 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 吞噬细胞吞噬抗原 胰岛素、消化酶、抗体的分泌
(1)转运蛋白
(2)主动运输的意义。
细胞通过主动运输来选择吸收所需要的物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质,从而保证细胞和个体生命活动的需要。
(3)胞吞与胞吐。
①对象:蛋白质等大分子物质的运输。
②胞吞、胞吐需要消耗能量,但不需要载体,同时转运的大分子不穿膜。
(4)主动运输和被动运输体现了膜的功能特性:选择透过性;胞吞、胞吐体现了膜的结构特点:具有一定的流动性。
2.影响物质跨膜运输因素的分析
(1)浓度差对物质跨膜运输的影响。
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响。
通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
(4)温度。
三、酶的作用和本质
1.细胞代谢:细胞中的化学反应。
2.对照实验:除作为自变量的因素外,其余因素保持一致,并将结果进行比较的实验。
(1)变量。
自变量:人为控制的对实验对象进行处理的因素;
因变量:因自变量改变而变化的变量;
无关变量:除自变量外,实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素。
(2)组别。
对照组:不作处理的组;实验组:作自变量处理的组。
(3)实验遵循原则:单一变量原则;科学性原则;等量原则;对照原则;平行重复原则。
3.酶的作用机理:降低化学反应的活化能(活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量)。
(1)E1、E2、E3分别表示无机催化剂、无催化剂和酶催化时所需的活
化能。
(2)酶降低的活化能:E2-E3。
(3)酶的催化作用使细胞代谢在温和条件下快速有序进行。
4.酶的本质:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。
5.酶由活细胞产生(几乎所有活细胞都能产生酶),可在细胞外起作用。
四、酶的特性
1.高效性
(1)高效性特指与无机催化剂相比,催化效率更高。
(2)意义:保证了细胞代谢的快速进行。
2.专一性
(1)每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(2)意义:保证了细胞代谢有条不紊地进行。
(3)探究淀粉酶专一性实验。
项目 1号试管 2号试管
步骤 一 2 mL淀粉溶液 2 mL蔗糖溶液
二 加入淀粉酶溶液2 mL,振荡,放在60 ℃左右的热水中,反应约5 min
三 加斐林试剂,水浴加热
现象 砖红色沉淀 无变化
结论 淀粉酶只能催化淀粉水解
注意事项:实验结果只能用斐林试剂检测,不能用碘液。因为碘液不能检测蔗糖是否被水解。
3.作用条件较温和
(1)酶活性:酶催化特定化学反应的能力。
(2)酶活性可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示,化学反应速率通过测定单位时间内反应物的减少量或生成物的增加量
确定。
(3)探究温度对酶活性影响的实验注意事项(一般选用淀粉和淀粉酶进行)。
①不宜选用H2O2进行实验,因为温度影响其分解速率。
②混合前要先对底物和酶分别保温,保证酶和底物在设定温度下进行反应。
③不宜选用斐林试剂对实验结果进行检测,因为需要水浴加热。
(4)探究pH对酶活性影响的实验注意事项(一般选用H2O2和H2O2酶
进行)。
①不宜选用淀粉和淀粉酶进行实验,因为酸会使淀粉分解,同时斐林试剂和碘液的检测也会受pH影响。
②实验时须先对酶进行相应pH处理后再与底物混合。
(5)不同生物体内的酶最适温度不同,低温抑制酶活性;高温破坏酶的空间结构,使酶失活;酶制剂适宜低温保存。
(6)不同生物体内不同种类的酶最适pH不同;过酸、过碱都会破坏酶的空间结构,使酶失活。
4.酶促反应的影响因素
五、细胞的能量“货币”ATP
1.ATP的结构及特点
(1)中文名称:腺苷三磷酸。
(2)结构简式:A—P～P～P(A代表腺苷,P为磷酸基团)。
(3)组成元素:C、H、O、N、P。
(4)特点:远离腺苷的特殊的化学键易断裂,释放出能量。
(5)ATP是生物体的直接能源物质。
2.ATP与ADP的相互转化
ATPADP+Pi+能量
(1)ATP含量少,但ATP与ADP的相互转化迅速,时刻发生并处于动态平衡。
(2)ATP水解所释放的能量用于各项生命活动;ATP合成所需的能量来源于呼吸作用(动植物、人、真菌、大多数细菌)和光能(植物)。
(3)该反应不是可逆反应,因为能量不可逆,所需酶也不同。
(4)放能反应与ATP的合成相联系;吸能反应与ATP的水解相联系。
(5)ATP的供能模式存在于所有生物细胞内,体现了生物界的统一性。
六、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验注意事项
(1)呼吸作用的实质:细胞内的有机物氧化分解,并释放能量。
(2)酵母菌代谢类型:异养兼性厌氧型。
(3)质量分数为10%的NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2,防止其对实验结果造成干扰。
(4)B瓶应封口放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因:消耗完瓶中的O2,保证检验到的CO2来自无氧呼吸。
(5)CO2的检测:CO2+澄清石灰水→变浑浊(浑浊程度与产生的CO2的量有关),CO2+溴麝香草酚蓝溶液→溶液由蓝变绿再变黄(变黄时间与产生的CO2的量有关)。
(6)酒精的检测:酒精+酸性重铬酸钾→溶液由橙色变为灰绿色(酸性重铬酸钾与葡萄糖也能反应,检测前要将葡萄糖消耗完)。
2.对比实验
(1)概念:设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素对实验对象的影响。
(2)对比实验又叫相互对照实验,是对照实验的特殊形式。
七、有氧呼吸
1.过程
项目 第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖 丙酮酸、水 [H]、O2
生成物 丙酮酸、[H]、ATP CO2、[H]、ATP H2O、ATP
能量 少量能量 少量能量 大量能量
2.总反应
3.概念:细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP的过程。
4.特点:过程温和;彻底的氧化分解,无[H]的积累;能量逐步释放,这些能量有相当一部分储存在ATP中,其他以热能形式散失。
八、无氧呼吸
1.过程
第一阶段 葡萄糖→2丙酮酸+4[H]+少量能量
酒精 和CO2 2丙酮酸+4[H] →2酒精+2CO2 大多数植物、酵母菌等
乳酸 2丙酮酸+4[H]→2乳酸 高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等
注意:无氧呼吸第二阶段不产生能量;无氧呼吸产生乳酸的过程不产生CO2。
2.总反应
C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量(酒精发酵)
C6H12O62C3H6O3+少量能量(乳酸发酵)
3.概念:在没有氧气参与的情况下,葡萄糖等有机物经过不完全分解,释放少量能量的过程。
4.特点:不彻底的氧化分解,无[H]的积累;过程温和;只有第一阶段产生能量。
5.细胞呼吸
(1)概念:有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放能量并生成ATP的过程。
(2)意义:①为生物体提供能量;②是生物体代谢的枢纽。
九、影响呼吸速率的因素
1.温度、含水量、CO2浓度对呼吸速率的影响
因素 温度 含水量 CO2浓度
曲线
原理 通过影响酶活性来影响呼吸速率 水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率 CO2是大多数细胞呼吸的最终产物,积累过多会抑制细胞呼吸的进行
应用 低温储存果蔬;大棚夜间适当降低温度,减少呼吸作用对有机物的消耗 种子晒干储存;水果、蔬菜储存时保持一定的湿度 地窖中储存水果、蔬菜
2.O2浓度
(1)A点只进行无氧呼吸,O～H点同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,H点以后只进行有氧呼吸。
(2)B点:总呼吸速率最低,C点为储存果蔬的适宜O2浓度。
(3)E点:有氧呼吸CO2释放量=无氧呼吸CO2释放量。DE=EF,此时葡萄糖消耗量:有氧呼吸∶无氧呼吸=1∶3。
(4)应用:破伤风芽孢杆菌是厌氧菌,保持伤口透气能抑制其繁殖;果蔬储存条件:低温低氧,一定湿度;种子储存条件:低温、低氧、干燥。
十、捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离实验
(1)实验原理。
色素提取的原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
色素分离的原理:各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。
(2)二氧化硅的作用:有助于研磨得充分;碳酸钙的作用:防止研磨中色素被破坏;研磨后过滤用的是单层尼龙布。
(3)分离色素的注意事项:①不能让滤液细线触及层析液;②层析液有毒、易挥发,要加盖。
(4)实验结果。
2.色素分布的部位:类囊体薄膜;光合作用相关酶的存在部位:类囊体薄膜和叶绿体基质。
3.恩格尔曼的实验
(1)实验步骤:
(2)实验结论:O2是叶绿体释放的,叶绿体是光合作用的场所。
十一、光合作用的原理
1.概念:绿色植物通过叶绿体,利用光能,将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
2.化学反应式:CO2+H2O(CH2O)+O2。
3.鲁宾和卡门的实验证明光合作用中的O2来自水。
4.卡尔文的实验探明了CO2中碳的转移途径:CO2→C3→(CH2O)。
5.光合作用的过程
(1)光反应阶段。
①反应场所:类囊体薄膜。
②反应条件:色素、光、多种酶。
③
④能量转化:光能ATP、NADPH中的化学能。
(2)暗反应阶段。
①反应场所:叶绿体基质。
②反应条件:多种酶。
③物质变化
④能量转化:ATP、NADPH中的化学能有机物中的化学能。
6.光反应为暗反应提供ATP和NADPH;暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+。
7.光合作用中的能量转化:光能→ATP、NADPH中的化学能→有机物中的化学能。
8.条件变化引起的物质变化
条件变化 NADPH、ATP C3 C5
停止光照 减少 增加 减少
停止CO2供应 增加 减少 增加
十二、光合作用原理的应用
1.光合作用强度:植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2.影响光合速率(光合作用强度)的因素
(1)光照强度。
①C点:光合速率为0,细胞只进行呼吸作用。
②CD段:光合速率<呼吸速率,有机物减少。
③D点:光合速率=呼吸速率,光补偿点,有机物总量不变。
④D点之后:光合速率>呼吸速率,有机物增加。
⑤E点:光合速率最大,对应的F点为光饱和点。
(2)CO2浓度。
①D点:开始进行光合作用,A点是进行光合作用的最低CO2浓度。
②E点:CO2补偿点,光合速率=呼吸速率。
③F点:光合速率最大,G点为CO2饱和点。
应用:行间通风,施用农家肥。
(3)温度。
①原理:通过影响酶的活性来影响光合作用强度。
②应用:适当增加大棚内昼夜温差,白天适当升温,夜晚适当降温等。
(4)夏季昼夜光合作用图。
①接受光照时段:BH段。
②光合速率最大的点:D点。
③有机物积累最多的点:G点。
④DE段形成原因:正午温度过高,气孔关闭,CO2无法进入叶肉细胞,使暗反应受限制。
(5)多因素曲线图。
P点受横坐标因素影响,Q点不受横坐标因素影响,受不同曲线所代表的因素限制。
专题四 细胞的生命历程
[考试要求]
1.描述细胞通过不同的方式进行分裂,其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。
2.说明在个体发育过程中,细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化,形成了复杂的多细胞生物体。
3.描述在正常情况下,细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程。
[知识清单]
一、细胞的增殖
1.细胞增殖
(1)细胞不能无限长大的原因:细胞体积越大,相对表面积越小,物质运输效率越低。
(2)概念:细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。
(3)意义:是重要的细胞生命活动,是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
(4)特点:具有周期性。
2.细胞周期
(1)概念:连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止。
(2)细胞周期
(3)分裂间期:物质准备——完成DNA分子的复制和有关蛋白质的
合成。
①染色质完成复制,形成染色单体,但染色体数不变。
②G1期:与DNA复制有关的蛋白质合成;S期:DNA复制;G2期:与细胞分裂有关的蛋白质合成。
3.有丝分裂
(1)植物细胞有丝分裂过程。
前期:“两消两现体散乱”①两消:核仁逐渐解体,核膜逐渐消失;②两现:细胞两极发出纺锤丝,形成纺锤体;染色质变为染色体;③体散乱:染色体散乱分布。
中期:“形定数晰粒在板”①染色体形态稳定,数目清晰,是观察染色体的最佳时期;②着丝粒排列在赤道板位置。(赤道板是位置,不是实际存在的实物)
后期:“粒裂数加均两极”①着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,染色体数目加倍,均匀移向细胞两极;②每条新形成的子染色体不再有姐妹染色单体。
末期:“两消两现重建壁”①两消:染色体变为染色质;纺锤体消失;②两现:核膜、核仁重现;③重建壁:赤道板位置出现细胞板,并逐渐扩展形成新的细胞壁。
(2)动植物细胞有丝分裂主要区别。
项目 植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂
前期(形成纺锤体的方式) 从细胞两极发出纺锤丝,形成纺锤体 中心粒发出星射线,形成纺锤体
续 表
项目 植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂
末期(细胞质分裂方式) 由细胞板形成新细胞壁,一个细胞分裂成两个子细胞 细胞膜从中部向内凹陷,细胞缢裂成两部分
(3)相关细胞器:核糖体、线粒体、高尔基体、中心体。
(4)意义:将亲代细胞的染色体经过复制(关键是DNA的复制)之后,精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA,因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性。
(5)癌细胞:遗传物质发生变化,连续分裂的恶性增殖细胞。
(6)DNA和染色体的数量变化。
项目 间期 前期 中期 后期 末期
染色体数 2N 2N 2N 2N→4N 4N→2N
核DNA数 2N→4N 4N 4N 4N 4N→2N
每条染色体 上的DNA数 1→2 2 2 2→1 1
染色单体数 0→4N 4N 4N 0 0
4.无丝分裂
(1)过程:细胞核延长→核缢裂→质缢裂→形成子细胞。
(2)特点:不出现纺锤丝和染色体的变化(DNA发生了复制)。
(3)实例:蛙的红细胞。
5.观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
(1)实验原理:各个细胞的分裂是独立进行的,染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液或醋酸洋红液)染成深色。
(2)选材:根尖或芽尖分生区细胞(细胞呈正方形,排列紧密);分裂期占分裂周期比值大的细胞。
(3)装片制作步骤:解离→漂洗→染色→制片。
(4)观察:首先找分裂中期的细胞。
①观察到的是死细胞,不能看到连续的分裂过程。
②细胞周期中不同时期持续时间长短与处于该时期的细胞数呈正
相关。
二、细胞的分化
1.细胞分化及其意义
(1)概念:在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
(2)特点:持久性;稳定性;不可逆性;普遍性。
(3)意义:①是生物个体发育的基础;②使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高生物体各种生理功能的效率。
(4)实质:基因的选择性表达(遗传信息的表达情况不同)。
2.细胞的全能性
(1)概念:细胞经分裂和分化后,仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
(2)植物细胞可通过植物组织培养表现出全能性,动物细胞目前只有细胞核表现出全能性。
(3)未分化的细胞,如受精卵、动物和人的早期胚胎细胞、植物体的分生组织细胞也具有全能性。
(4)基础(原因):细胞中含有该生物物种的全部遗传信息。
(5)全能性大小比较。
①不同物种:动物细胞<植物细胞。
②不同分化程度:分化程度越高,分裂能力越弱,全能性越低;受精卵>干细胞(全能干细胞>多能干细胞>专能干细胞)>生殖细胞>体细胞。
③分裂能力:分裂能力越强,全能性越高;分生区细胞>成熟区细胞。
三、细胞的衰老和死亡
1.细胞衰老的特征
(1)一大一小:细胞核的体积增大,核膜内折,染色质收缩、染色加深;细胞体积变小。
(2)一多一少:色素积累增多,妨碍细胞内物质的交流和传递(如:老年斑的出现);水分减少(如:皱纹的出现)。
(3)两低两慢:酶活性降低(如:白头发的出现);细胞膜通透性改变,使物质运输功能降低(如:老年人吸收能力差);呼吸速率减慢(如:老年人无力);新陈代谢速率减慢。
2.细胞衰老的原因
(1)自由基学说。
①自由基:异常活泼的带电分子或基团。
②机制。
(2)端粒学说。
端粒:染色体的两端具有特殊序列的DNA—蛋白质复合体。
3.细胞衰老与个体衰老的关系
(1)关系:单细胞生物个体衰老或死亡=细胞衰老或死亡;多细胞生物个体衰老=组成个体的细胞普遍衰老。
(2)细胞随分裂次数的增多而衰老。
4.细胞死亡:包括细胞凋亡和细胞坏死。
5.细胞凋亡
(1)概念:由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。(程序性死亡)
(2)意义。
①有利于多细胞生物体完成正常发育;如:人体胚胎时期尾的消失、蝌蚪尾的消失、胎儿手的发育过程中手指连接处细胞的消失。
②有利于维持内部环境的稳定;如:细胞的自然更新。
③抵御外界各种因素的干扰。如:清除被病原体感染的细胞。
6.细胞自噬
(1)概念:在一定条件下,细胞会将受损或功能退化的细胞结构等,通过溶酶体降解后再利用。
(2)意义:①处于营养缺乏条件下的细胞,通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量。
②清除受损或衰老的细胞器,以及感染的微生物和毒素,从而维持细胞内部环境的稳定。
③有些激烈的细胞自噬,可能诱导细胞凋亡。
专题五 遗传的基本规律
[考试要求]
1.说明进行有性生殖的生物体,其遗传信息通过配子传递给子代。
2.阐明有性生殖中基因的分离和自由组合使得子代的基因型和表型有多种可能,并可由此预测子代的遗传性状。
[知识清单]
一、分析孟德尔遗传实验的科学方法
1.豌豆用作遗传实验材料的优点
(1)自花传粉,自然状态下为纯种。
(2)有易于区分的性状,且能稳定遗传给后代。相对性状:一种生物的同一种性状的不同表现类型。
(3)花较大,生长周期短,易栽培,籽粒多。
2.人工异花传粉的步骤
去除未成熟花的雄蕊套袋传粉再套袋
注意事项:
(1)在花蕊成熟前(花蕾期)去除母本的雄蕊。
(2)套袋的作用:防止其他花粉干扰。
(3)传粉时,提供花粉的植株为父本,接受花粉的为母本。
3.研究方法:假说—演绎法。
二、相关概念
1.性状类
(1)性状: 指生物的形态结构、生理和行为习惯等具有的各种特征。形态特征(如豌豆种子的颜色、形状),生理特征(如人的ABO血型,植物的抗病性、耐寒性),行为特征(如狗的攻击性、服从性)。
(2)相对性状: 一种生物的同一种性状的不同表现类型 (简记为“两同一不同”)。如:狗的卷毛与直毛、人的单眼皮和双眼皮。
(3)显性性状: 具有一对相对性状的纯合亲本杂交,F1中显现出来的性状。
(4)隐性性状:具有一对相对性状的纯合亲本杂交,F1中未显现出来的性状。
(5)性状分离: 杂种后代中同时出现显性性状和隐性性状的现象。
2.交配类
(1)杂交: 基因型不同的个体间交配。
(2)自交:同一个体或基因型相同的个体间交配。
(3)测交: 杂合子与隐性纯合子杂交或F1与隐性纯合子杂交。
(4)正交和反交是一对相反的概念: 若正交是母本为高茎豌豆与父本为矮茎豌豆杂交,则反交是母本为矮茎豌豆与父本为高茎豌豆杂交。
(5)自由交配:雌雄个体之间随机交配,不受基因型限制。
(6)自交和自由交配示例。
某植物种群中,AA∶Aa的个体数之比为1∶2。
①该种群植物自交,后代中AA、Aa和aa基因型个体所占的比例。
②该种群植物自由交配,后代中AA、Aa和aa基因型个体所占的比例。
♀ 2/3A 1/3a
2/3A 4/9AA 2/9Aa
1/3a 2/9Aa 1/9aa
3.基因类
(1)显性基因:控制显性性状的基因,用大写字母表示。
(2)隐性基因:控制隐性性状的基因,用小写字母表示。
(3)相同基因:同源染色体相同位置上控制同一性状的基因,如基因A与A。
(4)等位基因:杂合子中,在一对同源染色体相同位置上控制相对性状的基因,如图中的基因B与b。
(5)非等位基因:有两种,一种是位于同源染色体上的非等位基因,如A与B,另一种是位于非同源染色体上的非等位基因,如A与C。
4.符号类
亲本 母本 父本 子一 代 子二 代 子n 代 纯合 子 杂合 子 自交 杂交
P ♀ F1 F2 Fn AA或 aa Aa ×
5.其他
(1)自花传粉:一朵花的花粉落到同一朵花的柱头上,从而完成受粉的方式。
(2)闭花受粉:如豌豆等植物在未开花之前已完成受粉的现象。
(3)表型:生物个体表现出来的性状,也叫表现型。
(4)基因型:与表型有关的基因组成。
(5)杂合子:同源染色体上同一位点基因组成不同的个体,如Aa。
(6)纯合子:同源染色体上同一位点基因组成相同的个体,如AA。
三、基因的分离定律
1. 孟德尔通过假说—演绎法得出分离定律的过程
2.分离定律
(1)内容:在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子时,成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。
(2)发生时间:形成配子时(减数分裂Ⅰ后期)。
3.性状分离比的模拟实验
(1)甲、乙两个小桶模拟:雌、雄生殖器官。
(2)小桶内的彩球模拟:雌、雄配子。
(3)不同彩球的随机组合模拟:雌、雄配子的随机结合。
(4)注意事项。
①甲桶或乙桶中的两种球的数量必须相等;但甲、乙两桶中球的总量不一定相等。
②每次取出的球要放回桶中,重复次数越多,结果越准确。
四、分离定律的应用
1.显隐性判断
(1)若A×B后代全部为A,则A为显性。(显性性状的定义)
(2)若A×A后代既有A又有B,则A为显性。(性状分离)
2.纯合子和杂合子的判断:鉴别动物是否为纯合子,可用测交法;鉴别植物是否为纯合子,可用自交法、测交法和花粉鉴定法,自交法最简便。
3.获得纯种的方法:提高作物中优良品种的纯度,常用连续自交法。
五、基因的自由组合定律
1.孟德尔通过假说—演绎法得出自由组合定律的过程
2.自由组合定律
(1)内容:控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的;在形成配子时,决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离,决定不同性状的遗传因子自由组合。
(2)发生时间:形成配子时(减数分裂Ⅰ后期)。
(3)特点。
①同时性:分离和组合同时发生。
②独立性:分离和组合互不干扰。
六、自由组合定律的应用
1.通过拆分性状法进行基因型的推导
已知亲本求后代、已知后代求亲本。
2.人类遗传病组合患病概率计算
患遗传病甲的概率是a,患遗传病乙的概率是b,则:
(1)只患甲病的概率为a×(1-b)。
(2)只患乙病的概率为b×(1-a)。
(3)不患病的概率为(1-a)×(1-b)。
(4)同时患两种病的概率为a×b。
专题六 基因和染色体的关系
[考试要求]
1.阐明减数分裂产生染色体数量减半的精细胞或卵细胞。
2.概述性染色体上的基因传递和性别相关联。
[知识清单]
一、减数分裂
1.精子(卵细胞)形成的场所:睾丸(卵巢)。
2.精原细胞(卵原细胞):原始的雄性(雌性)生殖细胞,可进行减数分裂形成生殖细胞,还可进行有丝分裂进行增殖。
3.减数分裂的过程
(1)间期:精原细胞体积增大,完成DNA的复制和蛋白质的合成,即染色体复制,成为初级精母细胞。(间期不属于减数分裂)
(2)减数分裂Ⅰ。
①前期:同源染色体进行联会,形成四分体,四分体中的非姐妹染色单体可能出现互换。
a.同源染色体:配对的两条染色体,一条来自父方,一条来自母方,形状、大小一般相同;
b.联会:同源染色体两两配对;
c.四分体:联会后的每对同源染色体有四条染色单体。
②中期:同源染色体整齐排列在赤道板两侧,每条染色体的着丝粒都附着在纺锤丝上。
③后期:同源染色体分离,移向细胞两极;非同源染色体自由组合。减数分裂Ⅰ完成后:初级精母细胞→次级精母细胞(2个);每个细胞中的染色体数目减半。
(3)减数分裂Ⅱ。
对于二倍体而言,次级精母细胞中不含同源染色体。
①前期:染色体散乱分布。
②中期:着丝粒整齐排列在赤道板上。
③后期:着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,染色体数目加倍,均匀移向细胞两极。
4.不同时期染色体的变化
(1)染色体复制发生在:减数分裂Ⅰ前的间期。
(2)同源染色体的联会发生在:减数分裂Ⅰ前期。
(3)同源染色体分离发生在:减数分裂Ⅰ后期。
(4)染色体着丝粒分裂发生在:减数分裂Ⅱ后期。
(5)染色体数目减半发生在:减数分裂Ⅰ完成时。
(6)DNA数目减半发生在:减数分裂Ⅰ完成时及减数分裂Ⅱ完成时。
5.精子和卵细胞形成的异同点
比较 精子形成 卵细胞形成
场所 睾丸 卵巢
细胞质分配 均分 不均分
续 表
比较 精子形成 卵细胞形成
结果 1个精原细胞→ 4个精细胞 1个卵原细胞→ 1个卵细胞+3个极体
是否变形 变形 不变形
相同点 都是染色体复制一次,细胞连续分裂两次,成熟生殖细胞内染色体数目比原始生殖细胞的减少一半
6.减数分裂的概念:减数分裂是进行有性生殖的生物,在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。在减数分裂前,染色体复制一次,而细胞在减数分裂过程中连续分裂两次。减数分裂的结果是,成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。
7.有丝分裂和减数分裂图像对比分析
8.观察蝗虫精母细胞减数分裂装片
(1)选材:雄性个体生殖器官。
(2)装片中为死细胞,不能观察连续的减数分裂过程。
二、受精作用
1.配子中染色体组合的多样性的原因
(1)同源染色体分离,非同源染色体自由组合。
(2)四分体时期,同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生互换。
2.配子来源判断:同为同一次,补为同一初(两配子染色体相同,则来自同一次级精母细胞;两配子染色体“互补”,则来自同一初级精母
细胞)。
3.受精作用
(1)概念:卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。识别的基础:糖蛋白;融合的基础:细胞膜的流动性。
(2)实质:精子的细胞核和卵细胞的细胞核融合的过程。
(3)结果:受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目,保证了物种染色体数目的稳定,其中有一半染色体来自精子(父方),另一半来自卵细胞(母方)。
注意:受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞,受精卵迅速分裂、分化。
(4)个体多样性的原因:
①配子具有多样性。
②雌雄配子随机结合。
4.减数分裂和受精作用的意义
(1)保证了每种生物前后代染色体数目的恒定,维持了生物遗传的稳定性。
(2)使同一双亲的后代呈现多样性,有利于生物在自然选择中进化。
5.染色体和核DNA数量变化(设正常体细胞中染色体数为2N)
项目 间期 减Ⅰ前 减Ⅰ中 减Ⅰ后 减Ⅱ前 减Ⅱ中 减Ⅱ后 配子
染色体数 2N 2N 2N 2N N N 2N N
核DNA数 2N→ 4N 4N 4N 4N 2N 2N 2N N
染色 单体数 0→ 4N 4N 4N 4N 2N 2N 0 0
三、基因在染色体上
1.萨顿的假说
(1)实验材料:蝗虫。
(2)内容:基因(遗传因子)是由染色体携带着从亲代传递给下一代的(基因在染色体上)。
(3)依据:基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。
①基因在杂交过程中保持完整性和独立性,染色体在配子形成和受精过程中也是。
②体细胞中染色体和基因都成对存在,配子中都只有成对中的一条或一个。
③体细胞中成对的基因和同源染色体都是一个来自父方,一个来自
母方。
④非等位基因和非同源染色体在形成配子时都存在自由组合。
2.摩尔根通过假说—演绎法证明基因在染色体上
(1)实验材料:果蝇;优点:相对性状多而且明显、易饲养、繁殖快、染色体少易观察。
(2)果蝇的染色体组成:
雄果蝇:6条常染色体+XY(异型)或3对常染色体+XY(异型)。
雌果蝇:6条常染色体+XX(同型)或3对常染色体+XX(同型)。
(3)实验现象解释的验证方法:测交。
遗传图解:
(4)实验结果:子一代雌果蝇全为红眼,雄果蝇全为白眼,验证了控制果蝇红眼与白眼的基因位于X染色体上
(5)实验结论:控制果蝇眼色的基因在X染色体上基因在染色体上。
(6)摩尔根的研究方法:假说—演绎法。
3.基因与染色体的关系:一条染色体上有多个基因;基因在染色体上呈线性排列。
4.基因分离定律的实质:在杂合子的细胞中,位于一对同源染色体上的等位基因,具有一定的独立性;在减数分裂形成配子的过程中,等位基因会随同源染色体的分开而分离,分别进入两个配子中,独立地随配子遗传给后代。
5.基因自由组合定律的实质:位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的;在减数分裂过程中,同源染色体上的等位基因彼此分离的同时,非同源染色体上的非等位基因自由组合。
(1)分离和组合同时发生,都是在减数分裂Ⅰ后期。
(2)只有位于非同源染色体上的非等位基因才能进行自由组合。
四、伴性遗传
1.概念:决定基因位于性染色体上,在遗传上总是和性别相关联的
现象。
2.伴X染色体隐性遗传
(1)伴X染色体隐性遗传(如红绿色盲)的各种基因型:
项目 女性 男性
基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
表型 正常 正常 (携带) 色盲 正常 色盲
(2)伴X染色体隐性遗传(如红绿色盲)的特点有:
①男患者多于女患者。
②交叉遗传:男性红绿色盲基因只能从母亲那里传来,以后只能传给女儿。女性色盲患者的父亲和儿子均患病。
③一般为隔代遗传:第一代和第三代有病,第二代一般为色盲基因携带者。
(3)红绿色盲的各种基因型的婚配结果:
亲本组合 子代
基因型 表型
XBXB×XBY XBXB、XBY 正常
XBXB×XbY XBXb、XBY 正常
XBXb×XbY XBXb、XbXb、XBY、XbY 男正∶女正∶男色盲∶女色盲=1∶1∶1∶1
XBXb×XBY XBXB、XBXb、XBY、XbY 正常∶色盲=3∶1(色盲只有男性)
XbXb×XBY XBXb、XbY 正常∶色盲=1∶1(正常全为女性、色盲全为男性)
XbXb×XbY XbXb、XbY 全为患病
3.伴X染色体显性遗传(抗维生素D佝偻病)特点:患者中女性多于男性;但部分女患者病症较轻。具有世代延续性;男患者的母亲和女儿一定患病。
4.伴Y染色体遗传
(1)基因位置:致病基因在Y染色体上,在X染色体上无等位基因,无显隐性之分。患者基因型可表示:XYM。
(2)遗传特点:患者均为男性,且“父→子,子→孙”。
5.生物的性别决定方式
(1)性染色体决定型。
①XY决定型:雄性为XY,雌性为XX。如:人、果蝇。
②ZW决定型:雌性为ZW,雄性为ZZ。如:鸟类。
(2)染色体数决定型:如蜜蜂的雄蜂由卵细胞直接发育而来,为单倍体。
6.伴性遗传理论在实践中的应用
要想使后代可以通过性状判断性别,要用同型(如XX或ZZ)的隐性和异型(如XY或ZW)的显性进行杂交。
专题七 基因的本质及表达
[考试要求]
1.概述多数生物的基因是 DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在 RNA 分子上。
2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息。
3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
4.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因选择性表达的结果,生物的性状主要通过蛋白质表现。
5.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。
[知识清单]
一、DNA是主要的遗传物质
1.肺炎链球菌的转化实验
(1)肺炎链球菌类型的比较。
类型 荚膜 菌落表面 毒性 是否致病
R型 无 粗糙 无 否
S型 有 光滑 有 是
(2)格里菲思的体内转化实验。
①过程与结果。
②实验结论:已经加热致死的S型细菌,含有转化因子,可促使R型活细菌转化为S型活细菌。(没有证明转化因子是什么)
(3)艾弗里及其同事的体外转化实验。
①过程与结果。
组别 处理步骤 结果
第一组 S型细菌的细胞提取物,不做处理 加入有R型活细菌的培养基中,混合后培养 R+S
第二组 S型细菌的细胞提取物+蛋白酶 R+S
第三组 S型细菌的细胞提取物+RNA酶 R+S
第四组 S型细菌的细胞提取物+酯酶 R+S
第五组 S型细菌的细胞提取物+DNA酶 R
②实验结论: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。
③实验设计原理:减法原理。
2.噬菌体侵染细菌的实验
(1)科学家:赫尔希和蔡斯。
(2)实验方法:同位素标记法。
(3)材料:T2噬菌体(专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,组成:蛋白质外壳+DNA)。
(4)实验过程与结果。
①标记T2噬菌体:在含有放射性同位素35S和32P的培养基中分别培养大肠杆菌→用标记后的大肠杆菌培养T2噬菌体→得到蛋白质含35S标记或DNA含32P标记的噬菌体。(不能用培养基直接培养噬菌体)
②用含同位素标记的噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌,搅拌、离心后结果如下:
项目 含35S的噬菌体 侵染大肠杆菌 含32P的噬菌体 侵染大肠杆菌
上清液 放射性高 放射性低
沉淀物 放射性低 放射性高
细菌裂解后释放出 的T2噬菌体 检测不到35S标记的 蛋白质 检测到32P标记 的DNA
(5)实验结论:DNA是噬菌体的遗传物质。
(6)注意:艾弗里的体外转化实验可以证明蛋白质不是遗传物质,噬菌体侵染大肠杆菌实验不可以证明。
(7)实验误差分析。
①32P标记DNA时上清液出现较高放射性的原因:保温时间过短或过长。
②35S标记蛋白质时沉淀物出现较高放射性的原因:搅拌不充分。
3.烟草花叶病毒的感染实验
(1)实验过程及结果。
(2)实验结论:烟草花叶病毒中RNA是遗传物质。
4.绝大多数生物的遗传物质是DNA,DNA是主要的遗传物质。
二、DNA的结构
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)建立者:沃森和克里克。
(2)建立过程。
①威尔金斯和富兰克林:应用X射线衍射技术获得高质量DNA衍射图谱→DNA呈螺旋结构。
②查哥夫:DNA中A=T,C=G。
③沃森和克里克:构建DNA双螺旋结构——碱基在内,脱氧核糖—磷酸骨架在外,A与T配对,C与G配对,两条链方向相反。
2.DNA的结构
(1)结构层次。
①组成元素:C、H、O、N、P。
②基本单位:4种脱氧核苷酸。
③平面结构:两条脱氧核苷酸链反向平行。
④空间结构:双螺旋结构。
(2)特点。
①两条链反向平行,盘旋成双螺旋结构。
②脱氧核糖和磷酸交替连接(磷酸二酯键),排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。
③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,遵循碱基互补配对原则(A与T之间形成2个氢键,C与G之间形成3个氢键)。
3.DNA分子中的碱基计算
在双链DNA中,设一条链上的各种碱基数量分别为A1、T1、C1、G1,另一条链上的分别为A2、T2、C2、G2。
(1)规律一:A=T,C=G,因此A+C=T+G=A+G=T+C。
(2)规律二:与互为倒数,=1(“+”前后碱基不互补)。
(3)规律三:==(“+”前后碱基互补)。
(4)规律四:A%=。
三、DNA的复制
1.DNA半保留复制的实验证据
(1)实验方法:同位素标记法(15N不具有放射性)、离心技术。
(2)实验过程。
①用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌,让大肠杆菌繁殖若干代。
②将大肠杆菌转移到含14NH4Cl的普通培养液中培养。
③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。
④将提取的DNA进行离心,记录离心后试管中DNA的位置。
(3)实验结果及结论。
①实验结果:亲代DNA只出现在重带,子一代只出现在中带,子二代出现在中带和轻带。
②实验结论:DNA的复制是以半保留的方式进行的。
2.DNA复制的过程
(1)概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
(2)时间:细胞分裂前的间期,随着染色体的复制而完成。
(3)场所:细胞核(主要)、线粒体、叶绿体。
(4)过程。
①解旋:解旋酶作用于氢键,使双链解开(消耗ATP)。
②合成子链:DNA聚合酶以每条母链为模板,遵循碱基互补配对原则,沿着5′→3′方向合成子链。
③形成子代DNA:每条新链与模板链盘绕成双螺旋结构,形成新的DNA。
(5)条件。
①模板:DNA的两条链。
②原料:4种游离的脱氧核苷酸。
③能量。
④酶:解旋酶、DNA聚合酶等。
(6)结果:1个DNA→2个完全相同的DNA,通过细胞分裂分配到子细
胞中。
(7)特点。
①半保留复制。
②边解旋边复制。
③真核生物多起点复制。
(8)DNA精确复制的原因。
①DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。
②通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
(9)意义:将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,保持了遗传信息的连续性。
3.DNA复制的相关计算
将1个全部被15N标记的DNA分子(亲代)转移到14N的培养基中培养
n代。
(1)DNA分子数。
子n代DNA分子数:2n个;
含15N的DNA分子数:2个;
只含15N的DNA分子数:0个;
含14N的DNA分子数:2n个;
只含14N的DNA分子数:2n-2个。
(2)脱氧核苷酸链数。
子n代脱氧核苷酸链数:2n+1条;
含15N标记的链:2条;
含14N标记的链:2n+1-2条。
(3)消耗脱氧核苷酸数。
已知该DNA中含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸,则:
①复制n次,DNA增加2n-1个,消耗腺嘌呤脱氧核苷酸m·(2n-1)个。
②第n次复制,DNA增加2n-1个,消耗腺嘌呤脱氧核苷酸m·2n-1个。
四、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1.基因的本质:基因通常是有遗传效应的DNA片段。不是任何一个DNA片段都是基因。
2.一个DNA分子上有许多个基因, 每一个基因都是特定的DNA片段,有着特定的遗传效应。
3.DNA分子能够储存足够量的遗传信息;遗传信息蕴藏在DNA的4种碱基的排列顺序中。
(1)多样性:碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性。
(2)特异性:碱基特定的排列顺序,构成了每一个DNA分子的特异性。
(3)DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
4.人类基因组计划测定的是24条染色体(22条常染色体+X染色体+Y染色体)上DNA的碱基序列。
5.有些病毒的遗传物质是RNA,如人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)、流感病毒等。对这类病毒而言,基因就是有遗传效应的RNA片段。
6.基因、DNA和染色体的关系
五、遗传信息的转录
1.概念:RNA是在细胞核中,通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的,这一过程叫作转录。
2.场所:细胞核(主要)、线粒体、叶绿体。
3.过程
(1)配对原则:A-U,T-A,C-G,G-C。
(2)新合成RNA的延伸方向:5′→3′;读取的模板链方向:3′→5′。
4.特点:边解旋边转录。
5.产物:mRNA(信使RNA)、tRNA(转运RNA)、rRNA(核糖体RNA)。
六、遗传信息的翻译
1.概念:游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
2.密码子
(1)概念:mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基叫作1个密码子。
(2)种类:64种。
(3)特点。简并性:一种氨基酸对应一种或几种密码子,一种密码子只能决定一种氨基酸;通用性:地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码。
3.反密码子
(1)位置:tRNA。
(2)特点:特异性,一种tRNA只能转运一种氨基酸,一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。
(3)tRNA并非仅由 3个核糖核苷酸(碱基)构成,而是含有多个核糖核苷酸(碱基)。
(4)tRNA 3′端为—OH端,连接氨基酸。
(5)反密码子的读取方向:由氨基酸连接端开始读(由长臂端向短臂端读取)。
(6)tRNA中含有碱基对,所以有氢键。
4.密码子与反密码子的比较
项目 密码子 反密码子
位置 mRNA tRNA
作用 直接决定蛋白质中 氨基酸的序列 识别密码子,转运氨基酸
特点 与DNA模板链上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补
5.翻译
(1)场所:细胞质中的核糖体上。
(2)过程。
①起始:mRNA与核糖体结合。
②运输:tRNA将氨基酸运送至特定位置(一个核糖体与mRNA的结合部位有2个tRNA结合位点)。
③延伸:核糖体沿着mRNA移动,氨基酸通过脱水缩合连接成肽链。
④终止:核糖体遇到mRNA的终止密码子,合成终止。
⑤脱离:肽链从核糖体与mRNA的复合物上脱离。
(3)条件。
①模板:mRNA。②原料:游离的氨基酸。③能量。④转运工具:tRNA。⑤酶。
(4)配对原则:A-U,U-A,C-G,G-C。
(5)遗传信息的传递方向:mRNA→蛋白质,读取的mRNA方向:5′→3′。
(6)产物:具有特定氨基酸顺序的肽链。
(7)特点。
①一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成(意义:少量的mRNA分子可以迅速合成大量蛋白质)。
②原核生物可以边转录边翻译。
6.碱基与氨基酸数量关系
七、DNA复制、转录和翻译过程的对比
项目 DNA复制 转录 翻译
时间 细胞分裂前的间期 生长发育全过程
场所 主要是细胞核、线粒体、叶绿体 细胞质的核糖体上
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 21种氨基酸
酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶
能量 ATP ATP ATP
原则 A—T,T—A, C—G,G—C A—U,T—A, C—G,G—C A—U,U—A, C—G,G—C
续 表
项目 DNA复制 转录 翻译
特点 半保留复制、 边解旋边复制 边解旋边转录 一个mRNA可结 合多个核糖体,同 时合成多条肽链
产物 子代DNA分子 mRNA、tRNA、 rRNA 肽链(蛋白质)
方向 5′端→3′端延伸 5′端→3′端延伸 从短肽链到长肽链
信息 传递 DNA→DNA DNA→RNA mRNA→蛋白质
八、中心法则
1.提出者:克里克。
2.内容
(1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递。
(2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递。
3.判断信息流动具体过程的方法:看模板、看产物、看条件。
4.DNA、RNA是信息的载体,蛋白质是信息的表达产物,ATP为信息的流动提供能量。生命是物质、能量和信息的统一体。
九、基因表达与性状的关系
1.基因表达产物与性状的关系
(1)间接途径:基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。
(2)直接途径:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2.基因的选择性表达与细胞分化
(1)细胞分化的本质:基因的选择性表达。
(2)细胞分化前后,不变的是DNA、tRNA、rRNA种类及细胞数目;变化的是mRNA和蛋白质的种类及细胞的形态、结构、功能。
(3)基因分类。
①管家基因:在所有细胞中都表达,指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的,如核糖体蛋白基因。
②奢侈基因:只在某类细胞中特异性表达,如胰岛素基因。
3.表观遗传
(1)概念:生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。
(2)特点:碱基序列不变、可遗传、可逆性和普遍性。
(3)类型:DNA甲基化、染色体的组蛋白甲基化和乙酰化修饰。(甲基化一般抑制表达,乙酰化一般促进表达)
专题八 变异及进化
[考试要求]
1.概述碱基的替换、插入或缺失会引发基因中碱基序列的改变。
2.阐明基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化,甚至带来致命的后果。
3.描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下,基因突变概率可能提高,而某些基因突变能导致细胞分裂失控,甚至发生癌变。
4.阐明进行有性生殖的生物在减数分裂过程中,染色体所发生的自由组合和交叉互换,会导致控制不同性状的基因重组,从而使子代出现变异。
5.举例说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变甚至死亡。
6.举例说明人类遗传病是可以检测和预防的。
7.尝试通过化石记录、比较解剖学和胚胎学等事实,说明当今生物具有共同的祖先。
8.尝试通过细胞生物学和分子生物学等知识,说明当今生物在新陈代谢、DNA的结构与功能等方面具有许多共同特征。
9.举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
10.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。
11.说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
12.概述现代生物进化理论以自然选择学说为核心,为地球上的生命进化史提供了科学的解释。
13.阐述变异、选择和隔离可导致新物种形成。
[知识清单]
一、基因突变
1.概念:DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失,而引起的基因碱基序列的改变。
2.结果:产生新的基因。
3.发生时间:一般为分裂前的间期。
4.遗传情况:若发生在配子中,将遵循遗传规律传递给后代;若发生在体细胞中,一般不能遗传,也可通过无性生殖遗传。
5.原因
(1)内因:DNA复制偶尔发生错误等。
(2)外因。
物理因素:如紫外线、X射线及其他辐射等;
化学因素:亚硝酸盐、碱基类似物等;
生物因素:如某些病毒的遗传物质影响宿主细胞的DNA等。
6.特点:普遍性;低频性;多害少利性;随机性(可发生在生物个体发育的任何时期,可以发生在细胞内不同的DNA分子上,以及同一个DNA分子的不同部位);不定向性(一个基因可以发生不同的突变,产生一个以上的等位基因)。
7.意义:产生新基因的途径;生物变异的根本来源;为生物的进化提供原材料。
8.基因突变的实例—镰状细胞贫血
(1)可用显微镜观察红细胞形状确认。正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状,而镰状细胞贫血患者的红细胞是弯曲的镰刀状。
(2)直接原因:组成血红蛋白的一个谷氨酸被替换成了缬氨酸,从而使血红蛋白结构改变。
(3)根本原因:血红蛋白基因中一个碱基对发生替换。
9.细胞的癌变
(1)原癌基因。
①作用:表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的。
②导致癌变的原因:这类基因突变或过量表达导致相应蛋白质活性过强。
(2)抑癌基因。
①作用:表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖,或者促进细胞凋亡。
②导致癌变的原因:这类基因突变导致相应蛋白质活性减弱或失去
活性。
(3)癌细胞的特点。
能够无限增殖;形态结构发生显著变化;糖蛋白减少,细胞间黏着性降低,易在体内分散和转移。
(4)癌症的发生并不是单一基因突变。
二、基因重组
1.概念:在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合。
2.时间:形成配子时。
3.类型
(1)自由组合型:非同源染色体上非等位基因自由组合(减数分裂Ⅰ后期)。
(2)互换型:同源染色体上的等位基因随非姐妹染色单体之间的互换而发生交换,导致染色单体上的基因重组(减数分裂Ⅰ前期)。
注意:受精作用过程中不发生基因重组,两对及两对以上基因才能
重组。
4.结果:产生新的基因型和性状组合,不产生新基因、新性状。
5.意义:生物变异的来源之一;形成生物多样性的重要原因;对生物进化具有重要意义。
三、染色体变异
1.概念:体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。
2.特点:光学显微镜下可以观察到。
3.分类
4.染色体组
(1)特点。
①不含同源染色体和等位基因。
②所有染色体形态、功能各不同。
③包含该生物的全部遗传信息。
(2)判断。
①形态相同的染色体(同源染色体)有几条就有几个染色体组。
②控制同一性状的基因(同一字母,不区分大小写)有几个就有几个染色体组。
③染色体组数=染色体数/染色体形态数。
5.二倍体和多倍体
(1)由受精卵发育而来的个体,体细胞中含有几个染色体组就叫几倍体,含有三个及三个以上染色体组的个体统称多倍体。
(2)染色体组数为奇数的个体,减数分裂时出现联会紊乱,不能形成可育配子。
(3)多倍体的特点:茎秆粗壮,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有所增加。
(4)人工诱导多倍体。
①方法:低温处理、秋水仙素诱发。
②处理对象:萌发的种子或幼苗。
③原理:抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞的两极。(分裂前期)
④实验:取材——根尖;卡诺氏液的作用——固定细胞形态。
(5)三倍体无子西瓜的培育过程。
6.单倍体
(1)概念:体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的
个体。
(2)特点:一般表现为植株弱小,高度不育。
(3)应用:单倍体育种。
注意:此处秋水仙素只能作用于幼苗,因为单倍体没有种子。
7.育种方式总结
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 杂交→自交→选优→自交 辐射、化学物质诱变等 花药离体培养获得单倍体,再经秋水仙素诱导处理 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
续 表
项目 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种
优点 将不同个体的优良性状集中于一个个体,最简便的方法 产生新基因,大幅度改良某些性状 明显缩短育种时间 提高产品产量和营养成分
缺点 时间长 盲目性大 技术复杂 只能用于 植物
应用 杂交水稻、 中国荷斯坦牛 青霉素 高产菌株 快速培育抗倒 伏抗锈病小麦 三倍体 无子西瓜
8.染色体结构变异
(1)类型。
(2)结果:染色体上的基因数目或排列顺序发生改变,导致性状的变异。
四、人类遗传病
1.概念:由遗传物质改变而引起的人类疾病。
2.类型
(1)单基因遗传病:受一对等位基因控制的遗传病。
①显性致病基因
引起的
②隐性致病基因
引起的
(2)多基因遗传病:受两对或两对以上等位基因控制的遗传病。
①实例:原发性高血压、冠心病、哮喘和青少年型糖尿病。
②特点:在群体中发病率较高,易受环境影响,呈现家族聚集现象。
(3)染色体异常遗传病:不含致病基因,由染色体变异引起的遗传病。如21三体综合征、猫叫综合征等。
3.调查人群中的遗传病
(1)疾病选择:群体中发病率较高的单基因遗传病,如红绿色盲、白化病、高度近视。
(2)调查对象:调查发病率——广大人群中调查;调查遗传方式——患者家系。
(3)某种遗传病的发病率=某种遗传病的患者数/某种遗传病的被调查人数×100%。
4.遗传病的检测和预防
(1)手段:遗传咨询和产前诊断。
(2)产前诊断的检测手段:羊水检查、B超检查、孕妇血细胞检查和基因检测等。
(3)基因检测:通过检测人体细胞中的DNA序列,以了解人体的基因
状况。
五、生物有共同祖先的证据
1.达尔文的生物进化论
(1)共同由来学说:地球上所有的生物都是由原始的共同祖先进化来的。
(2)自然选择学说:揭示了生物进化的机制,解释了适应的形成和物种形成的原因。
2.地层中陈列的证据——化石
(1)化石的作用:确定地球上曾经生活过的生物的种类及其形态、结构、行为等特征。
(2)地位:化石是研究生物进化最直接、最重要的证据。
3.当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
(1)比较解剖学证据。
(2)胚胎学证据。
(3)细胞和分子水平的证据:不同的生物细胞有共同的物质基础和结构基础,是对生物有共同祖先的有力支持;DNA和蛋白质等生物大分子的共同点揭示了生物有共同的原始祖先;其差异的大小则揭示了当今生物种类亲缘关系的远近,以及它们在进化史上出现的顺序。
(4)共同由来学说为自然选择学说奠定了基础。
六、自然选择与适应的形成
1.适应的含义
(1)生物的形态结构适合于完成一定的功能。
(2)生物的形态结构及其功能适合于该生物在一定的环境中生存和
繁殖。
2.适应的特点
(1)普遍性:所有生物都具有适应环境的特征。
(2)相对性:遗传的稳定性和环境不断变化之间的矛盾是适应相对性的根本原因。
3. 拉马克提出用进废退和获得性遗传,彻底否定了物种不变论。
4.达尔文的自然选择学说
(1)主要内容:适应的来源是可遗传的变异,适应是自然选择的结果。
①进化的动力:生存斗争。
②进化的内因:可遗传的变异;进化的外因:自然选择。
③适应形成的必要条件:群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择。
(2)自然选择学说认为:先有变异,后有自然选择;变异是不定向的,自然选择是定向的。
(3)意义:揭示了生物界的统一性是由于所有的生物都有共同祖先,而生物的多样性和适应性是进化的结果。
(4)局限性。
①对于遗传和变异的认识还局限于性状水平,不能科学地解释其本质。
②适应及物种形成问题局限于个体水平。
七、种群的基因库、基因频率及基因型频率
1.基因库:一个种群中全部个体所含有的全部基因。
2.基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的
比值。
3.基因频率的相关计算
(1)已知个体数。
①常染色体上的基因:PA=×100%。
②X染色体上的基因:=×100%。
(2)已知基因型频率,求基因频率:PA=PAA+1/2PAa;已知基因频率,求基因型频率:PAA=;PAa=2PAPa;Paa=。
(3)理想种群:①种群非常大;②所有雌雄个体均能自由交配产生后代;③没有迁入、迁出;④没有自然选择;⑤没有基因突变。
八、现代生物进化理论的主要内容
1.适应是自然选择的结果。
2. 种群是生物进化的基本单位。
(1)自然选择直接作用的是个体的表型,但能够世代延续的是种群的基因。
(2)组成种群的个体不是机械地集合,一个种群其实就是一个繁殖的单位。
3.突变和基因重组提供进化的原材料。
(1)种群基因频率变化的原因:基因突变产生新的等位基因。
(2)基因突变和染色体变异统称为突变。
(3)突变和基因重组具有随机性和不定向性,有利或有害取决于环境。
4.进化的实质是种群基因频率的改变。
5.自然选择使种群基因频率发生定向改变,从而决定生物进化的方向。
6.隔离是物种形成的必要条件
(1)物种:能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。
(2)分类。
①地理隔离:同种生物由于地理障碍而不能发生基因交流的现象。
②生殖隔离:不同物种之间一般是不能相互交配的,即使交配成功,也不能产生可育后代的现象。
(3)实质:基因不能自由交流。
(4)物种形成的标志:产生生殖隔离。
(5)物种形成的方式:渐变式、爆发式。
7.生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程,生物多样性是协同进化的结果。
(1)收割理论:捕食者往往捕食个体数量多的物种,这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面,为其他物种的形成腾出空间。
(2)协同进化:不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展。
(3)生物多样性的内容:遗传(基因)多样性、物种多样性、生态系统多样性。
(4)生物进化的顺序。
厌氧→好氧;原核→真核;无性生殖→有性生殖(实现了基因重组,增加了变异类型,加快进化速度);水生→陆生(植物→动物);生产者和分解者→消费者。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
必备知识点讲义
专题一 组成细胞的分子
[考试要求]
1.说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成,它们以碳链为骨架形成复杂的生物大分子。
2.指出水大约占细胞重量的2/3,以自由水和结合水的形式存在,赋予了细胞许多特性,在生命活动中具有重要作用。
3.举例说出无机盐在细胞内含量虽少,但与生命活动密切相关。
4.概述糖类有多种类型,它们既是细胞的重要结构成分,又是生命活动的主要能源物质。
5.举例说出不同种类的脂质对维持细胞结构和功能有重要作用。
6.阐明蛋白质通常由21种氨基酸分子组成,它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构,细胞的功能主要由蛋白质完成。
7.概述核酸由核苷酸聚合而成,是储存与传递遗传信息的生物大分子。
[知识清单]
一、细胞中的元素和化合物
1.生物界和无机自然界存在统一性和差异性。
2.不同生物之间在元素种类上大致相同,含量上有所差异。
3.细胞中的元素
(1)大量元素:C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
(2)微量元素:Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
(3)含量前四的元素:C、H、O、N。
4.细胞中元素大多以化合物的形式存在。
5.细胞中化合物分类
6.还原糖的检测
(1)还原糖的种类:葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖。
(2)试剂:斐林试剂(甲液:质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液;乙液:质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液)。
(3)选材注意:无色、富含还原糖。
(4)步骤:甲液、乙液等量混合均匀后再加入样液中→水浴加热→砖红色沉淀。
7.脂肪的检测
(1)苏丹Ⅲ→橘黄色。
(2)步骤:取材→切片→染色→去浮色(体积分数为50%的酒精溶
液)→盖片→观察(显微镜)。
8.蛋白质的检测
(1)试剂:双缩脲试剂(A液:质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液;B液:质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液)。
(2)步骤:先加A液摇匀,再加B液摇匀,产生紫色反应。
二、细胞中的无机物
1.细胞中的水
项目 自由水 结合水
定义 以游离形式存在,可以自由流动的水 与细胞内的其他物质相结合的水
含量 约占细胞全部水分的95.5% 约占细胞全部水分的4.5%
功能 ①是细胞内良好的溶剂,也是生命系统中各种化学反应的介质 ②参与各种生物化学反应 ③为细胞提供液体环境 ④运输营养物质和排出代谢废物 是细胞结构的重要组成部分
联系 自由水和结合水能随新陈代谢的进行而相互转化
续 表
项目 自由水 结合水
与生物 代谢的 关系 ①自由水和结合水比值的大小反映了细胞或生物体的代谢强度。比值越小,结合水越多,代谢越快,生长越旺盛;反之,代谢越慢,如休眠的种子。 ②自由水与结合水的比值也与生物体的抗逆性(抗旱、抗寒、抗盐碱等)有关。比值越小,结合水越多,生物体的抗逆性越强,反之,抗逆性越弱
2.无机盐(占细胞鲜重的1%～1.5%)
(1)细胞中大多数无机盐以离子形式存在。
(2)功能。
①组成细胞中化合物的重要成分(如Mg构成叶绿素;Fe构成血红素;P构成细胞膜成分)。
②维持细胞和生物体的正常生命活动(如缺Ca2+会抽搐;缺Na+会引起神经、肌肉细胞兴奋性降低;缺B造成植物“花而不实”现象)。
③维持细胞的酸碱平衡和渗透压(HC和H2P等维持酸碱平衡;Na+和K+等维持渗透压)。
三、细胞中的糖类和脂质
1.细胞中的糖类
(1)组成元素:一般为C、H、O。
(2)分类。
①单糖(不能水解的糖):五碳糖(核糖、脱氧核糖)、葡萄糖(主要的能源物质)、果糖、半乳糖。
②二糖:蔗糖(1分子果糖+1分子葡萄糖)、麦芽糖(2分子葡萄糖)、乳糖(1分子半乳糖+1分子葡萄糖)。
③多糖:淀粉(最常见的多糖,植物的储能物质)、纤维素(植物细胞壁的成分)、糖原(分为肝糖原和肌糖原,动物的储能物质,只有肝糖原可分解补充葡萄糖)、几丁质(壳多糖)。
(3)生物体内的糖类绝大多数以多糖形式存在;淀粉、纤维素、糖原的基本单位都是葡萄糖。
(4)动植物共有的糖:五碳糖、葡萄糖等;动物特有的糖:半乳糖、乳糖、糖原;植物特有的糖:果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素。
2.细胞中的脂质
(1)脂质分子中氧的含量远低于糖类,而氢的含量更高。
(2)
(3)植物脂肪:大多含不饱和脂肪酸,室温时为液态;动物脂肪:大多含饱和脂肪酸,室温时为固态。
3.糖类与脂质间可相互转化,糖类易转化为脂肪,脂肪不能大量转化为糖类。
四、蛋白质是生命活动的主要承担者
1.蛋白质的功能
(1)构成细胞和生物体结构的重要物质——结构蛋白。
(2)催化作用——酶。
(3)运输功能——如血红蛋白运输氧。
(4)调节机体的生命活动/信息传递功能——如胰岛素、生长激素。
(5)免疫功能——抗体。
2.蛋白质的基本组成单位——氨基酸
(1)结构通式:(R基决定氨基酸的种类)。
(2)组成元素:主要是C、H、O、N。
(3)组成人体蛋白质的氨基酸的种类:21种。
①必需氨基酸(8种):人体细胞不能合成,只能从外界环境中获取。
②非必需氨基酸(13种):人体细胞能够合成。
3.蛋白质的结构
(1)氨基酸之间的结合方式:脱水缩合(氨基脱去H,羧基脱去OH,生
成水)。
(2)脱水缩合形成的化学键:肽键。
(3)有几个氨基酸构成的肽就叫几肽(数字用汉字);肽键数=脱去水分子数=氨基酸数-肽链数;至少含有的游离氨基数=至少含有的游离羧基数=肽链数。
(4)肽链盘曲折叠的原因:氨基酸之间形成氢键;多条肽链之间可通过二硫键结合(胰岛素:2条肽链,形成3个二硫键;血红蛋白:4条肽链结合4个血红素)。
4.蛋白质多样性的原因:氨基酸的种类、数目和排列顺序不同,肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。
5.蛋白质变性:蛋白质的特定空间构象被破坏,导致其理化性质的改变和生物活性丧失。
(1)蛋白质变性是不可逆的过程。
(2)变性后的蛋白质仍然能与双缩脲试剂反应。
五、核酸是遗传信息的携带者
1.核酸
2.组成元素:C、H、O、N、P。
3.基本单位:核苷酸。含氮碱基共 5种,核苷酸共 8种,其中组成DNA的为4种脱氧核苷酸,组成RNA的为4种核糖核苷酸。
4.所有的细胞生物都含有DNA和RNA,遗传物质都是DNA;病毒只含DNA或RNA。
5.DNA由2条脱氧核苷酸链构成,RNA由1条核糖核苷酸链构成。
6.核酸的初步水解产物:核苷酸;彻底水解产物:磷酸、五碳糖、含氮碱基。
7.核酸的功能:细胞内携带遗传信息的物质,在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
8.细胞中的生物大分子:多糖(单体为单糖)、蛋白质(单体为氨基酸)、核酸(单体为核苷酸)。单体及其组成的生物大分子都以碳链为基本
骨架。
专题二 细胞的基本结构
[考试要求]
1.概述细胞都由质膜包裹,质膜将细胞与其生活环境分开,能控制物质进出,并参与细胞间的信息交流。
2.阐明细胞内具有多个相对独立的结构,担负着物质运输、合成与分解、能量转换和信息传递等生命活动。
3.阐明遗传信息主要储存在细胞核中。
4.举例说明细胞各部分结构之间相互联系、协调一致,共同执行细胞的各项生命活动。
5.说明有些生物体只有一个细胞,而有的由很多细胞构成,这些细胞形态和功能多样,但都具有相似的基本结构。
6.描述原核细胞与真核细胞的最大区别是原核细胞没有由核膜包被的细胞核。
[知识清单]
一、细胞是生命活动的基本单位
1.细胞学说
(1)建立者:施莱登、施旺;科学观察和归纳概括的结合——形成理论。
(2)内容:①细胞是一个有机体,一切动植物都由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成;②细胞是一个相对独立的单位,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用;③新细胞是由老细胞分裂产生的。
(3)意义:①揭示了动物和植物的统一性,从而阐明了生物界的统一性;②标志着生物学研究进入细胞水平;③为生物进化论的确立埋下了
伏笔。
2.细胞是基本的生命系统
(1)单细胞生物能够独立完成生命活动,多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作,共同完成一系列复杂的生命活动。
(2)生命系统的结构层次:细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈。
(3)植物没有系统层次,单细胞生物细胞层次也是个体层次;原子或分子是系统,但不是生命系统;病毒是生物,但不属于生命系统的结构层次;最基本的生命系统是细胞;地球上最早的生命形式是单细胞生物。
二、细胞的多样性和统一性
1.高倍显微镜的使用
(1)低倍镜转高倍镜的步骤:找(找到要观察的对象)→移(将观察对象移至视野中央)→转(转动转换器,换上高倍物镜)→调(调节细准焦
螺旋)。
(2)高倍镜下,视野变暗变小,细胞变大变少。
(3)视野调亮的方法:调大光圈,将平面镜换为凹面镜。
(4)成像特点:显微镜成的像为左右相反、上下颠倒的虚像,实际看到的像相当于将观察物水平旋转180°。物像偏哪移哪,观察到顺时针流动,实际也为顺时针流动(物像和实际物体呈中心对称)。
(5)目镜越短,物镜越长,放大倍数越大。
(6)显微镜的放大倍数。
物像放大倍数=目镜放大倍数×物镜放大倍数
放大倍数放大的是长度或宽度,而非面积或体积放大倍数。
2.原核细胞和真核细胞
(1)原核细胞和真核细胞的比较。
项目 原核细胞 真核细胞
本质区别 无以核膜为界限的细胞核,有拟核 有以核膜为界限的细胞核
大小 较小 较大
续 表
项目 原核细胞 真核细胞
细胞壁 有(支原体没有) 植物细胞和真菌细胞都有,动物细胞没有
细胞核 无成形的细胞核,无核膜,无染色体,有环状的DNA 有成形的细胞核,有核膜,有染色体
细胞器 核糖体 有核糖体和其他多种细胞器
举例 蓝细菌、乳酸杆菌 动物、植物、真菌等
联系 (统一性) 含有细胞膜、细胞质、核糖体;都以DNA作为遗传物质
(2)原核细胞的分类:①细菌:名称中带有“杆”“球”“螺旋”“弧”的菌及蓝细菌(颤蓝细菌、发菜、色球蓝细菌、念珠蓝细菌),蓝细菌中含有叶绿素和藻蓝素,能进行光合作用,属于自养生物;②支原体:没有细胞壁;③衣原体、放线菌等。
三、细胞膜的结构和功能
1.细胞膜的功能
(1)将细胞与外界环境分隔开:保障了细胞内部环境的相对稳定。
(2)控制物质进出细胞:“两进两出”——营养物质、有些病毒、病菌进,代谢废物、细胞分泌物出。
(3)进行细胞间的信息交流:①化学信号传递(间接交流):如激素通过血液运送到全身各处,与靶细胞上的受体结合;②接触传递(直接交流):如精子和卵细胞的识别与结合;③通道传递:如高等植物细胞间的胞间连丝(细胞间信息交流不一定都需要受体)。
2.细胞膜的成分
(1)脂质(约占细胞膜总质量的50%),主要是磷脂,动物细胞膜上还有胆固醇。
(2)蛋白质,功能越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量越多。
(3)糖类。
3.细胞膜的结构
(1)探究历程。
①罗伯特森:电镜下看到暗—亮—暗的三层结构,推断所有的细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成(静态模型)。
②细胞膜融合实验:通过荧光标记法观察到人和小鼠细胞膜可以融合,说明细胞膜具有流动性。
③辛格和尼科尔森:提出流动镶嵌模型。
(2)流动镶嵌模型的内容。
①膜的基本支架:磷脂双分子层。
②蛋白质分布:镶在磷脂双分子层表面、部分或全部嵌入磷脂双分子层中或贯穿磷脂双分子层(不对称分布),在物质运输等方面具有重要作用。
③糖被:与蛋白质结合形成糖蛋白(位于膜外侧)或与脂质结合形成糖脂,与细胞表面的识别(受体)、细胞间的信息传递有关。
④磷脂分子和大多数蛋白质可以运动,是细胞膜具有流动性的基础。
四、细胞器之间的分工合作
1.分离细胞器的方法:差速离心法。
2.细胞结构
细胞结构
3.细胞器的结构和功能
(1)双层膜结构细胞器。
①线粒体:进行有氧呼吸的主要场所,是细胞的“动力车间”,内含DNA、RNA、核糖体和有氧呼吸相关酶。
②叶绿体:存在于绿色植物进行光合作用的细胞中,是进行光合作用的场所,是细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。
(2)单层膜结构细胞器。
①内质网:是蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道(加工蛋白质、合成脂质);分为粗面内质网(有核糖体附着)和光面内质网。
②高尔基体:对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装(加工修饰蛋白质);在植物细胞中与细胞壁的合成有关。
③液泡:内有细胞液,含糖类、无机盐、色素和蛋白质等,可以调节植物细胞内的环境,充盈的液泡可使植物细胞保持坚挺。
④溶酶体:主要分布在动物细胞中,内含多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。
(3)无膜结构细胞器。
①核糖体:合成蛋白质的场所,有的附着于粗面内质网,有的游离在细胞质基质。
②中心体:由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成,与细胞的有丝分裂有关,分布在动物和低等植物细胞中。
4.细胞骨架
(1)本质:蛋白质纤维。
(2)功能。
①维持细胞形态。
②锚定并支撑着许多细胞器。
③与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等
相关。
5.观察叶绿体和细胞质的流动
(1)观察叶绿体形态和分布的选材:藓类叶(或菠菜叶稍带些叶肉的下表皮)。
(2)观察细胞质流动:选用黑藻叶片,通过叶绿体的移动判断细胞质
流动。
6.分泌蛋白的合成和运输
(1)分泌蛋白:分泌到细胞外起作用的蛋白质,如消化酶、抗体、一部分激素等。
(2)研究方法:同位素标记法。
(3)形成过程。
(4)相关细胞器及结构:核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜。
(5)分泌蛋白形成过程中,内质网膜减小,高尔基体膜基本不变,细胞膜增大,实现了膜成分的更新。
7.生物膜系统
(1)概念:细胞器膜和细胞膜、核膜等结构共同构成。
(2)关系:生物膜组成成分和结构相似,结构和功能紧密联系(如内质网膜内连核膜,外连细胞膜)。
五、细胞核的结构和功能
1.细胞核的结构
(1)核膜:双层膜,把核内物质与细胞质分开。
(2)核仁:与某种RNA的合成及核糖体的形成有关;代谢越旺盛的细胞,核仁越大。
(3)染色质(染色体)。
①主要由DNA和蛋白质组成,DNA是遗传信息的载体。
②易被碱性染料染成深色。
③染色质和染色体的关系:同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。
(4)核孔:具有选择透过性,实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。
2.细胞核的功能:是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。
3.建构模型
(1)类型:物理模型、概念模型、数学模型等。
(2)物理模型:以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征(照片、标本不属于物理模型)。
专题三 细胞的代谢
[考试要求]
1.阐明质膜具有选择透过性。
2.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量;有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。
3.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。
4.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。
5.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
6.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量,这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中,转换并储存为糖分子中的化学能。
7.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
[知识清单]
一、细胞的吸水和失水
1.渗透作用
(1)概念:指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)条件:具有半透膜;半透膜两侧具有浓度差。
(3)实验:
①装置组成(如右图):
a.半透膜:水分子可以透过它,而蔗糖分子则不能。
b.膜两侧的溶液:漏斗内注入的是蔗糖溶液,漏斗浸入的烧杯中装的是清水。
②现象:漏斗管内的液面会升高。
③解释:是烧杯中的溶剂—水分子通过半透膜向漏斗内扩散的结果。
④渗透方向:水分子从水的相对含量高的一侧→相对含量低的一侧。
2.动、植物细胞的吸水和失水
(1)原理:渗透作用。动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜;植物细胞发生渗透吸水和失水的是液泡中的细胞液,因此细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成的原生质层相当于一层半透膜。
(2)细胞壁的特点:全透性(因此不能作为细胞边界),伸缩性小。
3.探究植物细胞的吸水和失水实验
(1)选材:洋葱鳞片叶外表皮细胞(有中央大液泡,液泡有颜色易观察)。
(2)实验中三次观察:
①观察细胞原态;②观察质壁分离现象(液泡变小,颜色变深);③观察质壁分离复原现象(液泡变大,颜色变浅)。形成自身前后对照。
(3)发生质壁分离的内因:原生质层伸缩性>细胞壁;外因:外界溶液浓度>细胞液。
(4)发生质壁分离的条件:①活细胞;②有细胞壁和中央大液泡。
(5)该实验的应用:①判断细胞死活;②判断细胞液浓度。
(6)注意事项:①蔗糖溶液浓度不能过大,否则细胞失水过多死亡,则不能再发生质壁分离复原;②若蔗糖改为甘油或KNO3等能进入细胞的物质,则细胞先发生质壁分离,紧接着会自动发生质壁分离复原。
二、被动运输、主动运输和胞吞、胞吐
1.各种物质出入细胞方式的比较
物质出 入细胞 的方式 被动运输 主动 运输 胞吞 胞吐
自由扩散 协助扩散
图例
运输 方向 高浓度→低浓度 低浓度→ 高浓度 胞外→ 胞内 胞内→ 胞外
转运 蛋白 不需要 需要 需要 载体蛋白 不需要(但需要膜上的蛋白质识别)
能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗
举例 O2、CO2、小部分H2O、甘油、乙醇、苯的跨膜运输 人的红细胞吸收葡萄糖、大部分H2O、部分无机盐离子 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 吞噬细胞吞噬抗原 胰岛素、消化酶、抗体的分泌
(1)转运蛋白
(2)主动运输的意义。
细胞通过主动运输来选择吸收所需要的物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质,从而保证细胞和个体生命活动的需要。
(3)胞吞与胞吐。
①对象:蛋白质等大分子物质的运输。
②胞吞、胞吐需要消耗能量,但不需要载体,同时转运的大分子不穿膜。
(4)主动运输和被动运输体现了膜的功能特性:选择透过性;胞吞、胞吐体现了膜的结构特点:具有一定的流动性。
2.影响物质跨膜运输因素的分析
(1)浓度差对物质跨膜运输的影响。
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响。
通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
(4)温度。
三、酶的作用和本质
1.细胞代谢:细胞中的化学反应。
2.对照实验:除作为自变量的因素外,其余因素保持一致,并将结果进行比较的实验。
(1)变量。
自变量:人为控制的对实验对象进行处理的因素;
因变量:因自变量改变而变化的变量;
无关变量:除自变量外,实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素。
(2)组别。
对照组:不作处理的组;实验组:作自变量处理的组。
(3)实验遵循原则:单一变量原则;科学性原则;等量原则;对照原则;平行重复原则。
3.酶的作用机理:降低化学反应的活化能(活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量)。
(1)E1、E2、E3分别表示无机催化剂、无催化剂和酶催化时所需的活
化能。
(2)酶降低的活化能:E2-E3。
(3)酶的催化作用使细胞代谢在温和条件下快速有序进行。
4.酶的本质:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。
5.酶由活细胞产生(几乎所有活细胞都能产生酶),可在细胞外起作用。
四、酶的特性
1.高效性
(1)高效性特指与无机催化剂相比,催化效率更高。
(2)意义:保证了细胞代谢的快速进行。
2.专一性
(1)每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(2)意义:保证了细胞代谢有条不紊地进行。
(3)探究淀粉酶专一性实验。
项目 1号试管 2号试管
步骤 一 2 mL淀粉溶液 2 mL蔗糖溶液
二 加入淀粉酶溶液2 mL,振荡,放在60 ℃左右的热水中,反应约5 min
三 加斐林试剂,水浴加热
现象 砖红色沉淀 无变化
结论 淀粉酶只能催化淀粉水解
注意事项:实验结果只能用斐林试剂检测,不能用碘液。因为碘液不能检测蔗糖是否被水解。
3.作用条件较温和
(1)酶活性:酶催化特定化学反应的能力。
(2)酶活性可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示,化学反应速率通过测定单位时间内反应物的减少量或生成物的增加量
确定。
(3)探究温度对酶活性影响的实验注意事项(一般选用淀粉和淀粉酶进行)。
①不宜选用H2O2进行实验,因为温度影响其分解速率。
②混合前要先对底物和酶分别保温,保证酶和底物在设定温度下进行反应。
③不宜选用斐林试剂对实验结果进行检测,因为需要水浴加热。
(4)探究pH对酶活性影响的实验注意事项(一般选用H2O2和H2O2酶
进行)。
①不宜选用淀粉和淀粉酶进行实验,因为酸会使淀粉分解,同时斐林试剂和碘液的检测也会受pH影响。
②实验时须先对酶进行相应pH处理后再与底物混合。
(5)不同生物体内的酶最适温度不同,低温抑制酶活性;高温破坏酶的空间结构,使酶失活;酶制剂适宜低温保存。
(6)不同生物体内不同种类的酶最适pH不同;过酸、过碱都会破坏酶的空间结构,使酶失活。
4.酶促反应的影响因素
五、细胞的能量“货币”ATP
1.ATP的结构及特点
(1)中文名称:腺苷三磷酸。
(2)结构简式:A—P～P～P(A代表腺苷,P为磷酸基团)。
(3)组成元素:C、H、O、N、P。
(4)特点:远离腺苷的特殊的化学键易断裂,释放出能量。
(5)ATP是生物体的直接能源物质。
2.ATP与ADP的相互转化
ATPADP+Pi+能量
(1)ATP含量少,但ATP与ADP的相互转化迅速,时刻发生并处于动态平衡。
(2)ATP水解所释放的能量用于各项生命活动;ATP合成所需的能量来源于呼吸作用(动植物、人、真菌、大多数细菌)和光能(植物)。
(3)该反应不是可逆反应,因为能量不可逆,所需酶也不同。
(4)放能反应与ATP的合成相联系;吸能反应与ATP的水解相联系。
(5)ATP的供能模式存在于所有生物细胞内,体现了生物界的统一性。
六、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验注意事项
(1)呼吸作用的实质:细胞内的有机物氧化分解,并释放能量。
(2)酵母菌代谢类型:异养兼性厌氧型。
(3)质量分数为10%的NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2,防止其对实验结果造成干扰。
(4)B瓶应封口放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因:消耗完瓶中的O2,保证检验到的CO2来自无氧呼吸。
(5)CO2的检测:CO2+澄清石灰水→变浑浊(浑浊程度与产生的CO2的量有关),CO2+溴麝香草酚蓝溶液→溶液由蓝变绿再变黄(变黄时间与产生的CO2的量有关)。
(6)酒精的检测:酒精+酸性重铬酸钾→溶液由橙色变为灰绿色(酸性重铬酸钾与葡萄糖也能反应,检测前要将葡萄糖消耗完)。
2.对比实验
(1)概念:设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素对实验对象的影响。
(2)对比实验又叫相互对照实验,是对照实验的特殊形式。
七、有氧呼吸
1.过程
项目 第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖 丙酮酸、水 [H]、O2
生成物 丙酮酸、[H]、ATP CO2、[H]、ATP H2O、ATP
能量 少量能量 少量能量 大量能量
2.总反应
3.概念:细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP的过程。
4.特点:过程温和;彻底的氧化分解,无[H]的积累;能量逐步释放,这些能量有相当一部分储存在ATP中,其他以热能形式散失。
八、无氧呼吸
1.过程
第一阶段 葡萄糖→2丙酮酸+4[H]+少量能量
酒精 和CO2 2丙酮酸+4[H] →2酒精+2CO2 大多数植物、酵母菌等
乳酸 2丙酮酸+4[H]→2乳酸 高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等
注意:无氧呼吸第二阶段不产生能量;无氧呼吸产生乳酸的过程不产生CO2。
2.总反应
C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量(酒精发酵)
C6H12O62C3H6O3+少量能量(乳酸发酵)
3.概念:在没有氧气参与的情况下,葡萄糖等有机物经过不完全分解,释放少量能量的过程。
4.特点:不彻底的氧化分解,无[H]的积累;过程温和;只有第一阶段产生能量。
5.细胞呼吸
(1)概念:有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放能量并生成ATP的过程。
(2)意义:①为生物体提供能量;②是生物体代谢的枢纽。
九、影响呼吸速率的因素
1.温度、含水量、CO2浓度对呼吸速率的影响
因素 温度 含水量 CO2浓度
曲线
原理 通过影响酶活性来影响呼吸速率 水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率 CO2是大多数细胞呼吸的最终产物,积累过多会抑制细胞呼吸的进行
应用 低温储存果蔬;大棚夜间适当降低温度,减少呼吸作用对有机物的消耗 种子晒干储存;水果、蔬菜储存时保持一定的湿度 地窖中储存水果、蔬菜
2.O2浓度
(1)A点只进行无氧呼吸,O～H点同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,H点以后只进行有氧呼吸。
(2)B点:总呼吸速率最低,C点为储存果蔬的适宜O2浓度。
(3)E点:有氧呼吸CO2释放量=无氧呼吸CO2释放量。DE=EF,此时葡萄糖消耗量:有氧呼吸∶无氧呼吸=1∶3。
(4)应用:破伤风芽孢杆菌是厌氧菌,保持伤口透气能抑制其繁殖;果蔬储存条件:低温低氧,一定湿度;种子储存条件:低温、低氧、干燥。
十、捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离实验
(1)实验原理。
色素提取的原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
色素分离的原理:各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。
(2)二氧化硅的作用:有助于研磨得充分;碳酸钙的作用:防止研磨中色素被破坏;研磨后过滤用的是单层尼龙布。
(3)分离色素的注意事项:①不能让滤液细线触及层析液;②层析液有毒、易挥发,要加盖。
(4)实验结果。
2.色素分布的部位:类囊体薄膜;光合作用相关酶的存在部位:类囊体薄膜和叶绿体基质。
3.恩格尔曼的实验
(1)实验步骤:
(2)实验结论:O2是叶绿体释放的,叶绿体是光合作用的场所。
十一、光合作用的原理
1.概念:绿色植物通过叶绿体,利用光能,将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
2.化学反应式:CO2+H2O(CH2O)+O2。
3.鲁宾和卡门的实验证明光合作用中的O2来自水。
4.卡尔文的实验探明了CO2中碳的转移途径:CO2→C3→(CH2O)。
5.光合作用的过程
(1)光反应阶段。
①反应场所:类囊体薄膜。
②反应条件:色素、光、多种酶。
③
④能量转化:光能ATP、NADPH中的化学能。
(2)暗反应阶段。
①反应场所:叶绿体基质。
②反应条件:多种酶。
③物质变化
④能量转化:ATP、NADPH中的化学能有机物中的化学能。
6.光反应为暗反应提供ATP和NADPH;暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+。
7.光合作用中的能量转化:光能→ATP、NADPH中的化学能→有机物中的化学能。
8.条件变化引起的物质变化
条件变化 NADPH、ATP C3 C5
停止光照 减少 增加 减少
停止CO2供应 增加 减少 增加
十二、光合作用原理的应用
1.光合作用强度:植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2.影响光合速率(光合作用强度)的因素
(1)光照强度。
①C点:光合速率为0,细胞只进行呼吸作用。
②CD段:光合速率<呼吸速率,有机物减少。
③D点:光合速率=呼吸速率,光补偿点,有机物总量不变。
④D点之后:光合速率>呼吸速率,有机物增加。
⑤E点:光合速率最大,对应的F点为光饱和点。
(2)CO2浓度。
①D点:开始进行光合作用,A点是进行光合作用的最低CO2浓度。
②E点:CO2补偿点,光合速率=呼吸速率。
③F点:光合速率最大,G点为CO2饱和点。
应用:行间通风,施用农家肥。
(3)温度。
①原理:通过影响酶的活性来影响光合作用强度。
②应用:适当增加大棚内昼夜温差,白天适当升温,夜晚适当降温等。
(4)夏季昼夜光合作用图。
①接受光照时段:BH段。
②光合速率最大的点:D点。
③有机物积累最多的点:G点。
④DE段形成原因:正午温度过高,气孔关闭,CO2无法进入叶肉细胞,使暗反应受限制。
(5)多因素曲线图。
P点受横坐标因素影响,Q点不受横坐标因素影响,受不同曲线所代表的因素限制。
专题四 细胞的生命历程
[考试要求]
1.描述细胞通过不同的方式进行分裂,其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。
2.说明在个体发育过程中,细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化,形成了复杂的多细胞生物体。
3.描述在正常情况下,细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程。
[知识清单]
一、细胞的增殖
1.细胞增殖
(1)细胞不能无限长大的原因:细胞体积越大,相对表面积越小,物质运输效率越低。
(2)概念:细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。
(3)意义:是重要的细胞生命活动,是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
(4)特点:具有周期性。
2.细胞周期
(1)概念:连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止。
(2)细胞周期
(3)分裂间期:物质准备——完成DNA分子的复制和有关蛋白质的
合成。
①染色质完成复制,形成染色单体,但染色体数不变。
②G1期:与DNA复制有关的蛋白质合成;S期:DNA复制;G2期:与细胞分裂有关的蛋白质合成。
3.有丝分裂
(1)植物细胞有丝分裂过程。
前期:“两消两现体散乱”①两消:核仁逐渐解体,核膜逐渐消失;②两现:细胞两极发出纺锤丝,形成纺锤体;染色质变为染色体;③体散乱:染色体散乱分布。
中期:“形定数晰粒在板”①染色体形态稳定,数目清晰,是观察染色体的最佳时期;②着丝粒排列在赤道板位置。(赤道板是位置,不是实际存在的实物)
后期:“粒裂数加均两极”①着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,染色体数目加倍,均匀移向细胞两极;②每条新形成的子染色体不再有姐妹染色单体。
末期:“两消两现重建壁”①两消:染色体变为染色质;纺锤体消失;②两现:核膜、核仁重现;③重建壁:赤道板位置出现细胞板,并逐渐扩展形成新的细胞壁。
(2)动植物细胞有丝分裂主要区别。
项目 植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂
前期(形成纺锤体的方式) 从细胞两极发出纺锤丝,形成纺锤体 中心粒发出星射线,形成纺锤体
续 表
项目 植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂
末期(细胞质分裂方式) 由细胞板形成新细胞壁,一个细胞分裂成两个子细胞 细胞膜从中部向内凹陷,细胞缢裂成两部分
(3)相关细胞器:核糖体、线粒体、高尔基体、中心体。
(4)意义:将亲代细胞的染色体经过复制(关键是DNA的复制)之后,精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA,因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性。
(5)癌细胞:遗传物质发生变化,连续分裂的恶性增殖细胞。
(6)DNA和染色体的数量变化。
项目 间期 前期 中期 后期 末期
染色体数 2N 2N 2N 2N→4N 4N→2N
核DNA数 2N→4N 4N 4N 4N 4N→2N
每条染色体 上的DNA数 1→2 2 2 2→1 1
染色单体数 0→4N 4N 4N 0 0
4.无丝分裂
(1)过程:细胞核延长→核缢裂→质缢裂→形成子细胞。
(2)特点:不出现纺锤丝和染色体的变化(DNA发生了复制)。
(3)实例:蛙的红细胞。
5.观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
(1)实验原理:各个细胞的分裂是独立进行的,染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液或醋酸洋红液)染成深色。
(2)选材:根尖或芽尖分生区细胞(细胞呈正方形,排列紧密);分裂期占分裂周期比值大的细胞。
(3)装片制作步骤:解离→漂洗→染色→制片。
(4)观察:首先找分裂中期的细胞。
①观察到的是死细胞,不能看到连续的分裂过程。
②细胞周期中不同时期持续时间长短与处于该时期的细胞数呈正
相关。
二、细胞的分化
1.细胞分化及其意义
(1)概念:在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
(2)特点:持久性;稳定性;不可逆性;普遍性。
(3)意义:①是生物个体发育的基础;②使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高生物体各种生理功能的效率。
(4)实质:基因的选择性表达(遗传信息的表达情况不同)。
2.细胞的全能性
(1)概念:细胞经分裂和分化后,仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
(2)植物细胞可通过植物组织培养表现出全能性,动物细胞目前只有细胞核表现出全能性。
(3)未分化的细胞,如受精卵、动物和人的早期胚胎细胞、植物体的分生组织细胞也具有全能性。
(4)基础(原因):细胞中含有该生物物种的全部遗传信息。
(5)全能性大小比较。
①不同物种:动物细胞<植物细胞。
②不同分化程度:分化程度越高,分裂能力越弱,全能性越低;受精卵>干细胞(全能干细胞>多能干细胞>专能干细胞)>生殖细胞>体细胞。
③分裂能力:分裂能力越强,全能性越高;分生区细胞>成熟区细胞。
三、细胞的衰老和死亡
1.细胞衰老的特征
(1)一大一小:细胞核的体积增大,核膜内折,染色质收缩、染色加深;细胞体积变小。
(2)一多一少:色素积累增多,妨碍细胞内物质的交流和传递(如:老年斑的出现);水分减少(如:皱纹的出现)。
(3)两低两慢:酶活性降低(如:白头发的出现);细胞膜通透性改变,使物质运输功能降低(如:老年人吸收能力差);呼吸速率减慢(如:老年人无力);新陈代谢速率减慢。
2.细胞衰老的原因
(1)自由基学说。
①自由基:异常活泼的带电分子或基团。
②机制。
(2)端粒学说。
端粒:染色体的两端具有特殊序列的DNA—蛋白质复合体。
3.细胞衰老与个体衰老的关系
(1)关系:单细胞生物个体衰老或死亡=细胞衰老或死亡;多细胞生物个体衰老=组成个体的细胞普遍衰老。
(2)细胞随分裂次数的增多而衰老。
4.细胞死亡:包括细胞凋亡和细胞坏死。
5.细胞凋亡
(1)概念:由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。(程序性死亡)
(2)意义。
①有利于多细胞生物体完成正常发育;如:人体胚胎时期尾的消失、蝌蚪尾的消失、胎儿手的发育过程中手指连接处细胞的消失。
②有利于维持内部环境的稳定;如:细胞的自然更新。
③抵御外界各种因素的干扰。如:清除被病原体感染的细胞。
6.细胞自噬
(1)概念:在一定条件下,细胞会将受损或功能退化的细胞结构等,通过溶酶体降解后再利用。
(2)意义:①处于营养缺乏条件下的细胞,通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量。
②清除受损或衰老的细胞器,以及感染的微生物和毒素,从而维持细胞内部环境的稳定。
③有些激烈的细胞自噬,可能诱导细胞凋亡。
专题五 遗传的基本规律
[考试要求]
1.说明进行有性生殖的生物体,其遗传信息通过配子传递给子代。
2.阐明有性生殖中基因的分离和自由组合使得子代的基因型和表型有多种可能,并可由此预测子代的遗传性状。
[知识清单]
一、分析孟德尔遗传实验的科学方法
1.豌豆用作遗传实验材料的优点
(1)自花传粉,自然状态下为纯种。
(2)有易于区分的性状,且能稳定遗传给后代。相对性状:一种生物的同一种性状的不同表现类型。
(3)花较大,生长周期短,易栽培,籽粒多。
2.人工异花传粉的步骤
去除未成熟花的雄蕊套袋传粉再套袋
注意事项:
(1)在花蕊成熟前(花蕾期)去除母本的雄蕊。
(2)套袋的作用:防止其他花粉干扰。
(3)传粉时,提供花粉的植株为父本,接受花粉的为母本。
3.研究方法:假说—演绎法。
二、相关概念
1.性状类
(1)性状: 指生物的形态结构、生理和行为习惯等具有的各种特征。形态特征(如豌豆种子的颜色、形状),生理特征(如人的ABO血型,植物的抗病性、耐寒性),行为特征(如狗的攻击性、服从性)。
(2)相对性状: 一种生物的同一种性状的不同表现类型 (简记为“两同一不同”)。如:狗的卷毛与直毛、人的单眼皮和双眼皮。
(3)显性性状: 具有一对相对性状的纯合亲本杂交,F1中显现出来的性状。
(4)隐性性状:具有一对相对性状的纯合亲本杂交,F1中未显现出来的性状。
(5)性状分离: 杂种后代中同时出现显性性状和隐性性状的现象。
2.交配类
(1)杂交: 基因型不同的个体间交配。
(2)自交:同一个体或基因型相同的个体间交配。
(3)测交: 杂合子与隐性纯合子杂交或F1与隐性纯合子杂交。
(4)正交和反交是一对相反的概念: 若正交是母本为高茎豌豆与父本为矮茎豌豆杂交,则反交是母本为矮茎豌豆与父本为高茎豌豆杂交。
(5)自由交配:雌雄个体之间随机交配,不受基因型限制。
(6)自交和自由交配示例。
某植物种群中,AA∶Aa的个体数之比为1∶2。
①该种群植物自交,后代中AA、Aa和aa基因型个体所占的比例。
②该种群植物自由交配,后代中AA、Aa和aa基因型个体所占的比例。
♀ 2/3A 1/3a
2/3A 4/9AA 2/9Aa
1/3a 2/9Aa 1/9aa
3.基因类
(1)显性基因:控制显性性状的基因,用大写字母表示。
(2)隐性基因:控制隐性性状的基因,用小写字母表示。
(3)相同基因:同源染色体相同位置上控制同一性状的基因,如基因A与A。
(4)等位基因:杂合子中,在一对同源染色体相同位置上控制相对性状的基因,如图中的基因B与b。
(5)非等位基因:有两种,一种是位于同源染色体上的非等位基因,如A与B,另一种是位于非同源染色体上的非等位基因,如A与C。
4.符号类
亲本 母本 父本 子一 代 子二 代 子n 代 纯合 子 杂合 子 自交 杂交
P ♀ F1 F2 Fn AA或 aa Aa ×
5.其他
(1)自花传粉:一朵花的花粉落到同一朵花的柱头上,从而完成受粉的方式。
(2)闭花受粉:如豌豆等植物在未开花之前已完成受粉的现象。
(3)表型:生物个体表现出来的性状,也叫表现型。
(4)基因型:与表型有关的基因组成。
(5)杂合子:同源染色体上同一位点基因组成不同的个体,如Aa。
(6)纯合子:同源染色体上同一位点基因组成相同的个体,如AA。
三、基因的分离定律
1. 孟德尔通过假说—演绎法得出分离定律的过程
2.分离定律
(1)内容:在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子时,成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。
(2)发生时间:形成配子时(减数分裂Ⅰ后期)。
3.性状分离比的模拟实验
(1)甲、乙两个小桶模拟:雌、雄生殖器官。
(2)小桶内的彩球模拟:雌、雄配子。
(3)不同彩球的随机组合模拟:雌、雄配子的随机结合。
(4)注意事项。
①甲桶或乙桶中的两种球的数量必须相等;但甲、乙两桶中球的总量不一定相等。
②每次取出的球要放回桶中,重复次数越多,结果越准确。
四、分离定律的应用
1.显隐性判断
(1)若A×B后代全部为A,则A为显性。(显性性状的定义)
(2)若A×A后代既有A又有B,则A为显性。(性状分离)
2.纯合子和杂合子的判断:鉴别动物是否为纯合子,可用测交法;鉴别植物是否为纯合子,可用自交法、测交法和花粉鉴定法,自交法最简便。
3.获得纯种的方法:提高作物中优良品种的纯度,常用连续自交法。
五、基因的自由组合定律
1.孟德尔通过假说—演绎法得出自由组合定律的过程
2.自由组合定律
(1)内容:控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的;在形成配子时,决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离,决定不同性状的遗传因子自由组合。
(2)发生时间:形成配子时(减数分裂Ⅰ后期)。
(3)特点。
①同时性:分离和组合同时发生。
②独立性:分离和组合互不干扰。
六、自由组合定律的应用
1.通过拆分性状法进行基因型的推导
已知亲本求后代、已知后代求亲本。
2.人类遗传病组合患病概率计算
患遗传病甲的概率是a,患遗传病乙的概率是b,则:
(1)只患甲病的概率为a×(1-b)。
(2)只患乙病的概率为b×(1-a)。
(3)不患病的概率为(1-a)×(1-b)。
(4)同时患两种病的概率为a×b。
专题六 基因和染色体的关系
[考试要求]
1.阐明减数分裂产生染色体数量减半的精细胞或卵细胞。
2.概述性染色体上的基因传递和性别相关联。
[知识清单]
一、减数分裂
1.精子(卵细胞)形成的场所:睾丸(卵巢)。
2.精原细胞(卵原细胞):原始的雄性(雌性)生殖细胞,可进行减数分裂形成生殖细胞,还可进行有丝分裂进行增殖。
3.减数分裂的过程
(1)间期:精原细胞体积增大,完成DNA的复制和蛋白质的合成,即染色体复制,成为初级精母细胞。(间期不属于减数分裂)
(2)减数分裂Ⅰ。
①前期:同源染色体进行联会,形成四分体,四分体中的非姐妹染色单体可能出现互换。
a.同源染色体:配对的两条染色体,一条来自父方,一条来自母方,形状、大小一般相同;
b.联会:同源染色体两两配对;
c.四分体:联会后的每对同源染色体有四条染色单体。
②中期:同源染色体整齐排列在赤道板两侧,每条染色体的着丝粒都附着在纺锤丝上。
③后期:同源染色体分离,移向细胞两极;非同源染色体自由组合。减数分裂Ⅰ完成后:初级精母细胞→次级精母细胞(2个);每个细胞中的染色体数目减半。
(3)减数分裂Ⅱ。
对于二倍体而言,次级精母细胞中不含同源染色体。
①前期:染色体散乱分布。
②中期:着丝粒整齐排列在赤道板上。
③后期:着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,染色体数目加倍,均匀移向细胞两极。
4.不同时期染色体的变化
(1)染色体复制发生在:减数分裂Ⅰ前的间期。
(2)同源染色体的联会发生在:减数分裂Ⅰ前期。
(3)同源染色体分离发生在:减数分裂Ⅰ后期。
(4)染色体着丝粒分裂发生在:减数分裂Ⅱ后期。
(5)染色体数目减半发生在:减数分裂Ⅰ完成时。
(6)DNA数目减半发生在:减数分裂Ⅰ完成时及减数分裂Ⅱ完成时。
5.精子和卵细胞形成的异同点
比较 精子形成 卵细胞形成
场所 睾丸 卵巢
细胞质分配 均分 不均分
续 表
比较 精子形成 卵细胞形成
结果 1个精原细胞→ 4个精细胞 1个卵原细胞→ 1个卵细胞+3个极体
是否变形 变形 不变形
相同点 都是染色体复制一次,细胞连续分裂两次,成熟生殖细胞内染色体数目比原始生殖细胞的减少一半
6.减数分裂的概念:减数分裂是进行有性生殖的生物,在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。在减数分裂前,染色体复制一次,而细胞在减数分裂过程中连续分裂两次。减数分裂的结果是,成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。
7.有丝分裂和减数分裂图像对比分析
8.观察蝗虫精母细胞减数分裂装片
(1)选材:雄性个体生殖器官。
(2)装片中为死细胞,不能观察连续的减数分裂过程。
二、受精作用
1.配子中染色体组合的多样性的原因
(1)同源染色体分离,非同源染色体自由组合。
(2)四分体时期,同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生互换。
2.配子来源判断:同为同一次,补为同一初(两配子染色体相同,则来自同一次级精母细胞;两配子染色体“互补”,则来自同一初级精母
细胞)。
3.受精作用
(1)概念:卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。识别的基础:糖蛋白;融合的基础:细胞膜的流动性。
(2)实质:精子的细胞核和卵细胞的细胞核融合的过程。
(3)结果:受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目,保证了物种染色体数目的稳定,其中有一半染色体来自精子(父方),另一半来自卵细胞(母方)。
注意:受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞,受精卵迅速分裂、分化。
(4)个体多样性的原因:
①配子具有多样性。
②雌雄配子随机结合。
4.减数分裂和受精作用的意义
(1)保证了每种生物前后代染色体数目的恒定,维持了生物遗传的稳定性。
(2)使同一双亲的后代呈现多样性,有利于生物在自然选择中进化。
5.染色体和核DNA数量变化(设正常体细胞中染色体数为2N)
项目 间期 减Ⅰ前 减Ⅰ中 减Ⅰ后 减Ⅱ前 减Ⅱ中 减Ⅱ后 配子
染色体数 2N 2N 2N 2N N N 2N N
核DNA数 2N→ 4N 4N 4N 4N 2N 2N 2N N
染色 单体数 0→ 4N 4N 4N 4N 2N 2N 0 0
三、基因在染色体上
1.萨顿的假说
(1)实验材料:蝗虫。
(2)内容:基因(遗传因子)是由染色体携带着从亲代传递给下一代的(基因在染色体上)。
(3)依据:基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。
①基因在杂交过程中保持完整性和独立性,染色体在配子形成和受精过程中也是。
②体细胞中染色体和基因都成对存在,配子中都只有成对中的一条或一个。
③体细胞中成对的基因和同源染色体都是一个来自父方,一个来自
母方。
④非等位基因和非同源染色体在形成配子时都存在自由组合。
2.摩尔根通过假说—演绎法证明基因在染色体上
(1)实验材料:果蝇;优点:相对性状多而且明显、易饲养、繁殖快、染色体少易观察。
(2)果蝇的染色体组成:
雄果蝇:6条常染色体+XY(异型)或3对常染色体+XY(异型)。
雌果蝇:6条常染色体+XX(同型)或3对常染色体+XX(同型)。
(3)实验现象解释的验证方法:测交。
遗传图解:
(4)实验结果:子一代雌果蝇全为红眼,雄果蝇全为白眼,验证了控制果蝇红眼与白眼的基因位于X染色体上
(5)实验结论:控制果蝇眼色的基因在X染色体上基因在染色体上。
(6)摩尔根的研究方法:假说—演绎法。
3.基因与染色体的关系:一条染色体上有多个基因;基因在染色体上呈线性排列。
4.基因分离定律的实质:在杂合子的细胞中,位于一对同源染色体上的等位基因,具有一定的独立性;在减数分裂形成配子的过程中,等位基因会随同源染色体的分开而分离,分别进入两个配子中,独立地随配子遗传给后代。
5.基因自由组合定律的实质:位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的;在减数分裂过程中,同源染色体上的等位基因彼此分离的同时,非同源染色体上的非等位基因自由组合。
(1)分离和组合同时发生,都是在减数分裂Ⅰ后期。
(2)只有位于非同源染色体上的非等位基因才能进行自由组合。
四、伴性遗传
1.概念:决定基因位于性染色体上,在遗传上总是和性别相关联的
现象。
2.伴X染色体隐性遗传
(1)伴X染色体隐性遗传(如红绿色盲)的各种基因型:
项目 女性 男性
基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
表型 正常 正常 (携带) 色盲 正常 色盲
(2)伴X染色体隐性遗传(如红绿色盲)的特点有:
①男患者多于女患者。
②交叉遗传:男性红绿色盲基因只能从母亲那里传来,以后只能传给女儿。女性色盲患者的父亲和儿子均患病。
③一般为隔代遗传:第一代和第三代有病,第二代一般为色盲基因携带者。
(3)红绿色盲的各种基因型的婚配结果:
亲本组合 子代
基因型 表型
XBXB×XBY XBXB、XBY 正常
XBXB×XbY XBXb、XBY 正常
XBXb×XbY XBXb、XbXb、XBY、XbY 男正∶女正∶男色盲∶女色盲=1∶1∶1∶1
XBXb×XBY XBXB、XBXb、XBY、XbY 正常∶色盲=3∶1(色盲只有男性)
XbXb×XBY XBXb、XbY 正常∶色盲=1∶1(正常全为女性、色盲全为男性)
XbXb×XbY XbXb、XbY 全为患病
3.伴X染色体显性遗传(抗维生素D佝偻病)特点:患者中女性多于男性;但部分女患者病症较轻。具有世代延续性;男患者的母亲和女儿一定患病。
4.伴Y染色体遗传
(1)基因位置:致病基因在Y染色体上,在X染色体上无等位基因,无显隐性之分。患者基因型可表示:XYM。
(2)遗传特点:患者均为男性,且“父→子,子→孙”。
5.生物的性别决定方式
(1)性染色体决定型。
①XY决定型:雄性为XY,雌性为XX。如:人、果蝇。
②ZW决定型:雌性为ZW,雄性为ZZ。如:鸟类。
(2)染色体数决定型:如蜜蜂的雄蜂由卵细胞直接发育而来,为单倍体。
6.伴性遗传理论在实践中的应用
要想使后代可以通过性状判断性别,要用同型(如XX或ZZ)的隐性和异型(如XY或ZW)的显性进行杂交。
专题七 基因的本质及表达
[考试要求]
1.概述多数生物的基因是 DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在 RNA 分子上。
2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息。
3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
4.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因选择性表达的结果,生物的性状主要通过蛋白质表现。
5.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。
[知识清单]
一、DNA是主要的遗传物质
1.肺炎链球菌的转化实验
(1)肺炎链球菌类型的比较。
类型 荚膜 菌落表面 毒性 是否致病
R型 无 粗糙 无 否
S型 有 光滑 有 是
(2)格里菲思的体内转化实验。
①过程与结果。
②实验结论:已经加热致死的S型细菌,含有转化因子,可促使R型活细菌转化为S型活细菌。(没有证明转化因子是什么)
(3)艾弗里及其同事的体外转化实验。
①过程与结果。
组别 处理步骤 结果
第一组 S型细菌的细胞提取物,不做处理 加入有R型活细菌的培养基中,混合后培养 R+S
第二组 S型细菌的细胞提取物+蛋白酶 R+S
第三组 S型细菌的细胞提取物+RNA酶 R+S
第四组 S型细菌的细胞提取物+酯酶 R+S
第五组 S型细菌的细胞提取物+DNA酶 R
②实验结论: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。
③实验设计原理:减法原理。
2.噬菌体侵染细菌的实验
(1)科学家:赫尔希和蔡斯。
(2)实验方法:同位素标记法。
(3)材料:T2噬菌体(专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,组成:蛋白质外壳+DNA)。
(4)实验过程与结果。
①标记T2噬菌体:在含有放射性同位素35S和32P的培养基中分别培养大肠杆菌→用标记后的大肠杆菌培养T2噬菌体→得到蛋白质含35S标记或DNA含32P标记的噬菌体。(不能用培养基直接培养噬菌体)
②用含同位素标记的噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌,搅拌、离心后结果如下:
项目 含35S的噬菌体 侵染大肠杆菌 含32P的噬菌体 侵染大肠杆菌
上清液 放射性高 放射性低
沉淀物 放射性低 放射性高
细菌裂解后释放出 的T2噬菌体 检测不到35S标记的 蛋白质 检测到32P标记 的DNA
(5)实验结论:DNA是噬菌体的遗传物质。
(6)注意:艾弗里的体外转化实验可以证明蛋白质不是遗传物质,噬菌体侵染大肠杆菌实验不可以证明。
(7)实验误差分析。
①32P标记DNA时上清液出现较高放射性的原因:保温时间过短或过长。
②35S标记蛋白质时沉淀物出现较高放射性的原因:搅拌不充分。
3.烟草花叶病毒的感染实验
(1)实验过程及结果。
(2)实验结论:烟草花叶病毒中RNA是遗传物质。
4.绝大多数生物的遗传物质是DNA,DNA是主要的遗传物质。
二、DNA的结构
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)建立者:沃森和克里克。
(2)建立过程。
①威尔金斯和富兰克林:应用X射线衍射技术获得高质量DNA衍射图谱→DNA呈螺旋结构。
②查哥夫:DNA中A=T,C=G。
③沃森和克里克:构建DNA双螺旋结构——碱基在内,脱氧核糖—磷酸骨架在外,A与T配对,C与G配对,两条链方向相反。
2.DNA的结构
(1)结构层次。
①组成元素:C、H、O、N、P。
②基本单位:4种脱氧核苷酸。
③平面结构:两条脱氧核苷酸链反向平行。
④空间结构:双螺旋结构。
(2)特点。
①两条链反向平行,盘旋成双螺旋结构。
②脱氧核糖和磷酸交替连接(磷酸二酯键),排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。
③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,遵循碱基互补配对原则(A与T之间形成2个氢键,C与G之间形成3个氢键)。
3.DNA分子中的碱基计算
在双链DNA中,设一条链上的各种碱基数量分别为A1、T1、C1、G1,另一条链上的分别为A2、T2、C2、G2。
(1)规律一:A=T,C=G,因此A+C=T+G=A+G=T+C。
(2)规律二:与互为倒数,=1(“+”前后碱基不互补)。
(3)规律三:==(“+”前后碱基互补)。
(4)规律四:A%=。
三、DNA的复制
1.DNA半保留复制的实验证据
(1)实验方法:同位素标记法(15N不具有放射性)、离心技术。
(2)实验过程。
①用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌,让大肠杆菌繁殖若干代。
②将大肠杆菌转移到含14NH4Cl的普通培养液中培养。
③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。
④将提取的DNA进行离心,记录离心后试管中DNA的位置。
(3)实验结果及结论。
①实验结果:亲代DNA只出现在重带,子一代只出现在中带,子二代出现在中带和轻带。
②实验结论:DNA的复制是以半保留的方式进行的。
2.DNA复制的过程
(1)概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
(2)时间:细胞分裂前的间期,随着染色体的复制而完成。
(3)场所:细胞核(主要)、线粒体、叶绿体。
(4)过程。
①解旋:解旋酶作用于氢键,使双链解开(消耗ATP)。
②合成子链:DNA聚合酶以每条母链为模板,遵循碱基互补配对原则,沿着5′→3′方向合成子链。
③形成子代DNA:每条新链与模板链盘绕成双螺旋结构,形成新的DNA。
(5)条件。
①模板:DNA的两条链。
②原料:4种游离的脱氧核苷酸。
③能量。
④酶:解旋酶、DNA聚合酶等。
(6)结果:1个DNA→2个完全相同的DNA,通过细胞分裂分配到子细
胞中。
(7)特点。
①半保留复制。
②边解旋边复制。
③真核生物多起点复制。
(8)DNA精确复制的原因。
①DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。
②通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
(9)意义:将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,保持了遗传信息的连续性。
3.DNA复制的相关计算
将1个全部被15N标记的DNA分子(亲代)转移到14N的培养基中培养
n代。
(1)DNA分子数。
子n代DNA分子数:2n个;
含15N的DNA分子数:2个;
只含15N的DNA分子数:0个;
含14N的DNA分子数:2n个;
只含14N的DNA分子数:2n-2个。
(2)脱氧核苷酸链数。
子n代脱氧核苷酸链数:2n+1条;
含15N标记的链:2条;
含14N标记的链:2n+1-2条。
(3)消耗脱氧核苷酸数。
已知该DNA中含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸,则:
①复制n次,DNA增加2n-1个,消耗腺嘌呤脱氧核苷酸m·(2n-1)个。
②第n次复制,DNA增加2n-1个,消耗腺嘌呤脱氧核苷酸m·2n-1个。
四、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1.基因的本质:基因通常是有遗传效应的DNA片段。不是任何一个DNA片段都是基因。
2.一个DNA分子上有许多个基因, 每一个基因都是特定的DNA片段,有着特定的遗传效应。
3.DNA分子能够储存足够量的遗传信息;遗传信息蕴藏在DNA的4种碱基的排列顺序中。
(1)多样性:碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性。
(2)特异性:碱基特定的排列顺序,构成了每一个DNA分子的特异性。
(3)DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
4.人类基因组计划测定的是24条染色体(22条常染色体+X染色体+Y染色体)上DNA的碱基序列。
5.有些病毒的遗传物质是RNA,如人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)、流感病毒等。对这类病毒而言,基因就是有遗传效应的RNA片段。
6.基因、DNA和染色体的关系
五、遗传信息的转录
1.概念:RNA是在细胞核中,通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的,这一过程叫作转录。
2.场所:细胞核(主要)、线粒体、叶绿体。
3.过程
(1)配对原则:A-U,T-A,C-G,G-C。
(2)新合成RNA的延伸方向:5′→3′;读取的模板链方向:3′→5′。
4.特点:边解旋边转录。
5.产物:mRNA(信使RNA)、tRNA(转运RNA)、rRNA(核糖体RNA)。
六、遗传信息的翻译
1.概念:游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
2.密码子
(1)概念:mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基叫作1个密码子。
(2)种类:64种。
(3)特点。简并性:一种氨基酸对应一种或几种密码子,一种密码子只能决定一种氨基酸;通用性:地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码。
3.反密码子
(1)位置:tRNA。
(2)特点:特异性,一种tRNA只能转运一种氨基酸,一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。
(3)tRNA并非仅由 3个核糖核苷酸(碱基)构成,而是含有多个核糖核苷酸(碱基)。
(4)tRNA 3′端为—OH端,连接氨基酸。
(5)反密码子的读取方向:由氨基酸连接端开始读(由长臂端向短臂端读取)。
(6)tRNA中含有碱基对,所以有氢键。
4.密码子与反密码子的比较
项目 密码子 反密码子
位置 mRNA tRNA
作用 直接决定蛋白质中 氨基酸的序列 识别密码子,转运氨基酸
特点 与DNA模板链上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补
5.翻译
(1)场所:细胞质中的核糖体上。
(2)过程。
①起始:mRNA与核糖体结合。
②运输:tRNA将氨基酸运送至特定位置(一个核糖体与mRNA的结合部位有2个tRNA结合位点)。
③延伸:核糖体沿着mRNA移动,氨基酸通过脱水缩合连接成肽链。
④终止:核糖体遇到mRNA的终止密码子,合成终止。
⑤脱离:肽链从核糖体与mRNA的复合物上脱离。
(3)条件。
①模板:mRNA。②原料:游离的氨基酸。③能量。④转运工具:tRNA。⑤酶。
(4)配对原则:A-U,U-A,C-G,G-C。
(5)遗传信息的传递方向:mRNA→蛋白质,读取的mRNA方向:5′→3′。
(6)产物:具有特定氨基酸顺序的肽链。
(7)特点。
①一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成(意义:少量的mRNA分子可以迅速合成大量蛋白质)。
②原核生物可以边转录边翻译。
6.碱基与氨基酸数量关系
七、DNA复制、转录和翻译过程的对比
项目 DNA复制 转录 翻译
时间 细胞分裂前的间期 生长发育全过程
场所 主要是细胞核、线粒体、叶绿体 细胞质的核糖体上
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 21种氨基酸
酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶
能量 ATP ATP ATP
原则 A—T,T—A, C—G,G—C A—U,T—A, C—G,G—C A—U,U—A, C—G,G—C
续 表
项目 DNA复制 转录 翻译
特点 半保留复制、 边解旋边复制 边解旋边转录 一个mRNA可结 合多个核糖体,同 时合成多条肽链
产物 子代DNA分子 mRNA、tRNA、 rRNA 肽链(蛋白质)
方向 5′端→3′端延伸 5′端→3′端延伸 从短肽链到长肽链
信息 传递 DNA→DNA DNA→RNA mRNA→蛋白质
八、中心法则
1.提出者:克里克。
2.内容
(1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递。
(2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递。
3.判断信息流动具体过程的方法:看模板、看产物、看条件。
4.DNA、RNA是信息的载体,蛋白质是信息的表达产物,ATP为信息的流动提供能量。生命是物质、能量和信息的统一体。
九、基因表达与性状的关系
1.基因表达产物与性状的关系
(1)间接途径:基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。
(2)直接途径:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2.基因的选择性表达与细胞分化
(1)细胞分化的本质:基因的选择性表达。
(2)细胞分化前后,不变的是DNA、tRNA、rRNA种类及细胞数目;变化的是mRNA和蛋白质的种类及细胞的形态、结构、功能。
(3)基因分类。
①管家基因:在所有细胞中都表达,指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的,如核糖体蛋白基因。
②奢侈基因:只在某类细胞中特异性表达,如胰岛素基因。
3.表观遗传
(1)概念:生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。
(2)特点:碱基序列不变、可遗传、可逆性和普遍性。
(3)类型:DNA甲基化、染色体的组蛋白甲基化和乙酰化修饰。(甲基化一般抑制表达,乙酰化一般促进表达)
专题八 变异及进化
[考试要求]
1.概述碱基的替换、插入或缺失会引发基因中碱基序列的改变。
2.阐明基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化,甚至带来致命的后果。
3.描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下,基因突变概率可能提高,而某些基因突变能导致细胞分裂失控,甚至发生癌变。
4.阐明进行有性生殖的生物在减数分裂过程中,染色体所发生的自由组合和交叉互换,会导致控制不同性状的基因重组,从而使子代出现变异。
5.举例说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变甚至死亡。
6.举例说明人类遗传病是可以检测和预防的。
7.尝试通过化石记录、比较解剖学和胚胎学等事实,说明当今生物具有共同的祖先。
8.尝试通过细胞生物学和分子生物学等知识,说明当今生物在新陈代谢、DNA的结构与功能等方面具有许多共同特征。
9.举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
10.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。
11.说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
12.概述现代生物进化理论以自然选择学说为核心,为地球上的生命进化史提供了科学的解释。
13.阐述变异、选择和隔离可导致新物种形成。
[知识清单]
一、基因突变
1.概念:DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失,而引起的基因碱基序列的改变。
2.结果:产生新的基因。
3.发生时间:一般为分裂前的间期。
4.遗传情况:若发生在配子中,将遵循遗传规律传递给后代;若发生在体细胞中,一般不能遗传,也可通过无性生殖遗传。
5.原因
(1)内因:DNA复制偶尔发生错误等。
(2)外因。
物理因素:如紫外线、X射线及其他辐射等;
化学因素:亚硝酸盐、碱基类似物等;
生物因素:如某些病毒的遗传物质影响宿主细胞的DNA等。
6.特点:普遍性;低频性;多害少利性;随机性(可发生在生物个体发育的任何时期,可以发生在细胞内不同的DNA分子上,以及同一个DNA分子的不同部位);不定向性(一个基因可以发生不同的突变,产生一个以上的等位基因)。
7.意义:产生新基因的途径;生物变异的根本来源;为生物的进化提供原材料。
8.基因突变的实例—镰状细胞贫血
(1)可用显微镜观察红细胞形状确认。正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状,而镰状细胞贫血患者的红细胞是弯曲的镰刀状。
(2)直接原因:组成血红蛋白的一个谷氨酸被替换成了缬氨酸,从而使血红蛋白结构改变。
(3)根本原因:血红蛋白基因中一个碱基对发生替换。
9.细胞的癌变
(1)原癌基因。
①作用:表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的。
②导致癌变的原因:这类基因突变或过量表达导致相应蛋白质活性过强。
(2)抑癌基因。
①作用:表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖,或者促进细胞凋亡。
②导致癌变的原因:这类基因突变导致相应蛋白质活性减弱或失去
活性。
(3)癌细胞的特点。
能够无限增殖;形态结构发生显著变化;糖蛋白减少,细胞间黏着性降低,易在体内分散和转移。
(4)癌症的发生并不是单一基因突变。
二、基因重组
1.概念:在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合。
2.时间:形成配子时。
3.类型
(1)自由组合型:非同源染色体上非等位基因自由组合(减数分裂Ⅰ后期)。
(2)互换型:同源染色体上的等位基因随非姐妹染色单体之间的互换而发生交换,导致染色单体上的基因重组(减数分裂Ⅰ前期)。
注意:受精作用过程中不发生基因重组,两对及两对以上基因才能
重组。
4.结果:产生新的基因型和性状组合,不产生新基因、新性状。
5.意义:生物变异的来源之一;形成生物多样性的重要原因;对生物进化具有重要意义。
三、染色体变异
1.概念:体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。
2.特点:光学显微镜下可以观察到。
3.分类
4.染色体组
(1)特点。
①不含同源染色体和等位基因。
②所有染色体形态、功能各不同。
③包含该生物的全部遗传信息。
(2)判断。
①形态相同的染色体(同源染色体)有几条就有几个染色体组。
②控制同一性状的基因(同一字母,不区分大小写)有几个就有几个染色体组。
③染色体组数=染色体数/染色体形态数。
5.二倍体和多倍体
(1)由受精卵发育而来的个体,体细胞中含有几个染色体组就叫几倍体,含有三个及三个以上染色体组的个体统称多倍体。
(2)染色体组数为奇数的个体,减数分裂时出现联会紊乱,不能形成可育配子。
(3)多倍体的特点:茎秆粗壮,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有所增加。
(4)人工诱导多倍体。
①方法:低温处理、秋水仙素诱发。
②处理对象:萌发的种子或幼苗。
③原理:抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞的两极。(分裂前期)
④实验:取材——根尖;卡诺氏液的作用——固定细胞形态。
(5)三倍体无子西瓜的培育过程。
6.单倍体
(1)概念:体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的
个体。
(2)特点:一般表现为植株弱小,高度不育。
(3)应用:单倍体育种。
注意:此处秋水仙素只能作用于幼苗,因为单倍体没有种子。
7.育种方式总结
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 杂交→自交→选优→自交 辐射、化学物质诱变等 花药离体培养获得单倍体,再经秋水仙素诱导处理 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
续 表
项目 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种
优点 将不同个体的优良性状集中于一个个体,最简便的方法 产生新基因,大幅度改良某些性状 明显缩短育种时间 提高产品产量和营养成分
缺点 时间长 盲目性大 技术复杂 只能用于 植物
应用 杂交水稻、 中国荷斯坦牛 青霉素 高产菌株 快速培育抗倒 伏抗锈病小麦 三倍体 无子西瓜
8.染色体结构变异
(1)类型。
(2)结果:染色体上的基因数目或排列顺序发生改变,导致性状的变异。
四、人类遗传病
1.概念:由遗传物质改变而引起的人类疾病。
2.类型
(1)单基因遗传病:受一对等位基因控制的遗传病。
①显性致病基因
引起的
②隐性致病基因
引起的
(2)多基因遗传病:受两对或两对以上等位基因控制的遗传病。
①实例:原发性高血压、冠心病、哮喘和青少年型糖尿病。
②特点:在群体中发病率较高,易受环境影响,呈现家族聚集现象。
(3)染色体异常遗传病:不含致病基因,由染色体变异引起的遗传病。如21三体综合征、猫叫综合征等。
3.调查人群中的遗传病
(1)疾病选择:群体中发病率较高的单基因遗传病,如红绿色盲、白化病、高度近视。
(2)调查对象:调查发病率——广大人群中调查;调查遗传方式——患者家系。
(3)某种遗传病的发病率=某种遗传病的患者数/某种遗传病的被调查人数×100%。
4.遗传病的检测和预防
(1)手段:遗传咨询和产前诊断。
(2)产前诊断的检测手段:羊水检查、B超检查、孕妇血细胞检查和基因检测等。
(3)基因检测:通过检测人体细胞中的DNA序列,以了解人体的基因
状况。
五、生物有共同祖先的证据
1.达尔文的生物进化论
(1)共同由来学说:地球上所有的生物都是由原始的共同祖先进化来的。
(2)自然选择学说:揭示了生物进化的机制,解释了适应的形成和物种形成的原因。
2.地层中陈列的证据——化石
(1)化石的作用:确定地球上曾经生活过的生物的种类及其形态、结构、行为等特征。
(2)地位:化石是研究生物进化最直接、最重要的证据。
3.当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
(1)比较解剖学证据。
(2)胚胎学证据。
(3)细胞和分子水平的证据:不同的生物细胞有共同的物质基础和结构基础,是对生物有共同祖先的有力支持;DNA和蛋白质等生物大分子的共同点揭示了生物有共同的原始祖先;其差异的大小则揭示了当今生物种类亲缘关系的远近,以及它们在进化史上出现的顺序。
(4)共同由来学说为自然选择学说奠定了基础。
六、自然选择与适应的形成
1.适应的含义
(1)生物的形态结构适合于完成一定的功能。
(2)生物的形态结构及其功能适合于该生物在一定的环境中生存和
繁殖。
2.适应的特点
(1)普遍性:所有生物都具有适应环境的特征。
(2)相对性:遗传的稳定性和环境不断变化之间的矛盾是适应相对性的根本原因。
3. 拉马克提出用进废退和获得性遗传,彻底否定了物种不变论。
4.达尔文的自然选择学说
(1)主要内容:适应的来源是可遗传的变异,适应是自然选择的结果。
①进化的动力:生存斗争。
②进化的内因:可遗传的变异;进化的外因:自然选择。
③适应形成的必要条件:群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择。
(2)自然选择学说认为:先有变异,后有自然选择;变异是不定向的,自然选择是定向的。
(3)意义:揭示了生物界的统一性是由于所有的生物都有共同祖先,而生物的多样性和适应性是进化的结果。
(4)局限性。
①对于遗传和变异的认识还局限于性状水平,不能科学地解释其本质。
②适应及物种形成问题局限于个体水平。
七、种群的基因库、基因频率及基因型频率
1.基因库:一个种群中全部个体所含有的全部基因。
2.基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的
比值。
3.基因频率的相关计算
(1)已知个体数。
①常染色体上的基因:PA=×100%。
②X染色体上的基因:=×100%。
(2)已知基因型频率,求基因频率:PA=PAA+1/2PAa;已知基因频率,求基因型频率:PAA=;PAa=2PAPa;Paa=。
(3)理想种群:①种群非常大;②所有雌雄个体均能自由交配产生后代;③没有迁入、迁出;④没有自然选择;⑤没有基因突变。
八、现代生物进化理论的主要内容
1.适应是自然选择的结果。
2. 种群是生物进化的基本单位。
(1)自然选择直接作用的是个体的表型,但能够世代延续的是种群的基因。
(2)组成种群的个体不是机械地集合,一个种群其实就是一个繁殖的单位。
3.突变和基因重组提供进化的原材料。
(1)种群基因频率变化的原因:基因突变产生新的等位基因。
(2)基因突变和染色体变异统称为突变。
(3)突变和基因重组具有随机性和不定向性,有利或有害取决于环境。
4.进化的实质是种群基因频率的改变。
5.自然选择使种群基因频率发生定向改变,从而决定生物进化的方向。
6.隔离是物种形成的必要条件
(1)物种:能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。
(2)分类。
①地理隔离:同种生物由于地理障碍而不能发生基因交流的现象。
②生殖隔离:不同物种之间一般是不能相互交配的,即使交配成功,也不能产生可育后代的现象。
(3)实质:基因不能自由交流。
(4)物种形成的标志:产生生殖隔离。
(5)物种形成的方式:渐变式、爆发式。
7.生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程,生物多样性是协同进化的结果。
(1)收割理论:捕食者往往捕食个体数量多的物种,这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面,为其他物种的形成腾出空间。
(2)协同进化:不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展。
(3)生物多样性的内容:遗传(基因)多样性、物种多样性、生态系统多样性。
(4)生物进化的顺序。
厌氧→好氧;原核→真核;无性生殖→有性生殖(实现了基因重组,增加了变异类型,加快进化速度);水生→陆生(植物→动物);生产者和分解者→消费者。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
同课章节目录