第七章 现代生物进化理论
知识系统构建
规律方法整合
整合一 现代生物进化理论与达尔文的自然选择学说的比较
项目
达尔文的自然选择学说
现代生物进化理论
基本
观点
(1)遗传和变异是自然选择的内因；
(2)过度繁殖为自然选择提供了更多的选择材料，加剧了生存斗争；
(3)变异是不定向的，而自然选择是定向的，定向的自然选择决定着生物进化的方向；
(4)生存斗争是自然选择的过程；
(5)适者生存是自然选择的结果；
(6)自然选择的过程是一个长期、缓慢、连续的过程。
(1)种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质是种群基因频率的改变；
(2)突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成的三个基本环节；
(3)突变和基因重组提供了生物进化的原材料；
(4)自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向；
(5)隔离是物种形成的必要条件。
不同点
没有阐明遗传和变异的本质以及自然选择的作用机理，着重研究生物个体的进化
从分子水平上阐明了自然选择对遗传变异的作用机理，强调群体进化，认为种群是生物进化的基本单位
共同点
都能解释生物进化的原因和生物多样性、适应性
例1 现代生物进化理论对达尔文自然选择学说进行了修改，下列哪项不是修改的内容( )
A．进化的基本单位是种群，而不是生物个体
B．自然选择是因为生物存在过度繁殖而导致生存斗争来实现的
C．生物进化的实质在于种群基因频率的改变
D．现代生物进化理论将自然选择学说与遗传变异有关理论结合起来
答案 B
解析 达尔文的自然选择学说认为生物个体是生物进化的基本单位，而现代生物进化理论认为种群是生物进化的基本单位；达尔文的自然选择学说没有阐明遗传和变异的本质，而现代生物进化理论认为生物进化的实质是种群基因频率发生变化的过程。
整合二 两种物种形成过程的比较
项目
异地的物种形成
同地的物种形成
所需时间
经过漫长的时间和许多世代的逐渐演变
较短时间
物种形成的常见方式
常见的方式是一个分布区很广的物种通过地理隔离等先形成亚种，然后发展产生生殖隔离，形成两个或多个物种
通过个体的突变，远缘杂交及染色体加倍等方式，在自然选择的作用下逐渐形成了新物种
举例
加拉帕戈斯群岛上多种地雀的形成
自然状态下多倍体植物的形成，多倍体育种等
联系
物种的形成都是以生殖隔离的形成为标志
注意 生物进化理论认为：突变和基因重组、自然选择、隔离是生物进化和物种形成中的重要环节，其中突变和基因重组是生物进化的原材料，自然选择决定生物进化的方向，隔离是物种形成的必要条件。
例2 荷兰遗传学家研究一种月见草的遗传时，发现一株月见草细胞中的染色体数目由原来的2n＝24 (条)变成4n＝48 (条)，成为四倍体植株。该四倍体植株与二倍体植株( )
A．属于两个物种，因为二者之间杂交不能产生可育的后代
B．属于两个物种，因为二者之间不能杂交产生后代
C．属于同一物种，因为二者的染色体是同源的
D．属于同一物种，因为二者之间可以杂交产生后代
答案 A
解析 月见草的四倍体(4n＝48)是可育的，能够交配并产生可育后代，所以为一个新的物种，但二倍体与四倍体杂交后产生的三倍体是不育的，所以二倍体与四倍体存在生殖隔离。
整合三 种群基因型频率和基因频率的计算
1．已知各种基因型的个体数，计算基因频率
某基因频率＝×100%
A＝×100%
a＝×100%
(A、a为基因，AA、Aa、aa为三种基因型个体数)
2．已知基因型频率计算基因频率
设有N个个体的种群，AA、Aa、aa的个体数分别为n1、n2、n3，A、a的基因频率分别用PA、Pa表示，AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示，则：
PA＝＝＝PAA＋PAa
Pa＝＝＝Paa＋PAa
由以上公式可以得出下列结论：
某等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2杂合子的频率。
3．伴性遗传中基因频率的计算
(p为XA频率，q为Xa频率)
4．利用遗传平衡定律计算基因型频率
(1)前提条件：①种群非常大；②所有雌雄个体之间自由交配；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有基因突变。
(2)计算公式：当等位基因只有两个时(A、a)，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则：
基因型AA的频率＝p2；
基因型Aa的频率＝2pq；
基因型aa的频率＝q2。
5．自交和自由交配时基因(型)频率变化规律
(1)自交：种群个体自交时，纯合子增多，杂合子减少，基因型频率发生改变。自交过程不改变基因频率。
(2)自由交配：在无基因突变、各种基因型的个体生活力相同时，处于遗传平衡的种群自由交配遵循遗传平衡定律，上下代之间种群的基因频率及基因型频率不变。如果一个种群没有处于遗传平衡状态，自由交配不改变基因频率，但改变基因型频率。
例3 某小麦种群中TT个体占20%，Tt个体占60%，tt个体占20%，由于某种病害导致tt个体全部死亡，则病害发生前后该种群中T的基因频率分别是( )
A．50%、50% B．50%、62.5%
C．62.5%、50% D．50%、100%
答案 B
解析 由题意可知，病害发生前T的基因频率为(20×2＋60)÷200＝50%；由于某种病害导致tt个体全部死亡，病害发生后T的基因频率为(20×2＋60)÷(200－20×2)＝62.5%。
例4 某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%，该种群随机授粉产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率依次是( )
A．增大，不变；不变，不变
B．不变，增大；增大，不变
C．不变，不变；增大，不变
D．不变，不变；不变，增大
答案 C
解析 由题意知，种群中A的基因频率为40%，a的基因频率为60%，随机授粉产生的后代中AA个体的百分比：40%×40%＝16%，aa：60%×60%＝36%，Aa：48%，A的基因频率：16%＋48%×1/2＝40%。自交产生的后代中AA个体百分比：16%＋48%×1/4＝28%，aa：36%＋48%×1/4＝48%，Aa：1/2×48%＝24%，A的基因频率：28%＋1/2×24%＝40%。
热点考题集训
1．达尔文的自然选择学说和现代生物进化理论分别认为进化的基本单位是( )
A．个体、个体 B．个体、种群
C．种群、种群 D．种群、个体
答案 B
解析 现代生物进化理论以达尔文的自然选择学说为核心，是自然选择学说的改进和发展。达尔文认为进化的基本单位是个体，现代生物进化理论认为进化的基本单位是种群。
2．根据达尔文自然选择学说图解(如图)，下列对现代生物进化理论的补充、完善等内容中，不正确的是( )
A．现代生物进化理论是在研究种群中基因频率变化的基础上发展起来的
B．种群是生物进化的基本单位
C．物种形成包括突变和基因重组、自然选择、隔离三个基本环节
D．种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因
答案 D
解析 种群是生物进化的基本单位。突变和基因重组为生物进化提供原材料，隔离使分化的种群之间失去自由交流基因的机会，是形成新物种的必要条件，包括地理隔离和生殖隔离。从实质上看生物进化是种群基因频率变化的结果，种群基因库是种群中全部生物个体的全部基因的总和，每个个体只有种群基因库的一部分基因。
3．新物种形成最显著的标志是( )
A．具有一定的形态结构
B．具有一定的生理功能
C．产生了生殖隔离
D．改变了基因频率
答案 C
解析 具有一定的形态结构和生理功能是作为物种存在的一种必要的特征，但标志新物种形成的应是产生生殖隔离。基因频率的改变情况只能说明生物进化情况。
4．如图为四个物种的进化关系树(图中百分数表示各物种与人类的DNA相似度)。DNA碱基进化速率按1%/百万年计算，下列相关论述合理的是( )
A．四个物种都由共同祖先通过基因突变而形成
B．生殖隔离是物种朝不同方向发展的决定性因素
C．人类与黑猩猩的DNA差异经历了约99万年的累积
D．大猩猩和人类的亲缘关系，与大猩猩和非洲猴的亲缘关系的远近相同
答案 C
解析 物种的形成是遗传变异、选择和隔离三个环节共同作用的结果，A错误；自然选择决定生物进化的方向，B错误；人与黑猩猩的DNA差异百分比是0.99%，而碱基进化速率为1%/百万年，通过计算可知人与黑猩猩的DNA差异经历99万年左右的积累，C正确；通过DNA的差异百分比可知，人与大猩猩的亲缘关系较大猩猩与非洲猴的亲缘关系近得多，D错误。
5．关于生物进化方面的证据，下列相关叙述中，正确的是( )
A．图1四种地雀喙的差异是由于不同环境食物的刺激所致的不同变异
B．图2昆虫的两类翅形的形成是对环境的主动适应
C．图3是两种体色的桦尺蠖，它们的性状分化证实了物种形成的机制
D．图4中两种动物之间的关系对两者都是有益的，捕食者的存在有利于增加物种多样性
答案 D
解析 生物变异的产生是体内遗传物质发生改变的结果，并不是环境刺激、生物的主动适应所导致，故A、B两项都不正确；生物性状的分化是变异的结果，并不能证实物种形成机制；生物之间的捕食关系，对捕食者和被捕食者都是有利的，二者之间相互选择，共同进化。
6．调查某校学生中关于某种性状的各种基因型及比例为：
基因型
XBXB
XBXb
XbXb
XBY
XbY
比例(%)
42.32
7.36
0.32
46
4
则该校学生中XB和Xb的基因频率分别是( )
A．6%、8% B．92%、8%
C．78%、92% D．8%、92%
答案 B
解析 伴性遗传的基因频率计算，只计数等位基因所存在的染色体，即男性只统计一个基因，女性中统计两个基因，所以该校学生中Xb的基因频率为
×100%＝8%，则XB的基因频率为92%。
7．下表中D和d表示某地区某种生物的一对等位基因，表中数据能说明( )
年份
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
基因D的频率
0.99
0.81
0.64
0.49
0.36
0.25
0.16
0.10
基因d
的频率
0.01
0.19
0.36
0.51
0.64
0.75
0.84
0.90
A.1970年杂合子的比例为18%
B．1930年显性个体和隐性个体数目接近
C．1970年后的较短时间内D的频率为0
D．显性纯合子更能适应该地区变化的环境
答案 A
解析 根据表中提供的数据，由遗传平衡定律公式计算，1970年杂合子的比例为2×0.10×0.90＝18%；1930年隐性个体的比例为0.51×0.51＝26%，显性个体的比例则为1－26%＝74%；从表中基因频率的变化趋势看出，1970年后D的频率不会在较短的时间内变为0；d的基因频率上升，表明隐性性状更能适应该地区变化的环境。
8．在非洲人群中，每10 000人中有1人患囊性纤维原瘤，该病属于常染色体遗传。一对健康夫妇生有一患病的孩子，此后，该妇女与另一健康男性再婚，他们若生孩子，患此病的概率约为( )
A．1/25 B．1/50
C．1/100 D．1/200
答案 D
解析 由题干可知，该病为隐性遗传病。设正常基因为A，基因频率为p，致病基因为a，基因频率为q，那么p2＋2pq＋q2＝1，p＋q＝1，因为aa＝q2＝1/10 000，所以q＝1/100，p＝1－q＝99/100，Aa%＝2pq＝2×99/100×1/100＝198/10 000。该妇女生有患病孩子，其基因型为Aa，健康男子的基因型为Aa的概率为。那么他们所生孩子患病的概率为1/4×2/101，约为1/200。
9．1万年前，科罗拉多大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群。两个种群现在已经发生了明显的分化。研究人员指出，经过长期演化可能形成两个物种，如图所示。请分析回答下列问题：
(1)结合现代生物进化理论分析可知，b过程的实质变化是______________________。
(2)①～⑥的存在说明了__________________________。
(3)原松鼠种群中黑毛基因A的基因频率为50%。环境变化后，峡谷北侧山高林密，生活于其中的松鼠种群中基因型为AA、Aa的个体数量在一年后各增加20%，基因型为aa的个体数量减少20%。则一年后a的基因频率为________，基因型为aa的个体比例为________。
答案 (1)种群基因频率的改变 (2)变异是不定向的 (3)45.455% 18.18%
解析 松鼠种群在不同的环境选择下进化，产生各种特异性变异，导致种群基因频率发生差异性变化，直至成为不同物种。由题意可知，A的基因频率为50%，则原来种群中AA、Aa、aa的基因型频率分别为25%、50%、25%，可设其分别为25只、50只、25只，则一年后种群中基因型为AA、Aa、aa的个体数量分别为30只、60只、20只，其基因型频率分别为27.27%、54.55%、18.18%，所以此时a的基因频率为45.455%。
10．下图是加拉帕戈斯群岛上物种演化的模型。图中上为甲岛，下为乙岛，A、B、C、D为四个物种及其演化关系，请据图回答下面的问题。
(1)由A物种进化为B、C两个物种的内因是________，外因是____________________，进化的实质是________________。
(2)甲岛上的B物种迁到乙岛后，不与C物种发生基因交流，其原因是___________________。
(3)迁移到乙岛的B物种可能会________________。
(4)假设种群中有一对等位基因A和a，A的基因频率为0.1，a的基因频率为0.9，那么AA、Aa、aa 3种基因型的频率分别为____________________；若环境的选择作用使a的频率逐渐下降，A的频率逐渐上升，则后代中aa基因型个体的变化趋势是____________。
答案 (1)遗传变异 甲、乙两岛环境不同且有地理隔离 种群基因频率的改变 (2)已形成生殖隔离
(3)形成新的物种 (4)1%、18%、81% 逐渐下降
解析 (4)根据遗传平衡原理，AA＝0.1×0.1＝0.01；Aa＝2×0.1×0.9＝0.18；aa＝0.9×0.9＝0.81。
第1节 现代生物进化理论的由来
[学习导航] 1.阅读教材，概述达尔文以前的进化学说。2.结合实例，分析达尔文自然选择学说的主要内容。3.概述达尔文自然选择学说的贡献和局限性。
[重难点击] 达尔文自然选择学说的主要内容。
中国神话里有女娲造人的传说，西方也有上帝七天创世说。
现在我们知道，神创论是不正确的，地球上的生物是进化而来的，今天开始我们来学习生物的进化。
一、拉马克的进化学说
1．主要内容
(1)生物的来源：地球上的所有生物都不是神造的，而是由更古老的生物进化而来的。
(2)进化顺序：生物是由低等到高等逐渐进化的。
(3)进化的原因
①用进废退
a．食蚁兽的舌头之所以细长，是长期舔食蚂蚁的结果——“用进”。
b．鼹鼠长期生活在地下，眼睛长期不用就萎缩、退化了——“废退”。
②获得性遗传：“用进废退”获得的性状是可遗传给后代的。
2．进步意义
(1)拉马克的进化学说是达尔文学说之前影响最大、最为系统的进化理论。
(2)是历史上第一个比较完整的进化学说。
(3)反对神创论和物种不变论，强调生物的进化。
3．局限性
(1)拉马克的进化论大都属于主观推测，缺乏科学证据的支持。
(2)过于强调环境的变化导致物种的改变。
1．环境引起的性状改变一定能遗传给后代吗？
答案 不一定。只有环境改变导致了遗传物质改变进而引起了性状的改变，才能遗传给后代。
2．利用拉马克的观点，如何解释长颈鹿脖子长？
答案 依据拉马克的进化学说——生物各种适应性特征的形成都是由于用进废退和获得性遗传。长颈鹿主要以树叶为食，要想获得足够的食物就得天天伸长脖子去取食叶片，由于“用进废退”，从而形成了现在的长颈鹿。
知识整合 只有环境改变导致了遗传物质改变进而引起的性状改变，才能遗传给后代；长颈鹿主要以树叶为食，要想获得足够的食物就得天天伸长脖子去取食叶片，由于“用进废退”，从而形成了现在的长颈鹿。
1．下列与拉马克的进化学说观点不相符的是( )
A．生物的种类是随着时间的推移而变化的
B．生物的种类从古到今是一样的
C．环境的变化使生物出现新的性状，并且将这些性状传给后代
D．生物的某一器官发达与否取决于用与不用
答案 B
解析 拉马克的进化学说认为：地球上的所有生物都不是神创造的(神创论)，也不是不变的(如物种不变论)，而是由更古老的生物进化来的，生物是由低等到高等逐渐进化的，生物的种类是随着时间的推移而变化的。生物的各种适应性特征的形成都是由于用进废退和获得性遗传。生物的某一器官发达与否取决于用与不用。“生物的种类从古到今是一样的”是物种不变论的观点。
2．仔细分析下列现象，除哪项外都符合拉马克的进化学说( )
A．啄木鸟的长喙是长期啄食树内昆虫、反复伸长的结果
B．在暗洞中生活的鼹鼠，因长期不用眼睛而逐渐失去视觉
C．蛇的四肢由于长期不用而退化，因而获得匍匐行进的习性
D．狼和鹿能迅速奔跑，两者进行着相互选择
答案 D
解析 法国博物学家拉马克通过对植物和动物的大量观察，提出了用进废退和获得性遗传，即生物各种适应性特征的形成都是由于用进废退和获得性遗传。也就是说，器官用得越多越发达，器官废而不用就会造成形态上的退化。
二、达尔文的自然选择学说
1．自然选择学说的主要内容
2．进步意义
(1)合理地解释了生物进化的原因，使生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的轨道。
(2)揭示了生命现象的统一性是由于所有的生物都有共同的祖先。
(3)科学地解释了生物的多样性，生物多样性是进化的结果。
3．局限性
(1)对于遗传和变异的本质，未做出科学的解释。
(2)对生物进化的解释局限于个体水平。
(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。
4．达尔文以后进化理论的发展
(1)发展的原因
①对遗传和变异的研究，已经从性状水平深入到基因水平，人们逐渐认识到遗传和变异的本质。
②对自然选择的作用等问题的研究，已经从以生物个体为单位，发展到以种群为基本单位。
(2)发展的结果
形成了以自然选择学说为核心的现代生物进化理论，从而极大地丰富和发展了达尔文的自然选择学说。
如图是长期使用一种农药后，某种害虫种群密度的变化情况，据图分析回答下列问题：
1．A点使用农药之前，害虫种群中有多种变异类型，为什么？
答案 生物变异是不定向的，能产生多种变异。
2．使用农药后，大量害虫被杀死，但是又不会全部被杀死，这是为什么？
答案 害虫种群中只有少部分具有抗药性的变异，大部分没有抗药性，使用农药后，大部分被杀死，只有少部分抗药性个体生存下来。
3．分析BC段曲线上升的原因是什么？
答案 抗药性强的个体在生存斗争中存活并大量繁殖。
4．C和A处的种群数量差不多，有什么不同？
答案 C处种群中抗药性个体的比例很高。
5．该过程中，农药是诱发了害虫基因突变还是对害虫的变异进行了选择？
答案 农药是对害虫的变异进行了选择。
6．该过程是人工选择还是自然选择？
分析 自然选择的目的是使生物更加适应自然条件，而人工选择的目的是使生物更有利于人类。
答案 这属于自然选择。
知识整合 害虫种群中只有少部分具有抗药性的变异，大部分没有抗药性，使用农药后，大部分被杀死，只有少部分抗药性个体生存下来，这些抗药性强的个体在生存斗争中存活并大量繁殖，农药是对害虫的变异进行了定向地自然选择。
3．下图以长颈鹿的进化为例，说明达尔文的自然选择学说。以下说法不正确的是( )
A．长颈鹿个体之间存在许多性状差异，如颈和前肢的长短不同
B．生物产生后代的数量往往超过生活环境所能承受的数量而引起生存斗争
C．颈和前肢长的个体，在生存斗争中容易获得食物而生存并繁殖
D．自然选择是定向的，使适应环境的长颈鹿个体朝着符合人类需要的方向发展
答案 D
解析 自然选择是定向的，它可使生物朝适应环境的方向发展进化，而不是朝向“符合人类需求”的方向发展。
4．使用农药来防止棉红铃虫，开始效果很好，但长期使用后，效果越来越差，以下叙述正确的是( )
A．棉红铃虫对农药产生了定向的变异
B．棉红铃虫对农药进行了定向的选择
C．棉红铃虫对农药产生了隔离
D．农药对棉红铃虫的抗药性变异进行了定向选择
答案 D
解析 棉红铃虫本身就存在各种不同变异，使用农药后，棉红铃虫生活环境发生了改变，农药对其不同的变异进行定向的选择，具有抗药性的个体能够生存下来，并逐代积累加强，使农药失去了原有的杀虫效果。
5．下列有关生物进化的叙述中，不符合达尔文学说基本观点的有( )
A．遗传和变异是自然选择发生作用的基础
B．生物的变异是不定向的，自然选择是定向的
C．变异经过长期的自然选择和积累，就可能产生生物的新类型
D．环境改变使生物产生定向变异，以适应变化的环境
答案 D
解析 达尔文学说认为，生物的变异是不定向的，而环境的选择是定向的。环境的作用是选择不定向的变异，不是引起生物定向的变异。
题后归纳 达尔文自然选择学说和拉马克进化论的核心区别是：拉马克强调环境变化导致生物主动发生变异；达尔文强调生物本来就存在各种变异，环境把适应性强的变异选择出来了。
1．下列关于拉马克进化学说的叙述，不正确的是( )
A．拉马克认为，地球上的所有生物是由更古老的生物进化来的
B．生物的适应性特征的形成是由于用进废退和获得性遗传
C．器官废而不用，就会造成形态上的退化
D．用进废退获得的性状不可以遗传给后代
答案 D
解析 选项D不是拉马克的观点，拉马克认为用进废退获得的性状可以遗传给后代；现代科学家认为，仅由环境因素引起的变异是不能遗传给后代的。
2．在某小岛上的一种啄木鸟，其喙长分布如图甲，而其唯一的食物是一种在树干中的虫，其深度分布如图乙。下列关于子一代鸟喙的可能长度的说法合理的是( )
A．都比父母的长，因为鸟需要适应它们的环境
B．都比父母的长，因为较长的鸟喙是生存所必需的
C．不一定比父母的长，仅一代的时间还不足以进化出较长的鸟喙
D．不一定比父母的长，因为虫在树干中的深度并不是都很深
答案 C
解析 由自然选择学说可知，生物的进化是漫长的过程，因此仅一代时间之后的性状是无法判断的，不一定比父母的喙长。
3．某植物单株年产数百粒种子，其中大部分被鸟所食，或因气候、土壤、水分等原因不能在第二年长成成株。按达尔文的观点，这一现象说明( )
A．物种是可变的
B．过度繁殖，生存斗争
C．选择的不定向性
D．用进废退，获得性遗传
答案 B
解析 生物的高繁殖率、低成活率是生物对环境的适应性特征。按照达尔文的观点，生物过度繁殖使后代的数目急剧增加，而在自然界中，生物赖以生存的生活条件(包括食物和空间等)是有一定限度的。因此，任何生物要生存下去，都要在争夺有限的生活条件时，进行斗争。由于生存斗争，导致生物大量死亡，结果只有少量个体生存下来。生物大量繁殖和少量生存的事实是自然界中的普遍现象，达尔文用生存斗争的理论解释了这种现象。
4．达尔文的进化理论不能解释的问题是( )
①生物的多样性 ②保护色 ③生物遗传和变异的本质 ④定向的自然选择 ⑤自然选择对遗传和变异如何起作用 ⑥生物的生存斗争
A．①② B．④⑥
C．③⑤ D．④⑤
答案 C
解析 达尔文的进化理论能解释生物的多样性、适应性，它认为过度繁殖和有限的资源引起了生存斗争，通过自然选择，只有有利变异能生存，因此能解释①②④⑥。
5．下图表示达尔文对现代长颈鹿进化形成过程的解释，请据图回答下列问题：
(1)长颈鹿祖先过度繁殖的含义是______________________________。长颈鹿的颈和前肢长短各异，这表明生物变异是______________。变异只是生物进化的______________。
(2)在缺乏青草的时期，有的长颈鹿能吃到高处食物而活下来，有的长颈鹿因得不到食物而死亡，这个过程叫做____________，它是通过生存斗争实现的。生存斗争是指_____________。
(3)适应有双重含义：一是指生物体的____________与环境相适应的表现，二是指生物____________的过程。适应是______________的结果。
答案 (1)后代数目超过环境所能承受的能力 不定向的 原材料 (2)自然选择 生物与生物之间以及生物与无机环境之间的斗争 (3)性状 改造自己形成适应环境的性状 自然选择
课时作业
[学考达标]
1．雄鹿往往用鹿角作为争夺配偶的武器，所以它的鹿角发达。下列不是拉马克学说观点的是( )
A．鹿角发达的个体被保留
B．鹿角因经常使用而发达
C．鹿角的变异朝着有利于其生存的方向发展
D．雄鹿为了繁衍后代的需要而使鹿角发达
答案 A
解析 B是用进的观点；C是定向变异的观点；D是按意愿变异的观点，也是定向变异的观点。
2．拉马克进化学说的进步意义体现在( )
A．科学地解释了生物进化的原因
B．提出了“用进废退”和“获得性遗传”的理论
C．最先提出了比较完整的进化学说
D．使生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的道路
答案 C
解析 拉马克否定了神创论，但其学说的两大观点“用进废退”和“获得性遗传”是其致命的缺陷。进步之处是最先提出了比较完整的进化学说。
3．对达尔文自然选择学说的正确解释是( )
①环境的改变使生物产生适应性变异 ②能遗传的变异是生物进化的基础 ③变异是不定向的 ④变异是定向的 ⑤变异经过长期的自然选择和积累可能产生生物的新类型
A．②④⑤ B．②③⑤
C．①②④ D．①③⑤
答案 B
解析 达尔文认为变异是不定向的，而题目中的①、④与之相矛盾。
4．一种果蝇的突变体在21 ℃的气温下，生存能力很差，但是当气温上升到25.5 ℃时，突变体的生存能力大大提高。这说明( )
A．突变是不定向的
B．突变是随机发生的
C．突变的有害或有利取决于环境条件
D．环境条件的变化对突变体都是有害的
答案 C
解析 由于变异的不定向性，果蝇种群内产生多种不同变异，变异性状对生物个体有利还是有害决定于生物生存的环境，环境条件对不同变异性状起到定向选择的作用。
5．图中理论值与实际生存个体数差别很大，可用来解释此种现象的是达尔文进化理论中的( )
A．过度繁殖 B．生存斗争
C．遗传变异 D．适者生存
答案 B
解析 生物具有过度繁殖能力，但由于生存斗争，理论值与实际生存数差别很大。
6．18世纪在某山谷发现趾间有蹼和无蹼的两种老鼠，1900年由于筑坝，使此山谷成为沼泽。现在人们发现，山谷中绝大多数老鼠有蹼，偶尔才能找到一只没有蹼的老鼠。下列四种解释中正确的是( )
A．山谷环境的改变，使无蹼向有蹼方向变异
B．有蹼鼠对沼泽环境适应性强，成活率提高
C．老鼠的有蹼性状主要由环境控制
D．蹼有利于在沼泽中活动，使无蹼鼠长出了蹼
答案 B
解析 有蹼性状是由遗传物质控制的，它们的出现是基因突变的结果，而不是由环境决定的，选项A、D均不正确；性状是被保留还是被淘汰是由环境决定的，适应环境的将被保留下来。
7．(2014·江苏，8)某医院对新生儿感染的细菌进行了耐药性实验，结果显示70%的致病菌具有耐药性。下列有关叙述正确的是( )
A．孕妇食用了残留抗生素的食品，导致其体内大多数细菌突变
B．即使孕妇和新生儿未接触过抗生素，感染的细菌也有可能是耐药菌
C．新生儿体内缺少免疫球蛋白，增加了致病菌的耐药性
D．新生儿出生时没有及时接种疫苗，导致耐药菌形成
答案 B
解析 A项，抗生素不能诱导细菌发生突变，而是对具有不同耐药性的细菌进行选择；B项，细菌本身就存在耐药性与非耐药性两种类型，所以即使新生儿未接触过抗生素，新生儿感染的细菌也可能存在耐药性的类型；C项，新生儿体内缺少免疫球蛋白，将会导致体内的致病菌数量增加，但不会增加其耐药性，耐药性的增加是药物对致病菌进行选择的结果；D项，新生儿出生时没有及时接种疫苗，不能对该类细菌产生免疫力，将导致致病菌在体内繁殖。
8．青霉素是一种抗菌素。几十年来由于反复使用，致使某些细菌对青霉素的抗性越来越强。请回答下列问题：
(1)青霉素使用之前，细胞对青霉素的抗性存在着__________；患者使用青霉素后，体内绝大多数细菌被杀死，这叫做______________；极少数抗药性强的细菌活了下来并繁殖后代，这叫做__________________。青霉素的使用对细菌起了________，这种作用是通过细菌与青霉素之间的__________实现的。由于青霉素的反复使用，就会使得抗药性状逐代__________并加强。从这个过程可以看出，虽然生物的____________是不定向的，但__________在很大程度上是定向的。
(2)自然选择是把自然界中已存在的____________变异选择出来，并使之逐代积累、加强，最终形成生物新品种。
(3)上述过程表明自然选择是一个______________________的过程。
答案 (1)差异 不适者被淘汰 适者生存 选择作用
生存斗争 积累 变异 自然选择 (2)有利
(3)适者生存、不适者被淘汰
解析 根据达尔文自然选择学说可以知道，生物的变异一般是不定向的。细菌对青霉素的抗性存在着个体差异。通过青霉素的选择，抗药性强的细菌通过生存斗争得以生存并繁衍后代，经逐代积累并加强，形成了抗药新类型，而抗药性差的细菌由于不适应环境而被淘汰，这种适者生存、不适者被淘汰的过程就是自然选择。
9．有人用一种螳螂做实验：用细线把绿色螳螂和褐色螳螂缚在绿色的草地上和褐色的草地上，让鸟来吃。实验结果如下表：
环境
绿色螳螂
褐色螳螂
经过时间
数目
被鸟吃掉的数目
数目
被鸟吃掉的数目
绿色草地
20
0
45
35
19天
褐色草地
25
25
20
0
11天
试用达尔文的观点回答下列问题：
(1)螳螂的体色有绿色的，也有褐色的，这说明生物具有________，这一特性一般是__________的，它能为生物的进化提供原始的选择材料。
(2)螳螂与鸟的关系在生态学上属于捕食，被达尔文称为__________，它是生物进化的____________。
(3)环境对螳螂起了________作用，这种作用是____________。
答案 (1)变异性 不定向 (2)生存斗争 动力
(3)选择 定向的
解析 (1)不同的性状是由不同的遗传物质控制的，说明了遗传物质的多样性，新基因的产生是通过基因突变而来的；它具有不定向的特点。(2)捕食关系是生物生存斗争的表现，它是生物进化的动力。(3)环境对生物起的作用是选择，而且这种选择是定向的，适应环境的个体被保留，不适应环境的个体会被淘汰。
第1课时 种群基因频率的改变与生物进化
[学习导航] 1.举例说明种群、基因库、基因频率的概念，学会用数学方法讨论基因频率的变化。2.结合教材阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。3.通过探究自然选择对种群基因频率的影响，理解自然选择决定生物进化的方向。
[重难点击] 1.用数学方法讨论基因频率的变化。2.自然选择对生物进化的作用。
19世纪，英国杰出的生物学家发现了生物发展的规律，证明所有的物种都有共同的祖先。达尔文的这一重大发现，对生物学具有划时代的意义。
人们在达尔文自然选择理论的基础之上，逐步完善和发展进化论，最终建立了现代生物进化理论。这节课就让我们一起来学习现代生物进化理论。
一、种群是生物进化的基本单位
1．以种群作为生物进化单位的理由
(1)达尔文认为自然选择直接作用的是生物个体，并且是个体的表现型，而个体表现型会随着个体的死亡而消失。
(2)决定生物性状的基因可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体基因组成的变化。
2．种群的概念
生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。它是生物进化的基本单位，彼此之间可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
3．基因库与基因频率
(1)基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。
(2)基因频率：一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率。
在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因。假设该昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对翅色这一相对性状没有作用，基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算：
1．该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少？
答案 A配子占60%，a配子占40%。
2．子一代基因型的频率各是多少？
答案 AA占36%，Aa占48%，aa占16%。
3．子一代种群的基因频率各是多少？
答案 A占60%，a占40%。
4．子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？
答案
亲代基因型的频率
AA(30%)
Aa(60%)
aa(10%)
配子的比率
A(30%)
A(30%)
a(30%)
a(10%)
子一代基因型频率
AA(36%)
Aa(48%)
aa(16%)
子一代基因频率
A(60%)
a(40%)
子二代基因型频率
AA(36%)
Aa(48%)
aa(16%)
子二代基因频率
A(60%)
a(40%)
由表可知，子三代、子四代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。
5．若上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界种群来说，这五个条件都成立吗？你能举出哪些实例？
答案 对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致，被天敌发现的机会就少些。
知识整合 当某种群非常大，所有雌雄个体间都能自由交配，没有迁入和迁出，没有自然选择和突变时，这样的种群称为理想种群。理想种群中，各等位基因的频率和基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，或者说是保持着基因平衡的。
1．下列关于种群的叙述中，不正确的是( )
A．种群是生物进化的基本单位，也是生物群落的基本单位
B．种群内个体间彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代
C．两个池塘内的全部青蛙是一个种群
D．一个树林中的全部杜鹃是一个种群
答案 C
解析 种群是在一定区域内(即同一地点)同种生物的全部个体的总和，而C项为两个池塘，属于两个种群。
2．在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型为Aa的个体占78%，基因型为aa的个体占4%，A和a的基因频率分别是( )
A．18%、82% B．36%、64%
C．57%、43% D．92%、8%
答案 C
解析 A基因频率＝AA基因型频率＋1/2Aa基因型频率＝18%＋1/2×78%＝57%，a基因频率＝aa基因型频率＋1/2Aa基因型频率＝4%＋1/2×78%＝43%。
3．在某一遵循遗传平衡定律的人群中，已调查得知，隐性性状者为16%，则该性状不同类型的基因型频率分别是(按AA、Aa、aa顺序排列)( )
A．0.36、0.48、0.16 B．0.48、0.36、0.16
C．0.16、0.48、0.36 D．0.16、0.36、0.38
答案 A
解析 本题考查基因遗传平衡定律的应用。根据基因库中隐性性状者(aa)的频率为16%。则q2＝0.16，q＝0.4，而p＝1－0.4＝0.6，根据遗传平衡公式，[p(A)＋q(a)]2＝p2(AA)＋2pq(Aa)＋q2 (aa)可计算出AA的频率为0.36，Aa的频率为0.48，aa的频率为0.16。
方法链接 1.已知基因型频率计算基因频率
设有某种群， AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示，A、a的基因频率分别用PA、Pa表示，则：PA＝PAA＋PAa；Pa＝Paa＋PAa。
2．理想条件下的基因频率和基因型频率的计算
理想种群中，一对等位基因为A和a，设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p＋q＝A%＋a%＝1。如果这个种群达到了遗传平衡，那么遗传平衡定律可以表示为：
(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2＝1。
(1)p2代表纯合子AA的基因型频率；
(2)2pq代表杂合子Aa的基因型频率；
(3)q2代表纯合子aa的基因型频率。
即：AA%＝p2，Aa%＝2pq，aa%＝q2。
二、突变和基因重组、自然选择
1．突变和基因重组产生进化的原材料
(1)可遗传变异的来源
可遗传变异来源
(2)可遗传变异的形成、特点和作用
①形成：a.基因突变产生等位基因；b.通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型。
②特点：随机的、不定向的。
③作用：只是提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
(3)变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。
2．自然选择决定生物进化的方向
(1)原因：在自然选择的作用下，具有有利变异的个体更易产生后代，相应的基因频率会不断提高，具有不利变异的个体很难产生后代，相应的基因频率会不断下降。
(2)结果：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。
突变和基因重组能产生进化的原材料，据此分析回答下列问题：
1．突变具有低频性，为什么还能为生物进化提供原材料？
答案 生物进化的单位是种群，虽然突变的频率很低，但一个种群往往由许多个体组成，而每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变。
2．突变大多数对生物体是不利的，为什么还能为进化提供原材料？
答案 生物变异是否有利，取决于它们的生存环境，微小有利的变异不断积累也能导致生物进化。
3．突变和基因重组能决定生物进化的方向吗？
答案 不能。突变和基因重组都是随机的、不定向的，不能决定生物进化的方向。
4．在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型AA的个体占24%，基因型Aa的个体占72%。一年后，种群中基因型AA的个体占48%，基因型Aa的个体占24%，这一年间种群是否进化了？
分析 该种群中基因A和基因a的频率：A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。一年后，A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。
答案 种群的基因频率没有变化，生物没有进化。
知识整合 生物进化的单位是种群，由许多个体组成，而每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变，其中那些微小有利的变异不断积累导致生物进化，但突变本身不能决定生物进化的方向，起决定作用的是自然选择。生物进化的实质是种群基因频率的变化。
4．根据现代生物进化理论，下列说法正确的是( )
A．自然选择决定了生物变异和进化的方向
B．生物进化的实质是种群基因型频率的改变
C．种群内基因频率的改变在世代间具有连续性
D．种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小
答案 C
解析 自然选择使种群的基因频率发生定向改变，从而使生物定向进化，所以自然选择决定了生物进化的方向，生物进化的实质是种群基因频率的改变。种群中基因频率的改变在世代间具有连续性，导致生物不断进化。种群中基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大。
5．下列有关基因频率与生物进化的描述，正确的是 ( )
A．生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变
B．生物只要发生进化，基因频率就会改变
C．变异使基因频率定向改变
D．只有基因突变，才导致基因频率发生改变
答案 B
解析 生物进化的实质是种群基因频率的改变，只要生物进化了，基因频率一定发生了改变；变异是不定向的，自然选择可使基因频率发生定向改变；基因频率的改变与基因突变、迁入和迁出、自然选择等多种因素有关。
1．对种群概念的正确叙述是( )
A．不同空间中同种生物个体的总和
B．生活在一定区域的同种生物的一群个体
C．一片水田中的所有鱼的总和
D．一个生态环境中有相互关系的动植物的总和
答案 B
解析 种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。其中的“种”是生物分类的基本单位，例如：一个池塘中全部的鲤鱼是一个种群，包括所有的大鲤鱼、小鲤鱼和鲤鱼苗。这里必须具体到“鲤鱼”，而不能是“鱼”，因为后者还包括其他种类的鱼。
2．下列关于基因库的相关描述，错误的是( )
A．基因库是指一个种群所含有的全部基因
B．生物个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
C．种群中每个个体含有种群基因库的全部基因
D．基因突变可改变基因库的组成
答案 C
解析 基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因，由于个体之间存在着差异，所以每个个体中不可能含有种群基因库的全部基因。基因库中只要有一个基因发生变化，则基因库组成一定会发生变化。种群是繁殖的基本单位，基因库随繁殖的进行而不断延续。
3．在一次大风暴后，有人搜集了100只受伤的麻雀，把它们饲养起来，结果活下来64只。在死去的个体中，大部分是个体比较大、变异类型特殊的，下列有关叙述正确的是( )
A．突变和基因重组决定生物进化的方向
B．自然选择会改变种群的基因频率
C．特殊的变异类型都是不利的
D．不产生变异的生物才能生存
答案 B
解析 突变和基因重组为生物的进化提供原材料，这种变异是不定向的，可能是有利的，也可能是有害的。产生有利变异的个体存活下来，产生不利变异的个体会在自然选择中被淘汰，自然选择的过程就是种群基因频率发生变化的过程。
4．在一个随机交配的中等大小的种群中，经调查发现控制某性状的基因型只有两种：AA基因型的频率为40%，Aa基因型的频率为60%，aa基因型(致死型)的频率为0，那么随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占( )
A．49/91 B．49/100
C．11/20 D．11/17
答案 A
解析 AA自交产生AA的比率为40%×40%＝16%，AA与Aa杂交也产生AA，比率为2×40%×60%×＝24%，Aa自交也产生AA，比率为60%×60%×＝9%，而aa产生的比例为60%×60%×＝9%，所以AA占的比例为49%，而总数变为1－9%(被淘汰的aa)＝91%，此时AA的比例为。
5．下图中的小圆圈表示物种，箭头表示物种的变异，箭头线上有两条短线代表被淘汰的变异个体。
请根据此图解完成下列关于达尔文自然选择学说的问题：
(1)此图说明了一个什么观点？________________________________。
(2)图解中为什么有的箭头被淘汰？_____________________________________。
(3)图解中画出的未被淘汰的箭头综合说明了什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)变异是不定向的，自然选择是定向的 (2)在生存斗争中，不利生存的变异个体在斗争中被淘汰
(3)说明在生存斗争中适于生存的变异个体被保留，并逐代通过遗传而不断积累加强(说明了自然选择是定向的)
解析 依图所示，每个小圆圈表示的物种，都有多个变异的方向，但每次都只有一个方向(且同一方向)保留下来，其他变异均被淘汰。说明①生物的变异可向各方向发展，一般是不定向的；②生物被保存下来的变异是与环境相适宜的，即自然选择是定向的，当生物产生了变异后，由环境决定其生存还是被淘汰。图中大多数的箭头(即变异)被淘汰，就是因为不适应环境的缘故。图中未被淘汰的箭头始终朝向一个方向，除了说明外界环境未变，选择方向没变外，更重要的是物种在进化过程中，通过遗传，使有利变异在后代得到不断积累和加强，并最终达到进化目的。
课时作业
1．如果一个种群中，控制某一性状的基因频率增加，将会出现( )
A．控制该性状的基因不能传递给子代
B．该种群的全部个体为纯合子
C．该种群的繁殖速度加快
D．该性状对环境条件有很大的适应性
答案 D
解析 基因频率是某种基因在某个种群的基因库中占全部等位基因数的比率。在自然界中，由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素，种群的基因频率总是在不断地变化，生物进化的过程实际上就是种群基因频率发生变化的过程。而自然选择决定着生物进化的方向，经过自然选择，不利变异被不断淘汰，有利变异则逐渐积累，从而使种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。
2．某相对独立的海岛上，原有果蝇20 000只，其中基因型为AA、Aa和aa的果蝇分别占15%、55%和30%。若此时从岛外入侵了2 000只基因型为AA的果蝇，且所有果蝇均随机交配，则理论上F1中A的基因频率约是( )
A．43% B．48%
C．52% D．57%
答案 B
解析 原海岛上基因型为AA的果蝇的数量为20 000×15%＝3 000只，基因型为Aa的果蝇数量为20 000×55%＝11 000只，基因型为aa的果蝇数量为20 000×30%＝6 000 只，侵入2 000只基因型为AA的果蝇后，基因型为AA的果蝇数量为5 000只，该岛上果蝇种群总数量为22 000只，所以各种基因型的果蝇的基因型频率分别为AA＝5 000÷22 000＝5/22，Aa＝11 000÷22 000＝11/22，aa＝6 000÷22 000＝6/22，故A的基因频率＝5/22＋1/2×11/22＝21/44≈48%。
3．下列有关现代生物进化理论的叙述，错误的是( )
A．种群是生物进化的基本单位
B．自然选择学说是现代生物进化理论的核心
C．生物进化过程的实质是种群基因频率的改变
D．生物进化过程的实质在于有利变异的保存
答案 D
解析 种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质是种群基因频率的改变，在这个过程中有利变异保存而不利变异被淘汰，从而改变了基因频率。
4．水稻非糯性(Y)对糯性(y)为显性，抗病(R)对不抗病(r)为显性。用非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻杂交，让F1自交三代，在自然情况下，基因频率的变化是( )
A．Y逐渐增大，R逐渐增大
B．Y逐渐减小，R逐渐减小
C．Y基本不变，R基本不变
D．Y基本不变，R逐渐增大
答案 D
解析 非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻的基因型分别为YYRR和yyrr，杂交得F1(YyRr)。F1自交三代，由于自然选择的作用，后代中抗病个体增加，不抗病个体逐渐被淘汰，即R的基因频率逐渐增大；而非糯性与糯性性状基本不受环境影响，后代中Y的基因频率基本不变。
5．果蝇长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。假定某果蝇种群有20 000只果蝇，其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%，若再向该种群中引入20 000只纯合长翅果蝇，在不考虑其他因素影响的前提下，下列关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述，错误的是( )
A．v基因频率降低了50%
B．V基因频率增加了50%
C．杂合果蝇比例降低了50%
D．残翅果蝇比例降低了50%
答案 B
解析 因该果蝇种群长期保持vv的基因型为4%，由此算出v＝0.2，V＝0.8，进而计算出引入纯种长翅果蝇前，vv有0.04×20 000＝800，Vv有2×0.2×0.8×20 000＝6 400，VV有0.8×0.8×20 000＝12 800。引入后，基因频率v＝(800×2＋6 400)/(40 000×2)＝0.1，V＝1－0.1＝0.9，故A正确，B错误；因Vv、vv的数目不变，而该种群的总数增加一倍，所以Vv、vv的基因型频率降低50%，C、D正确。
6．(2015·安徽，5)现有两个非常大的某昆虫种群，个体间随机交配，没有迁入和迁出，无突变，自然选择对A和a基因控制的性状没有作用。种群1的A基因频率为80%，a基因频率为20%；种群2的A基因频率为60%，a基因频率为40%。假设这两个种群大小相等，地理隔离不再存在，两个种群完全合并为一个可随机交配的种群，则下一代中Aa的基因型频率是( )
A．75% B．50%
C．42% D．21%
答案 C
解析 根据题意可知两个非常大的某昆虫种群，在理想情况下合并为一个种群，可以认为原先两个种群的大小相同，再根据两个种群的基因频率可知合并后种群的A基因频率为70%，a基因频率为30%，根据哈温定律可知下一代中的Aa的基因型频率为42%。
7．已知蜗牛壳上有条纹与无条纹的性状是由一对等位基因A和a控制的。研究人员调查了某地区的1 000只蜗牛，对存活的个体数和被鸟捕食后剩下的蜗牛空壳数进行了统计，结果如下表所示， 请分析并回答下列问题：
有条纹(显性)
无条纹(隐性)
合计
存活个体数
178
211
389
空壳数
332
279
611
合计
510
490
1 000
(1)在这1 000只蜗牛中，aa的基因型频率为__________；如果Aa的基因型频率为42%，则a基因的基因频率为________。
(2)根据表中数据推断，壳上________(有条纹、无条纹)的蜗牛更易被鸟捕食。经多个世代后，该种群中a基因的基因频率将会________(增大、减小)，这种基因频率的改变是通过________实现的。
答案 (1)49% 70% (2)有条纹 增大 自然选择
解析 (1)1 000只蜗牛中，aa个体总数为490只，所以aa基因型频率＝490÷1 000×100%＝49%，若Aa的基因型频率为42%，a的基因频率＝49%＋1/2×42%＝70%。(2)根据表格中的数据统计可知，有条纹蜗牛空壳数多于无条纹的蜗牛空壳数，说明有条纹的蜗牛容易被天敌发现而被捕食，从而使A基因频率减小，a基因频率增大，该变化是由于长期自然选择的结果。
8．回答下列有关生物进化的问题：
(1)图1表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程，X、Y、Z表示生物进化中的基本环节，X、Y分别是________________、________。
(2)该小岛上的蜥蜴原种由许多个体组成，这些个体的总和称为________，这是生物进化的________________________________________________________________________。
(3)小岛上能进行生殖的所有蜥蜴个体含有的全部基因，称为蜥蜴的________________。
(4)小岛上蜥蜴原种的脚趾逐渐出现两种性状，W代表蜥蜴脚趾的分趾基因，w代表联趾(趾间有蹼)基因。图2表示这两种性状比例变化的过程，回答下列问题：
①由于蜥蜴过度繁殖，导致____________________加剧。
②小岛上食物短缺，联趾蜥蜴个体比例反而逐渐上升，其原因可能是__________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
③图2所示的过程说明，自然环境的变化引起不同性状蜥蜴的比例发生变化，其本质是因为蜥蜴群体内的______________发生了改变。
答案 (1)突变和基因重组 自然选择 (2)种群 基本单位 (3)基因库 (4)①生存斗争(种内斗争) ②联趾型个体趾间有蹼，适于游泳，可以从水中获取食物。因此，在岛上食物短缺时，联趾个体的生存和繁殖机会较多(合理即可) ③基因频率
第三章 基因的本质
知识系统构建
规律方法整合
整合一 同位素标记噬菌体的有关分析
1．噬菌体的结构：噬菌体由DNA和蛋白质组成。
2．噬菌体侵染细菌的过程
3．噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析
(1)32P噬菌体侵染大肠杆菌
(2)35S噬菌体侵染大肠杆菌
例1 有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些过程。设计实验如图：
一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P元素，下表对结果的预测中，最可能发生的是( )
选项
放射性
S元素
P元素
A
全部无
全部32S
全部31P
B
全部有
全部35S
多数32P、少数31P
C
少数有
全部32S
少数32P、多数31P
D
全部有
全部35S
少数32P、多数31P
答案 D
解析 病毒侵染细胞时，蛋白质外壳留在外面，只有核酸注入细胞，由图可知，病毒先在含32P的宿主细胞1中培养(其DNA被32P标记)，然后转移到含35S的宿主细胞2中培养。病毒复制自身的遗传物质所用的原料有宿主细胞的31P(不具放射性)，也有自身核酸(含32P)，故子代病毒的核酸多数含31P，少数含32P；病毒合成的蛋白质外壳所用的原料都是宿主细胞2的，故全被35S标记。
整合二 DNA分子结构的计算
碱基互补配对原则是核酸中碱基数量计算的基础。可推知以下多条用于碱基计算的规律。
项目
双链DNA分子
1链
2链
A、G、T、C的关系
A＝T；G＝C
A1＝T2；G1＝C2
A2＝T1；G2＝C1
A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝DNA中碱基总数50%
非互补碱基和之比：
或
1
m
1/m
互补碱基和之比：
或
n
n
n
某种碱基的比例(X为A、T、G、C中某种碱基的含量)
1/2(X1%＋X2%)
X1%
X2%
例2 已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( )
A．34%和16% B．34%和18%
C．16%和34% D．32%和18%
答案 A
解析 设该DNA分子的两条链分别为1链和2链，双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，则A＋T占66%，又因为双链DNA分子中，互补配对的两种碱基之和占整个DNA分子比例和每条链中的比例相同，因此A1＋T1＝66%，G1＋C1＝34%，又因为T1与C1分别占该链碱基总数的32%和18%，则A1＝66%－32%＝34%，G1＝34%－18%＝16%。根据DNA分子的碱基互补配对关系，所以T2＝A1＝34%，C2＝G1＝16%。
整合三 DNA复制的有关计算
DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
1．DNA分子数
(1)子代DNA分子数＝2n个。
(2)含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。
(3)不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。
2．脱氧核苷酸链数
(1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2 n＋1条。
(2)亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
(3)新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
3．消耗的脱氧核苷酸数
(1)若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个 。
(2)第n次复制需该脱氧核苷酸数＝m·2n－1个。
例3 某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有A个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是( )
A．在第一次复制时，需要(m－A)个
B．在第二次复制时，需要2(m－A)个
C．在第n次复制时，需要2n－1(m－A)个
D．在n次复制过程中，总共需要2n(m－A)个
答案 D
解析 DNA复制n次是指DNA连续复制了n次，产生的子代DNA分子为2n个，形成的脱氧核苷酸链有2n＋1条。第n次复制是指DNA复制了n－1次，已产生子代的DNA分子继续进行第n次复制。两种复制情况下所需的脱氧核苷酸的数目是不同的。在计算DNA分子在第n次复制过程中所需含某种碱基的脱氧核苷酸数目时，要先计算出n次复制时所需要的该种脱氧核苷酸数，再减去(n－1)次复制过程中所需要的该种脱氧核苷酸数。该DNA分子含胞嘧啶数目为(m－A)个，复制n次需胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(m－A)(2n－1)个。
整合四 基因、DNA与染色体之间的关系
下图是一对染色体，其中一条染色体来自母本，另一条来自父本。它们都含有同一性状的基因，而且这些基因都按照相同的顺序从染色体的一端排到另一端。在一对染色体上同一位置的基因都相同吗？这些基因与染色体呈现出何种关系？
科学家观察到基因和染色体的行为存在着明显的平行关系，通过类比的方法，推断出基因位于染色体上并得到证明，且测定出了基因在染色体上的相对位置，在染色体上呈线性排列。每种生物的体细胞含有一定数目的染色体，真核细胞中DNA主要存在于细胞核内，少量存在于线粒体、叶绿体中。前者DNA位于染色体上，复制前每条染色体上有1个DNA分子，复制后每条染色体上有2个DNA分子；而后者DNA是裸露的。每个DNA分子上含有许多基因，基因在染色体上呈线性排列。
例4 用a表示DNA，b表示基因，c表示脱氧核苷酸，d表示碱基，则四者的关系是( )
答案 D
解析 基因是有遗传效应的DNA片段，两者的基本组成单位均为脱氧核苷酸，每一分子脱氧核苷酸又是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基组成的。
热点考题集训
1．下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是( )
A．分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体
B．分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养
C．用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致
D．32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质
答案 C
解析 噬菌体营寄生生活，不能用培养基直接培养，需用含放射性的大肠杆菌培养才能使噬菌体带上放射性标记，A项错误；实验中保温时间不能过长，若保温时间太长则可能使一些含32P的子代噬菌体释放出来，离心后存在于上清液中，导致上清液中检测到32P，B项错误；35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，理论上应存在于上清液中，但可能因搅拌不充分，部分噬菌体仍吸附在细菌表面而存在于沉淀物中，C项正确；本实验可说明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质，因为缺少蛋白质进入细菌细胞的对照实验，D项错误。
2．为研究噬菌体侵染细菌的详细过程，你认为同位素标记的方案应为( )
A．用14C或3H培养噬菌体，再去侵染细菌
B．用18O或32P培养噬菌体，再去侵染细菌
C．将一组噬菌体用32P和35S标记
D．一组用32P标记DNA，另一组用35S标记蛋白质外壳
答案 D
解析 用32P和35S分别标记DNA和蛋白质外壳，35S仅存在于噬菌体的蛋白质外壳中，32P仅存在于噬菌体的DNA中，而14C、18O、3H在蛋白质和DNA中都含有，无法区别是哪一种成分发挥作用，同时用32P、35S标记蛋白质和DNA，沉淀物和上清液中都有放射性，也无法判断是哪一种成分发挥作用。
3．如图甲、乙表示两种不同的植物病毒，经重建形成“杂种病毒丙”，用病毒丙侵染植物细胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是( )
答案 D
解析 图中重建的“杂种病毒丙”的核酸来自乙病毒，而蛋白质外壳来自甲病毒。由于病毒丙侵染植物细胞中的是乙病毒核酸，所以在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒的核酸和蛋白质外壳均与乙病毒相同。
4．一个完全标记上15N的DNA分子含100个碱基对，其中腺嘌呤(A)有40个。在不含15N的培养液中经过n次复制后，不含15N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为7∶1，需游离胞嘧啶(C)为m个，则n、m分别是( )
A．3、960 B．3、900
C．4、960 D．4、900
答案 D
解析 标记过的DNA分子不管复制多少次，其子代DNA分子中必然有两个DNA分子携带有标记。根据不含15N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为7∶1，可知共得到DNA分子16个，DNA分子需要复制4次；根据题中腺嘌呤40个可知A＝T＝40(个)，G＝C＝60(个)，16个DNA分子共需要60×16个碱基C，除去开始时作为模板的DNA分子，还需要C 960－60＝600(个)。
5．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是( )
A．含有15N的DNA分子占1/8
B．含有14N的DNA分子占7/8
C．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D．复制结果共产生16个DNA分子
答案 B
解析 由于DNA的复制是半保留复制，经过四次复制形成16个DNA分子都含有14N，有2个DNA分子中一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子两条链全部含有14N，该DNA分子中含有胞嘧啶60个，由此计算出含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个，复制4次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40×(24－1)＝600(个)。
6．假如某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a，含15N的DNA的相对分子质量为b。现将含15N的大肠杆菌培养在含14N的培养基中，那么，子二代DNA的相对分子质量平均为( )
A．(a＋b)/2 B．(3a＋b)/4
C．(2a＋3b)/2 D．(a＋3b)/4
答案 B
解析 1个含15N的大肠杆菌培养在含14N的培养基中，子二代有4个DNA，其中2个DNA各含1条14N链和1条15N链，另外2个DNA的2条链都含14N。4个子代DNA实际为6条14N链和2条15N链，相当于3个含14N的DNA和1个含15N的DNA，故子二代DNA的相对分子质量平均为(3a＋b)/4。
7．某生物的一个DNA分子长度为35 700埃。已知DNA每一个螺旋的长度为34埃，含10个碱基对，假设平均每个基因有250个碱基，则这个DNA中的基因数不会超过多少个( )
A．30 B．60 C．84 D．240
答案 C
解析 此DNA的螺旋数为＝1 050(个)，碱基总数为1 050×20＝21 000(个)。基因是具有遗传效应的DNA片段，即DNA中有些片段是没有基因的，如果把这些片段也考虑进去，核DNA中基因数不会超过＝84(个)。
8．下列叙述中正确的是( )
A．细胞中的基因都在染色体上
B．细胞中每条染色体上都只有一个DNA分子
C．在体细胞中，基因和染色体一般成对存在
D．非等位基因在形成配子时都是自由组合的
答案 C
解析 基因与染色体的行为虽然存在着明显的平行关系，但基因实质上是位于DNA上的，除染色体上有DNA外，细胞质中的线粒体、叶绿体等细胞器内也含有DNA，其上面也有基因(称为细胞质基因)，所以A项错误；细胞中的染色体经过复制后，每条染色体上含有两条染色单体，即两个DNA分子，所以B项错误；减数分裂过程中，发生自由组合的基因是位于非同源染色体上的非等位基因，同源染色体上的非等位基因不发生自由组合，故D项也错误。
9．R型肺炎双球菌菌体无多糖类的荚膜，是无毒性细菌，S型肺炎双球菌菌体有多糖类的荚膜，是有毒性细菌，可使人患肺炎或使小鼠患败血症。科学家艾弗里及其同事利用肺炎双球菌来探究什么是遗传物质的问题。
实验材料、用具：S型细菌、R型细菌、DNA水解酶、培养基、培养皿等。
艾弗里等人先做了以下3组实验：
第一组：S型细菌的蛋白质＋R型活细菌培养基→R型菌落
第二组：S型细菌荚膜的多糖＋R型活细菌培养基→R型菌落
第三组：S型细菌的DNA＋R型活细菌培养基→S型菌落、R型菌落
(1)艾弗里等人后来发现上述实验步骤并不严密，于是又做了第四组实验，请写出第四组实验方法和结果：__________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)从上述实验可以得出的结论是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)从第三组实验可知，S型细菌的DNA或基因能否通过R型细菌的细胞膜？________。
(4)有人认为，上述4个实验并不能说明蛋白质和荚膜多糖不是遗传物质，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)实验中涉及的S型细菌和R型细菌可以通过观察培养基上的菌落来区分，区分的依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)S型细菌的DNA＋DNA水解酶＋R型活细菌培养基→R型菌落 (2)DNA是肺炎双球菌的遗传物质
(3)能 (4)本实验未能证实蛋白质和荚膜多糖通过细菌细胞膜进入细胞内的情况 (5)S型细菌形成的菌落表面光滑，R型细菌形成的菌落表面粗糙
解析 (1)本题直接考查教材内容，第四组实验方法是用DNA水解酶处理S型细菌的DNA后，再与R型活细菌混合培养，观察结果，应该只有R型菌落，因为S型细菌的DNA水解后其生理功能丧失。(2)比较上述4组实验可以得出DNA是肺炎双球菌的遗传物质。(3)R型细菌转化为S型细菌，说明S型细菌的DNA进入R型细菌内并与它的DNA实现重组，即能说明S型细菌的DNA能通过R型细菌的细胞膜。(4)由于该实验没有证明蛋白质和荚膜多糖通过细菌细胞膜进入细胞内的情况，所以有人认为该实验不能证明蛋白质和荚膜多糖不是遗传物质。(5)S型细菌有荚膜，菌落表面光滑，R型细菌无荚膜，菌落表面粗糙。
10．如图为大肠杆菌细胞内某种大分子片段的结构示意图，1、2、3、4代表结构名称。请据图回答下列问题：
(1)该种大分子的中文名称是____________，立体结构名称是____________。
(2)图中2表示____________，1、2、3结合在一起的结构__________________是组成该分子的单体之一。
(3)3和4之间靠____________相连接。
(4)1、2、3组成的分子彻底水解后，能产生含氮废物的是____________(填序号)。
(5)如果该分子一条链中的3占15%，互补链中的3占25%，则整个分子中3占____________。
答案 (1)脱氧核糖核酸 双螺旋结构
(2)脱氧核糖 鸟嘌呤(或胞嘧啶)脱氧核苷酸
(3)(3个)氢键 (4)3 (5)20%
解析 (1)图解是DNA的平面结构，DNA的中文名称是脱氧核糖核酸，立体结构是双螺旋结构。(2)图中1是磷酸，2是脱氧核糖(不能填五碳糖)。图中展示3和4之间是3个氢键，故3和4构成G和C碱基对，但不确定3是G还是C，因此1、2、3构成的脱氧核苷酸可能是鸟嘌呤脱氧核苷酸，也可能是胞嘧啶脱氧核苷酸。(3)如上所述，碱基对之间靠氢键连接。(4)含氮废物来自碱基。(5)某碱基在一条链上的比例＋该碱基在互补链上的比例＝该碱基在双链上的比例×2，所以G或C在整个DNA分子中的比例为(15%＋25%)÷2＝20%。
第1节 DNA是主要的遗传物质
[学习导航] 1.阅读教材，了解人类对遗传物质的早期猜测。2.结合教材图文，分析肺炎双球菌的转化实验。3.结合教材图3－6，分析噬菌体侵染细菌的实验，归纳实验结论。4.归纳DNA是生物主要的遗传物质。
[重难点击] 1.肺炎双球菌的转化实验。2.噬菌体侵染细菌的实验。
从图中我们可以看出，亲属之间在某些方面上具有一定的相似性，这就是我们平常所说的遗传。其实，早在公元前3世纪，《吕氏春秋》中就记载着“夫种麦而得麦，种稷而得稷，人不怪也。”也就是我们常说的“种瓜得瓜，种豆得豆。”正是生物的遗传特性，才使生物界的物种能够保持相对稳定。那么生物之间的这种相似性是由什么物质起作用，而在亲子代之间连续传递的呢？本节课我们就一起学习生物的遗传物质。
一、肺炎双球菌的转化实验
1．对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性，但是认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
2．肺炎双球菌类型
种类
项目
S型细菌
R型细菌
菌落
表面光滑
表面粗糙
菌体
有无毒性
有
无
3.体内转化实验——格里菲思的实验
(1)实验过程及现象
(2)结论：加热杀死的S型细菌中含有某种“转化因子”，将R型活细菌转化为S型活细菌。
4．体外转化实验——艾弗里的转化实验
(1)实验结果及现象
(2)结论：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
格里菲思将加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡，并从死亡小鼠体内分离到了活的S型菌，请分析：
1．已知在80～100 ℃温度范围内，蛋白质将失去活性，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55 ℃左右时，DNA的结构会恢复，但蛋白质却不能恢复。由此我们可以推断：在格里菲思的实验中，加热杀死的S型细菌中的“转化因子”应该是哪种物质？
答案 是DNA。
2．研究表明，小鼠体内的两种细菌含量变化如图所示：
(1)从免疫学角度解释曲线ab段下降的原因是什么？
答案 R型细菌被小鼠的免疫系统所杀灭。
(2)S型活细菌是怎样产生的？
答案 加热杀死的S型细菌的DNA将R型细菌转化为S型活细菌。
(3)S型细菌是有毒性的，据此推测曲线bc段上升的原因是什么？
答案 有毒的S型细菌在小鼠体内增殖，导致小鼠的免疫力降低，R型细菌、S型细菌数量都增加。
知识整合 加热杀死的S型细菌和R型活细菌一起注射到小鼠体内时， 开始时R型细菌被小鼠的免疫系统所杀灭，数量下降，随着S型细菌的DNA将R型细菌转化为S型活细菌， S型活细菌逐渐增多，毒性导致小鼠的免疫力降低，R型细菌、S型细菌数量都增加。
1．探索遗传物质的过程是漫长的，直到20世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括( )
A．不同生物的蛋白质在结构上存在差异
B．蛋白质与生物的性状密切相关
C．蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制
D．蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以储存大量遗传信息
答案 C
解析 蛋白质的热稳定性较DNA差，且不能复制，故选C项。其他选项所述的蛋白质的特点，与遗传物质应具备的特征一致，可作为判断为遗传物质的理由。
2．艾弗里及其同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。由表可知( )
实验组号
接种菌型
加入S型
细菌的物质
培养皿
长菌情况
①
R
蛋白质
R型
②
R
荚膜多糖
R型
③
R
DNA
R型、S型
④
R
DNA(经DNA酶处理)
R型
A.①不能证明S型细菌的蛋白质不是转化因子
B．②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性
C．③和④说明S型细菌的DNA是转化因子
D．①～④说明DNA是主要的遗传物质
答案 C
解析 第①②组实验说明蛋白质和荚膜多糖与R型细菌转化为S型细菌无关，A、B项错误。第③组实验说明DNA与R型细菌转化为S型细菌有关。第④组实验说明DNA被水解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，C项正确。①～④只能说明DNA是遗传物质，而不能说明DNA是主要的遗传物质，D项错误。
易错提醒 肺炎双球菌转化实验的几个易错点
(1)转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是小部分R型细菌被转化成S型细菌。
(2)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活性。
(3)体内转化实验结论是S型细菌体内有“转化因子”，没有证明“转化因子”是DNA，体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA
二、噬菌体侵染细菌的实验
1．实验者：赫尔希和蔡斯。
2．实验方法：放射性同位素标记法。
3．实验材料：T2噬菌体(如图所示)
4．实验过程
(1)标记T2噬菌体
(2)侵染细菌
5．实验分析
(1)T2噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳留在外面。
(2)子代T2噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA来遗传的。
6．实验结论：DNA才是真正的遗传物质。
结合上述实验过程分析：
1．标记噬菌体时，为什么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？
答案 噬菌体营寄生生活，不能直接用培养基培养噬菌体。
2．能否用14C和18O标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？
答案 不能，因为DNA和蛋白质都含C和O；不能用32P和35S同时标记噬菌体。
3．实验中搅拌的目的是什么？
答案 目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
4．实验中离心的目的是什么？离心管的上清液和沉淀物中分别是什么？
答案 离心的目的是让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
5．用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中放射性也较高，可能是什么原因造成的？
答案 搅拌不充分，有少量35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
6．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？
答案 (1)保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中。
(2)保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。
知识整合 噬菌体营寄生生活，不能直接用培养基培养噬菌体；搅拌是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，经过离心，噬菌体颗粒到了上清液中，大肠杆菌留在沉淀物中；如果搅拌不充分，有少量35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，会随细菌离心到沉淀物中。保温时间要适当，时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。
3．为证明蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质，赫尔希和蔡斯做了“T2噬菌体侵染大肠杆菌”的实验(T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内)。下图中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验及病毒、细菌的叙述正确的是( )
A．图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其内的营养成分中要加入32P标记的无机盐
B．若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验，两组相互对照
C．噬菌体的遗传不遵循基因分离定律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离定律
D．若本组实验B(上清液)中出现放射性，则不能证明DNA是遗传物质
答案 B
解析 由题干信息可知，图中亲代噬菌体已用32P标记，则锥形瓶中培养液内的营养成分应无放射性标记；要证明DNA是遗传物质，还应设计一组用35S标记噬菌体的实验，二者为相互对照实验；大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离定律；若本组实验B(上清液)中出现放射性，可能是实验时间较长，大肠杆菌裂解导致的，也可能是部分噬菌体的DNA未侵入大肠杆菌，经搅拌、离心到上清液中。
4．如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染大肠杆菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，能够找到的标记元素为( )
A．在外壳中找到15N和35S
B．在DNA中找到15N和32P
C．在外壳中找到15N
D．在DNA中找到15N、32P和35S
答案 B
解析 用15N、32P、35S共同标记噬菌体，15N标记了噬菌体的DNA和蛋白质外壳，32P标记了噬菌体的DNA,35S标记了噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌过程中蛋白质外壳留在细菌外面，DNA进入细菌内部，在细菌中以噬菌体DNA为模板，利用细菌的原料合成子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA，由于DNA复制，故在子代噬菌体中能找到15N和32P标记的DNA，不能找到35S和15N标记的蛋白质。
方法链接 “二看法”判断子代噬菌体标记情况
三、生物的遗传物质
1．RNA是遗传物质的实验证据
(1)实验材料：烟草花叶病毒，只由蛋白质和RNA组成。
(2)实验过程
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。
2．绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA。因此，DNA是主要的遗传物质。
1．人、噬菌体、烟草花叶病毒及大肠杆菌的遗传物质分别是什么？
答案 分别是DNA、DNA、RNA、DNA。
2．下列有关遗传物质的叙述，哪些说法是正确的？
①DNA是所有生物的遗传物质
②核酸是一切生物的遗传物质
③酵母菌的遗传物质主要是DNA
④病毒的遗传物质是DNA或RNA
⑤艾滋病病毒的遗传物质是DNA或RNA
答案 ②④。
3．蚕豆细胞内的遗传物质彻底水解的产物有哪些？
答案 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基。
知识整合 细胞生物同时含有DNA 和RNA，其中DNA是遗传物质；病毒只含有一种核酸，含有DNA(如噬菌体(的，DNA是遗传物质，含有RNA(艾滋病病毒、烟草花叶病毒等(的，RNA 是遗传物质。
5．烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者致病病斑不同，如图所示。下列说法中不正确的是( )
A．a过程表示用TMV的蛋白质外壳感染烟叶，结果说明TMV的蛋白质外壳没有侵染作用
B．b过程表示用HRV的RNA单独接种烟叶，结果说明具有侵染作用
C．c、d两过程表示用TMV的外壳和HRV的RNA组合成的“杂种病毒”接种烟叶，结果说明该“杂种病毒”有侵染作用，表现病症为烟叶感染车前草病毒的症状，并能从中分离出车前草病毒
D．该实验证明只有车前草病毒的RNA是遗传物质，蛋白质外壳和烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质
答案 D
解析 由于该实验中并没有用烟草花叶病毒的RNA侵染烟叶，因此无法证明烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质。
6．下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是( )
A．豌豆的遗传物质主要是DNA
B．酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
C．T2噬菌体的遗传物质含有硫元素
D．HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸
答案 B
解析 A中豌豆的遗传物质只有DNA；B中酵母菌的遗传物质DNA主要分布在染色体上，细胞质中也有；C中T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含S元素；D中HIV的遗传物质是RNA，初步水解后产生4种核糖核苷酸。
1．在肺炎双球菌的转化实验中，在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中，依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是( )
A．3和4 B．1、3和4
C．2、3和4 D．1、2、3和4
答案 D
解析 2、3、4三支试管内只有R型细菌，因为没有S型细菌的DNA，所以都不会发生转化。1号试管因为有S型细菌的DNA，所以会使R型细菌发生转化，但是发生转化的R型细菌只是一部分，故试管内仍然有R型细菌存在。
2．在探索遗传物质的过程中，赫尔希和蔡斯做了T2噬菌体侵染细菌的实验。下列有关叙述正确的是( )
A．用32P、35S标记同一组T2噬菌体的DNA和蛋白质
B．该实验的步骤是标记、培养、搅拌、离心、检测
C．用含有充足有机物的完全培养基培养T2噬菌体
D．该实验证明了DNA是主要的遗传物质
答案 B
解析 32P、35S分别标记不同组T2噬菌体的DNA和蛋白质，A错误；该实验先标记噬菌体，然后用标记的噬菌体侵染大肠杆菌培养噬菌体，之后进行搅拌和离心，最后检测上清液和沉淀物的放射性，B正确；T2噬菌体只能用活的细胞培养，不能用培养基培养，C错误；该实验证明了DNA是遗传物质，而不能证明DNA是主要的遗传物质。
3．噬菌体在繁殖过程中所利用的原料是( )
A．细菌的核苷酸和氨基酸
B．自身的核苷酸和细菌的氨基酸
C．自身的核苷酸和氨基酸
D．自身的氨基酸和细菌的核苷酸
答案 A
解析 噬菌体只能寄生在活的细胞中，在繁殖过程中以自己的遗传物质为模板，用宿主细胞的核苷酸和氨基酸作原料，进行遗传物质的复制和蛋白质外壳的合成，A正确。
4．下列有关核酸与遗传物质关系的叙述，不正确的是( )
A．DNA是绝大多数生物的遗传物质
B．有些生物的遗传物质是RNA
C．在真核生物中，DNA和RNA都是遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质
D．核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质
答案 C
解析 具有细胞结构的生物含有DNA和RNA两种核酸，但DNA是遗传物质，病毒只含有DNA或RNA一种核酸，其含有的这种核酸就是该病毒的遗传物质。总之，大多数生物的遗传物质是DNA，即DNA是主要的遗传物质。
5．下图是噬菌体侵染细菌示意图，请回答下列问题：
(1)噬菌体侵染细菌的正确顺序应是____________。
(2)图中D表明噬菌体侵染细菌时，留在细菌外的是____________，注入细菌体内的物质是____________。
(3)图中E表明_______________________________________________________________。
(4)噬菌体侵染细菌实验得出了____________是遗传物质的结论。
答案 (1)BDAEC (2)蛋白质外壳 噬菌体DNA (3)噬菌体复制完成(产生性状完全相同的噬菌体后代)
(4)DNA
解析 噬菌体侵染细菌的过程可以分为五个步骤：①吸附：噬菌体用尾部的末端吸附在细菌表面；②侵入：噬菌体通过尾轴把DNA全部注入到细菌细胞内，蛋白质外壳留在细胞外面不起作用；③生物合成在细菌体内，以噬菌体的DNA为模板，利用细菌的化学成分合成噬菌体DNA和蛋白质分子；④组装：新合成的DNA和蛋白质外壳组装成与亲代一模一样的子代噬菌体(结构、成分相同)；⑤释放：子代噬菌体由于细菌的裂解而释放出来，再去侵染其他细菌(功能相同)。由此可见，在子代噬菌体的复制过程中，只有亲代的DNA参与了(蛋白质未参与)，说明亲代的性状通过DNA传给后代，所以说DNA是遗传物质。
课时作业
[学考达标]
1．“肺炎双球菌的体外转化实验”证明了DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。得出这一结论的关键是( )
A．用S型活菌和加热杀死后的S型菌分别对小白鼠进行注射，并形成对照
B．用杀死的S型菌与无毒的R型菌混合后注射到小鼠体内，测定小鼠体液中抗体的含量
C．从死亡小鼠体内分离获得了S型菌
D．将S型菌的各种因子分离并分别加入各培养基中，培养R型菌，观察是否发生转化
答案 D
解析 当把S型菌的各种因子分离并分别与R型菌混合培养后，发现只有加入DNA的培养基中R型菌发生转化，出现S型菌，而加入其他因子的培养基中R型菌(如加入蛋白质)不发生转化，即不出现S型菌。
2．S型肺炎双球菌具有多糖类的荚膜，R型则不具有。下列叙述错误的是( )
A．培养R型活细菌时加入S型细菌的多糖类物质，能产生一些具有荚膜的细菌
B．培养R型活细菌时加入S型细菌的DNA的完全水解产物，不能产生具有荚膜的细菌
C．培养R型活细菌时加入S型细菌的DNA，能产生具有荚膜的细菌
D．培养R型活细菌时加入S型细菌的蛋白质，不能产生具有荚膜的细菌
答案 A
解析 S型细菌的DNA的完全水解产物、蛋白质、多糖等物质均不能使R型细菌转化为S型细菌。只有DNA才是遗传物质，能够使R型活细菌发生转化。
3．利用两种类型的肺炎双球菌进行相关转化实验。各组肺炎双球菌先进行图示处理，再培养一段时间后注射到不同小鼠体内。下列说法不正确的是( )
A．通过E、F对照，能说明转化因子是DNA而不是蛋白质
B．F组可以分离出S型和R型两种肺炎双球菌
C．F组产生的S型肺炎双球菌可能是基因重组的结果
D．能导致小鼠死亡的是A、B、C、D四组
答案 D
解析 从图示实验过程看出，通过E、F对照，能说明转化因子是DNA而不是蛋白质，F组加入了S型菌的DNA，可以分离出S型和R型两种肺炎双球菌，而S型肺炎双球菌可能是基因重组的结果。A组经煮沸、D组为R型菌，均不能导致小鼠死亡，D项错误。
4．赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，下列被标记的部分组合是( )
A．①② B．①③
C．①④ D．③④
答案 A
解析 组成噬菌体蛋白质的基本单位是氨基酸，而P是噬菌体DNA组成成分之一——磷酸的构成元素，对照图解标号应分别选择①②。
5．如图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验，实验表明这种病原体( )
A．寄生于细胞内，通过RNA遗传
B．寄生于细胞间，通过蛋白质遗传
C．寄生于细胞内，通过蛋白质遗传
D．寄生于细胞间，通过RNA遗传
答案 A
解析 从图示可看出，用RNA接种在叶片上，叶片出现了病斑；而用蛋白质外壳接种到叶片上，叶片上没有病斑；所以该病原体是通过RNA遗传的。
6．生物兴趣小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌实验，如下图。下列有关分析不正确的是( )
A．理论上，b中不应具有放射性
B．b中含放射性的高低，与②过程中搅拌是否充分有关
C．b中是否含有放射性，与①过程中培养时间的长短有关
D．上述实验过程并不能证明DNA是遗传物质
答案 C
解析 用35S只能标记噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌时，其蛋白质外壳只能留在细菌细胞外，而搅拌的目的是使吸附在细菌细胞外的噬菌体及蛋白质外壳与细菌分离，离心是让上清液中析出噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌，因此，搅拌越充分，蛋白质外壳与细菌分离得越彻底，b中放射性越低，如果使蛋白质外壳与细菌彻底分离，则b中不含放射性。上述实验并没有“示踪”DNA在遗传中的作用，因此不能证明DNA是遗传物质。b中是否含有放射性，与①过程中培养时间的长短无关。
[高考提能]
7．病毒H1N1亚型是第一个被鉴定出的流行性感冒病毒，之后即不断地有新亚型的报道。下图为流行性感冒病毒构造示意图，其中甲(简称H)与病毒进入细胞有关；乙(简称N)则与病毒粒子出细胞有关。抗病毒药物“达菲”(Oseltamivir)主要是抑制乙的作用。则“达菲”主要是阻断该病毒增殖时的哪一过程( )
A．病毒入侵细胞
B．病毒的核酸复制
C．病毒粒子的组装
D．子病毒释放出细胞
答案 D
解析 病毒H1N1侵染细胞的过程与噬菌体侵染细胞一致，要经过吸附→注入→复制合成→组装→释放等步骤。由示意图可知：甲与注入有关，乙与释放有关，丙与复制合成有关，丁与组装有关。可见“达菲”主要是抑制乙的作用，主要是阻断该病毒增殖时的释放过程，D正确。
8．下图甲中的噬菌斑(白色区域)，是在长满大肠杆菌(黑色)的培养基上，由一个T2噬菌体侵染细菌后不断裂解细菌产生的一个不长细菌的透明小圆区，它是检测噬菌体数量的重要方法之一。现利用培养基培养并连续取样的方法，得到噬菌体在感染大肠杆菌后数量的变化曲线(下图乙)，下列叙述错误的是( )
A．培养基中加入含35S或32P的营养物质，则放射性先在细菌中出现，后在噬菌体中出现
B．曲线ab段，细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成
C．曲线bc段所对应的时间内噬菌体共繁殖了10代
D．限制cd段噬菌斑数量增加的因素最可能是绝大部分细菌已经被裂解
答案 C
解析 包括噬菌体在内的所有病毒均是严格的寄生生物，无独立的代谢能力，需要利用寄主细胞的原料增殖，而大肠杆菌可以利用环境中的物质进行代谢，A正确；曲线ab段，正处于噬菌体物质合成的阶段，细菌未裂解释放噬菌体，B正确；曲线bc段，噬菌斑从100个增殖到1 000个，是细菌裂解释放的噬菌体数量，并不代表噬菌体增殖10代，增殖10代得到的噬菌体数为100×210个，C错误；de段噬菌斑数量达到最大，说明d点之前绝大部分细菌已经裂解，D正确。
9．如图表示T2噬菌体、乳酸菌、酵母菌和家兔体内遗传物质组成中五碳糖、碱基和核苷酸的种类，其中与实际情况相符的是( )
A．T2噬菌体 B．乳酸菌
C．酵母菌 D．家兔
答案 A
解析 T2噬菌体只含有DNA，乳酸菌、酵母菌、家兔既含有DNA又含有RNA，但遗传物质都是DNA。
10．根据下面的材料回答问题。
材料一 在噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，用同位素31P、32P和32S、35S分别作如下标记。
噬菌体
大肠杆菌
脱氧核苷酸
32P
31P
氨基酸
32S
35S
材料二
(1)写出用32P标记噬菌体的大致操作过程。
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
(2)材料一中，子代噬菌体的DNA分子中含有同位素____________。
(3)若材料一中的噬菌体和大肠杆菌分别换成烟草花叶病毒和烟叶细胞，则能说明________________。
(4)分析材料二，A～D的结果中，哪项不正确？______。说明理由：______________________
________________________________________________________________________。
(5)材料一、材料二共同说明的问题是____________________________________________。
答案 (1)①在含有放射性32P的培养基中培养大肠杆菌
②再用上述大肠杆菌培养噬菌体 (2)31P和32P
(3)RNA是遗传物质 (4)D DNA分子被DNA酶分解掉，失去活性，R型细菌不能转化成S型细菌，小鼠不会死亡 (5)DNA是遗传物质
解析 (1)由于噬菌体是病毒，不能独立培养，必须寄生在活细胞中，所以先用培养基培养细菌，再用细菌培养噬菌体。(3)烟草花叶病毒的核酸是RNA，它可以侵染烟草的叶细胞，说明RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。(4)由于DNA酶能够分解DNA分子，使其失去活性，不能使R型细菌转化成S型细菌，所以小鼠不会死亡。(5)材料一、材料二共同说明的问题是DNA是遗传物质。
11．1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的功能，请回答下列有关问题。
(1)他们指出“噬菌体在分子生物学的地位就相当于氢原子在玻尔量子力学模型中的地位一样”。噬菌体作为实验材料具有____________________的特点。
(2)通过________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
的方法分别获得被32P或35S标记的噬菌体，用标记的噬菌体侵染细菌，从而追踪在侵染过程中______________________变化。
(3)侵染一段时间后，用搅拌机搅拌，然后离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中的放射性，得到如图所示的实验结果。搅拌的目的是____________________________________，
所以搅拌时间少于1 min时，上清液中的放射性________________。实验结果表明当搅拌时间足够长以后，上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%，证明________________。图中“被侵染细菌”的存活率曲线基本保持在100%，本组数据的意义是作为对照组，以证明________________，否则细胞外________________放射性会增高。
(4)本实验证明病毒传递和复制遗传特性中________________起着重要作用。
答案 (1)结构简单，只含有蛋白质和DNA(核酸)
(2)用分别含32P和35S的培养基培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P或35S标记的大肠杆菌 DNA和蛋白质的位置 (3)使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 较低 DNA进入细菌，蛋白质没有进入细菌 细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来 32P (4)DNA
解析 (1)噬菌体作为实验材料，是因为其结构简单，只含有蛋白质和DNA(核酸)。(2)噬菌体是病毒，离开活体细胞不能繁殖，所以要标记噬菌体，首先应用分别含32P 和35S的培养基培养大肠杆菌，再让噬菌体侵染标记后的大肠杆菌，即可达到标记噬菌体的目的，进而追踪在侵染过程中蛋白质和DNA的位置变化。(3)噬菌体侵染大肠杆菌的时间要适宜，时间过长，子代噬菌体从大肠杆菌体内释放出来，会使细胞外32P含量增高。图中被侵染细菌的存活率始终保持在100%，说明细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来。细胞外的35S含量只有80%，原因可能是在搅拌时侵染细菌的噬菌体外壳没有全部分离；细胞外的32P含量有30%，原因是有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌。该实验证明DNA是噬菌体的遗传物质。
12．某研究小组为探究某病毒的遗传物质是DNA还是RNA，做了如下实验，请你完成相关内容。
(1)实验原理：__________________________________________________________。
(2)材料用具：该病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及其等渗生理盐水、注射器等。
(3)实验步骤：
①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干，随机均分成四组，编号分别为A、B、C、D。
②按下表所示配制注射溶液，然后分别注射入小白鼠体内。
组别
A
B
C
D
注射溶液
_______和
________
_______和
________
________
________
③相同条件下培养一段时间后，观察比较各组小白鼠的发病情况。
(4)结果预测及结论：
①A、C组发病，B、D组未发病，说明DNA是该病毒的遗传物质；
②______________，说明________________________________________________________。
(5)实验分析：
①________组和________组对照，能说明DNA是否是其遗传物质。
②B组和C组对照，能说明__________________________________________。
③C组和D组在实验对比时起到________作用。
答案 (1)酶具有专一性 (3)②A.该病毒核酸提取物
RNA酶 B．该病毒核酸提取物 DNA酶 C．该病毒核酸提取物 D．生理盐水 (4)②B、C组发病，A、D组未发病 RNA是该病毒的遗传物质 (5)①A C ②RNA是否是其遗传物质 ③对照
解析 本题是一个实验探究题，解答时要认真阅读试题，从题干信息中准确提取实验原理，分清实验组和对照组。从(4)(5)小题中可以确定表格中的空格处所填内容，A组和B组、C组和D组是不能互换的。A组和B组是两个实验组，C组和D组是两个对照组。
[真题体验]
13．(2016·江苏，1)下列关于探索DNA是遗传物质实验的相关叙述，正确的是( )
A．格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果
B．格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质
C．赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的
D．赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质
答案 D
解析 格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因重组的结果，A错误；格里菲思实验证明了S型细菌中存在一种转化因子，使R型细菌转化为S型细菌，B错误；T2噬菌体属于病毒，营寄生生活，需先标记细菌，再标记噬菌体，C错误；赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质，D正确。
14．(2013·海南，13)关于T2噬菌体的叙述，正确的是( )
A．T2噬菌体的核酸和蛋白质中含硫元素
B．T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中
C．RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质
D．T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖
答案 D
解析 核酸中不含S元素，故A错误；T2噬菌体不能寄生在酵母菌细胞中，故B错误；任何生物的遗传物质只能是DNA或RNA中的一种，T2噬菌体的遗传物质是DNA，故C错误；T2噬菌体作为病毒，只能利用宿主细胞的物质进行增殖，D正确。
第2节 DNA分子的结构
[学习导航] 1.阅读教材P47“DNA双螺旋结构模型的构建”，了解科学家构建模型的研究历程，体验持之以恒的奋斗精神。2.结合教材图3－11，分析教材P49“DNA分子的结构模式图”，理解并掌握DNA分子的双螺旋结构模型的特点。3.学习制作DNA双螺旋结构模型，进一步理解其结构特点并掌握有关的计算规律。
[重难点击] 1.DNA分子的双螺旋结构模型的特点。2.DNA分子结构的有关计算规律。
通过前面的学习，我们知道生物的遗传物质主要是DNA，细胞生物和部分病毒的遗传物质都是DNA。那么DNA究竟具有怎样的结构呢？上图是坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕像和雅典奥运会中关于人类发现DNA的过程，这就是科学家模拟的DNA模型，下面就让我们重温科学家构建DNA模型的研究历程，分析DNA的结构特点。
一、DNA双螺旋结构模型的构建和主要特点
1．DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
(2)过程
2．DNA分子的结构
(1)写出图中各部分的名称：①胸腺嘧啶；②脱氧核糖；③磷酸；④胸腺嘧啶脱氧核苷酸；⑤碱基对；⑥腺嘌呤；⑦鸟嘌呤；⑧胞嘧啶。
(2)从图中可以看出，和A配对的一定是T，和G配对的一定是C，碱基对之间靠氢键连接。其中A－T之间是2个氢键，G－C之间是3个氢键。
(3)双螺旋结构特点
①DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
②DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，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。碱基配对的规律是：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。
如图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题：
1．图中的[1]、[2]、[5]、[7]的名称分别是什么？
答案 [1]为碱基对、[2]为一条脱氧核苷酸单链片段、[5]为腺嘌呤脱氧核苷酸、[7]为氢键。
2．两条链之间的碱基是怎样结合的？配对有什么规律？
答案 DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对；且有一定规律：A与T配对，G与C配对。
3．结构[2]中的相邻碱基C和A是如何连接的？
答案 连接方式为：C－脱氧核糖－磷酸基－脱氧核糖－A。
4．该片段中，游离的磷酸基有几个？
答案 2个。
5．现有M、N两个均含有200个碱基的双链DNA分子，其中M分子中共有260个氢键，N分子中含有20个腺嘌呤，那么M分子中有C－G碱基对多少个？这两个DNA分子中哪个结构更稳定？
分析 假设M分子只有A、T两种碱基，则200个碱基，100个碱基对，含有200个氢键，而实际上有260个氢键，即G—C碱基对共60个。N分子中A－T对有20个，则G－C对有80个，氢键共有20×2＋80×3＝280个，氢键越多的DNA分子越稳定。
答案 M分子中有C－G碱基对共60个；N分子更稳定。
知识整合 DNA中两条链反向平行，每条链有一个游离的磷酸基；一条链内的相邻碱基由脱氧核糖－磷酸基－脱氧核糖连接；两条链之间的碱基由氢键连接形成碱基对，A－T之间有2条氢键，G－C之间有3条氢键；相同长度的DNA分子，G－C碱基对越多，氢键越多，DNA分子越稳定。
1．下面对DNA结构的叙述中，错误的一项是( )
A．DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧
B．DNA分子中的两条链反向平行
C．DNA分子中氢键数目和碱基数目一定相等
D．DNA分子中碱基之间一一对应配对的关系是碱基互补配对原则
答案 C
解析 在DNA分子中，A＝T、G＝C，脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在DNA外侧，共同构成DNA分子的基本骨架；DNA分子两条链反向平行；A－T间是2个氢键，G－C间是3个氢键，氢键数目和碱基数目不相等。
2．如图是一个DNA分子的片段，从图中不能得到的信息是( )
A．DNA是双螺旋结构
B．碱基严格互补配对
C．嘌呤数等于嘧啶数
D．两条脱氧核苷酸链反向平行
答案 D
解析 由图示可以看出，DNA是双螺旋结构，且两条链之间碱基严格互补配对，即嘌呤数等于嘧啶数；从题中不能看出两条链的方向。
知识拓展 (1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种。
(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。
二、制作DNA双螺旋结构模型及有关计算规律
1．制作DNA双螺旋结构模型
(1)组装“脱氧核苷酸模型”：利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。
(2)制作“多核苷酸长链模型”：将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相同，碱基之间能够互补配对。
(3)制作DNA分子平面结构模型：按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。
(4)制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型：把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。
2．DNA分子双螺旋结构模型的计算规律
(1)在双链DNA片段中，腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即A＝T，G＝C。因此，嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A＋G＝T＋C。
(2)的值在不同DNA分子中是不同的，是DNA分子多样性和特异性的表现。
(3)在一个双链DNA分子中，脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的数量比例为1∶1∶1。
(4)DNA分子中共有4种类型的碱基对，若某个DNA分子具有n个碱基对，则DNA分子可有4n种组合方式。
结合DNA分子双螺旋结构模型的特点，分析：
1．设在双链DNA分子中的1号链上A1＋T1＝n%，则2号链上A2＋T2的比例为多少？整个DNA分子中A＋T的比例又是多少？据此，你有什么结论？
分析 因为A1＝T2，A2＝T1，则：A1＋T1＝T2＋A2＝n%。整个DNA分子中：A＋T＝n%。即在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
答案 T2＋A2＝n%；整个DNA分子中：A＋T＝n%；互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
2．若1号链上：＝m，则2号链上的比例为多少？整个DNA分子中，该比值又是多少？据此，你有什么结论？
分析 ＝＝m，所以互补链上＝。即在双链DNA分子中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，整个DNA分子中，该比值是1。
答案 ＝；在双链DNA分子中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，整个DNA分子中，该比值是1。
知识整合 双链DNA分子中配对碱基之和的比值在两条单链和整个DNA分子中都相等；不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数，整个DNA分子中为1。
3．已知1个DNA分子中有4 000个碱基对，其中胞嘧啶有2 200个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是( )
A．4 000个和900个 B．4 000个和1 800个
C．8 000个和1 800个 D．8 000个和3 600个
答案 C
解析 每个脱氧核苷酸含有一个碱基，因为含有4 000个碱基对，所以含有8 000个脱氧核苷酸。因为胞嘧啶和鸟嘌呤的数目是2 200对，所以腺嘌呤和胸腺嘧啶的数目是1 800对，又因腺嘌呤和胸腺嘧啶数目相等，所以腺嘌呤的数目是1 800个。
4．某DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链(b)上的G占该链碱基总数的比例是( )
A．35% B．29% C．28% D．21%
答案 A
解析 整个DNA中的A＋T占整个DNA碱基总数的44%，则G＋C占整个DNA碱基总数的56%，又因为其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%，所以与G对应的互补链(b)上的C占b链碱基总数的21%，则G(a链上)＋C(b链上)占DNA分子碱基总数的21%。因为总的G＋C占整个DNA分子碱基总数的56%，所以G(b链上)＋C(a链上)占DNA整个分子碱基总数的35%，推得G占b链碱基总数的35%，所以答案选A。
易错提醒 进行碱基计算时要注意以下几点
(1)单位是“对”还是“个”，这方面往往带来数据成倍的错误。
(2)注意提供的数据是DNA双链还是DNA的一条单链。
(3)解题时最好画一下简图，比较直观，减少因为思路不清引起的错误。
1．1953年沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于( )
①发现DNA如何存储遗传信息 ②确定DNA是主要的遗传物质 ③发现DNA分子中碱基含量的规律性 ④为DNA复制机制的阐明奠定基础
A．①③ B．②③
C．①④ D．③④
答案 C
解析 双螺旋结构模型的确定解释了DNA为什么能存储大量遗传信息，为DNA半保留复制奠定了基础，因此①④正确。
2．关于DNA分子结构的叙述，正确的是( )
A．组成双链DNA分子的脱氧核苷酸可以只有1种
B．每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基
C．双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的
D．双链DNA分子中，A＋T＝G＋C
答案 C
解析 根据碱基互补配对原则，组成双链DNA分子的脱氧核苷酸至少有2种，其中的五碳糖为脱氧核糖；位于DNA分子长链结束部位的每个脱氧核糖上只连着一个磷酸和一个碱基；双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的；双链DNA分子中，根据碱基互补配对原则，有A＋G＝T＋C。
3．下图为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA分子片段(其中○代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是( )
A．甲说：该图没有什么物质和结构上的错误
B．乙说：该图有一处错误，就是U应改为T
C．丙说：该图中核糖应改为脱氧核糖
D．丁说：如果他画的是双链RNA分子，则该图就是正确的
答案 C
解析 该同学要画的为DNA分子结构图，图中的错误：五碳糖应为脱氧核糖；碱基不应含尿嘧啶(U)；磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接。
4．DNA的一条单链中(A＋G)/(T＋C)＝0.4。上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为( )
A．0.4、0.6 B．2.5、1.0
C．0.4、0.4 D．0.6、1.0
答案 B
解析 根据碱基互补配对原则，在整个DNA分子中，因为A＝T，G＝C，所以(A＋G)/(T＋C)的比值为1.0。在双链DNA分子中，一条链上的(A＋G)/(T＋C)与另一条链上(T＋C)/(A＋G)的值相等，为0.4，因而互补链中(A＋G)/(T＋C)＝2.5，互为倒数。
5．下面图甲是用DNA测序仪测出的某DNA片段上一条脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(TGCGTATTGG)，请回答下列问题：
(1)据图甲推测，此DNA片段上的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是____________个。
(2)根据图甲中脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序，推测图乙中显示的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为__________(从上往下)。
(3)图甲所显示的DNA片段与图乙所显示的DNA片段中的(A＋G)/(T＋C)总是为____________，由此证明DNA分子中碱基的数量关系是____________。图甲中的DNA片段与图乙中的DNA片段中的A/G分别为____________、____________，由此说明了DNA分子具有特异性。
答案 (1)5 (2)CCAGTGCGCC (3)1 嘌呤数等于嘧啶数 1 1/4
解析 (1)图甲中显示的一条链上鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是4个，胞嘧啶脱氧核苷酸的数量是1个，根据碱基互补配对原则，其互补链上还有1个鸟嘌呤脱氧核苷酸。(2)看清楚图甲中各列所示的碱基种类是读出脱氧核苷酸链碱基序列的关键。(3)在双链DNA分子中，因为碱基互补配对，所以嘌呤数等于嘧啶数；不同的DNA分子中(A＋T)/(G＋C)、A/G、T/C是不同的，体现了DNA分子的特异性。
课时作业
[学考达标]
1．有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成应是( )
A．三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
B．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶
C．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
D．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶
答案 C
解析 根据碱基互补配对原则可知，另一个碱基为T，两个脱氧核苷酸含有两个磷酸和两个脱氧核糖。
2．下面为DNA分子的结构示意图，对该图的正确描述是( )
A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架
B．①②③构成胞嘧啶脱氧核苷酸
C．④占的比例越大，DNA分子越稳定
D．DNA分子中⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T
答案 D
解析 DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成，A错误；胞嘧啶脱氧核苷酸由②③⑨组成，B错误；④是A与T之间的氢键，G、C含量越多，DNA分子越稳定，C错误；根据碱基互补配对原则，⑤、⑥、⑦、⑧依次代表A、G、C、T，D正确。
3．以下四个双链DNA分子中，稳定性最差的是( )
A．A占25% B．T占30%
C．G占25% D．C占30%
答案 B
解析 DNA分子结构稳定性表现在相对稳定的双螺旋结构；碱基对通过氢键连接，氢键含量越高，稳定性越强。根据碱基互补配对原则可计算四个双链DNA分子中含G≡C碱基对最少的稳定性最差。A项中G＋C＝50%；B项中G＋C＝40%；C项中G＋C＝50%；D项中G＋C＝60%。
4．由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基对的排列顺序不同，可分为多少种，说明了DNA分子的什么特性( )
①504种 ②450种 ③425种 ④遗传性 ⑤多样性 ⑥特异性
A．①④ B．②⑤
C．②⑥ D．③⑤
答案 D
解析 一个DNA分子中碱基对的排列方式有4n种(其中n为碱基对的数目)，体现了DNA分子的多样性。
5．在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型( )
A．粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补
B．粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似
C．粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补
D．粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同
答案 A
解析 A和G都是嘌呤碱基，C和T都是嘧啶碱基，在DNA分子中，总是A＝T，G＝C，依题意，用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，则DNA的粗细相同。
6．下列关于双链DNA的叙述，不正确的是( )
A．若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上的A和T数目也相等
B．若一条链上A的数目大于T，则另一条链上A的数目小于T
C．若一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4
D．若一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3
答案 C
解析 根据DNA双螺旋结构中的碱基互补配对原则，即A对T，G对C，由此推测两条链上互补碱基的数量关系是A＝T，G＝C。若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上的A和T数目也相等，A项正确；若一条链上A的数目大于T，则另一条链上A的数目小于T，B项正确；若一条链A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，对应另一条链T∶A∶C∶G＝1∶2∶3∶4，调整为A∶T∶G∶C的顺序，应等于2∶1∶4∶3，C项错误、D项正确。
[高考提能]
7．关于下图DNA分子片段的说法，不正确的是( )
A．①所指的碱基代表鸟嘌呤
B．②所指的碱基是DNA分子中特有的
C．③代表碱基互补配对形成的氢键
D．DNA分子片段中A—T碱基对含量越高，DNA分子结构越稳定
答案 D
解析 图中①所指碱基为鸟嘌呤(G)；②所指碱基为胸腺嘧啶(T)，T是DNA特有的，A、B正确；③代表氢键，C正确；DNA分子中A—T碱基对有2个氢键，G—C碱基对有3个氢键，若G—C碱基对含量越高，则DNA分子结构越稳定，D错误。
8．某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子( )
A．含有4个游离的磷酸基团
B．含有腺嘌呤脱氧核苷酸20个
C．四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7
D．碱基排列方式共有4100种
答案 C
解析 一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团，A项错误。由一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，计算得一条链上100个碱基中含A、T、G、C依次是10、20、30、40，另一条链上含A、T、G、C则依次是20、10、40、30，故该DNA中含腺嘌呤脱氧核苷酸数为10＋20＝30个，B项错误。四种含氮碱基的比例是A∶T∶G∶C＝(10＋20)∶(20＋10)∶(30＋40)∶(40＋30)＝3∶3∶7∶7，C项正确。含200个碱基的DNA不考虑每种碱基比例关系的情况下，可能的碱基排列方式共有4100种。但因碱基数量比例已确定，故碱基排列方式肯定少于4100种，且一个DNA分子只有一种特定的碱基排列顺序，D项错误。
9．假设一个DNA分子片段中，碱基T共312个，占全部碱基的26%，则此DNA片段中碱基G所占百分比和数目分别是( )
A．26%,312个 B．24%,288个
C．24%,298个 D．12%,144个
答案 B
解析 DNA分子的碱基数目和比例严格遵循碱基互补配对原则，即DNA分子中有一个A，必须有一个和其互补的T；有一个C，必有一个G。根据这个原理可知G＝＝24%；又知T共312个，占26%，则可知该DNA分子片段中共有碱基312÷26%＝1 200个；前面已计算出G占24%，则G的数目是1 200×24%＝288个。
10．经检测得知，一双链DNA分子中鸟嘌呤的数目为x，其占碱基总数量的比例是y，以下推断正确的是( )
A．与鸟嘌呤互补的碱基比例是1－y
B．该DNA分子的嘌呤和嘧啶的比例是x/y
C．该DNA分子的碱基之间的氢键数是x(1＋2/y)
D．与鸟嘌呤不互补的碱基数目是x(1－2y)/y
答案 D
解析 由题意可知，G、C所占比例都为y，数量都为x；A、T所占比例都为1/2－y，数量都为(x/y－2x)/2＝(x/2y)－x。A项，与鸟嘌呤互补的碱基比例是y；B项，该DNA分子的嘌呤和嘧啶的比例是1；C项，G、C之间有三个氢键，A、T之间有两个氢键，该DNA分子的碱基之间的氢键数是3x＋2(x/2y－x)＝x＋x/y；D项，A、T与鸟嘌呤不互补，其数目为x(1－2y)/y。
11．下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题，请回答：
(1)若A占20%，则G占____________。
(2)若双链DNA中A占20%，且一条链中的A占20%，则此链中C所占比例的最大值是____________。
(3)一条链中(A＋C)/(T＋G)＝0.4，互补链中的此值是____________。
(4)一条链中(A＋T)/(C＋G)＝0.4，互补链中的此值是____________。
(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则该DNA分子中的G有____________个。
答案 (1)30% (2)60% (3)2.5 (4)0.4 (5)1.5P
解析 (1)由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：A＋G＝50%，因而G占30%。(2)由双链DNA分子A占20%可知：该DNA分子中(A＋T)占40%，(C＋G)占60%，对任意一条链而言，某种碱基所占比例的最大值即该对碱基所占的比例，因而，C最多占该链的60%。(3)由双链DNA中，一条链中的(A＋C)/(T＋G)与另一条链中的该比值互为倒数可知：其互补链中的(A＋C)/(T＋G)＝1/0.4＝2.5。(4)由于双链DNA及任意一条链中的(A＋T)/(C＋G)为一定值，可知其互补链中的(A＋T)/(C＋G)＝0.4。(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则DNA分子的总碱基数为P/20%＝5P(个)，而由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：G占总碱基数的50%－20%＝30%，则G有5P×30%＝1.5P(个)。
12．下图是制作DNA双螺旋结构模型的过程图，请回答下面的问题。
(1)在制作模型前进行的设计中，甲处应考虑具备____________________种材料，它们分别是________________________；其中五边形材料表示________________。
(2)乙表示的物质是____________，a位置的元素是____________。制作一个乙用到了____________种材料。
(3)由乙连接成丙的过程，需考虑的主要有：两条链中五边形材料的顶角应呈____________(填“同向”或“反向”)关系；若一条链的下端是磷酸，则另一条链的上端应该是____________，这样制作的目的是体现DNA双链____________的特点。
(4)随机将班里某两位同学制作的单链连接成双链，不合理的地方最可能是____________。
(5)丙到丁过程体现了DNA分子____________的特点，丁中排在外侧的物质是____________。
答案 (1)6 磷酸、脱氧核糖、四种碱基 脱氧核糖
(2)脱氧核苷酸 氧 3 (3)反向 磷酸 反向平行 (4)双链间的碱基配对不遵循碱基互补原则 (5)(双)螺旋 交替连接的脱氧核糖和磷酸
13．已知大多数生物的DNA是双链的，但也有个别生物的DNA是单链的。有人从两种生物中提取出DNA，分析它们的碱基比例如下，请据表分析下列问题：
生物
A
T
C
G
甲
25
33
19
21
乙
31
31
19
19
(1)从生物____________的碱基比例来看，它的DNA分子的结构应为____________链，是极少数病毒具有的。
(2)从生物______________的碱基比例来看，它代表着大多数生物种类DNA分子的结构，其碱基构成特点为______________________________。
(3)现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌(生活在高温环境中)的是( )
A．含胸腺嘧啶32%的样品
B．含腺嘌呤17%的样品
C．含腺嘌呤30%的样品
D．含胞嘧啶15%的样品
答案 (1)甲 单 (2)乙 A＝T、G＝C (3)B
解析 双链DNA分子的两条链之间由氢键相连，碱基之间的连接遵循碱基互补配对原则，即A等于T，G等于C，若A≠T，G≠C，则说明该DNA分子不是双链，而是单链。DNA分子双螺旋结构中，A与T之间可以形成2个氢键，而G与C之间可以形成3个氢键，3个氢键稳定性强，因此，G和C含量多的生物，稳定性大于G与C含量少的生物。
[真题体验]
14．(2016·上海，28)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含 10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为( )
A．58 B．78 C．82 D．88
答案 C
解析 构成一个脱氧核苷酸需要2个订书钉，20个脱氧核苷酸总共需要40个；一条DNA单链需要9个订书钉连接，两条链共需要18个；双链间的氢键数共有24个，总共需要订书钉24个，所以共需订书钉82个。
15．(2014·山东，5)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列关系图中正确的是( )
答案 C
解析 DNA分子中(A＋C)/(T＋G)应始终等于1，A项错误；一条单链中(A＋C)/(T＋G)与其互补链中(A＋C)/(T＋G)互为倒数，一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝0.5时，互补链中(A＋C)/(T＋G)＝2，B项错误；一条单链中(A＋T)/(G＋C)与其互补链中(A＋T)/(G＋C)及DNA分子中(A＋T)/(G＋C)都相等，C项正确、D项错误。
第3节 DNA的复制
[学习导航] 1.结合DNA分子的结构特点，了解沃森和克里克对DNA分子复制方式的早期推测。2.结合教材图文，了解DNA半保留复制的实验证据。3.归纳DNA分子的复制过程及总结DNA准确复制的原因。
[重难点击] 1.DNA分子的复制过程和特点。2.DNA复制的有关计算。
生物亲子代之间是通过遗传物质传递遗传信息的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份”来传递给子代？DNA的复制就是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，即1DNA→2DNA。新产生的DNA分子是一个全新的DNA分子吗？是否像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？这一节我们就一起来学习DNA复制的过程。
一、DNA分子复制方式的推测和实验证据
1．对DNA分子复制的推测
(1)提出者：沃森和克里克。
(2)假说
①解旋：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂。
②复制：解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。
(3)特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制。
2．DNA分子复制的实验证据(选学)
(1)实验方法：放射性同位素标记法和密度梯度离心技术。
(2)实验原理
①DNA的两条链都用15N标记，那么这样的DNA分子质量大，离心时应该在试管的底部。
②两条链中都含有14N，那么这样的DNA分子质量小，离心时应该在试管的上部。
③两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么这样的DNA分子离心时应该在试管的中部。
(3)实验过程
(4)实验结果
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→轻带、中带。
(5)实验结果和预期的一致，说明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
如果用15N标记DNA分子的两条链，让其在含有14N的环境中复制n次。结合DNA分子半保留复制的特点，回答下列问题：
1．复制n次后，DNA分子总数和含有15N的DNA分子数分别是多少？
答案 2n个、2个。
2．复制n次后，DNA分子中含14N的DNA分子数和只含14N的DNA分子数分别是多少？
答案 2n个、(2n－2)个。
3．复制n次后，DNA分子中脱氧核苷酸链数、含15N的脱氧核苷酸链数、含14N的脱氧核苷酸链数分别是多少？
答案 2n＋1条、2条、(2n＋1－2)条。
4．设亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，则：
(1)经过n次复制，共需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸多少个？
答案 m·(2n－1)个。
(2)在第n次复制时，需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸多少个？
答案 m·2n－1个。
知识整合 将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养，复制n次：
(1)产生2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子有2个，含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子数是(2n－2)个。
(2)2n个DNA分子有2n＋1条脱氧核苷酸链，其中：含15N的脱氧核苷酸链数是2条、含14N的脱氧核苷酸链数是(2n＋1－2)条。
(3)若亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：
①经过n次复制，共需要消耗该脱氧核苷酸：m·(2n－1)个。
②在第n次复制时，需要消耗该脱氧核苷酸：m·2n－1个。
1．在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N－DNA(相对分子质量为a)和15N—DNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。下列对此实验的叙述不正确的是( )
A．Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15N
B．Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的
C．预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为
D．上述实验结果证明DNA分子的复制方式为半保留复制
答案 B
解析 15N－DNA在14N的培养基上进行第一次复制后，产生的两个子代DNA分子均含有一条15N的DNA链和一条14N的DNA链。这样的DNA用离心法分离后，应该全部处在试管的中部。Ⅰ代的两个DNA分子再分别进行复制，它们所产生的两个子代DNA分别为全14N－DNA分子和14N、15N—DNA分子。此时，将该DNA作离心处理，产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的。Ⅲ代细菌DNA分子共有8个，各条单链的相对分子质量之和为(7a＋b)，平均相对分子质量为。
2．某一个DNA分子中，A为200个，复制数次后，消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3 000个，该DNA分子已经复制了几次( )
A．4次 B．3次 C．5次 D．6次
答案 A
解析 利用DNA复制规律得知，经过n次复制利用腺嘌呤脱氧核苷酸数目3 000＝(2n－1)×200，得n＝4。
3．用经3H标记的n个噬菌体侵染大肠杆菌，在普通培养基中培养一段时间后，统计得知培养基中共有后代噬菌体m个，其中含有标记元素的噬菌体占的比例为( )
A. B.
C. D.
答案 B
解析 每个噬菌体共有2条被标记的DNA链，n个噬菌体DNA经复制后被标记的DNA链进入2n个子代噬菌体内，所以被标记的噬菌体所占比例为。
二、DNA分子复制的过程
1．DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
3．过程
4．结果：形成两个完全相同的DNA分子。
5．特点
(1)边解旋边复制。
(2)半保留复制。
6．意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。
下图是真核生物DNA复制的示意图，据图分析：
1．图中有几个DNA的复制起点？它们开始的时间相同吗？
答案 有3个复制起点，各个起点开始的时间不同(最右边最早)。
2．每个复制起点的延伸方向是单向的还是双向的？
答案 是双向的。
3．在DNA复制的过程中，两条子链延伸的方向是否相同？
答案 不同，原因是DNA分子中的两条链是反向平行的，因此子链的延伸方向也是相反的。
4．DNA分子的复制是非常精确的，其原因有哪些？
答案 DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
知识整合 真核生物的DNA复制是多起点双向进行的，复制时两条子链的延伸方向相反；DNA分子精确复制的原因有：一是独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，二是严格按照碱基互补配对进行。
4．下列关于DNA复制的叙述，正确的是( )
A．在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制
B．DNA通过一次复制后产生四个子代DNA分子
C．真核生物DNA复制的场所只有细胞核
D．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链
答案 A
解析 DNA复制发生在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期，是以亲代DNA的两条链为模板，合成两个子代DNA的过程。DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA(水解)酶。真核生物DNA复制的主要场所是细胞核，线粒体、叶绿体内也可进行。
5．下图表示DNA复制的过程，结合图示，下列有关叙述不正确的是( )
A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开
B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反
C．从图示可知，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间
D．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
答案 C
解析 DNA分子复制过程中的解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开；DNA分子的两条链是反向平行的，两条链复制时箭头方向是相反的；图示中复制的起点只有1个，不能体现DNA分子具有多起点复制的特点；DNA聚合酶的作用底物是单个游离的脱氧核苷酸。
方法链接 巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”
1．下列关于DNA复制的叙述，正确的是( )
A．复制均在细胞核内进行
B．复制仅发生在有丝分裂的间期
C．复制过程先解旋后复制
D．碱基互补配对保证了复制的准确性
答案 D
解析 只要细胞分裂，DNA就复制，DNA不只存于细胞核内；细胞分裂方式亦不只是有丝分裂；DNA是边解旋边复制，不分先后。
2．DNA分子复制时，解旋酶作用的部位应该是( )
A．腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键
B．腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键
C．脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键
D．脱氧核糖与磷酸之间的化学键
答案 B
解析 DNA复制过程中用到解旋酶和DNA聚合酶，其中解旋酶的作用是把两条螺旋的双链解开，破坏的是A与T、G与C之间的氢键。
3．细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是( )
A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
答案 A
解析 亲代DNA为15N－15N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N－14N，应如图②所示。
4．女性子宫瘤最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为4 μm/min，但复制过程仅需40 min左右即可完成，这可能是因为( )
A．边解旋边复制
B．只有一个复制起点，但解旋之后可以向着两个方向复制
C．以半保留方式复制
D．复制起点多，分段同时复制
答案 D
解析 真核细胞中的DNA分子复制起点多，并且同时复制，所以比较迅速。
5．如图为高等植物细胞中DNA复制过程模式图，请根据图示过程，回答下列问题：
(1)由图示可知，1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子的方式是________________。
(2)细胞中DNA复制的场所为________________________________；在复制完成后，乙、丙分开的时期为_____________________________________________________________。
(3)把乙(只含14N)放在含15N的培养液中培养，复制2次后子代DNA单链中含15N的DNA单链所占的比例是________________。
答案 (1)半保留复制 (2)细胞核、线粒体和叶绿体 有丝分裂后期和减数第二次分裂后期 (3)
课时作业
[学考达标]
1．沃森和克里克在发表了DNA分子双螺旋结构的论文后，又提出了DNA自我复制的假说。下列有关假说内容的叙述不正确的是( )
A．DNA复制时，双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂
B．以解开的两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，通过氢键结合到作为模板的单链上
C．形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链
D．形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成
答案 D
解析 沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制，即形成的DNA分子包括一条母链和一条子链。
2．下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是( )
A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B．在复制过程中，解旋和复制是同时进行的
C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
答案 B
解析 在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链。边解旋边复制也是DNA复制的一个特点。以解开的每一条单链为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链，最后每条新合成的子链与对应的模板链螺旋，形成两个一样的DNA分子。
3．下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是( )
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间氢键合成 ③DNA分子在解旋酶的作用下解旋 ④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对 ⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构
A．①③④②⑤ B．③①⑤④②
C．①④②⑤③ D．③①④②⑤
答案 D
解析 DNA复制的基本过程是：解旋→合成子链→双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间的氢键断裂，在合成子链时重新形成新的氢键。
4．DNA复制过程中，保证复制准确无误进行的关键步骤是( )
A．解旋酶破坏氢键并使DNA双链分开
B．游离的脱氧核苷酸与母链碱基互补配对
C．与模板链配对的脱氧核苷酸连接成子链
D．子链与母链盘绕成双螺旋结构
答案 B
解析 碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性。
5．已知一条完全标记上15N的DNA分子在含14N的培养基中经n次复制后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为7∶1，则n是( )
A．2 B．3 C．4 D．5
答案 C
解析 DNA分子复制是半保留复制，所以无论这个DNA分子复制多少次，总有两个DNA分子各有一条链带有15N标记，因此仅含14N的DNA分子总数应为14个，复制n次后，共得到16个DNA分子；由公式2n＝16可知DNA分子复制了4次。
6．在噬菌体侵染细菌的实验中，如果细菌体内的DNA和蛋白质分别含有31P和32S，噬菌体中的DNA和蛋白质分别含有32P和35S，噬菌体DNA在细菌体内复制了三次，那么从细菌体内释放出的子代噬菌体中含有32P的噬菌体和含有35S的噬菌体分别占子代噬菌体总数的( )
A．1/4和1 B．3/4和0 C．1/4和0 D．3/4和1
答案 C
解析 噬菌体侵染细菌时进入细菌体内的只有噬菌体的DNA，被标记的蛋白质外壳留在外面，新的噬菌体的蛋白质是以细菌的氨基酸为原料重新合成的，因此所有子代噬菌体的外壳都含有32S而不含35S。假如一个含有32P的噬菌体在细菌体内利用31P复制了三次，由于DNA是半保留复制，在产生的8个子代噬菌体中，只有2个含有32P，占所有子代噬菌体的1/4。
[高考提能]
7．下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是( )
A．复制形成的两个子代DNA分子共4个游离的磷酸基团
B．DNA复制时只以一条脱氧核苷酸链作为模板
C．DNA聚合酶催化碱基对之间的连接
D．复制过程中先全部解旋，再进行半保留复制
答案 A
解析 在DNA分子里的磷酸基团，通过磷酸二酯键的形式，连接一条链上两个相邻的脱氧核糖。所以链中的磷酸基团是不游离的。在链的顶端，由于最后一个磷酸基团没办法连接下一个脱氧核糖了，因此它是游离的，A正确；DNA复制时两条脱氧核苷酸链都作为模板，B错误；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸形成磷酸二酯键连接起来，C错误；DNA复制过程中边解旋，边进行半保留复制，D错误。
8．某DNA分子共有x个碱基，其中胞嘧啶为m个，该DNA分子复制3次，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为( )
A．7(x－m) B．8(x－m)
C．7(x/2－m) D．8(2x－m)
答案 C
解析 在DNA分子中，A＝T，G＝C，所以当DNA分子共有x个碱基，其中胞嘧啶为m个时，T应为(x/2 －m)个。DNA分子复制3次，得到8个DNA分子，因此，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为(8－1)×(x/2－m)＝7(x/2－m)个，故选C。
9．如图表示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。一般地说，下列各项中正确的是( )
A．a和c的碱基序列互补，b和c的碱基序列相同
B．a链中的比值与d链中同项比值相同
C．a链中的比值与b链中同项比值相同
D．a链中的比值与c链中同项比值不同
答案 C
解析 DNA复制的特点是半保留复制，b链是以a链为模板合成的，a链和b链合成一个子代DNA分子。a链中的值等于b链中的值。
10．将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P －胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到下图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析，正确的是( )
A．DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为1∶3
B．DNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因分离定律
C．复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n－1)(m－a)/2
D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋l－2条
答案 D
解析 由题可知，T＝a个，故C＝m/2－a，DNA第二次复制，总的DNA有4个，其中类型Ⅰ的DNA有2个，类型Ⅱ的DNA有2个，A错误；基因的分离定律适用于真核生物，B错误；复制n次，需要C＝(m/2－a)(2n－1)，C错误；复制n次，脱氧核苷酸链有2n＋1条，不含放射性的有2条，故含有放射性的有2n＋1－2条，D正确。
11．DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的。当时推测可能有如图A所示的三种方式。1958年，Meslson和Stahl用密度梯度离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲代链的去向，实验过程是：在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA(对照)，在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为15N－DNA(亲代)，将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(子代Ⅰ和子代Ⅱ)后离心得到如图B所示的结果。请依据上述材料回答下列问题：
(1)如果与对照相比，子代Ⅰ离心后能分出轻和重两条密度带，则说明DNA传递遗传信息的方式是________。如果子代Ⅰ离心后只有1条中密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式是_________。如果子代Ⅰ离心后只有1条中密度带，再继续做子代Ⅱ的DNA密度鉴定：
①若子代Ⅱ离心后能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是____________。
②若子代Ⅱ离心后不能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是____________。
(2)他们观测的实验数据如下：
梯度离心DNA浮力密度(g/mL)表
世代
实验
对照
亲代
1.724
1.710
子代Ⅰ
1.717
1.710
子代Ⅱ
() 1.717，() 1.710
1.710
分析实验数据可知：实验结果与当初推测的DNA三种可能复制方式中的____________方式相吻合。
答案 (1)全保留复制 全保留复制 ①半保留复制 ②分散复制 (2)半保留复制
解析 (1)由题意可知，如果子代Ⅰ离心后能分出轻和重两条密度带，可得出是全保留复制。如果子代Ⅰ离心后只有1条中密度带，肯定不可能是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制。子代Ⅱ为第二次复制的产物，若是半保留复制会有中和轻密度带；若是全保留复制会有重和轻密度带。若子代Ⅱ能分出轻、中密度带，可推知为半保留复制方式；若没中、轻密度带之分，则可能为分散复制。(2)分析表中的数据，子代Ⅰ为全中；子代Ⅱ为中、轻；子代Ⅲ为中、轻，可推测该复制方式为半保留复制。
12．如图为DNA复制的图解，请据图回答下列问题：
(1)DNA复制发生在________________________________期。
(2)②过程称为____________。
(3)③中的子链是____________。
(4)③过程必须遵循____________原则。
(5)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA复制具有____________的特点。
(6)具有N个碱基对的一个DNA分子片段中，含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸。
①该片段完成n次复制需要____________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。
②该片段完成第n次复制需要____________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。
答案 (1)有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间 (2)解旋 (3)Ⅱ、Ⅲ (4)碱基互补配对 (5)半保留复制 (6)①(2n－1)(N－m) ②2n－1(N－m)
13．将大肠杆菌置于含15N的培养基上培养。这样，后代大肠杆菌细胞中的DNA双链均被15N标记。然后将被15N标记的大肠杆菌作为亲代转到普通培养基中，繁殖两代。亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的状况如图所示，请据图回答下列问题：
(1)第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA储存的遗传信息完全相同的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如果将第二代大肠杆菌的DNA分子总量作为整体1，其中，带有15N的第二代大肠杆菌DNA分子约占总量的____________%。
(3)如果将第二代大肠杆菌的DNA单链总量作为整体1，其中第二代大肠杆菌的DNA中被15N标记的DNA单链约占总量的____________%。
答案 (1)以亲代15N标记的DNA分子为模板，通过碱基互补配对原则合成 (2)50 (3)25
解析 (1)DNA精确复制的原因：一是以含15N的亲代DNA分子作模板，二是碱基互补配对原则。(2)亲代DNA为标有15N的DNA，第一代DNA为杂合DNA分子(即一条链含15N，一条链含14N)，第二代以两个杂合DNA为模板，以含14N的脱氧核苷酸为原料，共合成4个DNA，其中两个完全标有14N，两个仍为杂合(即含15N)占总量的50%。(3)第二代4个DNA分子中，含15N的链有两条，占总链的比例为2/8＝25%。
[真题体验]
14．(2014·上海，4)某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是( )
答案 D
解析 因为DNA复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将进入不同的子代DNA分子中，可见A、B项错误；因为第二次复制时得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的，而C项中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链(黑色表示)，因此C项错误、D项正确。
15．(2012·山东，5改编)假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是( )
A．该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B．噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等
C．含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
D．含32P与含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
答案 C
解析 噬菌体的DNA含有10 000个碱基，A＝T＝2 000，G＝C＝3 000。在噬菌体增殖的过程中，DNA进行半保留复制，100个子代噬菌体含有100个DNA，相当于新合成了99个DNA，至少需要的鸟嘌呤(G)脱氧核苷酸是99×3 000＝297 000个，A错；含有32P的噬菌体共有2个，只含有31P的噬菌体共有98个，含31P的噬菌体共有100个，C对，D错。
第4节 基因是有遗传效应的DNA片段
[学习导航] 1.阅读分析教材“资料分析”，归纳概括基因和DNA的关系。2.阅读教材“DNA片段中的遗传信息”，利用数学方法归纳DNA分子的多样性和特异性。3.归纳基因的概念。
[重难点击] 1.基因的本质。2.DNA与染色体的关系。
在孟德尔分离定律中我们提到了遗传因子，它是一种可以遗传的物质，也就是我们常说的基因。随后又学习了萨顿假说，摩尔根通过果蝇的遗传实验将基因定位在染色体上。而在本章学习中知道了染色体中只有DNA是遗传物质。回忆了这些知识，我们会提出问题：基因是不是在DNA上？它有遗传性吗？基因与DNA究竟是什么关系？下面我们学习“基因是有遗传效应的DNA片段”。
一、说明基因与DNA关系的实例
请据图回答下列问题：
1．若图中A为糖类，则A、C、G分别是什么？
答案 分别为脱氧核糖、磷酸、蛋白质。
2．D、E、F、H之间有什么数量关系？
答案 每一条H(染色体)上有1个或者2个F(DNA)分子；每个F(DNA)分子上有许多个E(基因)；每个E(基因)含有许多个D(脱氧核苷酸)。
3．真核生物中，H是F的唯一载体吗？
答案 不是，染色体是DNA的主要载体，另外叶绿体和线粒体也是DNA的载体。
知识整合 每一条染色体上有1个或者2个DNA分子，每个DNA分子上有许多个基因，每个基因含有许多个脱氧核苷酸；真核细胞中染色体是DNA的主要载体，另外叶绿体和线粒体也是DNA的载体。
1．如图是果蝇染色体上的白眼基因示意图，下列叙述正确的是( )
A．白眼基因片段中，含有成百上千个核糖核苷酸
B．S基因是有遗传效应的DNA片段
C．白眼基因在常染色体上
D．基因片段中有5种碱基，8种核苷酸
答案 B
解析 白眼基因位于X染色体上，组成基因片段的基本组成单位是脱氧核苷酸，有4种碱基，4种脱氧核苷酸。
2．人类14号染色体信息已被破译，总计含87 410 661个碱基对，这一结果于2003年1月4日发表在英国科学周刊《自然》杂志上。研究报告称，第14号染色体含有1 050个基因。则平均每个基因含有的碱基数为( )
A．83 248 B．166 496
C．1 050 D．不能确定
答案 D
解析 一个DNA分子中含有多个基因。在基因之间的DNA片段属于间隔区段，这些间隔区段因为没有遗传效应而不属于基因。人类14号染色体上的87 410 661个碱基对，并不全属于该染色体上含有的1 050个基因。
二、DNA片段中的遗传信息
1．遗传信息
生物的遗传性状以遗传信息形式编排在DNA分子上，表现为特定的碱基排列顺序。由于基因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息；由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。
2．基因的多样性和特异性
(1)多样性：构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性，即基因的多样性。
(2)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，都储存着特定的遗传信息，即基因的特异性。
3．生物多样性与DNA分子多样性的关系
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。
1．假设长度为17个碱基对的脱氧核苷酸序列组成一个基因，那么这17个碱基对可以排列出大约多少种基因？这说明了遗传信息的什么特性？
答案 417种。说明了遗传信息的多样性。
2．假设人类基因组中第1号染色体上第1个基因由17个碱基对随机排列构成的，那么你与你同桌相比，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性为多少？这说明遗传信息的什么特点？
答案 1/(417×417)，几率很小。说明遗传信息的特异性。
知识整合 基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表着遗传信息，遗传信息具有多样性和特异性。
3．“DNA指纹技术”在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大，这主要是根据DNA具有( )
A．稳定性 B．特异性
C．多样性 D．可变性
答案 B
解析 每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，即DNA分子具有特异性，根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。
4．下列关于遗传信息的说法，不确切的是( )
A．基因的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息
B．遗传信息主要是通过染色体上的基因传递的
C．生物体内的遗传信息主要储存在DNA分子上
D．遗传信息即生物表现出来的性状
答案 D
解析 生物体的所有性状，都以一种特定的脱氧核苷酸排列顺序来代表，这种排列顺序就是遗传信息。
1．下列关于基因的叙述，正确的是( )
A．DNA分子上任意一个片段都是基因
B．人体细胞中染色体是基因的唯一载体
C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同
D．基因的多样性决定了DNA分子的多样性
答案 C
解析 基因是有遗传效应的DNA片段，而不是DNA分子中任意一片段；人体细胞中染色体是基因的主要载体，线粒体中也分布着一定数量的基因；构成基因的基本单位是脱氧核苷酸；基因的多样性与DNA分子的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。
2．科学研究发现，小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常，这说明( )
A．基因在DNA上
B．基因在染色体上
C．基因具有遗传效应
D．DNA具有遗传效应
答案 C
解析 根据对照实验，正常小鼠吃高脂肪食物则肥胖，具有HMGIC基因缺陷的小鼠吃同样多的高脂肪食物体重仍保持正常，说明肥胖由基因控制，从而得出基因能够控制性状，具有遗传效应。
3．下列关于DNA和基因的关系的叙述，正确的是( )
A．基因是碱基对随机排列而成的DNA片段
B．DNA的碱基排列顺序就代表基因
C．一个DNA分子上有许多个基因
D．组成不同基因的碱基数量一定不同
答案 C
解析 每个DNA分子上有多个基因，它们在染色体上呈线性排列。
4．下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是( )
A．核苷酸的组成种类
B．核苷酸的连接方式
C．核苷酸的排列顺序
D．核苷酸数量的多少
答案 B
解析 核酸分子的多样性与核苷酸的种类、数量和排序有关，在核苷酸链中，核苷酸之间都是通过磷酸二酯键相连接的。
5．DNA分子杂交技术在社会生活中已经得到广泛应用。如用在侦察犯罪上，可从犯罪嫌疑人和现场遗留物中分别提取DNA，然后在一个温度下水浴加热，使DNA氢键断裂，双链打开。若两份样本来自同一个体，在温度降低时，两份样本中的DNA单链会通过氢键连接在一起；若不是来自同一个体，则两份样本中的DNA单链一定程度上不能互补，这样可以鉴别犯罪嫌疑人。由以上材料，完成下列问题：
(1)人体DNA的载体是____________________。
(2)为了确保实验的准确性，需要克隆出较多的DNA样品。若一个只含31P的DNA分子用32P标记的脱氧核苷酸为原料连续复制三次后，含32P的单链占全部单链的____________。
(3)侦察犯罪的理论基础是：不同个体的DNA分子具有____________。
答案 (1)染色体和线粒体 (2) (3)特异性
课时作业
[学考达标]
1．下列有关基因的叙述，正确的是( )
A．基因是体现生物遗传效应的结构单位和功能单位
B．经测定一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中，包含了m个基因，则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对
C．人体细胞内的基因全部位于染色体上
D．基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代
答案 A
解析 基因是有遗传效应的DNA片段。一个DNA分子上有许多个基因，但并非基因与基因紧密相连，那些没有遗传效应的DNA片段并不是基因，因此B项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对。人体细胞内的基因主要在染色体上，线粒体DNA分子上也有少量基因。有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代，无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。
2．组成DNA的碱基只有4种，4种碱基的配对方式只有2种，但DNA分子具有多样性和特异性，主要原因是( )
A．DNA分子是高分子化合物
B．脱氧核糖结构不同
C．磷酸的排列方式不同
D．碱基的排列顺序不同，碱基数目很多
答案 D
3．某生物体有10对同源染色体，其生殖细胞中的DNA总量约为7×109个脱氧核苷酸对，假定每个基因平均含有1.4×104个脱氧核苷酸，则此生殖细胞中，染色体上的基因个数( )
A．小于5×105个 B．等于5×105个
C．小于1×106个 D．等于1×106个
答案 C
解析 生殖细胞中基因总数为(2×7×109)÷(1.4×104)＝106个，但基因不只是位于染色体上，故此生殖细胞中染色体上的基因个数小于106个。
4．下列关于基因的说法，正确的是( )
A．基因就是任意一段DNA分子
B．基因一定位于染色体上
C．基因是有遗传效应的DNA片段
D．不同基因上带有的遗传信息相同
答案 C
解析 并非DNA上任意一个片段就是基因，必须是具有遗传效应的DNA片段才是基因。
5．目前，DNA计算机技术已成为科学研究的热点。若用DNA分子存储信息，理论上一个含有100个碱基的双链DNA分子片段最多可存储多少个不同的数据( )
A．50 B．100 C．450 D．4100
答案 C
解析 100个碱基的DNA分子片段中有50个碱基对，由此形成的不同DNA分子碱基序列有450种，所以，理论上一个含有100个碱基的DNA分子片段最多可存储450个不同的数据。
6．遗传信息是指( )
A．有遗传效应的脱氧核苷酸序列
B．脱氧核苷酸序列
C．氨基酸序列
D．核苷酸序列
答案 A
解析 所谓的遗传信息是指能够表达(形成特定氨基酸顺序的蛋白质)出来的DNA(基因)脱氧核苷酸序列(有遗传效应的DNA片段)，不同的脱氧核苷酸序列能够控制形成不同氨基酸顺序的蛋白质。
[高考提能]
7．确认两个基因是相同基因的依据是两者( )
A．位于同一条染色体上
B．位于同源染色体的同一位置
C．控制相对性状
D．具有相同的碱基排列顺序
答案 D
解析 基因中碱基的排列顺序就代表遗传信息，如果两个基因相同，其基因中的碱基排列顺序一定相同，否则两基因就不同，而位于同源染色体同一位置的基因可能是等位基因，等位基因碱基排列顺序不同。
8．基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例是( )
A．20% B．80% C．10% D．无法确定
答案 D
解析 基因是有遗传效应的DNA片段。据估计，人的一个染色体组中约有30亿个碱基，其中构成基因的碱基数不超过全部碱基的10%。基因研究结果表明人与小鼠的基因碱基序列约80%相同，但不能根据部分碱基序列相同的比例来推断全部碱基序列相同的比例。
9．如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是( )
A．基因R、S、N、O在果蝇所有体细胞中都表达
B．R、S、N、O互为非等位基因
C．果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的
D．基因R、S、N、O中的比值一般相同
答案 B
解析 R、S、N、O控制果蝇不同的性状，在果蝇体细胞中选择性表达，互为非等位基因。
10．科学家通过对前列腺癌细胞的研究发现，绿茶中的多酚可减少BCL—XL蛋白，而这种蛋白有抑制癌细胞凋亡的作用。这表明绿茶具有抗癌作用，根本原因是由于绿茶细胞中具有( )
A．多酚 B．多酚酶基因
C．BCL—XL蛋白 D．BCL—XL蛋白酶
答案 B
解析 材料指出多酚能抗癌，但多酚不是蛋白质，因而不是由基因直接控制的，所以多酚的合成需要相应的酶催化。
11．下图所示细胞中与基因有关的物质或结构，请分析并回答下列问题：
(1)细胞内的遗传物质是[ ]____________，基因和b的关系是__________________。
(2)遗传物质的主要载体是[ ]____________，基因和a的关系是______________________。
(3)c和b的关系是____________________，b被彻底水解后的产物是____________(填字母)。
(4)h可用____________试剂鉴定。
(5)如果基因存在于____________上，则其遗传方式与性别相关联，这就是____________。
(6)b的空间结构是________________。若其中的＝0.25，则G占总碱基数比例为____________，其中一条单链中＝____________。
答案 (1)b DNA 基因是有遗传效应的DNA(b)片段 (2)a 染色体 基因在a上呈线性排列 (3)c是组成b的基本单位 d、e、f (4)双缩脲 (5)性染色体
伴性遗传 (6)规则的双螺旋结构 40% 0.25
解析 图中a为染色体，b为DNA，c为脱氧核苷酸，d、e、f可代表磷酸、脱氧核糖、含氮碱基，g为C、H、O、N、P五种元素，h为蛋白质。
12．如图表示一个DNA分子上的三个片段A、B、C，请完成下列问题：
(1)片段A和C之所以能称为基因，是因为它们都是____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)片段A和片段C的不同之处是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)片段A和片段B的不同之处是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)一般情况下，在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要____________类似于A的片段的长度。
(5)在人类染色体DNA不表达的片段中有一部分是串连重复的序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种短序列应该位于图中的____________。
(6)上题中所说的短序列可应用于____________。
A．生产基因工程药物
B．侦查罪犯
C．遗传病的产前诊断
D．基因治疗
答案 (1)具有遗传效应的DNA片段，能控制一定的生物性状 (2)其内部的遗传信息即脱氧核苷酸的排列顺序及数目不同 (3)片段B中的碱基序列不携带遗传信息，不具有遗传效应 (4)大于 (5)基因间隔区B (6)B
13．由于DNA上的“遗传因子”基本都是符合孟德尔的遗传定律的，因此人类可以利用PCR技术合成的DNA进行亲子鉴定，其原理是：首先获取被测试者的DNA，并进行PCR扩增，取其中一样本DNA用限制酶切成特定的小片段，放进凝胶内，用电泳推动DNA小片段分离，再使用特制的“探针”去寻找基因。相同的基因会凝聚在一起，然后利用特别的染料在X光照射下，便会显示由DNA探针凝聚在一起的黑色条码。每个人的条码一半与其母亲的条码吻合，另一半与其父亲的条码吻合。
(1)2002年6月，我国第一张18位点的“基因身份证明”在湖北武汉诞生。人的“基因身份证明”是否终身有效？________。理由是___________________________________________。
(2)双胞胎或多胞胎的“基因身份证明”是否一定完全相同？________，原因是___________
________________________________________________________________________。
(3)图示某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的DNA指纹图谱示意图，请推测该小孩真正生物学上的父亲是________，原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)是 因为同一个体的不同生长发育阶段和不同组织的DNA是相同的，所以它有高度的个体特异性和稳定性 (2)不一定 如果是异卵双生的双胞胎，其遗传物质不相同 (3)B 子代遗传物质一半来自父亲，一半来自母亲
解析 (1)同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵有丝分裂而来的，所以DNA相同，具有个体的特异性和稳定性，故“基因身份证明”终身有效。(2)同卵双胞胎DNA相同，但异卵双胞胎DNA不一定相同。(3)对比DNA指纹图谱就会发现孩子的基因有一半与母亲相同，还有一半与B相同，而A、C、D与孩子DNA指纹图谱不相同，所以B是孩子真正生物学上的父亲。
[真题体验]
14．(经典题)下列关于染色体、DNA、基因三者之间的关系的叙述，不正确的是( )
A．三者行为一致
B．三者都是生物细胞内的遗传物质
C．每条染色体上含有1个或2个DNA分子，DNA分子上含有多个基因
D．在生物的繁衍过程中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为
答案 B
解析 生物细胞内的遗传物质只能是DNA，基因是具有遗传效应的DNA片段，染色体是DNA的主要载体。
15．(2014·福建，5)STR是DNA分子上以2～6个核苷酸为单元重复排列而成的片段，单元的重复次数在不同个体间存在差异。现已筛选出一系列不同位点的STR用作亲子鉴定，如7号染色体有一个STR位点以“GATA”为单元，重复7～14次；X染色体有一个STR位点以“ATAG”为单元，重复11～15次。某女性7号染色体和X染色体DNA的上述STR位点如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．筛选出用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点
B．为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR进行检测
C．有丝分裂时，图中(GATA)8和(GATA)14分别分配到两个子细胞中
D．该女性的儿子X染色体含有图中(ATAG)13的概率是1/2
答案 C
解析 A项，子代细胞的核DNA有50%来自母方，所以可以通过比较亲子代间DNA的差异确定亲子关系，若无变异发生，则子代应有50%的核DNA与母亲的核DNA相同，但若鉴定的DNA片段变异性较强，会干扰亲子鉴定的准确率，故选择用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点；B项，为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR进行检测，这样可以减少偶然因素导致的误差；C项，在有丝分裂过程中，核DNA复制后平均分配到两个子细胞中，所以两个子细胞中都同时具有(GATA)8和(GATA)14，不会发生(GATA)8和(GATA)14分别分配到两个子细胞中的现象；D项，该女性的儿子从母亲那里获得两条X染色体中的一条，所以儿子的X染色体中含有(ATAG)13的概率为1/2。
第二章 基因和染色体的关系
知识系统构建
规律方法整合
整合一 减数分裂与有丝分裂的比较
1．列表比较法
分裂
方式
比较
项目
有丝分裂
减数分裂
间期
前期
中期
后期
末期
性原细胞
初级性母细胞
次级性
母细胞
性细胞
前、中期
后期
染色体数目变化
2n
2n
2n
4n
4n→2n
2n
2n
n
2n
n
DNA数目变化
2c→4c
4c
4c
4c
4c→2c
2c→4c
4c
2c
2c
c
2.曲线图比较法
项目
有丝分裂
减数分裂
曲线变化
3．分裂图像比较法(以二倍体动物细胞为例)
时期
图形
分裂方式
特有特征
前期
有丝分裂
有同源染色体但不联会
减数第一次分裂
①有同源染色体；
②联会，出现四分体
减数第二次分裂
①无同源染色体；
②染色体数可能为奇数
中期
有丝分裂
着丝点排列在赤道板上
减数第一次分裂
四分体排列在赤道板两侧
减数第二次分裂
①无同源染色体；
②染色体数可能为奇数
后期
有丝分裂
移向一极的染色体中有同源染色体
减数第一次分裂
移向一极的染色体中无同源染色体
减数第二次分裂
①移向一极的染色体中无同源染色体；
②移向一极的染色体数目可能为奇数
例1 如图是某种动物细胞进行有丝分裂和减数分裂的部分图像，据图回答下列问题：
(1)按先后顺序把有关有丝分裂图像的号码排列起来：________________________；按先后顺序把有关减数分裂图像的号码排列起来：____________________________________________。
(2)此动物的正常体细胞中有________对同源染色体，细胞核中有________个DNA分子。
(3)在上述分裂图中，细胞中的染色体数比此动物正常体细胞中染色体数增加一倍的是图____________。
(4)在上述分裂图中，属于初级精母细胞的是图______________________________________。
(5)在上述分裂图中，每条染色体上只含有一个DNA分子的是图____________。
答案 (1)?②⑤⑥⑦ ①③⑧⑩④⑨? (2)2 4
(3)⑤⑥ (4)①③⑧ (5)⑤⑥⑦⑨?
解析 ①图中含4条染色体且两两配对，属于减数第一次分裂前期(四分体)；②中含4条染色体，都排列在赤道板上，没有出现两两配对现象，为有丝分裂中期；③中含4条染色体，排列在赤道板上，同源染色体两两配对，为减数第一次分裂中期；④中含2条染色体，排列在赤道板上，为减数第二次分裂中期；⑤⑥都含8条染色体，染色体移向两极，为有丝分裂后期；⑦中细胞的每一极都含4条染色体，细胞膜正把细胞缢裂为两个，为有丝分裂末期；⑧表示同源染色体分开移向两极，为减数第一次分裂后期；⑨中姐妹染色单体分开移向两极，变成4条染色体，为减数第二次分裂后期；⑩中无同源染色体，含2条已复制的染色体，为减数第一次分裂后得到的细胞——次级性母细胞；?为减数第二次分裂后得到的细胞——成熟生殖细胞；?中染色体散乱分布，中心粒正移向两极，为有丝分裂前期细胞。
整合二 概率计算中的“男孩患病”与“患病男孩”
1．常染色体遗传
(1)男孩患病：常染色体遗传与性别无关，男女性别及整个人群中的发生概率相等，故计算时不考虑性别，所得群体发病概率即为男孩患病的概率。即男孩患病概率＝女孩患病概率＝患病孩子概率。例如：
则F1中的男孩(XY)为aa的可能性为1/4×1＝1/4。
(2)患病男孩：这种情况下得首先计算群体发病概率，再计算患者中男孩占患病者的比例。因为患者中也是男女各半，所以只要将群体发病概率乘以1/2，就是患病男孩的概率。即患病男孩概率＝患病女孩概率＝1/2×患病孩子概率。例如：
则F1为aaXY的可能性为1/4×1/2＝1/8。
2．伴性遗传
(1)男孩患病
X－Y已确定为男孩，则其为XBY和XbY的可能性各为1/2，因此出现“男孩患病”的概率是1/2。
(2)患病男孩
在F1性别不确定时，其为XbY(患病男孩)的可能性为1/4，因此出现“患病男孩”的概率是1/4。
由上述情况可见，在伴性遗传中“色盲男孩”与“男孩色盲”的概率，虽然只是“男孩”与“色盲”反了一下，但结果完全不同。病名在前、性别在后，则根据双亲基因型推测后代基因型，从全部后代中找出患病男女，即可求得患病男(女)的概率；若性别在前、病名在后，根据双亲基因型推测后代基因型，求概率问题时只需要考虑相应性别中的发病情况。
例2 假设图中的父亲不携带致病基因，回答下列问题：
(1)该对夫妇再生一个患病孩子的概率：________。
(2)该对夫妇所生男孩的患病概率：____________。
(3)该对夫妇再生一个患病男孩的概率：________。
答案 (1)1/4 (2)1/2 (3)1/4
解析 父亲不携带致病基因，因此该病为伴X染色体隐性遗传病，可推知父亲的基因型为XBY，母亲的基因型为XBXb。(1)不考虑性别的情况下，该夫妇再生一个患病孩子的概率为1/4。(2)性别已知，基因型为X－Y，其中XbY所占比例为1/2。(3)性别不确定，生男孩的概率为1/2，因此该夫妇再生一个患病男孩的概率为：1/2(生男孩概率)×1/2(男孩患病率)＝1/4。
整合三 基因所处位置的判定
1．判断基因位于常染色体上还是X染色体上
(1)在已知显隐性性状的条件下，可设置雌性隐性性状个体与雄性显性性状个体杂交
(2)在未知显性性状(或已知)条件下，可设置正反交杂交实验。
①若正反交结果相同，则基因位于常染色体上。
②若正反交结果不同，则基因位于X染色体上。
2．判断基因是位于X、Y的同源区段，还是只位于X染色体上
选取纯合隐性雌与纯合显性雄杂交?
(注：ZW型生物选择个体时，♀、♂对调。)
3．判断基因位于细胞核还是位于细胞质
(1)判断依据：细胞质遗传具有母系遗传的特点，子代性状与母方相同。因此正反交结果不相同，且子代性状始终与母方相同。
(2)判断方法：设置正反交杂交实验。
①若正反交结果不同，且子代始终与母方相同，则为细胞质遗传。
②若正反交结果相同，则为细胞核遗传。
例3 一只雌鼠的一条染色体上某基因发生突变，使野生型变为突变型。该鼠与野生型鼠杂交，F1的雌雄鼠中均既有野生型，又有突变型。假如仅通过一次杂交实验鉴别突变基因是在常染色体上还是在X染色体上，F1的杂交组合最好选择( )
A．野生型(雌)×突变型(雄)
B．野生型(雄)×突变型(雌)
C．野生型(雌)×野生型(雄)
D．突变型(雌)×突变型(雄)
答案 A
解析 由条件可知，突变型是显性性状，野生型是隐性性状；选择隐性性状的雌鼠与显性性状的雄鼠杂交时，若后代雌鼠全为显性性状，雄鼠全为隐性性状，则该突变基因位于X染色体上；若后代雌雄鼠中都有显性性状，则该突变基因位于常染色体上。
热点考题集训
1．下列各图所示细胞均来自同一生物体，有关叙述正确的是( )
A．属于有丝分裂过程的图是③④⑤
B．细胞①的形成过程：④→③→⑤→②→⑥→①
C．图①和图②可能来自于同一个初级精母细胞
D．图③④⑤⑥中都具有同源染色体
答案 C
解析 图中属于有丝分裂的是④⑤，A错误；细胞①的形成过程：④→③→②→⑥→①，B错误；细胞⑥处于减数第二次分裂后期，不含同源染色体，D错误。
2．细胞分裂是生物体一项重要的生命活动，是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。下列关于图示的叙述，不正确的是( )
A．若某植株的一个细胞正在进行分裂如图①，此细胞的下一个时期的主要特点是着丝点分裂
B．假设某高等雄性动物睾丸里的一个细胞分裂如图②，其染色体A、a、B、b分布如图，此细胞产生的精子染色体组成为AB的概率是1/8
C．图③是某高等雌性动物体内的一个细胞，在分裂形成此细胞的过程中，细胞内可形成3个四分体
D．图②对应于图④中的BC段，图③对应于图④中的DE段
答案 B
解析 图①所示的细胞无同源染色体，故处于减数第二次分裂中期，下一个时期会发生着丝点的分裂，染色单体变成染色体，A正确；图②所示是精原细胞(AaBb)正在进行有丝分裂，有两对同源染色体，通过减数分裂形成的精子的染色体组成为AB的概率为1/4，B错误；图③所示细胞为卵细胞或极体，可以判断该动物体细胞有3对同源染色体，所以在减数第一次分裂过程中会形成3个四分体，C正确；图②每条染色体含2条染色单体，DNA含量加倍，对应图④的BC段，图③无染色单体，是经减数分裂形成的配子细胞，对应图④的DE段，D正确。
3．与有丝分裂相比，减数分裂过程中染色体变化的显著特点是( )
A．间期进行染色体复制
B．中期染色体排列在赤道板上
C．同源染色体联会形成四分体
D．着丝点分裂，一条染色体变成两条染色体
答案 C
解析 在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期都进行染色体的复制；有丝分裂中期、减数第一次分裂中期和减数第二次分裂中期，染色体都排列在细胞中央的赤道板上，只是减数第一次分裂中期是成对的同源染色体排列在细胞中央的赤道板上；着丝点分裂，一条染色体变成两条染色体，在有丝分裂和减数第二次分裂中都有这种变化；而同源染色体联会形成四分体在有丝分裂中没有，只有在减数第一次分裂中有这种变化。
4．已知一对表现型正常的夫妇，生了一个既患聋哑又患色盲的男孩，且该男孩的基因型是aaXbY。请推测这对夫妇再生一个正常男孩的基因型及其概率分别是( )
A．AAXBY，/16
B．AAXBY，1/8或AaXBY，1/2
C．AAXBY，3/16或AaXBY，3/8
D．AAXBY，1/16或AaXBY，1/8
答案 D
解析 据题意可知，聋哑病为常染色体隐性遗传病，色盲为伴X染色体隐性遗传病。因为父母双方正常而孩子患有聋哑病，所以父母的相关基因组成均为Aa。父母色觉正常而儿子患色盲病，所以母亲是色盲基因携带者。该对夫妇生育的孩子不患聋哑病的基因型有AA和Aa两种，比例分别为1/4和1/2。生育色觉正常男孩的概率为1/4，所以他们再生育正常男孩的基因型及比例为：AAXBY，1/16或AaXBY，1/8。
5．下图为某动物(体细胞染色体为2n)细胞分裂过程中不同时期每个细胞DNA、染色体和染色单体的数量关系图。下列有关说法不正确的是( )
A．乙→丙和戊→丁所发生的主要变化均为着丝点分裂
B．基因重组发生在戊时期，基因突变发生在丙→戊过程中
C．丙可以代表体细胞，甲只能代表精子或卵细胞
D．处于丁和戊时期的细胞一定存在同源染色体
答案 C
解析 分析图形可知，乙可以表示减数第二次分裂前、中期，丙表示减数第二次分裂后期或有丝分裂形成的子细胞(或复制前的体细胞)，丁表示有丝分裂后期，戊表示减数第一次分裂前、中、后期或有丝分裂前、中期。有丝分裂后期和减数第二次分裂后期的典型特点是着丝点的分裂，A正确；丙到戊过程中DNA加倍，为DNA复制过程，可能发生基因突变，B正确；图中甲表示动物细胞减数分裂结束后形成的子细胞，可能是精子、卵细胞或第二极体，C错误；动物细胞有丝分裂和减数第一次分裂前、中、后期都存在同源染色体，D正确。
6．一个基因型为YyRr的精原细胞和一个同样基因型的卵原细胞，按自由组合定律遗传，各自经减数分裂产生的精细胞、卵细胞的数目和种类数分别是( )
A．2个、1个和2种、1种
B．4个、4个和2种、2种
C．4个、1个和2种、1种
D．2个、2个和2种、2种
答案 C
解析 1个精原细胞经减数分裂产生两两相同的4个精细胞，而1个卵原细胞只产生1个卵细胞(另有3个极体)。但其种类数应分别为2种与1种，前者的基因型可表示为YR与yr或Yr与yR，后者的基因型可表示为YR或Yr或yR或yr。
7．下列关于性染色体及其上基因遗传方式的叙述中，不正确的是( )
A．性染色体上基因伴随着性染色体遗传
B．XY型生物的体细胞内一定含有两条异型的性染色体
C．体细胞内的两条性染色体是一对同源染色体
D．XY染色体上也可存在成对的等位基因
答案 B
解析 性染色体上基因伴随着性染色体遗传；XY型生物中只有雄性个体的体细胞内含有两条异型的性染色体，雌性生物的体细胞内是两条同型的性染色体；在XY染色体的同源区段上存在成对的等位基因。
8．人类遗传病中，抗维生素D佝偻病是由X染色体上的显性基因控制的。甲家庭丈夫患抗维生素D佝偻病，妻子表现正常；乙家庭中，夫妻都表现正常，但妻子的弟弟患红绿色盲。从优生角度考虑，甲、乙家庭应分别选择生育( )
A．男孩，男孩 B．女孩，女孩
C．男孩，女孩 D．女孩，男孩
答案 C
解析 甲家庭丈夫患抗维生素D佝偻病，设相关基因用A、a表示，根据题干提供的信息可以判断其基因型为XAY，妻子表现正常，其基因型为XaXa，因为女性的X染色体可以传递给儿子，妻子没有致病基因，所以这对夫妻只要生育男孩就可以避免该遗传病在后代中出现。乙家庭中，夫妻都表现正常，但妻子的弟弟患红绿色盲，因为红绿色盲为伴X染色体隐性遗传病，由此可以判断妻子有可能是致病基因的携带者，所以这对夫妻最好生女儿，以降低后代患病的概率。
9.下图是果蝇体细胞染色体图解，请据图回答下列问题：
(1)此果蝇体细胞中，有________对常染色体，________对等位基因，1和3是________染色体，A和a是________基因，A和B是________基因。
(2)果蝇产生的配子中，含ABCD基因的配子所占的比例为________。
(3)D与d基因在遗传中除了遵循基因的________定律，还与________有关；D、d与B、b基因在遗传时遵循基因的____________定律，这是因为__________________________________
________________________________________________________________________。
(4)与该果蝇进行测交实验时，选用的果蝇的基因型可表示为________________。
答案 (1)3 4 非同源 等位 非等位 (2)
(3)分离 性别 自由组合 两对等位基因分别位于两对同源染色体上 (4)aabbccXdXd
解析 图中果蝇的性染色体不一致，即一条X染色体，一条Y染色体，为雄性果蝇，每对染色体上都有一对等位基因分布，若与该果蝇进行测交实验，应选择一只雌性隐性纯合个体。
10．如图为甲、乙两种遗传病(分别由A和a，B和b两对等位基因控制)的家族系谱图，已知Ⅰ－1不携带任何致病基因，请分析回答下列有关问题：
(1)甲病的遗传方式为____________________，Ⅱ－4该病的基因型及其概率为_________。
(2)乙病的遗传方式为__________________________，该病发病率的特点是_______________。
(3)Ⅲ－2与Ⅲ－3结婚后生育完全正常孩子的概率为____________________，生育只患一种病孩子的概率为______________________，生育两病兼患孩子的概率为________________。
答案 (1)常染色体显性遗传 (1/3)AA、(2/3)Aa
(2)伴X染色体隐性遗传 男性的发病率高于女性
(3)3/8 1/2 1/8
解析 就甲病而言：Ⅰ－3、Ⅰ－4患病而女儿正常，结合口诀“有中生无为显性，显性遗传看男病，母、女无病非伴性”，可知甲病为常染色体显性遗传病，Ⅰ－3、Ⅰ－4的基因型均为Aa，Ⅱ－4为该病患者，其基因型为AA或Aa，概率分别为1/3、2/3；Ⅲ－2不患甲病，其基因型为aa，Ⅲ－3为甲病患者，因其母亲表现型正常，则Ⅲ－3的基因型为Aa。就乙病而言：Ⅰ－1、Ⅰ－2生育乙病患者Ⅱ－2，则乙病为隐性遗传病，再由Ⅰ－1不携带任何致病基因可知，乙病的致病基因只可能在X染色体上，即乙病为伴X染色体隐性遗传病，Ⅲ－2的基因型为XbY。由Ⅲ－5的基因型为XbY可知，Ⅱ－3的基因型为XBXb，Ⅱ－4的基因型为XBY，则Ⅲ－3的基因型为(1/2)XBXB、(1/2)XBXb。综上所述，Ⅲ－2的基因型为aaXbY，Ⅲ－3的基因型为(1/2)AaXBXB、(1/2)AaXBXb。逐病分析：Ⅲ－2和Ⅲ－3婚配后，对于甲病，正常、患病概率分别为1/2、1/2；对于乙病，患病概率为1/2×1/2＝1/4，正常概率为3/4。则Ⅲ－2与Ⅲ－3生育的孩子中完全正常的概率＝1/2×3/4＝3/8，两病兼患的概率为1/2×1/4＝1/8，只患一种病的概率为1－3/8－1/8＝1/2。
第1课时 减数分裂的概念、精子的形成过程
[学习导航] 1.结合教材P16“问题探讨”，阐明减数分裂的概念。2.结合教材P18内容，阐述同源染色体、四分体、联会等概念。3.结合教材图文，建立精子形成过程的动态影像，概述各时期染色体的行为。
[重难点击] 1.减数分裂的动态过程。2.同源染色体的概念。
我们知道，进行有性生殖的多细胞生物体都是由一个受精卵通过有丝分裂和细胞分化发育而来的，有性生殖的生物在性成熟后都要产生精子和卵细胞，精子和卵细胞是通过什么分裂方式产生的呢？本课时将探讨这方面的内容。
一、减数分裂的相关概念
1．减数分裂的概念
2．同源染色体与非同源染色体
(1)同源染色体：减数分裂过程中配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方。
(2)非同源染色体：形状、大小不相同，且在减数分裂过程中不进行配对的染色体。
3．联会和四分体
(1)联会：同源染色体两两配对的现象。
(2)四分体：联会后的每对同源染色体含有4条染色单体，叫做四分体。
下图表示减数分裂中某时期的图像，请分析：
1．图示染色体中属于同源染色体的是哪些？哪些是非同源染色体？
答案 A、B是一对同源染色体； C、D是另一对同源染色体。属于非同源染色体的有：AC、BC、AD、BD。
2. 四分体、染色体、染色单体和DNA分子数之间的数量关系是怎样的？乙图中四分体、染色体、染色单体各有几个(条)?
答案 1个四分体＝2条染色体＝4条染色单体＝4个DNA分子。乙图中有2个四分体、4条染色体、8条染色单体。
3．甲图中有染色单体吗？乙图中的aa′是什么关系？ab是什么关系？
答案 甲图中没有染色单体；乙图中的aa′是姐妹染色单体，ab是同源染色体中的非姐妹染色单体。
4．同源染色体是否大小、形态一定相同？大小、形态都相同的是否就是同源染色体？
答案 同源染色体的形态、大小不一定相同，如性染色体X和Y。大小、形态都相同的也不一定就是同源染色体，如减数第二次分裂后期因着丝点分裂由两条姐妹染色单体变成的两条染色体。
知识整合 同源染色体的形态、大小一般相同(性染色体X和Y大小不同(，一条来自父方，一条来自母方，减数分裂时联会形成四分体；1个四分体＝2条染色体＝4条染色单体＝4个DNA分子。同一着丝点连着的两条染色单体是姐妹染色单体，否则是非姐妹染色单体。
1．下面关于同源染色体的叙述中，不正确的是( )
A．同源染色体一条来自父方，一条来自母方
B．同源染色体是由一条染色体经过复制而成的两条染色体
C．同源染色体的形状和大小一般都相同
D．一对联会的同源染色体称为一个四分体
答案 B
解析 同源染色体是指在减数分裂中配对的两条染色体，一条来自父方，一条来自母方，形状和大小一般都相同；由一条染色体经复制形成的是两条姐妹染色单体；联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫四分体。
2．下列关于减数分裂的说法，不正确的是( )
A．减数分裂包括连续两次的细胞分裂
B．所有的生物都可以进行减数分裂
C．减数分裂产生的成熟生殖细胞中染色体数目减半
D．减数分裂产生有性生殖细胞
答案 B
解析 减数分裂是进行有性生殖的生物产生成熟生殖细胞时进行的细胞分裂，只有进行有性生殖的生物才进行减数分裂。
题后归纳 减数分裂发生在真核生物有性生殖的过程中，虽然包括连续两次的细胞分裂，但是产生的生殖细胞不再分裂，因此减数分裂没有细胞周期。
二、精子的形成过程
1．形成场所
人和其他哺乳动物的睾丸(曲细精管)。
2．染色体的主要行为
下图是动物精巢中减数分裂的过程示意图，请分析回答：
1．A、C、G分别表示什么细胞？
答案 初级精母细胞、次级精母细胞、精细胞。
2．和有丝分裂相比，甲过程染色体有哪些特殊行为？
答案 (1)同源染色体联会；(2)四分体中的非姐妹染色单体间常发生交叉互换；(3)同源染色体彼此分离，非同源染色体自由组合。
3．染色体数目减半和姐妹染色单体的消失分别发生在图中的哪个过程？
答案 染色体数目减半发生在减数第一次分裂过程中，即甲过程；姐妹染色单体的消失发生在减数第二次分裂的后期，即乙过程。
4．细胞B、C中有没有同源染色体，有没有姐妹染色单体？
答案 没有同源染色体，但是有姐妹染色单体。
5．不考虑交叉互换，细胞D、E的染色体组成是否相同？如果考虑交叉互换呢？
答案 不考虑交叉互换，细胞D、E的染色体组成是相同的；如果考虑交叉互换，细胞D、E的染色体组成不一定相同。
知识整合 和有丝分裂相比，减数第一次分裂过程有同源染色体联会、四分体中的非姐妹染色单体间交叉互换、同源染色体彼此分离，非同源染色体自由组合的特殊现象，减数第二次分裂没有同源染色体。不考虑交叉互换和突变，减数分裂产生的四个细胞染色体组成是“两两相同”的。
3．在减数第一次分裂中不出现的是( )
A．形成纺锤体
B．着丝点一分为二
C．非同源染色体的自由组合
D．同源染色体分离
答案 B
解析 减数第一次分裂前期形成纺锤体，后期发生同源染色体分离，非同源染色体自由组合，A、C、D三项在减数第一次分裂都会出现。而着丝点一分为二出现在减数第二次分裂后期，故选B项。
4．下列关于如图所示的叙述不正确的是( )
A．该细胞为减数第一次分裂中期的动物细胞
B．④的①和③在减数第二次分裂后期分开
C．细胞中含有两对同源染色体，其中④和⑦为一对同源染色体
D．在后期时，移向同一极的染色体均含同源染色体
答案 D
解析 低等植物或动物细胞中含有中心体，该细胞有中心体，无细胞壁，为动物细胞。减数第一次分裂中期特征是：每对同源染色体排列在赤道板上。染色体的数目＝着丝点的数目；能进行联会的两条染色体为同源染色体，能进行同源染色体联会的细胞分裂方式一定是减数分裂；在减数第一次分裂后期的细胞中，移向同一极的染色体都是非同源染色体，因为同源染色体发生了分离。
1．下列对一个“四分体”的描述，不正确的是( )
A．含有4个DNA分子
B．含有一对同源染色体
C．四分体中的姐妹染色单体之间可发生交叉互换
D．四分体的形成与DNA分子的复制有关
答案 C
解析 四分体是一对同源染色体，因为每条染色体含有2条姐妹染色单体，因此有4条染色单体，故称为四分体，故A、B正确；交叉互换发生在同源染色体上相邻的非姐妹染色单体之间，故C错误；姐妹染色单体是经过DNA复制得来的，故D正确。
2．初级精母细胞经过减数第一次分裂后形成的细胞是( )
答案 D
解析 初级精母细胞经过减数第一次分裂后形成的细胞是次级精母细胞，没有同源染色体。
3．减数分裂过程中，同源染色体分离与非同源染色体自由组合发生在( )
A．第一次、第二次分裂后期都出现
B．同时发生于第一次分裂后期
C．同时发生于第二次分裂后期
D．分离发生于第一次分裂，自由组合发生于第二次分裂
答案 B
解析 减数分裂过程中同源染色体分离与非同源染色体自由组合只发生在减数第一次分裂后期，减数第二次分裂发生着丝点分裂，姐妹染色单体分开。
4．在初级精母细胞中不可能出现的染色体行为是( )
A．联会 B．交叉互换
C．同源染色体分离 D．着丝点分裂
答案 D
解析 着丝点分裂属于次级精母细胞中的染色体行为。
5．根据下面的某雄性动物生殖器官细胞分裂图，回答下列问题：
(1)A图表示细胞分裂的方式是________，处于________________期。细胞中有________条染色体，________条染色单体。
(2)B图所示细胞分裂产生的细胞名称是________，每个子细胞中有________条染色体。
(3)A、B两个细胞中，具有同源染色体的细胞是________，A、B两图中DNA分子数之比为________。
答案 (1)减数分裂 减数第一次分裂后 6 12
(2)精子细胞 3
(3)A 2∶1
课时作业
[学考达标]
1．动物精巢中产生精原细胞的增殖方式是( )
A．减数分裂 B．有丝分裂
C．无丝分裂 D．有丝分裂和减数分裂
答案 B
解析 精原细胞属于特殊的体细胞，体细胞的增殖靠有丝分裂实现，精原细胞经减数分裂产生精细胞。
2．一定是同源染色体的是( )
A．一条来自父方，一条来自母方的染色体
B．形态、大小基本相同的染色体
C．减数分裂过程中能够发生联会的染色体
D．只存在于减数第一次分裂时期的染色体
答案 C
解析 根据同源染色体的概念，来自父方和母方的染色体不一定是同源染色体，故A项错误；形态、大小相同的染色体也不一定是同源染色体，故B项错误；同源染色体在有丝分裂和减数第一次分裂中都存在，故D项错误。
3．下列是减数分裂过程中的几个步骤，正确的顺序是( )
①形成四分体 ②同源染色体分离 ③交叉互换 ④细胞质分离 ⑤联会 ⑥染色体复制 ⑦染色单体分开 ⑧着丝点分裂
A．②①③④⑤⑧⑥⑦④ B．④⑥③②⑧⑤⑦①④
C．⑥⑤①③②④⑧⑦④ D．⑥⑤③⑧④⑦②①③
答案 C
解析 减数分裂过程包括减数第一次分裂和减数第二次分裂。在时间顺序上依次是减数第一次分裂：染色体复制、联会、四分体、交叉互换、同源染色体分离和细胞质分离；减数第二次分裂：着丝点分裂、染色单体分开和细胞质分离。
4．下列关于减数分裂过程中染色体的描述，正确的是( )
A．减数第一次分裂，着丝点分裂，同源染色体不配对
B．减数第一次分裂，着丝点不分裂，同源染色体配对
C．减数第二次分裂，着丝点分裂，同源染色体配对
D．减数第二次分裂，着丝点不分裂，同源染色体不配对
答案 B
解析 减数第一次分裂的染色体行为变化主要是进行同源染色体的联会(配对)，并在分裂后期彼此分离，分别进入两个子细胞中。这个过程中，没有发生染色体着丝点分裂的现象；减数第二次分裂后期发生着丝点分裂的现象。
5．下图是某生物的精细胞，根据图中染色体类型和数目，则来自于同一个初级精母细胞的是( )
A．①②③ B．①④⑤
C．②④⑤ D．①③④
答案 D
解析 初级精母细胞在减数第一次分裂的后期，同源染色体分离，会形成染色体互补的两种细胞：(1)一大一小两白染色体和一大一小两黑染色体；(2)一大白一小黑染色体和一小白一大黑染色体。每个次级精母细胞经减数第二次分裂，会形成两个染色体完全相同的精细胞，如含一大一小两白染色体的次级精母细胞会产生两个含一大一小两白染色体的精细胞。①③的染色体是完全一样的，来自于同一个次级精母细胞。①③与④中染色体互补，来自于同一个初级精母细胞。②和⑤染色体完全相反，来自于另一个初级精母细胞。
6．对下图中减数分裂过程某阶段的描述，正确的是( )
A．同源染色体移向两极
B．非姐妹染色单体交换结束
C．减数第二次分裂的中期
D．姐妹染色单体排列在赤道板上
答案 B
解析 从图上看，同源染色体排列在赤道板上，属于减数第一次分裂中期。非姐妹染色单体的交叉互换发生在四分体时期，即减数第一次分裂前期，故交换结束。
[高考提能]
7．人的体细胞有23对同源染色体，减数第一次分裂的初级精母细胞中有四分体( )
A．46个 B．92个
C．184个 D．23个
答案 D
解析 一个四分体含有一对同源染色体。由题意人的体细胞有23对同源染色体可知，减数第一次分裂的初级精母细胞中有四分体23个。
8．下列关于减数分裂的叙述中，正确的是( )
①减数分裂发生在能够进行有性生殖的生物中 ②减数分裂的过程是由原始的生殖细胞形成成熟的有性生殖细胞的过程 ③减数分裂的特点是细胞中的染色体复制一次，而细胞连续分裂两次 ④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 ⑤减数分裂是一种特殊的有丝分裂，同样具有一定的细胞周期
A．①②③④ B．②③④⑤
C．①③④⑤ D．①②③④⑤
答案 A
解析 原始生殖细胞经减数分裂形成成熟有性生殖细胞后不再继续分裂，所以没有细胞周期。
9．在细胞正常分裂的情况下，雄性果蝇精巢中一定含有两条Y染色体的是( )
A．处于减数第一次分裂后期的初级精母细胞
B．处于减数第二次分裂后期的次级精母细胞
C．处于有丝分裂中期的精原细胞
D．处于有丝分裂后期的精原细胞
答案 D
解析 在有丝分裂后期由于着丝点分裂，染色单体分开，故此时细胞内含有两条Y染色体；由于经过减数第一次分裂，X、Y染色体彼此分离，故处于减数第二次分裂后期的细胞中性染色体组成为XX或YY；对于初级精母细胞和处于有丝分裂中期的精原细胞，虽然DNA已经复制，但染色单体仍在同一个着丝点上，Y染色体数仍为1条。
10．图1为某细胞减数第一次分裂后期图，在图2中属于该细胞处于减数第二次分裂中期的图像是( )
答案 B
解析 根据图1可知，同源染色体内发生了交叉互换；减数第二次分裂中期细胞内没有同源染色体，染色体着丝点排列在赤道板上，故A和C错误；减数第二次分裂中期两细胞是由同源染色体分离形成的，故两细胞内的染色体“互补”，则D错误。
11．下图为某二倍体高等雄性动物细胞示意图，请据图回答下列问题：
(1)该细胞处于____________________期，产生的子细胞为________。
(2)该细胞中有________条染色体，________条染色单体，有________对同源染色体。
(3)该动物体细胞中染色体数目最多的时期为________________________。
(4)该动物精巢细胞中的染色体数目可能为________________________。
(5)图中A、B的关系为__________________；a、a′的关系为________________，它们是在________________期形成的。
(6)图中A与B彼此分离发生在________________期，a与a′彼此分离发生在____________________期。
(7)若该细胞仅是在减数第一次分裂时，A、B未分开，则其形成的正常和异常精子的比例为________；若仅是在减数第二次分裂时，a、a′未能分开，则其形成的正常和异常精子的比例为________。
答案 (1)减数第一次分裂前(四分体时) 次级精母细胞 (2)4 8 2 (3)有丝分裂后期 (4)2条或4条或8条 (5)同源染色体 姐妹染色单体 减数第一次分裂前的间 (6)减数第一次分裂后 减数第二次分裂后
(7)0∶4 1∶1
12．如图为某动物精细胞形成过程中几个时期的细胞模式图，请据图回答下列问题：
(1)染色体复制发生在________图，称为________细胞。
(2)按精子形成过程的顺序排列为______________(用图中A～D表示)。
(3)图中B称为______________细胞，该图中染色体与DNA分子数之比为____________。
(4)C图中染色体1和2或3和4的分离发生在________________________期。
答案 (1)A 精原 (2)A→C→B→D (3)次级精母 1∶2 (4)减数第一次分裂后
13．下图中的A表示某雄性动物的体细胞，B、C分别表示处于不同分裂状态的细胞图像。请据图回答下列问题：
(1)图中数字分别表示不同的生理过程，它们分别是①________、②______________、③______________。
(2)C细胞的名称是________________，它含有同源染色体________对。
(3)在方框中绘出D→F细胞分裂后期染色体行为的简图， 请注意染色体的形态和数目。
答案 (1)有丝分裂 减数第一次分裂 减数第二次分裂 (2)次级精母细胞 0 (3)如图
解析 图A表示雄性动物个体的体细胞；图B中含有8条染色体，不含染色单体，所以应该表示有丝分裂后期；图C中含有2条染色体，4条染色单体，但是不含同源染色体，所以应为次级精母细胞。C和D是由A经减数第一次分裂同源染色体分开所形成的，所以C、D中含有的染色体应该是“互补”的关系
[真题体验]
14．(2015·浙江，2)下列有关细胞周期和细胞分裂的叙述， 正确的是( )
A．不同生物的细胞大小和数目不同， 但细胞周期长短相同
B．同一生物各种组织的细胞周期长短相同， 但G1、S、G2和M期长短不同
C．若在G2期加入DNA合成抑制剂，则有丝分裂前期每个染色体仍含有2条染色单体，子细胞染色体数目与母细胞的相同
D．减数分裂前期Ⅰ同源染色体配对，每个染色体含有4条染色单体，子细胞染色体数目为母细胞的一半
答案 C
解析 不同生物的细胞大小和数目不同，不同的细胞在分裂时其细胞周期的长短也各不相同，A错误；同一生物各种组织的细胞周期长短各不相同，构成细胞周期的G1、S、G2和M期长短也不相同，B错误；DNA的复制在S期进行，若在G2期加入DNA合成抑制剂，则不影响染色体中DNA的复制，有丝分裂前期每个染色体仍含有2条染色单体，C正确；减数第一次分裂前期同源染色体联会形成四分体，此时每个染色体含有2条染色单体，经减数分裂形成的子细胞中染色体数目为母细胞的一半，D错误。
15．(2014·江苏，28节选)某研究者对非洲爪蟾的精巢切片进行显微观察，绘制了以下示意图。请回答下列问题：
上图中甲、乙、丙、丁细胞含有同源染色体的有____________；称为初级精母细胞的有________。
答案 甲、丙、丁 甲、丁
解析 根据有丝分裂和减数分裂的特征可以判断：甲为减数第一次分裂的中期、乙为减数第二次分裂的后期、丙为有丝分裂的后期、丁为减数第一次分裂的后期。二倍体生物有丝分裂(图丙)和减数第一次分裂(图甲、图丁)有同源染色体，减数第二次分裂(图乙)无同源染色体；雄性生物减数第一次分裂的前期、中期(图甲)、后期(图丁)的细胞均称为初级精母细胞。
第3课时 减数分裂的观察、受精作用
[学习导航] 1.结合教材P21内容，学会使用高倍镜观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，并掌握辨析各时期分裂图像的技巧。2.结合P23模型建构过程，阐明配子多样性的原因。3.阅读教材，概述受精作用的过程和意义。
[重难点击] 1.细胞分裂图像的辨析规律。2.配子多样性的原因。
减数分裂形成的精子和卵细胞，必须相互结合形成受精卵，才能发育成新个体。卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程，称为受精作用。受精作用的过程如何呢？
一、观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片
1．实验原理
蝗虫的精母细胞进行减数分裂过程中的染色体形态、位置和数目都在不断地发生变化，因而可据此识别减数分裂的各个时期。
2．实验流程
(1)装片制作：解离→漂洗→染色→制片。
(2)显微观察
特别提醒 观察减数分裂实验时通常不选择雌性个体，原因是： (1)雄性个体产生的雄配子数量远远多于雌性个体产生的雌配子数量。(2)在动物卵巢内的减数分裂不连续，排卵时排出的仅仅是初级卵母细胞或次级卵母细胞。
在动物的睾丸中，有丝分裂和减数分裂都能发生，结合下图尝试区分不同时期的分裂图像：
1．前期：染色体散乱排列在细胞中，无核膜、核仁。
(1)A1属于什么时期？判断的依据是什么？
答案 A1为减数第二次分裂前期，因为没有同源染色体。
(2)A2属于什么时期？判断的依据是什么？
答案 A2为减数第一次分裂前期，因为有同源染色体联会现象。
(3)A3属于什么时期？判断的依据是什么？
答案 A3为有丝分裂，因为含有同源染色体，但是不联会。
2．中期：染色体排列在细胞中部。
(1)B1有什么特殊之处？属于什么时期？
答案 同源染色体的着丝点排列在赤道板两侧，为减数第一次分裂中期。
(2)B2和B3的着丝点都排列在赤道板上，如何区分？
答案 B2含有同源染色体，属于有丝分裂中期；B3无同源染色体，属于减数第二次分裂中期。
3．后期：染色体移向两极，动物细胞膜开始凹陷。
(1)C1和 C2均含有染色单体，都为减数第一次分裂后期，细胞的名称分别是什么？
答案 C1细胞质均等分裂，是初级精母细胞；C2细胞质不均等分裂，是初级卵母细胞。
(2)观察C3 、C4 、C5中移向一极的染色体，含有同源染色体的是哪个？属于什么时期？
答案 C3有同源染色体，是有丝分裂后期。
(3)C4 、C5属于什么时期？分别是什么细胞？
答案 C4 、C5无同源染色体，为减数第二次分裂。C4细胞质均等分裂，是次级精母细胞或者第一极体；C5细胞质不均等分裂，为次级卵母细胞。
知识整合 判断细胞分裂图像时，先根据染色体的位置确定所处的时期，再看有无同源染色体，如果没有就是减数第二次分裂，如果有同源染色体，再看是否有联会、四分体排列在赤道板、同源染色体分离等行为，如果有则是减数第一次分裂，如果没有则是有丝分裂。
1．下列关于观察细胞减数分裂实验的叙述中，错误的是( )
A．可用蝗虫精母细胞、蚕豆花粉母细胞的固定装片观察细胞的减数分裂
B．用桃花的雄蕊比用桃花的雌蕊制成的装片，更容易观察到减数分裂现象
C．能观察到减数分裂现象的装片中，也可能观察到同源染色体的联会现象
D．用洋葱根尖制成的装片，能观察到同源染色体的联会现象
答案 D
解析 只有性原细胞能发生减数分裂，因此可用蝗虫精母细胞、蚕豆花粉母细胞的固定装片观察细胞的减数分裂；桃花的雄蕊比雌蕊多，故用雄蕊制成的装片更容易观察到减数分裂现象；减数分裂过程中有同源染色体联会现象；洋葱根尖细胞不能进行减数分裂，故无同源染色体的联会现象。
2．如图为某动物体内细胞分裂的一组图像，下列叙述正确的是( )
A．上述①、②、③细胞中染色体与DNA分子数目比例为1∶2
B．细胞①、②、③、⑤产生的子细胞中均有同源染色体
C．表示有丝分裂的细胞及分裂的顺序是③→②→①
D．④细胞分裂前，细胞中染色体与DNA分子数目比例为1∶2
答案 D
解析 ①为有丝分裂后期，②为减数第一次分裂后期，③为有丝分裂中期，故C项不正确。细胞中染色体与DNA分子数目的比例为1∶2的图形中，应有染色单体，据图可知①中无染色单体，只有②③符合，故A选项不正确。④为减数第二次分裂后期，此细胞分裂前，细胞中有染色单体，染色体与DNA分子数目比例为1∶2，故D项正确。有丝分裂是产生体细胞的分裂方式，分裂过程中同源染色体没有分离，因此细胞①③产生的子细胞有同源染色体，②产生的子细胞无同源染色体，而⑤图是分裂间期，看不出是有丝分裂还是减数分裂间期，故B项不正确。
方法链接 “三看法” 判定细胞的分裂图像
二、配子中染色体组合的多样性与受精作用
1．配子中染色体组合的多样性的原因
(1)减数第一次分裂前期同源染色体联会后，四分体中的非姐妹染色单体之间容易发生交叉互换。
(2)减数第一次分裂后期同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合。
2．受精作用
(1)定义：卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。
(2)过程
①精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。
②卵细胞的细胞膜发生复杂的生理反应，阻止其他精子再进入。
③精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，使彼此的染色体会合在一起。
(3)结果：受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，其中有一半的染色体来自精子(父方)，另一半来自卵细胞(母方)。
3．减数分裂和受精作用的意义
(1)子代呈现多样性，有利于生物在自然选择中进化，体现了有性生殖的优越性。
(2)对于维持每种生物(有性生殖的生物)前后代体细胞中染色体数目的恒定和生物的遗传和变异都具有重要意义。
1．下图中的A、a和B、b表示原始生殖细胞中的两对同源染色体：
(1)情况1最终产生的子细胞有几种类型？情况2最终产生的子细胞有几种类型？
答案 情况1的子细胞有2种类型：AB、ab。情况2的子细胞有2种类型：Ab、aB。
(2)据此推断：含有n对同源染色体的生物体可产生的配子类型为多少种？
答案 2n种。
(3)含有n对同源染色体的生物体可产生的配子类型有时候要比上述结论多，可能的原因是什么？
答案 发生了同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换。
2．下图是细胞减数分裂与受精作用过程中的DNA含量变化曲线，请分析：
(1)图中表示减数分裂过程的是哪一段？表示受精作用的是哪一段？
答案 AB段表示减数分裂；CD段表示受精作用。
(2)DE段的含义是什么？
答案 受精卵的有丝分裂。
(3)mn、ik两段的DNA含量相等，染色体数量也相等吗？
答案 不相等。ik段表示有丝分裂前期、中期和后期，mn段表示减数第一次分裂的前期、中期和后期，有丝分裂后期染色体数是mn段的2倍。
(4)试画出减数分裂与受精作用过程中的染色体数目的对应变化曲线(标出A、B、C、D、E各点)。
答案 如图所示：
知识整合 配子多样性的原因有：减数第一次分裂前期四分体中的非姐妹染色单体之间容易发生交叉互换；减数第一次分裂后期，非同源染色体自由组合。减数分裂产生的配子经受精作用形成受精卵后，开始进行有丝分裂。
3．某种生物三对等位基因分布在三对同源染色体上，下图表示该生物的精细胞，根据细胞内基因的类型，判断其精细胞至少来自( )
A．2个精原细胞 B．4个精原细胞
C．3个精原细胞 D．5个精原细胞
答案 B
解析 解答本题的关键是要知道1个精原细胞产生4个精细胞，但只有两种精子。一个次级精母细胞可产生两个相同的精细胞。根据分离定律和自由组合定律可知，①和④、②和⑥、③和⑦、⑤和⑧分别来自同一个精原细胞，因此题干中的8个精细胞至少来自4个精原细胞。
4．下面对高等动物通过减数分裂形成的雌、雄配子以及受精作用的描述，正确的是( )
A．每个卵细胞继承了初级卵母细胞的细胞质
B．进入卵细胞并与之融合的精子几乎不携带细胞质
C．整个精子进入卵细胞内，完成受精作用
D．雌雄配子彼此结合的机会相等，因为它们的数量相等
答案 B
解析 形成卵细胞时，减数分裂后期细胞质不均等分裂。受精作用的实质是细胞核中遗传物质的融合，而不是整个精子与卵细胞的融合。对高等动物来说，雄配子的数量多于雌配子。
易错提醒 个体发育过程中有丝分裂、减数分裂和受精作用的关系
1．在显微镜下观察动物组织切片，发现细胞内的染色体数目有的是体细胞的一半，有的是体细胞的2倍，该切片取自( )
A．人的小肠表皮 B．家兔胚胎
C．绵羊肝脏 D．牛卵巢
答案 D
解析 人的小肠、家兔胚胎及绵羊的肝脏，这些组织或器官的细胞所进行的细胞分裂方式都是有丝分裂，不可能出现细胞内的染色体数目是体细胞的一半的时期，而牛的卵巢内，一部分卵原细胞进行减数分裂，在减数第二次分裂的前期、中期及分裂结束后新形成的卵细胞、第二极体的染色体数目都是体细胞的一半，一部分卵原细胞进行有丝分裂，在分裂后期染色体数为体细胞的2倍。
2.如图是某哺乳动物的一个细胞，它可能属于下列何种细胞( )
A．肝细胞
B．第一极体
C．初级卵母细胞
D．卵细胞
答案 B
解析 解题时首先要仔细观察细胞内染色体的数目、形态和排列状态，然后回忆对照减数分裂过程中生殖细胞形成图解，即可筛选出正确的答案。图中显示的是形状大小各不相同的5条染色体，并且每条染色体都已经复制，各含有两条染色单体，因此可以推出这是经过减数第一次分裂后的细胞，且着丝点未分离。只有B项符合要求。
3．1个精原细胞和1个卵原细胞最多产生多少种精子和多少种卵细胞(考虑交叉互换)( )
A．2,1 B．不确定，不确定
C．4,4 D．4,1
答案 D
解析 1个精原细胞如果不考虑交叉互换，染色单体相同，经减数分裂最多产生两两相同的4个精子；如果考虑交叉互换，染色单体并不完全相同，减数第二次分裂后期着丝点分裂，得到的4个精子都不相同。1个卵原细胞经减数分裂只产生1个卵细胞，最多也就1种卵细胞。
4．下列有关受精作用的叙述，错误的是( )
A．受精卵中全部遗传物质来自父母双方的各占一半
B．受精时，精子和卵细胞双方的细胞核相互融合
C．受精卵中染色体数与本物种体细胞中染色体数相同
D．受精卵中的染色体来自父母双方的各占一半
答案 A
解析 因为遗传物质并不是全部存在于染色体上，在细胞质内的线粒体和叶绿体中也有少量的遗传物质(DNA)，而受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，所以来自母方的遗传物质比父方多，故A项错误。
5．下图为一个卵原细胞在细胞分裂过程中核DNA含量变化示意图，请分析回答下列问题：
(1)AB时期的细胞叫做________，BC时期发生的变化是____________________________
________________________________________________________________________。
(2)A→D→E时期进行的是________________，EF时期的细胞叫做________________。
(3)E→F→G时期进行的是________________。
(4)GH时期的细胞叫做____________。
(5)HI时期表示发生了__________。IJ时期的细胞叫做________，进行的细胞分裂方式是________。
答案 (1)卵原细胞 DNA的复制和有关蛋白质的合成
(2)减数第一次分裂 次级卵母细胞或极体
(3)减数第二次分裂 (4)卵细胞
(5)受精作用 受精卵 有丝分裂
解析 (1)AB时期，染色体未复制，此时期的细胞称为卵原细胞；BC时期为减数第一次分裂前的间期，进行DNA复制和有关蛋白质的合成。
(2)根据曲线中DNA含量变化特点可知，A→D→E时期表示减数第一次分裂；EF时期进行的是减数第二次分裂，此时的细胞称为次级卵母细胞或极体。
(3)根据曲线中核DNA含量变化特点可知，E→F→G时期表示减数第二次分裂。
(4)GH时期表示减数分裂完成，此时的细胞称为卵细胞。
(5)HI时期表示受精作用，精子与卵细胞结合形成受精卵，故IJ时期的细胞称为受精卵；受精卵进行有丝分裂。
课时作业
[学考达标]
1．某动物体细胞中的染色体数为2n，将该动物的精巢切片置于显微镜下，观察到的细胞中的染色体数目可能是( )
A．n和2n B．2n和3n
C．n、2n和4n D．2n、3n和4n
答案 C
解析 精巢中的细胞并非全部进行减数分裂，有些进行有丝分裂，有些进行减数分裂。有丝分裂过程中，染色体数目可能为2n或4n；减数分裂过程中，染色体数目可能为2n或n。所以共有三种可能，即4n、2n或n。
2．下图为高等动物的细胞分裂示意图。下列叙述正确的是( )
A．甲一定为次级精母细胞
B．乙一定为初级精母细胞
C．丙为次级卵母细胞或极体
D．丙中的M、m为一对同源染色体
答案 B
解析 甲处于减数第二次分裂后期，细胞质均等分裂，可能为次级精母细胞或第一极体；丙处于减数第二次分裂后期，细胞质不均等分裂，是次级卵母细胞；丙中的M、m不是同源染色体，而是姐妹染色单体分开后形成的两条染色体；乙处于减数第一次分裂后期，细胞质均等分裂，是初级精母细胞。
3．在某哺乳动物(体细胞染色体数＝24)的睾丸中，细胞甲和细胞乙的染色体、染色单体、核DNA分子数依次是24、48、48和12、24、24。下列关于细胞甲和细胞乙的分裂方式的判断正确的是( )
A．细胞甲、乙可能都在进行减数分裂
B．细胞甲、乙可能都在进行有丝分裂
C．细胞甲不可能进行减数分裂，细胞乙可能进行有丝分裂
D．细胞甲不可能进行有丝分裂，细胞乙可能进行减数分裂
答案 A
解析 该哺乳动物体细胞染色体数目为24条，细胞甲中染色体、染色单体、核DNA数量依次为24、48、48，可以推测细胞甲可能处于有丝分裂或减数第一次分裂过程中；细胞乙中染色体、染色单体、核DNA数量依次为12、24、24，可以推测细胞乙处于减数第二次分裂过程中。
4．减数分裂产生的配子内，染色体组成具有多样性，主要取决于( )
A．同源染色体的复制
B．同源染色体的联会和分离
C．同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换和非同源染色体的自由组合
D．染色体着丝点的分裂
答案 C
解析 减数分裂过程中，联会后同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换和减数第一次分裂后期非同源染色体的自由组合都会增加配子中染色体组合的多样性。
5．一雄性生物体，其体细胞有3对同源染色体。在不进行交叉互换的情况下，此生物体可产生精原细胞的种类、次级精母细胞的种类以及精子的种类是( )
A．1、8、8 B．2、8、8
C．8、8、8 D．8、64、64
答案 A
解析 精原细胞经有丝分裂产生，所以只产生一种精原细胞。在不考虑交叉互换的情况下，一种次级精母细胞产生一种精子。此生物体可产生23＝8种精子，所以对应次级精母细胞有23＝8种。
6．下列由某二倍体(2n)的精子和卵细胞结合成受精卵的过程中，正确的是( )
①受精卵中的遗传物质主要来自染色体 ②受精卵中的细胞质主要来自卵细胞 ③受精时精子全部进入卵细胞内 ④精子和卵细胞的染色体合在一起成为4n条
⑤受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方
A．①②⑤ B．③④⑤
C．①③④ D．②③④
答案 A
解析 发生受精作用时，精子只是头部进入卵细胞，受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方，而细胞质主要来自卵细胞，精子和卵细胞都是通过减数分裂过程产生的，细胞中都有n条染色体，故发生受精作用后的受精卵中，染色体恢复为2n条。
[高考提能]
7．下图是雄果蝇细胞减数分裂图，下列说法正确的是( )
A．图Ⅰ表示的细胞中有8条染色体，在分裂期间可形成8个四分体
B．图Ⅱ表示的细胞中没有同源染色体
C．a、b、c、d染色体的组成各不相同
D．图Ⅲ可能是4个精细胞，也可能是1个卵细胞和三个极体
答案 B
解析 由图可知，图Ⅰ细胞中有8条染色体，减数分裂过程中只能形成4个四分体；图中a与b、c与d分别含相同染色体组合；该图为雄果蝇细胞，故a～d均为精细胞，不是卵细胞或极体。
8．下图为某一哺乳动物生殖发育过程中不同细胞的分裂方式示意图，下列叙述正确的是( )
A．图①②③④中都有同源染色体
B．图②所处时期中正在发生交叉互换
C．①细胞在分裂末期形成细胞板，分裂成两个子细胞
D．一般不用该生物的性腺作为观察减数分裂的实验材料
答案 D
解析 ①②③④分别为有丝分裂后期、减数第一次分裂中期、有丝分裂中期、减数第二次分裂后期，细胞中同源染色体分别有4、2、2、0对，A错误；②为减数第一次分裂中期，而交叉互换发生在减数第一次分裂前期(四分体)，B错误；①细胞为动物细胞，不会出现细胞板，C错误；根据④细胞可判断该生物为雌性，又因为卵细胞的数量较少，一般不选择雌性性腺来观察减数分裂，D正确。
9.如图表示某动物的精原细胞，该细胞在减数分裂过程中发生了交叉互换。则由该细胞形成的精子类型可能是( )
答案 B
解析 经交叉互换的精原细胞会形成4种类型的精细胞，选项A、C中分别只有1、0条染色体发生了交叉互换，不符合交叉互换的现象；选项D中只含有两种类型的配子。
10．下图表示细胞分裂和受精作用过程中核DNA含量和染色体数目的变化，据图分析不正确的是( )
A．a阶段为有丝分裂、b阶段为减数分裂
B．L→M所示过程与细胞膜的流动性有关
C．GH段和OP段，细胞中含有的染色体数是相等的
D．MN段发生了核DNA含量的加倍
答案 C
解析 a阶段为有丝分裂、b阶段为减数分裂；L→M所示过程表示受精作用，与细胞膜的流动性有关；GH段细胞中含有的染色体数是OP段的一半；MN段包括有丝分裂间期、前期和中期，所以发生了核DNA含量的加倍。
11．以下是基因型为AaBb的高等雌性动物细胞分裂图像及细胞分裂过程中染色体数目变化曲线，请回答下列相关问题：
(1)图甲所示细胞内有________个染色体组，分裂产生的子细胞的基因型是________。不具有同源染色体的细胞是________。
(2)图丙所示细胞名称为____________，其染色体变化对应图丁的________段。
(3)若用光学显微镜观察到图中细胞所示的染色体，需用________________________染色；若鉴定染色体的主要成分时，需用到__________试剂和__________试剂。
(4)若图乙细胞分裂完成后形成了基因型为AaB的子细胞，其原因最可能是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)若图丙中一条染色体上的B基因变为b基因，则产生这种情况的原因可能是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)4 AaBb 丙 (2)第一极体 de (3)龙胆紫溶液或醋酸洋红液 甲基绿(二苯胺) 双缩脲 (4)减数第一次分裂后期同源染色体1号与2号没有分开 (5)基因突变或同源染色体中非姐妹染色单体间交叉互换
解析 (1)图甲所示细胞处于有丝分裂后期，有4个染色体组，分裂产生的子细胞的基因型与母细胞基因型相同，即AaBb。图乙所示细胞处于减数第一次分裂前期。图丙所示细胞处于减数第二次分裂后期，不具有同源染色体。(2)图丙细胞均等分裂，是第一极体，染色体数目变化对应图丁的de段。(3)用光学显微镜观察到图中细胞所示的染色体，需用龙胆紫溶液或醋酸洋红液染色；染色体的主要成分是DNA与蛋白质，若鉴定染色体的主要成分，需用到甲基绿(二苯胺)试剂和双缩脲试剂。(4)若图乙细胞分裂完成后形成了基因型为AaB的子细胞，其原因最可能是1号与2号染色体在减数第一次分裂后期没有正常分离。(5)该动物进行减数分裂的细胞中姐妹染色单体上出现等位基因，原因是基因突变或同源染色体中非姐妹染色单体间发生了交叉互换。
12．下图中甲是某高等生物在生殖发育过程中细胞内染色体数目变化曲线，乙是该生物一个细胞的局部结构模式图。请分析回答下列问题：
(1)该生物个体发育的起点是通过甲图中的[ ]____________形成的，在个体发育过程中进行[ ]__________过程。
(2)姐妹染色单体分离发生在[ ]________________期和[ ]__________期。
(3)乙图细胞所处的分裂时期属于甲图中[ ](填数字)阶段；该生物细胞中染色体数最多有________条。
(4)乙图细胞的分裂方式与其他体细胞的分裂方式相比，其本质区别是____________________，具有这种细胞分裂方式进行生殖的生物，其后代有利于在自然选择中进化，体现其优越性。
答案 (1)B 受精作用 C 有丝分裂 (2)③ 减数第二次分裂后 ⑥ 有丝分裂后 (3)② 16 (4)子细胞染色体数目减半
13．如图表示高等生物的生活史示意图，请据图回答下列问题：
(1)过程A表示________________，它发生在哺乳动物的__________________中。
(2)过程B表示____________，其实质是__________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果该图表示被子植物的生活史，那么个体发育的起点是从____________开始的，主要进行____________分裂。
(4)假设成体Ⅰ的染色体数目为20条，那么图中Ⅲ和Ⅳ的染色体数目依次为____________。
(5)若人的成熟神经细胞核中DNA含量为a，下列各项核DNA含量分别为2a、a、0.5a的是( )
A．初级精母细胞、次级精母细胞、精子
B．精原细胞减数分裂间期、精细胞、第二极体
C．精原细胞有丝分裂后期、口腔上皮细胞、成熟红细胞
D．正在发生凋亡的细胞、癌细胞、卵细胞
答案 (1)减数分裂 睾丸或卵巢 (2)受精作用
精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合 (3)受精卵 有丝 (4)10条和20条 (5)A
[真题体验]
14．(2014·安徽，4改编)某种植物细胞减数分裂过程中几个特定时期的显微照片如下。下列叙述正确的是( )
A．图甲中，细胞的同源染色体的非姐妹染色单体之间可发生交叉互换
B．图乙中，移向细胞两极的染色体组成相同
C．图丙中，染色体的复制正在进行，着丝点尚未分裂
D．图丁中，细胞的同源染色体分离，染色体数目减半
答案 A
解析 由题意可知，图示细胞处于减数分裂过程中，由图示各细胞的分裂特点可知，甲细胞处于减数第一次分裂前期，此时同源染色体的非姐妹染色单体之间可发生交叉互换，A项正确；乙图处于减数第一次分裂后期，此时细胞两极分别为两组非同源染色体，B项错误；图丙处于减数第一次分裂末期或减数第二次分裂前期，但不进行染色体复制，着丝点分裂发生在减数第二次分裂后期，C项错误；图丁处于减数第二次分裂后期，已不存在同源染色体，D项错误。
15．(2013·江苏，8)如图为某生物一个细胞的分裂图像，着丝点均在染色体端部，图中1、2、3、4各表示一条染色体。下列表述正确的是( )
A．图中细胞处于减数第二次分裂前期
B．图中细胞的染色体数是体细胞的2倍
C．染色体1与2在后续的分裂过程中会相互分离
D．染色体1与3必定会出现在同一子细胞中
答案 C
解析 根据题意及图中左侧的两对染色体可确定图示细胞分裂时期，染色体的着丝点未断裂，因此细胞处于减数第一次分裂过程，染色体数与体细胞中的相同，A、B错误；染色体1和2是同源染色体，减数第一次分裂过程中会相互分离，C正确；染色体1和3是非同源染色体，可发生自由组合，D错误。
第2节 基因在染色体上
[学习导航] 1.理解“类比推理法”，通过比较基因和染色体的平行关系，掌握萨顿的假说。2.结合教材P29图2－9、2－10，理解“基因在染色体上”的实验证据。3.运用有关基因和染色体的知识，阐明孟德尔遗传规律的细胞学基础和实质。
[重难点击] 1.萨顿推测基因在染色体上的“类比推理法”。2.摩尔根的实验过程。3.孟德尔遗传规律的实质。
师：回顾减数分裂知识，思考：某生物体细胞含有一对同源染色体，它进行减数分裂，可以产生几种类型的配子？含有两对同源染色体的呢？(2种，4种)
师：大家比较一下在配子的形成过程，即减数分裂过程中染色体和基因的行为变化，你们有什么发现？可以提出什么样的假说？
一、萨顿的假说
1．研究方法：类比推理法。
2．基因与染色体行为的类比
项目
基因的行为
染色体的行为
独立性
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，具有相对稳定的形态结构
存在方式
在体细胞中基因成对存在，在配子中只有成对的基因中的一个
在体细胞中染色体成对存在，在配子中只有成对的染色体中的一条
来源
体细胞中成对的基因一个来自父方，一个来自母方
体细胞中成对的染色体(即同源染色体)一条来自父方，一条来自母方
分配
非等位基因在形成配子时自由组合
非同源染色体在减数第一次分裂后期自由组合
3.结论：基因和染色体行为存在着明显的平行关系，基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的，即基因就在染色体上。
类比推理是科学研究的重要方法之一，据此分析：
1．类比推理和假说—演绎法相比，有没有设计相应的验证实验？
答案 没有。
2．通过类比推理得出的结论是否一定是正确的呢？
答案 不是。类比推理得出的结论正确与否还需要观察和实验的检验。
知识整合 类比推理的结论不具有逻辑的必然性，只是假说；假说—演绎法得出的结论是科学的、正确的。
1．下列不属于萨顿假说中对基因与染色体关系的描述的是( )
A．基因在染色体上呈线性排列
B．体细胞中基因成对存在，染色体也是成对存在的
C．基因在杂交过程中保持完整性和独立性，染色体在形成配子和受精过程中，具有相对稳定的形态结构
D．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
答案 A
解析 基因在染色体上呈线性排列，是由摩尔根提出的。
2．已知果蝇的体细胞中有4对同源染色体，根据萨顿的假说，关于该昆虫减数分裂产生配子的说法，正确的是( )
A．果蝇的精子中含有成对基因
B．果蝇的体细胞中只含有一个基因
C．果蝇的4对同源染色体上含有的基因可以同时来自于父方，也可以同时来自于母方
D．在体细胞中，基因是成对存在的，在配子中只有成对基因中的一个
答案 D
解析 由于精子中无同源染色体，所以其中的基因均不成对，A错误；果蝇的体细胞中含同源染色体，所以基因都是成对的，且种类也很多，B错误；同源染色体只能一条来自母方，一条来自父方，不会同时来自母方或父方，C错误。
二、基因位于染色体上的实验证据
1．实验材料——果蝇
(1)果蝇作为实验材料的优点：①相对性状多且明显；②培养周期短；③成本低；④容易饲养；⑤染色体数目少，便于观察。
(2)果蝇体细胞内染色体的组成：果蝇体细胞中共有4对染色体，其中3对是常染色体，1对是性染色体。雌果蝇的性染色体是XX，雄果蝇的性染色体是XY。
2．观察现象
P 红眼(♀)×白眼(♂)
↓
F1 红眼(♀、♂)
↓雌雄交配
F2 红眼(♂、♀)、白眼(♂)
(1)果蝇的红眼和白眼是一对相对性状。
(2)F1全为红眼，红眼是显性性状。
(3)F2中红眼∶白眼＝3∶1，符合分离定律，红眼和白眼受一对等位基因控制。
(4)F2中只有雄果蝇出现白眼性状，说明果蝇眼色的表现与性别相联系。
3．提出问题：白眼性状的表现为何总与性别相联系？
4．作出假设，解释现象
(1)假设：白眼基因(用w表示)、红眼基因(用W表示)位于X染色体上。
(2)解释
♂
♀
XW
Y
XW
XWXW
(红眼雌性)
XWY
(红眼雄性)
Xw
XWXw
(红眼雌性)
XwY
(白眼雄性)
5.演绎推理——测交
(1)过程
(2)测交结果：后代中红眼∶白眼＝1∶1，符合分离定律。
6．实验结论：决定果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体上，从而证明了基因在染色体上。
7．基因和染色体关系
摩尔根进一步证明了：一条染色体上有许多个基因；基因在染色体上呈线性排列。
果蝇的红眼(W)对白眼(w)是显性，控制眼色的基因位于X染色体上。现用一对果蝇杂交，一方为白眼，另一方为红眼，杂交后F1中雄果蝇均为白眼，雌果蝇均为红眼，请回答：
1．亲代果蝇的基因型是怎样的？
分析 F1中雄果蝇均为白眼，因此，亲本雌果蝇一定为纯合子，也就是XwXw；子代雌果蝇均为红眼，亲代的雄果蝇一定含有XW，所以为XWY。
答案 XwXw和XWY。
2．上述过程的遗传图解是怎样的？
答案 如图所示
3．若让F1中的雌雄果蝇交配，F2的表现型和比例是怎样的？
答案 红眼雌果蝇∶白眼雌果蝇∶红眼雄果蝇∶白眼雄果蝇＝1∶1∶1∶1。
3．用纯合子果蝇作为亲本研究两对相对性状的遗传实验，结果如表所示。下列说法不正确的是( )
P
F1
①♀灰身红眼×♂黑身白眼
♀灰身红眼、♂灰身红眼
②♀黑身白眼×♂灰身红眼
♀灰身红眼、♂灰身白眼
A.果蝇的灰身、红眼是显性性状
B．由组合②可判断控制眼色的基因位于X染色体上
C．若组合①的F1随机交配，则F2雌蝇中纯合的灰身红眼占1/16
D．若组合②的F1随机交配，则F2中黑身白眼的概率为1/8
答案 C
解析 在果蝇的灰身和黑身中，灰身属于显性性状；在果蝇的红眼和白眼中，通过组合①可判断红眼属于显性性状。亲本中无论黑身作为母本或灰身作为母本，子代雌雄个体全为灰身，说明果蝇体色的遗传与性别无关。亲本中红眼作为母本和白眼作为母本，子代雌雄个体性状不同，说明果蝇眼色的遗传与性别有关。确定亲本的基因型时，要根据基因的分离定律一对对地进行分析，然后综合写出某个体的基因型。
4．下列关于基因和染色体关系的叙述中，正确的是( )
A．基因全部在染色体上
B．基因在染色体上呈线性排列
C．一条染色体上有一个基因
D．染色体就是由基因组成的
答案 B
解析 基因和染色体行为存在着明显的平行关系，但细胞质中也有少量基因存在。基因在染色体上呈线性排列，这也说明一条染色体上有许多个基因。染色体主要由DNA和蛋白质组成。
三、孟德尔遗传规律的现代解释
1．基因的分离定律的实质
(1)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。
(2)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。
2．基因的自由组合定律的实质
(1)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。
(2)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。
如图是某生物细胞内染色体和基因的分布图，①和②、③和④是两对同源染色体，请回答：
1．图中属于等位基因的有哪些？
分析 等位基因是指位于同源染色体的同一位置上，控制着相对性状的基因。如题图所示，A与a、B与b、C与c都是等位基因。
答案 A与a、B与b、C与c。
2．图中非等位基因有哪些？
分析 非等位基因在体细胞内有两种存在方式，一是非同源染色体上的基因互为非等位基因，如图中A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)，二是同源染色体上的非等位基因，如图中A(或a)和B(或b)等。
答案 A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)、A(或a)和B(或b)。
3．上述非等位基因中，能自由组合的是哪些？
答案 非同源染色体上的非等位基因能自由组合，即A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)。
4．不考虑交叉互换，该生物能产生几种配子？
答案 4种：ABC、ABc、abC、abc。
知识整合 等位基因是指位于同源染色体的同一位置上，控制着相对性状的基因；非等位基因在体细胞内有两种存在方式，一是非同源染色体上的非等位基因，二是同源染色体上的非等位基因；非同源染色体上的非等位基因才能自由组合。
5.如图表示果蝇的一个细胞，其中数字表示染色体，字母表示基因，下列有关叙述正确的是( )
A．从染色体情况上看，该果蝇只能形成一种配子
B．e基因控制的性状在雌雄个体中出现的概率相等
C．形成配子时基因A、a与D、d之间不能自由组合
D．只考虑3、4与7、8两对染色体时，该个体能形成四种配子，并且配子数量相等
答案 D
解析 由图可知，该果蝇为雄性个体，图中7为X染色体，8为Y染色体，因此，从染色体情况上看，它能形成X、Y两种配子；e基因位于X染色体上，Y染色体上没有它的等位基因，所以e基因控制的性状，在雄性个体中出现的概率高于在雌性个体中出现的概率；A、a与D、d位于两对同源染色体上，减数分裂时，A、a与D、d之间能够自由组合；只考虑3、4与7、8两对同源染色体时，该果蝇基因型可写成DdXeY，产生DXe、dXe、DY、dY四种配子且数量相等，即各占1/4。
6．下列有关减数分裂过程中基因和染色体变化的叙述，不正确的是( )
A．减数分裂时，同源染色体分开，等位基因也随之分离
B．染色单体分开时，复制而来的两个基因也随之分开
C．非同源染色体自由组合，其上的非等位基因也可以自由组合
D．性染色体上的基因都是成对存在的
答案 D
解析 在性染色体上，有些基因不是成对存在的，如果蝇的眼色基因位于X染色体上，而在Y染色体上没有与之相对应的等位基因。
1．1903年，萨顿关于“基因位于染色体上”的假说是如何提出来的( )
A．运用假说—演绎法提出的
B．通过蝗虫实验运用类比推理提出的
C．运用系统论分析法提出的
D．通过摩尔根的果蝇红、白眼杂交实验提出的
答案 B
2．关于基因和染色体关系的叙述，错误的是( )
A．等位基因位于一对姐妹染色单体的相同位置上
B．基因在染色体上呈线性排列，每条染色体上都有许多个基因
C．萨顿使用类比推理的方法提出基因在染色体上的假说
D．摩尔根等人首次通过实验证明基因在染色体上
答案 A
解析 在杂种生物体内，同源染色体的同一位置上控制着相对性状的一对基因叫做等位基因，A错误。
3．果蝇的红眼对白眼为显性，且控制眼色的基因在X染色体上。下列杂交组合中，通过眼色即可直接判断子代果蝇性别的一组是( )
A．杂合红眼雌果蝇×红眼雄果蝇
B．白眼雌果蝇×红眼雄果蝇
C．杂合红眼雌果蝇×白眼雄果蝇
D．白眼雌果蝇×白眼雄果蝇
答案 B
解析 “通过眼色即可直接判断子代果蝇性别”即子代雌性和雄性的果蝇眼色不同。若红眼由基因A控制、白眼由基因a控制。A项，XAXa×XAY→雌性都是红眼，雄性1/2红眼、1/2白眼，不能根据眼色判断子代果蝇性别；B项，XaXa×XAY→雌性都是红眼，雄性都是白眼，可根据眼色判断子代果蝇性别；C项，XAXa×XaY→后代雌雄各1/2红眼和1/2白眼，不能根据眼色判断子代果蝇性别；D项，XaXa×XaY→后代全是白眼，不能根据眼色判断子代果蝇性别。
4．如图所示为某生物正在进行分裂的细胞，等位基因A和a位于染色体的位置(不考虑交叉互换)可能是( )
A．A位于①上，a位于⑤上
B．A位于⑤上，a位于⑦上
C．A和a分别位于⑤和⑧上
D．A和a分别位于②和⑥上
答案 C
解析 等位基因位于同源染色体上。
5．如图是科学家根据果蝇的遗传实验，绘制出的果蝇某一条染色体上的某些基因的位置图，请回答：
(1)基因和染色体行为存在着明显的________关系。
(2)绘出果蝇的基因在染色体上位置图的第一位学者是________。
(3)染色体的主要成分是________和________。
(4)图中染色体上的朱红眼基因和深红眼基因是一对等位基因吗？为什么？
________________________________________________________________________。
答案 (1)平行 (2)摩尔根 (3)DNA 蛋白质 (4)不是；等位基因应位于一对同源染色体的同一位置上，而图中朱红眼基因和深红眼基因位于同一条染色体上
解析 基因与染色体行为存在着明显的平行关系。染色体的主要成分是DNA和蛋白质。朱红眼基因和深红眼基因位于同一条染色体上，不是等位基因。
课时作业
[学考达标]
1．科学的研究方法是取得成功的关键，假说—演绎法和类比推理是科学研究中常用的方法，人类探索基因神秘踪迹历程中，进行了如下研究：
①1866年孟德尔的豌豆杂交实验：提出了生物的性状由遗传因子(基因)控制 ②1903年萨顿研究蝗虫的精子和卵细胞形成过程，提出假说：基因在染色体上 ③1910年摩尔根进行果蝇杂交实验：找到基因在染色体上的实验证据。
他们在研究的过程中所使用的科学研究方法依次为( )
A．①假说—演绎法 ②假说—演绎法 ③类比推理
B．①假说—演绎法 ②类比推理 ③类比推理
C．①假说—演绎法 ②类比推理 ③假说—演绎法
D．①类比推理 ②假说—演绎法 ③类比推理
答案 C
解析 孟德尔提出生物的性状由遗传因子控制和摩尔根找到基因在染色体上的实验证据运用的都是假说—演绎法。萨顿提出基因在染色体上的假说运用的是类比推理。
2．下列关于果蝇的叙述，错误的是( )
A．体细胞中有4对同源染色体，其中有3对常染色体，1对性染色体
B．白眼雄果蝇的白眼色基因位于X染色体上，Y染色体上无等位基因
C．白眼雄果蝇产生的配子中一半含有白眼色基因，一半不含白眼色基因
D．白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交，后代全部表现为红眼果蝇
答案 D
解析 设控制红眼与白眼的基因用W、w表示，白眼雌果蝇产生的配子为Xw一种，红眼雄果蝇产生的配子有XW和Y两种，雌雄配子随机结合，产生XWXw和XwY，雌果蝇全为红眼，雄果蝇全为白眼。
3．决定果蝇眼色的基因位于X染色体上，其中W基因控制红色性状，w基因控制白色性状。一只红眼雌果蝇与一只红眼雄果蝇杂交，其后代中不可能出现的是( )
A．红眼雄果蝇 B．白眼雄果蝇
C．红眼雌果蝇 D．白眼雌果蝇
答案 D
解析 先写出亲代基因型。红眼雌果蝇：XWXW或XWXw；红眼雄果蝇：XWY。若XWXW×XWY→XWXW(红眼雌果蝇)、XWY(红眼雄果蝇)；若XWXw×XWY→XWXW(红眼雌果蝇)、XWXw(红眼雌果蝇)、XWY(红眼雄果蝇)、XwY(白眼雄果蝇)。可见，后代中不可能有白眼雌果蝇。本题还可以采用直选法将D项选出，因为亲代红眼雄果蝇的基因型为XWY，其中的XW肯定要传给子代雌果蝇，而子代雌果蝇中只要存在一个W基因，就肯定表现为红眼。
4．果蝇的红眼基因(B)对白眼基因(b)为显性，位于X染色体上；腹部有斑与无斑是一对相对性状(其表现型与基因型的关系如下表)。现用无斑红眼(♀)与有斑红眼(♂)进行杂交，产生的子代有：①有斑红眼(♀)，②无斑白眼(♂)，③无斑红眼(♀)，④有斑红眼(♂)。以下分析正确的是( )
AA
Aa
aa
雄性
有斑
有斑
无斑
雌性
有斑
无斑
无斑
A.②的精巢中可能存在含两条Y染色体的细胞
B．①与有斑白眼的杂交后代不可能有无斑果蝇
C．亲本无斑红眼(♀)的基因型为AaXBXb或aaXBXb
D．②与③杂交产生有斑果蝇的概率为1/8
答案 A
解析 精巢中既有进行有丝分裂的细胞，也有进行减数分裂的细胞，有丝分裂后期和减数第二次分裂后期，着丝点断裂，姐妹染色单体彼此分开，原本连在一起的两条Y染色单体分开形成了两条Y染色体，A项正确；①与有斑白眼雄蝇(基因型为AAXbY或AaXbY)杂交可以产生基因组成为Aa的后代(雌性表现无斑)，B项错误；由子代出现②无斑白眼雄蝇(基因组成为aaXbY)可推出亲本的基因型为AaXBXb、AaXBY，C项错误；子代②无斑、③无斑的基因组成分别是aa、Aa(占2/3)或aa(占1/3)，两者杂交后代中无AA个体，雌蝇全表现无斑，基因组成为Aa的雄蝇表现有斑性状，其概率为2/3×1/2×1/2＝1/6，D项错误。
5．某高等生物基因型为AaBb，经减数分裂能产生四种数量相等的配子。下图为其体内的某个细胞，则( )
A．该状态下的细胞发生了非同源染色体自由组合
B．②与④上的基因分离体现了分离定律
C．图中基因位点①②③④可能分别是A、b、B、b
D．该细胞②④为同源染色体
答案 C
解析 该题图为有丝分裂后期图，不会发生非同源染色体自由组合；②与④上的基因分离的原因是着丝点分裂，不能体现分离定律。
6．下图能正确表示基因分离定律实质的是( )
答案 C
解析 分离定律是指在减数分裂过程中，等位基因随同源染色体的分开而分离，并分别进入两个配子中。A、B项中不存在等位基因，D项中未体现分离。
[高考提能]
7．下列关于人类染色体、基因和减数分裂的叙述中，错误的是( )
A．基因的主要载体是染色体，所以染色体和基因的行为具有平行关系
B．在体细胞中，等位基因存在于成对的同源染色体上
C．减数分裂过程中，等位基因随着同源染色体的分开而分离
D．正常情况下，每个配子都含有体细胞中的每一对等位基因
答案 D
解析 人的细胞核基因全部位于染色体上，而细胞核是基因的主要储存部位，所以染色体是基因的主要载体；在体细胞中，基因成对存在于同源染色体上；染色体和基因的行为具有平行关系，如等位基因随着同源染色体的分开而分离；由于在减数第一次分裂后期同源染色体的分离，导致了在配子中不含有等位基因。
8．红眼(R)雌果蝇和白眼(r)雄果蝇交配，F1全是红眼，F1自由交配所得的F2中红眼雌果蝇121只，红眼雄果蝇60只，白眼雌果蝇0只，白眼雄果蝇59只，则F2产生的配子中具有R和r的卵细胞及具有R和r的精子的比例是( )
A．卵细胞：R∶r＝1∶1，精子：R∶r＝3∶1
B．卵细胞：R∶r＝3∶1，精子：R∶r＝3∶1
C．卵细胞：R∶r＝1∶1，精子：R∶r＝1∶1
D．卵细胞：R∶r＝3∶1，精子：R∶r＝1∶1
答案 D
解析 亲代红眼雌果蝇基因型可能为XRXR、XRXr，白眼雄果蝇基因型为XrY，因F1全为红眼个体，所以亲代红眼雌果蝇的基因型只能为XRXR，F1中红眼雄果蝇基因型为XRY，红眼雌果蝇的基因型为XRXr，二者交配，F2的基因型及其比例为XRXR∶XRXr∶XRY∶XrY＝1∶1∶1∶1；其表现型及其比例为红眼雌果蝇∶红眼雄果蝇∶白眼雄果蝇＝2∶1∶1。F2中红眼雌果蝇(1/2XRXR、1/2XRXr)产生的卵细胞有两种类型R∶r＝3∶1；F2中红眼雄果蝇(1/2XRY)和白眼雄果蝇(1/2XrY)产生含R、r的精子的比例为1∶1。
9．果蝇的红眼和白眼是由X染色体上一对等位基因控制的，现有一对红眼果蝇交配，F1中出现了白眼果蝇。若F1的雌雄果蝇自由交配，则F2中红眼与白眼的比例为( )
A．3∶1 B．5∶3
C．13∶3 D．7∶1
答案 C
解析 果蝇眼色是伴X染色体隐性遗传，红眼是显性，白眼是隐性。由题意可知，若用A、a表示相关基因，则F1的基因型是XAXA、XAXa、XAY、XaY，雌性个体中XAXA、XAXa各占1/2，雄性个体中XAY、XaY也是各占1/2，随机交配后，计算出白眼的比例即可。白眼占的比例为(1/2×1/2×1/4)＋(1/2×1/2×1/2)＝3/16，因此，红眼的比例为13/16。
10．如图是某红眼果蝇细胞分裂示意图(用B、b表示相关基因)，若图Ⅲ中的a与一只异性红眼果蝇产生的配子结合发育成一只白眼雄果蝇，则d与异性红眼果蝇产生的配子结合发育成的果蝇表现型为( )
A．白眼雄果蝇 B．红眼雄果蝇
C．白眼雌果蝇 D．红眼雌果蝇
答案 D
解析 据图Ⅰ可知该果蝇为雄果蝇，基因型为XBY。由a与一只异性红眼果蝇(XBXb)产生的配子(Xb)结合发育成一只白眼雄果蝇(XbY)，可知a含Y染色体，则d含X染色体且携带决定红眼的基因(XB)，与异性红眼果蝇产生的配子结合发育成的果蝇表现型为红眼雌果蝇(XBX－)。
11.如图为果蝇体细胞的染色体图解，图中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X、Y表示染色体，A、a、B表示基因。请据图回答下列问题：
(1)此图所示果蝇的性别是________。细胞中有染色体______条。其中性染色体和常染色体分别是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)此果蝇的基因型是__________。如果此图表示果蝇的一个精原细胞，则减数分裂后该精原细胞产生的配子的基因型有________种。该果蝇可产生基因型为________________________的配子。在产生配子时，遵循的遗传规律有__________________________________________。
(3)若B、b分别控制果蝇眼睛的红色和白色，A、a分别控制果蝇翅的长和短，则短翅白眼雌果蝇的基因型是__________。
答案 (1)雄性 8 性染色体是X、Y，常染色体是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ (2)AaXBY 2 AXB、AY、aXB、aY 分离定律和自由组合定律 (3)aaXbXb
解析 (1)由于该果蝇含有X和Y性染色体，故性别为雄性。除了两条性染色体外，其余的染色体是常染色体。(2)根据图中的基因种类和位置，可写出此果蝇的基因型(AaXBY)，注意性染色体上的基因写法。一个精原细胞只能形成2种类型的精子，但该个体可以形成4种精子。由于存在控制不同性状的基因，且它们位于非同源染色体上，故基因除了遵循分离定律外还遵循自由组合定律。(3)由于白眼和短翅为隐性，故短翅白眼雌果蝇的基因型为aaXbXb。
12．豌豆豆荚的颜色绿色(A)对黄色(a)为显性，豆荚的形状饱满(B)对不饱满(b)为显性，如图1所示甲、乙、丙、丁分别表示四株豌豆体细胞中染色体和基因的组成。据图回答下列问题：
(1)图1乙中的等位基因是________；若豌豆基因型如图1甲所示，则其能产生________种类型的花粉。
(2)图1中，__________和________两种豌豆杂交后代的性状分离比是3∶1；图1甲豌豆和其余三种豌豆中的________豌豆杂交后代的性状分离比是1∶1。
(3)图1中的两种豌豆杂交，其后代表现型的比例如图2所示，这两种豌豆分别是图1中的____________(从“甲、乙、丙、丁”选择)，它们的杂交后代中，表现型与双亲不同的个体所占比例是________，与双亲表现型不同的个体中能稳定遗传的个体所占比例是________。
答案 (1)B和b 4 (2)甲 乙 丙
(3)甲和丁
解析 (1)图1乙中B和b为等位基因，图1甲可产生22＝4种类型的配子(花粉)。(2)图1中甲与乙杂交时，其子代为(Aa×AA)×(Bb×Bb)组合后性状分离比为3∶1，甲与丙杂交其子代类型为2种(1×2)，比例为1∶1。(3)由图2知，子代中豆荚绿色∶黄色＝75∶25＝3∶1，豆荚饱满∶不饱满＝50∶50＝1∶1，则图1中甲、丁杂交符合该分离比，其杂交后代中表现型不同于双亲的比例为1－＝，与双亲表现型不同的个体中能稳定遗传的个体(纯合子)所占比例为。
13．实验室中现有一批未交配过的纯种长翅灰体和残翅黑檀体的果蝇。已知长翅和残翅这对相对性状受一对位于Ⅱ号同源染色体上的等位基因控制。现欲利用以上两种果蝇研究有关果蝇灰体与黑檀体性状的遗传特点(说明：控制果蝇灰体和黑檀体的基因在常染色体上，所有果蝇均能正常繁殖、存活)。请设计一套杂交方案，同时研究以下两个问题：问题一，研究果蝇灰体、黑檀体是否由一对等位基因控制，并作出判断。问题二，研究控制灰体、黑檀体的等位基因是否也位于Ⅱ号同源染色体上，并作出判断。
(1)杂交方案：
①选取______________和______________两亲本杂交得F1；
②F1__________________得F2；
③分析判断。
(2)对问题一的推断及结论：
若F2出现性状分离，且灰体与黑檀体果蝇数目之比为__________，说明控制该对性状的是一对等位基因；反之，则不是由一对等位基因控制的。
(3)对问题二的推断及结论：
如果F2出现________种性状，且性状分离比为________________，说明性状的遗传符合自由组合定律，因此控制灰体、黑檀体的这对等位基因不是位于Ⅱ号同源染色体上。反之，则可能位于Ⅱ号同源染色体上。
答案 (1)①长翅灰体 残翅黑檀体 ②雌雄果蝇杂交
(2)1∶3或3∶1 (3)4 9∶3∶3∶1
解析 如果果蝇灰体、黑檀体是由一对等位基因控制的，则该对性状的遗传符合基因的分离定律，F2的性状分离比表现为3∶1，否则就不是由一对等位基因控制的；如果控制灰体、黑檀体的等位基因不位于Ⅱ号同源染色体上，则体色和翅形这两对相对性状的遗传遵循基因的自由组合定律，F2的性状分离比是9∶3∶3∶1，否则控制果蝇体色的基因就可能位于Ⅱ号同源染色体上。
[真题体验]
14．(2012·天津，6)果蝇的红眼基因(R)对白眼基因(r)为显性，位于X染色体上；长翅基因(B)对残翅基因(b)为显性，位于常染色体上。现有一只红眼长翅果蝇与一只白眼长翅果蝇交配，F1的雄果蝇中约有为白眼残翅。下列叙述错误的是( )
A．亲本雌果蝇的基因型是BbXRXr
B．亲本产生的配子中含Xr的配子占
C．F1出现长翅雄果蝇的概率为
D．白眼残翅雌果蝇能形成bbXrXr类型的次级卵母细胞
答案 C
解析 结合题干信息可知，双亲均为长翅，F1中有残翅，则双亲基因型为Bb和Bb，F1中长翅∶残翅＝3∶1，已知F1的雄果蝇中约有为白眼残翅，因为残翅占，可推知白眼占，得出亲本雌果蝇为红眼长翅果蝇，基因型是BbXRXr，亲本雄果蝇基因型为BbXrY。亲本雌果蝇的卵细胞中Xr占，亲本雄果蝇的精子中Xr占，亲本产生的配子中含Xr的配子占，A和B正确；F1出现长翅的概率为，出现长翅雄果蝇的概率为×＝，C错误；白眼残翅雌果蝇的基因型为bbXrXr，其初级卵母细胞基因型为bbbbXrXrXrXr，经减数第一次分裂后，次级卵母细胞的基因型为bbXrXr，D正确。
15．(2015·全国Ⅱ，32)等位基因A和a可能位于X染色体上，也可能位于常染色体上，假定某女孩的基因型是XAXA或AA，其祖父的基因型是XAY或Aa，祖母的基因型是XAXa或Aa，外祖父的基因型是XAY或Aa，外祖母的基因型是XAXa或Aa。不考虑基因突变和染色体变异，请回答下列问题：
(1)如果这对等位基因位于常染色体上，能否确定该女孩的2个显性基因A来自于祖辈4人中的具体哪两个人？为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如果这对等位基因位于X染色体上，那么可判断该女孩两个XA中的一个必然来自于________(填“祖父”或“祖母”)，判断依据是______________________________________；此外，________(填“能”或“不能”)确定另一个XA来自于外祖父还是外祖母。
答案 (1)不能。女孩AA中的一个A，必然来自于父亲，但因为祖父和祖母都含有A，故无法确定父亲传给女儿的A是来自于祖父还是祖母；另一个A必然来自于母亲，也无法确定母亲传给女儿的A是来自于外祖父还是外祖母
(2)祖母 该女孩的一个XA来自父亲，而父亲的XA一定来自祖母 不能
解析 (1)解答本题可采用画图分析法：
可见，祖辈4人中都含有显性基因A，都有可能传递给该女孩。
(2)如图
该女孩的其中一个XA来自父亲，其父亲的XA来自该女孩的祖母；另一个XA来自母亲，而女孩母亲的XA可能来自外祖母也可能来自外祖父。
第1课时 人类红绿色盲症、伴性遗传的特点
[学习导航] 1.结合人类红绿色盲症的遗传实例，分析掌握伴X隐性遗传病的特点。2.结合抗维生素D佝偻病等遗传实例，归纳伴X显性等遗传病的特点。
[重难点击] 1.人类红绿色盲症的遗传规律分析。2.伴性遗传的特点。
红绿色盲是一种遗传病，患红绿色盲的人不能区分红色和绿色。据社会调查，红绿色盲的患病男性多于女性，而人类的另一种遗传病抗维生素D佝偻病则女性多于男性。
为什么上述两种病在遗传表现上总是和性别相联系？为什么两种遗传病与性别关联的表现又不相同呢？
一、伴性遗传概念、人类红绿色盲症
1．伴性遗传概念
性染色体上的基因控制的性状遗传总是与性别相关联的现象叫做伴性遗传。
2．人类红绿色盲症
(1)色盲基因的位置
在X染色体上，Y染色体上没有其等位基因。
(2)人的正常色觉和红绿色盲的基因型和表现型
性别
女性
男性
基因型
XBXB
XBXb
XbXb
XBY
XbY
表现型
正常
正常(携带者)
色盲
正常
色盲
(3)人类红绿色盲遗传的主要婚配方式
①方式一
由图解分析可知：男孩的色盲基因只能来自于母亲。
②方式二
由图解分析可知：男性的色盲基因只能传给女儿，不能传给儿子。
③方式三
由图解分析可知：女儿色盲，父亲一定色盲。
④方式四
由图解分析可知：父亲正常，女儿一定正常；母亲色盲，儿子一定色盲。
(4)色盲的遗传特点
①男性患者多于女性患者。
②往往有隔代交叉遗传现象。
③女性患者的父亲和儿子一定患病。
下图是人类某种伴X隐性遗传病的遗传系谱图(致病基因用b表示，图中阴影表示色盲患者)，分析回答下列问题：
1．据图可知，该类遗传病有什么遗传特点？
答案 男性患者多于女性，具有隔代、交叉遗传的现象。
2．写出该家族中4、6、13号个体的基因型。
答案 4号为XbY；6号为XBXb；13号为XBXb或XBXB。
3．第四代的14号成员的致病基因是由第一代中的哪个个体传递来的？
分析 14号的致病基因来自其母亲8号，8号的致病基因来自她的父亲4号，而4号的致病基因来自他的母亲1号。
答案 1号。
4．若7号与8号再生一个孩子，患病的概率为多少？
分析 7号和8号的基因型分别为XBY和XBXb，孩子患病的概率为1/4。
答案 1/4。
知识整合 在伴X隐性遗传中，男性患者多于女性，具有隔代、交叉遗传的现象；男性患者都是XbY，他们的Xb来自母亲，将来要传给女儿。
1．某人及其父母、祖父母、外祖父母均不是红绿色盲，但其弟弟是红绿色盲患者，那么红绿色盲基因的传递过程是( )
A．祖父→父亲→弟弟
B．祖母→父亲→弟弟
C．外祖父→母亲→弟弟
D．外祖母→母亲→弟弟
答案 D
解析 此人的祖父、外祖父、父亲均正常(XBY)，因此A、B、C三项均被排除；此人的弟弟是色盲(XbY)，其中Xb基因来自其母亲(XBXb)，而其母亲的Xb基因来自外祖母。
2．某女性是红绿色盲患者，下列说法正确的是( )
A．该女性一定遗传了其祖父的色盲基因
B．该女性一定遗传了其外祖父的色盲基因
C．该女性一定遗传了其外祖母的色盲基因
D．该女性一定遗传了其祖母的色盲基因
答案 D
解析 该女性的色盲基因一个来自父亲，父亲的色盲基因只能来自祖母，Y染色体来自祖父，故不能遗传祖父的色盲基因，故A错误， D正确；另一个来自母亲，母亲的这个色盲基因可能来自外祖父，也可能来自外祖母，故B、C错误。
方法链接 简化记忆伴X隐性遗传的四个特点：①男>女；②隔代交叉遗传；③女病，父子病；④男正，母女正。
二、抗维生素D佝偻病等其他伴性遗传病
1．抗维生素D佝偻病
(1)致病基因：X染色体上的显性基因。
(2)抗维生素D佝偻病的基因型和表现型
性别
女性
男性
基因型
XDXD
XDXd
XdXd
XDY
XdY
表现型
患者
患者
正常
患者
正常
(3)遗传特点
①女性患者多于男性患者。
②具有世代连续性。
③男性患者的母亲和女儿一定患病。
2．伴Y遗传病
下面为人类外耳道多毛症患者的遗传系谱图，请据图归纳：
致病基因只位于Y染色体上，无显隐性之分，患者后代中男性全为患者，女性全为正常。简记为“男全病，女全正”。
人体内的X、Y是一对特殊的同源染色体，X和Y染色体都有一部分与对方不同源，但也有一部分是同源的，如图所示，请分析回答下列问题：
1．某种遗传病是由位于B区段的隐性基因控制的，具有该病的女性和正常男性婚配，后代男孩、女孩的发病情况分别是怎样的？
答案 男孩都是患者，女孩都正常(携带者)。
2．抗维生素D佝偻病的基因位于哪个区段？
答案 B区段。
3．控制人类外耳道多毛症的基因位于哪个区段？
答案 位于D区段，在X染色体上无相应的等位基因。
4．一对等位基因(A、a)在X、Y染色体的同源区段，那么相关的基因型有哪些？这对基因的遗传与性别有关联吗？
答案 共七种：XAXA、XAXa、XaXa、XAYA、XAYa、XaYA、XaYa。这对基因的遗传与性别有关联。
知识整合 X染色体的非同源区段上的基因控制着伴X(隐性和显性(遗传，Y染色体的非同源区段上的基因控制着伴Y遗传，X、Y染色体的同源区段的基因遗传也与性别相关联。
3．犬也存在色盲性状。如图为某一品种犬的系谱图(涂灰表示色盲)。请据图判断此品种犬色盲的遗传方式不可能是( )
A．常染色体显性遗传
B．常染色体隐性遗传
C．伴X染色体显性遗传
D．伴X染色体隐性遗传
答案 C
解析 根据系谱图可知，1号雄犬患病，但5号雌犬没有患病，说明该病一定不是伴X染色体显性遗传病。
4．人的X染色体和Y染色体大小、形态不完全相同，但存在着同源区段(Ⅱ)和非同源区段(Ⅰ、Ⅲ)(如图所示)。由此可以推测( )
A．Ⅱ片段上有控制男性性别决定的基因
B．Ⅱ片段上某基因控制的遗传病，患病率与性别有关
C．Ⅲ片段上某基因控制的遗传病，患者全为女性
D．Ⅰ片段上某隐性基因控制的遗传病，女性患病率高于男性
答案 B
解析 分析图示可知，Ⅲ片段上有控制男性性别决定的基因；Ⅰ片段上某隐性基因控制的遗传病，男性患病率应高于女性；由于Ⅲ片段为X、Y染色体的非同源区段，所以Ⅲ片段上某基因控制的遗传病，患者全为男性；尽管Ⅱ片段为X、Y染色体的同源区段，但Ⅱ片段上某基因控制的遗传病与常染色体遗传并不相同，而是与性别有关，有时男性患病率并不等于女性，如①XaXa×XAYa后代中所有显性个体均为女性，所有隐性个体均为男性；②XaXa×XaYA后代中所有显性个体均为男性，所有隐性个体均为女性。
1．下列有关性染色体的叙述中，正确的是( )
A．性染色体只出现在生殖细胞中
B．在体细胞中性染色体上的基因不表达
C．在体细胞增殖时性染色体不发生联会行为
D．在次级卵母细胞中性染色体只含1个DNA
答案 C
解析 性染色体在生殖细胞和体细胞中都存在；性染色体上的基因在体细胞中也可以表达，如控制果蝇白眼的基因；体细胞增殖的方式是有丝分裂，该过程中不发生同源染色体的联会；着丝点分裂前的次级卵母细胞中，1条性染色体上含有2条染色单体，此时含有2个DNA。
2．一对夫妇生一对“龙凤胎”，一男孩一女孩，女孩是红绿色盲，男孩色觉正常，这对夫妇的基因型分别是( )
A．XbY、XBXB B．XBY、XBXb
C．XBY、XbXb D．XbY、XBXb
答案 D
解析 由女孩是红绿色盲患者可判断父母各提供了一个Xb配子，又由男孩色觉正常可判断母亲提供了XB配子，因此这对夫妇的基因型是XbY和XBXb。
3．在某色盲男孩的父母、祖父母、外祖父母中，除祖父是色盲外，其他人色觉均正常。这个男孩的色盲基因来自( )
A．祖父 B．祖母
C．外祖父 D．外祖母
答案 D
解析 色盲基因的遗传一般为交叉遗传。在本题中，男孩的色盲基因来自其母亲，由于其外祖父色觉正常，故其母亲的色盲基因来自其外祖母。
4．抗维生素D佝偻病是由位于X染色体上的显性致病基因决定的一种遗传病，这种疾病的遗传特点之一是( )
A．男患者与女患者结婚，其女儿正常
B．男患者与正常女子结婚，其子女均正常
C．女患者与正常男子结婚，必然儿子正常女儿患病
D．患者的正常子女不携带其父母传递的致病基因
答案 D
解析 伴X染色体显性遗传病有如下特点：若儿子患病，母亲一定患病；若父亲患病，女儿一定患病。女患者与正常男子结婚，儿子和女儿都有可能患病；若子女正常，即女儿基因型为XaXa，儿子基因型为XaY，则不携带其父母传递的致病基因。
5．如图为某家族红绿色盲的遗传图解，色盲基因用b表示，图中除男孩Ⅲ3和他的外祖父Ⅰ4是红绿色盲外，其他人色觉都正常，请回答下列问题：
(1)Ⅲ3的基因型是________________，Ⅲ2的基因型可能是____________________。
(2)Ⅱ中与男孩Ⅲ3的红绿色盲基因有关的亲属基因型是________，与该男孩的亲属关系是________。
(3)Ⅳ1是红绿色盲基因携带者的概率是________。
答案 (1)XbY XBXb或XBXB (2)XBXb 母子
(3)
解析 (1)首先确定遗传方式。红绿色盲是伴X染色体隐性遗传，所以Ⅲ3的基因型是XbY。(2)因Ⅱ1和Ⅱ2表现型正常，所以Ⅱ1为XBY，Ⅲ3患病男孩的致病基因Xb来源于Ⅱ2，所以Ⅱ2的基因型为XBXb。(3)因为Ⅱ1基因型为XBY，Ⅱ2的基因型为XBXb，所以Ⅲ2的基因型为XBXB或XBXb，各有的可能性。因此，Ⅳ1是红绿色盲基因携带者的概率为×＝。
课时作业
[学考达标]
1．伴性遗传是指( )
①性染色体上的基因所表现的遗传现象
②常染色体上的基因所表现的遗传现象
③只有雌性个体表现伴性遗传，因为遗传基因位于X染色体上
A．① B．③
C．② D．②和③
答案 A
解析 伴性遗传是指基因位于性染色体上而表现出与性别相关联的遗传现象，不仅包括伴X遗传，还包括伴Y遗传。
2．下列有关红绿色盲症的叙述，正确的是( )
A．红绿色盲症遗传不遵循基因的分离定律
B．红绿色盲症是一种常染色体隐性遗传病
C．红绿色盲症患者中女性多于男性
D．近亲结婚导致红绿色盲症的发病率升高
答案 D
解析 红绿色盲症由一对基因控制，遗传遵循基因的分离定律，A错；红绿色盲症是一种伴X染色体隐性遗传病，B错；因男性只要有一个色盲基因就患病，而女性需要两个色盲基因才患病，所以红绿色盲症患者中女性少于男性，C错；近亲结婚由于双方携带同种隐性致病基因的概率高，所以导致隐性遗传病的发病率升高，D正确。
3．下图为患红绿色盲的某家族系谱图，该病为隐性伴性遗传，其中7号的致病基因来自( )
A．1号 B．2号
C．3号 D．4号
答案 B
解析 红绿色盲是位于X染色体上的隐性基因控制的遗传病。7号个体的色盲基因直接来自母亲(5号)，根据系谱图，1号不患病，说明5号的色盲基因来自2号。
4．某对表现型正常的夫妇生出了一个红绿色盲的儿子和一个表现型正常的女儿，该女儿与一个表现型正常的男子结婚，生出一个红绿色盲基因携带者的概率是( )
A．1/2 B．1/4
C．1/6 D．1/8
答案 D
解析 假设色盲由b基因控制，由于夫妇表现正常，其不完整的基因型是XBX－、XBY，后代中有色盲的儿子，所以亲本的基因型是XBXb、XBY。他们所生女儿的基因型是1/2XBXB、1/2XBXb，当女儿为1/2XBXb时与正常的男子(XBY)结婚能够生出红绿色盲基因携带者，其概率是1/2×1/4＝1/8。
5．红绿色盲为伴X染色体隐性遗传病，抗维生素D佝偻病为伴X染色体显性遗传病。调查某一城市人群中男性红绿色盲发病率为a，男性抗维生素D佝偻病发病率为b，则该城市女性患红绿色盲和抗维生素D佝偻病的几率分别是( )
A．小于a、大于b B．大于a、大于b
C．小于a、小于b D．大于a、小于b
答案 A
解析 伴X染色体隐性遗传病在人群中的发病率是男性高于女性，而伴X染色体显性遗传病的发病率则是女性高于男性。
6．一个男子把X染色体上的基因传递给孙子的概率为( )
A. B.
C．0 D.
答案 C
解析 男子的X染色体只传给其女儿，Y染色体传给其儿子。
[高考提能]
7．下面是A、B两个家庭的色盲遗传系谱图，A家庭的母亲是色盲患者，这两个家庭由于某种原因调换了一个孩子，请确定调换的这两个孩子是( )
A．1和3 B．2和6 C．2和5 D．2和4
答案 C
解析 由图A可知，其女儿为携带者，表现正常，儿子患病，故2被调换，而其只能与B中的5调换。
8．控制Xg血型抗原的基因位于X染色体上，Xg抗原阳性对Xg抗原阴性为显性，下列有关Xg血型遗传的叙述中，错误的是( )
A．在人群中，Xg血型阳性率女性高于男性
B．若父亲为Xg抗原阳性，母亲为Xg抗原阴性，则女儿全部为Xg抗原阳性
C．若父亲为Xg抗原阴性，母亲为Xg抗原阳性，则儿子为Xg抗原阳性的概率为75%
D．一位Turner综合征患者(性染色体为XO)的血型为Xg抗原阳性，其父为Xg抗原阳性，母亲为抗原阴性，可知其疾病的发生是由于母亲卵细胞缺少X染色体所致
答案 C
解析 由题干可知，Xg抗原阳性为伴X染色体显性遗传，母亲为Xg抗原阳性，由于不能确定母亲的基因型，因此不能确定儿子中Xg抗原阳性的概率。
9．在猫中B控制黑色性状，b控制黄色性状，Bb则表现为虎斑色，B和b都位于X染色体上，现有一只虎斑色雌猫与一只黄色雄猫交配，产生的小猫可能有( )
A．黑色雌猫和黄色雄猫
B．黄色雌猫和黑色雄猫
C．黄色雌猫和虎斑色雄猫
D．黑色雌猫和虎斑色雄猫
答案 B
解析 虎斑色雌猫的基因型是XBXb，黄色雄猫的基因型是XbY。它们的后代基因型可能有XBXb、XBY、XbXb、XbY，表现型分别为虎斑色雌猫、黑色雄猫、黄色雌猫和黄色雄猫。
10．如图是人体性染色体的模式图，下列叙述不正确的是( )
A．位于Ⅰ区段基因的遗传只与男性相关
B．位于Ⅱ区段的基因在遗传时，后代男女性状的表现一致
C．位于Ⅲ区段的致病基因，在体细胞中也可能有等位基因
D．性染色体既存在于生殖细胞中，也存在于体细胞中
答案 B
解析 由人体性染色体的模式图分析可知，Ⅰ区段为Y染色体所特有的片段，位于Ⅰ区段的基因控制的性状只传递给男性后代，所以位于Ⅰ区段基因的遗传只与男性相关，A正确；Ⅱ为X、Y共有的片段，为两者的同源区段，其上有等位基因，所以位于Ⅱ区段的基因在遗传时，后代男女性状的表现不一定一致，如XDXd×XdYD的后代，男性全部是显性性状，女性一半是显性性状，一半是隐性性状，B错误；Ⅲ区段为X染色体所特有的片段，雌性个体有两条X染色体，两条X染色体上均可以有相应的基因(如一个为A一个为a)，故可能有等位基因，C正确；性染色体普遍存在于体细胞内，因为生物个体是由一个受精卵发育而来，发育的前提是细胞分裂和细胞分化，在细胞分裂和分化过程中其染色体组成是不变的，D正确。
11．如图为某个色盲家族的遗传系谱图，色盲基因是b，请回答下列问题(图中□表示男性正常，○表示女性正常，阴影表示色盲患者)：
(1)11号的色盲基因来自于Ⅰ代个体中的________号。
(2)在这个系谱图中，可以肯定为女性携带者的一共有________人，她们是__________。
(3)7号和8号再生一个患病儿子的概率为________。
(4)6号的基因型为__________。
答案 (1)2 (2)5 Ⅰ2、Ⅰ4、Ⅱ7、Ⅱ9、Ⅱ10 (3)
(4)XBXB或XBXb
解析 (1)11号的基因型是XbY，其Xb来自母亲7号，7号的Xb又来自其母亲2号，所以11号的色盲基因来自Ⅰ代个体中的2号。(2)由解析(1)可知2号和7号肯定是携带者，由于3号是色盲患者，其色盲基因肯定要传给女儿，所以9号和10号也肯定是携带者；再由于8号是色盲，其色盲基因只能来自4号，故4号也是携带者，因此可以肯定共有5人是携带者。(3)7号XBXb×8号XbY→XBXb、XbXb、XBY、XbY，所以7号和8号再生一个患病儿子的概率为。(4)1号XBY×2号XBXb→XBXB、XBXb、XBY、XbY，所以6号的基因型为XBXB或XBXb。
12．已知猩红眼和亮红眼为控制果蝇眼色的一对相对性状，由等位基因A、a控制，圆形眼和棒状眼为控制果蝇眼形的一对相对性状，由等位基因B、b控制。现有一对雌雄果蝇交配，得到F1表现型及比例如下表，据表回答下列问题：
类型
猩红圆眼
亮红圆眼
猩红棒状眼
亮红棒状眼
雄蝇
雌蝇
0
0
(1)两对相对性状中，属于显性性状的是____________和____________。
(2)控制眼色的基因位于____________染色体上，控制眼形的基因位于____________染色体上。
(3)请根据表格中子代的表现型写出亲本的基因型。____________________。
答案 (1)猩红眼 棒状眼 (2)常 性 (3)AaXBXb、AaXBY
解析 (1)(2)由于果蝇眼形在子代雌雄个体中所占比例不同，且在雄性果蝇中有圆眼和棒状眼，雌性果蝇中只有棒状眼，所以控制眼形的基因位于X染色体上，又由于子代中棒状眼∶圆眼＝3∶1，可得出棒状眼为显性性状；而眼色的遗传在子代雌雄个体中所占比例相同，所以可推知控制眼色的基因位于常染色体上，又由于猩红眼∶亮红眼＝3∶1，可得出猩红眼为显性性状。(3)首先判断亲本中控制眼色的基因型，由于后代中猩红眼∶亮红眼＝3∶1，属于杂合子自交类型，所以两亲本相关的基因型都是Aa；再判断亲本中控制眼形的基因型，由于子代雌蝇中全部是棒状眼，雄蝇中棒状眼和圆眼各占一半，所以两个亲本的相关基因型分别是XBXb、XBY。综合上述分析，得出亲本的基因型是AaXBXb、AaXBY。
13．雌雄异株的高等植物剪秋罗有宽叶、窄叶两种类型。某科学家在研究剪秋罗叶形性状遗传时，做了如下杂交实验：
杂交(组)
亲代
子代
雌
雄
雌
雄
1
宽叶
窄叶
无
全部宽叶
2
宽叶
窄叶
无
宽叶、窄叶
3
宽叶
宽叶
全部宽叶
宽叶、窄叶
据此分析回答下面的问题：
(1)根据第________组杂交，可以判定________为显性遗传。
(2)根据第________组杂交，可以判定控制剪秋罗叶形的基因位于________染色体上。
(3)若让第3组子代的宽叶雌株与宽叶雄株杂交，预测其后代的宽叶与窄叶的比例为____________。
(4)第1、2组后代没有雌性个体，最可能的原因是__________________________。
(5)为进一步证明上述结论，某课题小组决定对剪秋罗种群进行调查。调查的结果如果在自然种群中不存在____________的剪秋罗，则上述假设成立。
答案 (1)3 宽叶 (2)3 X (3)7∶1 (4)窄叶基因会使雄配子(花粉)致死 (5)窄叶雌性
解析 (1)第3组杂交实验中，宽叶个体杂交出现了窄叶个体，说明宽叶为显性。(2)第3组杂交实验中，后代窄叶个体只有雄性个体，说明这对基因位于X染色体上，若相关的基因为B、b，则两个亲本的基因型为XBXb、XBY，后代会出现表中的结果。(3)第3组子代宽叶雌株有两种基因型XBXB、XBXb，宽叶雄株的基因型为XBY，第3组子代的宽叶雌株与宽叶雄株杂交，有两种杂交组合：XBXB×XBY、XBXb×XBY，前者后代全部为宽叶占全部后代的，后者后代窄叶占全部后代的、宽叶占，因此后代宽叶∶窄叶＝7∶1。(4)第1、2组没有雌性个体，很有可能是窄叶基因b会使雄配子(花粉)致死，才会出现上述结果。
[真题体验]
14．(2016·全国甲，6)果蝇的某对相对性状由等位基因G、g控制，且对于这对性状的表现型而言，G对g完全显性。受精卵中不存在G、g中的某个特定基因时会致死。用一对表现型不同的果蝇进行交配，得到的子一代果蝇中雌∶雄＝2∶1，且雌蝇有两种表现型。据此可推测雌蝇中( )
A．这对等位基因位于常染色体上，G基因纯合时致死
B．这对等位基因位于常染色体上，g基因纯合时致死
C．这对等位基因位于X染色体上，g基因纯合时致死
D．这对等位基因位于X染色体上，G基因纯合时致死
答案 D
解析 由题意“子一代果蝇中雌∶雄＝2∶1”可知，该对相对性状的遗传与性别相关联，为伴性遗传，G、g这对等位基因位于X染色体上；由题意“子一代雌蝇有两种表现型且双亲的表现型不同”可推知：双亲的基因型分别为XGXg 和XgY；再结合题意“受精卵中不存在G、g中的某个特定基因时会致死”，可进一步推测：G基因纯合时致死。
15．(2015·全国Ⅰ，6)抗维生素D佝偻病为X染色体显性遗传病，短指为常染色体显性遗传病，红绿色盲为X染色体隐性遗传病，白化病为常染色体隐性遗传病。下列关于这四种遗传病遗传特征的叙述，正确的是( )
A．短指的发病率男性高于女性
B．红绿色盲女性患者的父亲是该病的患者
C．抗维生素D佝偻病的发病率男性高于女性
D．白化病通常会在一个家系的几代人中连续出现
答案 B
解析 短指是常染色体显性遗传病，与性别无关，在男性和女性中发病率是一样的，A错误；红绿色盲是X染色体隐性遗传病，致病基因在X染色体上，女性患者的两个X染色体上均有致病基因，其中一个来自父亲，一个来自母亲，父亲必然是该病患者，B正确；抗维生素D佝偻病是X染色体显性遗传病，女性性染色体为XX，只要有一个X染色体上有致病基因就为患者，所以女性发病率高于男性，反之，X染色体隐性遗传病中，男性发病率高于女性，C错误；常染色体隐性遗传病往往有隔代遗传现象，故D错误。
第2课时 伴性遗传的实践应用
[学习导航] 1.结合伴性遗传的特点，理解伴性遗传规律在实践中的应用。2.结合人类遗传系谱图的实例，归纳其解题规律。
[重难点击] 人类遗传系谱图的解题规律。
蛋鸡厂为了提高产蛋率和饲料利用率，需要尽早对孵化出的小鸡进行性别鉴定，即早期性别鉴定。如何利用伴性遗传的知识对小鸡进行性别鉴定呢？
一、伴性遗传在实践中的应用
1．生物的性别决定方式
决定方式
雌性
雄性
XY型
XX
XY
ZW型
ZW
ZZ
小贴士 除了性染色体决定性别之外，生物的性别还受染色体的数目(如蜜蜂和蚂蚁(、温度(如很多爬行动物(、年龄(如鳝(、日照长短(如大麻(等条件的影响，有多种方式。
2．伴性遗传在实践中的应用
(1)根据生物性状判断生物性别
果蝇的红眼(B)为伴X染色体遗传，其隐性性状为白眼(b)。白眼雌果蝇和红眼雄果蝇杂交，子一代中白眼果蝇均为雄性，红眼果蝇均为雌性。
(2)优生指导
有一位女性血友病患者和正常男性结婚，建议他们生女孩；男性抗维生素D患者和正常女性结婚，建议生男孩。
已知鸡的性别决定是ZW型，芦花鸡羽毛和非芦花鸡羽毛是一对相对性状，分别由一对位于Z染色体上的基因B和b控制，据此分析回答下列问题：
1．芦花雌鸡、非芦花雌鸡、芦花雄鸡、非芦花雄鸡的基因型依次是怎样的？
答案
表现型
芦花雌鸡
非芦花雌鸡
芦花雄鸡
非芦花雄鸡
基因型
ZBW
ZbW
ZBZB或ZBZb
ZbZb
2．要求能根据雏鸡的早期羽毛特征就能区分出雌性和雄性，以便多养母鸡，应选择怎样的亲本杂交？试画出遗传图解。
答案 选择非芦花雄鸡和芦花雌鸡杂交，遗传图解如下：
3．现在有一只基因型未知的芦花雄鸡，如何确定它的基因型？
答案 让该芦花雄鸡与多只非芦花雌鸡杂交，若后代都为芦花鸡，则其基因型为ZBZB；若后代中有非芦花鸡，则其基因型为ZBZb。
知识整合 ZW型的性别决定和XY的相反，性染色体中雄性是同型的，雌性是异型的；要根据后代的性状就能判断性别，通常用性染色体同型的隐性个体和异型的显性个体杂交；鉴定显性性状动物个体的基因型通常用测交。
1．下列关于性染色体的叙述，正确的是( )
A．性染色体上基因的遗传都与性别相关联
B．各种真核生物的细胞中都含有性染色体
C．性染色体为ZW型的生物，W染色体来自父本
D．X、Y染色体上的基因只在生殖细胞中表达
答案 A
解析 性染色体上的基因都是伴随性染色体的遗传而传递给后代的，所以性染色体上的基因的遗传都与性别相关联，A正确；有些生物雌雄同体，没有性染色体，如水稻，B错误；性染色体为ZW型的生物，W染色体来自母本，C错误；不论是性染色体上的基因还是常染色体上的基因都可能在体细胞中表达，D错误。
2．雌雄异株的高等植物剪秋罗有宽叶和狭叶两种类型，宽叶(B)对狭叶(b)呈显性，等位基因位于X染色体上，其中狭叶基因(b)会使花粉致死。如果杂合宽叶雌株同狭叶雄株杂交，其子代的性别及表现型是( )
A．子代全是雄株，其中1/2为宽叶，1/2为狭叶
B．子代全是雌株，其中1/2为宽叶，1/2为狭叶
C．子代雌雄各半，全为宽叶
D．子代中宽叶雌株∶宽叶雄株∶狭叶雌株∶狭叶雄株＝1∶1∶1∶1
答案 A
解析 杂合宽叶雌株的基因型为XBXb，产生XB、Xb两种卵细胞；狭叶雄株的基因型为XbY，产生Xb、Y两种花粉，Xb花粉致死，只有Y花粉参与受精，因此后代全部为雄株，1/2为宽叶，1/2为狭叶。
二、遗传系谱图解的解题规律、细胞质遗传
1．判定遗传病的类型
第一步：考虑是否为细胞质遗传
如系谱图中母亲患病，子女全部患病；母亲正常则子女全正常，与父方是否患病无关，则很可能是细胞质遗传。如下图：
第二步：确定是否为伴Y遗传
(1)如系谱图A中，患者全为男性，则很可能为伴Y染色体遗传。
(2)如果患者有女性，则不是伴Y染色体遗传，如图B。
(3)如果男患者的父亲或儿子不是患者，则不是伴Y染色体遗传，如图C。
第三步：判定显隐性关系
(1)双亲正常，子女中有患者，一定是隐性遗传病，如图D。
(2)双亲患病，子女中出现正常的，一定是显性遗传病，如图E。
第四步：常染色体遗传与伴X染色体遗传的判定
(1)在隐性遗传的系谱图中，主要参照“女患者”。
①如果女患者的父亲和儿子都患病，则很可能为伴X隐性遗传，如图F。
②如果女患者的父亲和儿子中有正常的，则一定为常染色体隐性遗传，如图G。
(2)在显性遗传的系谱图中，主要参照“男患者”。
①如果男患者的母亲和女儿都患病，则很可能为伴X染色体显性遗传，如图H。
②如果男患者的母亲和女儿有正常的，则一定为常染色体显性遗传，如图I。
第五步：不能确定的类型
在系谱分析时有时难以找到特定的系谱特征，此时只能做出“最可能”的判断，思路如下：
2．计算概率
在分析既有伴性遗传又有常染色体上的基因控制的两对及两对以上性状的遗传现象时，由性染色体上基因控制的性状按伴性遗传处理，由常染色体上基因控制的性状按基因的分离定律处理，整体上按基因的自由组合定律处理。
小贴士 人类遗传病判定口诀
父子相传为伴Y；无中生有为隐性；隐性遗传看女病，父子有正非伴性。有中生无为显性；显性遗传看男病，母女有正非伴性。
真核生物的DNA主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体中也有少量的DNA，控制着生物的部分性状，据此分析回答下列问题：
1．研究发现，线粒体和叶绿体中DNA控制的性状，不遵循孟德尔的遗传定律，子代总与母本一致，这是为什么？
答案 因为子代个体是由受精卵发育而来的，一个受精卵中细胞质几乎全部来自卵细胞，所以子代中的细胞质基因几乎全部来自卵细胞，导致子代性状总是与母本一致，称为母系遗传。
2．如何判断某一性状是由细胞核基因控制，还是细胞质基因控制？
答案 利用正交和反交，可判断细胞核遗传和细胞质遗传。如果正反交结果不同，而且具有母系遗传的特点，则是细胞质遗传。
3．如何判断细胞核中的某基因是在常染色体上还是在性染色体上？
答案 常利用隐性XX(ZZ)个体与显性XY(ZW)个体杂交，如果后代雄性(雌性)均为隐性性状，雌性(雄性)均为显性性状，则基因在性染色体上。
知识整合 真核生物的基因大部分在细胞核中的染色体上，称为细胞核基因，控制着细胞核遗传，包括常染色体遗传和性染色体遗传，均遵循孟德尔遗传定律；还有一部分基因位于线粒体和叶绿体中，称为细胞质基因，控制着细胞质遗传，不遵循孟德尔遗传定律，具有母系遗传的特点。
3．如图为某一遗传病的家系图，据图可以作出的判断是( )
A．母亲肯定是纯合子，子女是杂合子
B．这种遗传病女性发病率高于男性
C．该遗传病不可能是X染色体上的隐性遗传病
D．子女中的致病基因不可能来自父亲
答案 C
解析 据图无法准确判断该病的遗传方式，但是可以排除伴X染色体隐性遗传，因为伴X染色体隐性遗传中，正常的男性不会有患病的女儿。
4．某种遗传病受一对等位基因控制，如图为该遗传病的系谱图。下列叙述正确的是( )
A．若该病为伴X染色体隐性遗传病，Ⅱ1为纯合子
B．若该病为伴X染色体显性遗传病，Ⅱ4为纯合子
C．若该病为常染色体隐性遗传病，Ⅲ2为杂合子
D．若该病为常染色体显性遗传病，Ⅱ3为纯合子
答案 C
解析 由于存在一女患者，所以可以断定该遗传病一定不是伴Y遗传病。如果该遗传病为常染色体隐性遗传病，则可以断定Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅲ2都是杂合子；如果该遗传病为常染色体显性遗传病，则Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅱ4、Ⅲ2都是纯合子，Ⅰ2、Ⅱ3、Ⅲ1都是杂合子；如果该病为伴X染色体隐性遗传病，则Ⅱ1、Ⅲ2都是杂合子；根据Ⅱ1(Ⅲ2)正常，Ⅲ1(Ⅱ3)患病可断定该遗传病一定不是伴X染色体显性遗传病。
1．正常蚕幼虫的皮肤不透明，是由显性基因A控制。油蚕幼虫的皮肤透明如油纸(可以看到内部器官)，是由隐性基因a控制，A对a是显性，它们都位于Z染色体上。以下哪一个杂交组合方案，能在幼虫时就可以根据皮肤特征，很容易地把雌雄幼蚕分开来( )
A．ZAZA×ZAW B．ZAZA×ZaW
C．ZAZa×ZAW D．ZaZa×ZAW
答案 D
解析 ZaZa(雄性油蚕)与ZAW(雌性正常蚕)交配，子代中凡正常蚕均为雄性(ZAZa)，凡油蚕均为雌性(ZaW)。
2．某男性遗传病患者与一个正常女子结婚，医生告诫他们只能生男孩。据此推测该病的遗传方式为( )
A．伴Y染色体遗传
B．常染色体显性遗传
C．伴X染色体显性遗传
D．伴X染色体隐性遗传
答案 C
解析 伴X染色体显性遗传病的显著特点是男性患病，其母亲、女儿均是患者；而伴Y染色体遗传病只在男性中连续遗传；常染色体遗传病后代男女患病机会相等；伴X染色体隐性遗传病通常是男患者的致病基因通过女儿传给他的外孙。
3．根据人类遗传病系谱图中各世代个体的表现型进行判断，下列说法不正确的是( )
A．①是常染色体隐性遗传
B．②最可能是伴X染色体隐性遗传
C．③最可能是伴X染色体显性遗传
D．④可能是伴X染色体显性遗传
答案 D
解析 ①双亲正常女儿患病，一定是常染色体隐性遗传，如果致病基因位于X染色体上，则其父亲必为患者。②双亲正常，后代有病，必为隐性遗传病，因后代患者全为男性，可知致病基因最可能位于X染色体上，由母亲传递而来。③父亲有病，母亲正常，子代女儿全患病，儿子全正常，最可能为伴X染色体显性遗传病，其他遗传病概率非常低。④父亲有病，儿子全患病，女儿正常，最可能为伴Y染色体遗传病，不可能为伴X染色体显性遗传，其他遗传病的可能性极小。
4．一种鱼的雄性个体不但生长快，而且肉质好，具有比雌鱼高得多的经济价值。科学家发现这种鱼X染色体上存在一对等位基因D、d，含有D的精子失去受精能力。若要使杂交子代全是雄鱼，可以选择的杂交组合为( )
A．XDXD×XDY B．XDXD×XdY
C．XDXd×Xd Y D．XdXd×XDY
答案 D
解析 由于含有D的精子失去受精能力，所以雌鱼中不可能出现基因型为XDXD的个体。基因型为XdY的个体产生的两种类型的精子都具有受精能力，不符合题意。
5．已知果蝇中长翅与残翅为一对相对性状(显性基因用A表示，隐性基因用a表示)，直毛和分叉毛为一对相对性状(显性基因用B表示，隐性基因用b表示)。两只亲代果蝇杂交得到以下子代的类型和比例，请据此回答下列问题：
表现型
长翅、直毛
残翅、直毛
长翅、分叉毛
残翅、分叉毛
雄果蝇
3/8
1/8
3/8
1/8
雌果蝇
3/4
1/4
0
0
(1)控制直毛和分叉毛遗传的基因位于________染色体上，________翅为显性性状。
(2)亲本雌雄果蝇的基因型分别为________、________。
(3)具有一对相对性状的纯合亲本进行正交和反交，上述两对相对性状中子代表现型不一致的是________，一般情况下，如果子代表现型一致，可说明控制该相对性状的等位基因位于________染色体上。
答案 (1)X 长 (2)AaXBXb AaXBY
(3)直毛和分叉毛 常
解析 (1)从表中看出长翅、残翅这对性状与性别无关，相关基因应位于常染色体上，长翅为显性性状；直毛和分叉毛为一对与性别有关联的相对性状，相关基因应位于X染色体上，并且直毛为显性性状。
(2)根据杂交后代的结果可以推测出亲本果蝇的基因型：雌果蝇为AaXBXb，雄果蝇为AaXBY。
(3)性染色体上的基因控制的性状与性别相关联，故正交、反交的结果不一致；常染色体上的基因控制的性状与性别无关，故正交、反交的结果一致。
课时作业
[学考达标]
1．下列有关性染色体的叙述中不正确的是( )
A．多数雌雄异体动物有性染色体
B．性染色体只存于性腺细胞中
C．哺乳动物体细胞中有性染色体
D．鸡的性染色体类型是ZW型
答案 B
解析 多数雌雄异体动物有性染色体，A正确；性染色体存在于所有的体细胞中，B错误；哺乳动物体细胞中有性染色体，C正确；鸡的性染色体类型是ZW型，D正确。
2．如果让小眼睛的雄果蝇与正常眼睛的雌果蝇交配，其后代中有77只眼睛正常的雄果蝇，78只全为小眼睛的雌果蝇。小眼睛这一性状所属的遗传是( )
A．常染色体显性 B．常染色体隐性
C．X显性 D．X隐性
答案 C
解析 由题意可知，子代中的雄果蝇与其亲代的雌果蝇相同，而子代中的雌果蝇全部与其亲代的雄果蝇相同，说明子代中的雄果蝇性状是由亲代雌果蝇传给子代的X染色体上的基因决定的，子代中的雌果蝇性状是由亲代雄果蝇传给子代的X染色体上的基因决定的，而子代雌果蝇有两个X，所以为小眼睛性状显性遗传。
3．狗的直毛与卷毛是一对相对性状，如果卷毛雌狗与直毛雄狗交配，其子代中有直毛雌狗、直毛雄狗、卷毛雌狗、卷毛雄狗。据此分析，下列哪种判断是不可能的( )
A．卷毛性状是常染色体上显性基因控制的
B．卷毛性状是常染色体上隐性基因控制的
C．卷毛性状是X染色体上显性基因控制的
D．卷毛性状是X染色体上隐性基因控制的
答案 D
解析 后代中没有明显的性状与性别相关联的现象，所以该性状可由常染色体上的基因控制。若卷毛基因为X染色体上的隐性基因，杂交后代中应出现雌性全部为直毛，雄性全部为卷毛的现象，与题中信息不符。
4．下列有关图示4个家系的叙述，正确的是( )
A．可能是色盲遗传的家系是甲、乙、丙、丁
B．肯定不是抗维生素D佝偻病遗传的家系是甲、丁
C．家系甲中，这对夫妇再生一患病孩子的概率为1/4
D．家系丙中，女儿一定是杂合子
答案 C
解析 丁为显性遗传病，不可能是色盲遗传，A错误；抗维生素D佝偻病为伴X染色体显性遗传，肯定不是抗维生素D佝偻病遗传的家系是甲、乙，故B错误；无论是伴X染色体隐性遗传还是常染色体隐性遗传，甲再生一患儿的概率均为1/4，C正确；家系丙中，女儿也可能为纯合子，故D错误。
5．下图是一种伴性遗传病的家系图。下列叙述错误的是( )
A．该病是显性遗传病，Ⅱ－4是杂合子
B．Ⅲ－7与正常男性结婚，子女都不患病
C．Ⅲ－8与正常女性结婚，儿子都不患病
D．该病在男性人群中的发病率高于女性人群
答案 D
解析 由题意及系谱图可知，该病属于伴X染色体显性遗传病；Ⅲ－7是正常女性，与正常男子结婚，子代全正常；Ⅲ－8与正常女性结婚，儿子表现型将与母亲相同；X显性遗传病的特点之一是女性发病率高于男性。
6．人的X染色体和Y染色体形态不完全相同，存在着同源区段(Ⅱ)和非同源区段(Ⅰ、Ⅲ)，如图所示。下列有关叙述中错误的是( )
A．Ⅰ片段上隐性基因控制的遗传病，男性患病率高于女性
B．Ⅱ片段上基因控制的遗传病，男性患病率不一定等于女性
C．Ⅲ片段上基因控制的遗传病，患者全为男性
D．X、Y染色体为非同源染色体，减数分裂过程中不能联会
答案 D
解析 若遗传病是Ⅰ片段上隐性基因控制的，则该病为伴X染色体隐性遗传，男性患病率高于女性；若遗传病由Ⅱ片段上的基因控制，由于仍位于性染色体上，所以男、女发病率有差别；若该病由Ⅲ片段上的基因控制，则该病为伴Y染色体遗传，患者全为男性；X与Y染色体虽然大小、形状、结构不同，但为一对特殊的同源染色体，在减数分裂过程中可以发生联会。
[高考提能]
7．自然状况下，鸡有时会发生性反转，如母鸡逐渐变成公鸡。已知鸡是ZW型性别决定。如果性反转公鸡的染色体组成(ZW)并没有改变，所以其与正常母鸡交配，并产生后代(WW型胚胎时死亡)，后代中母鸡与公鸡的比例是( )
A．1∶0 B．1∶1 C．2∶1 D．3∶1
答案 C
解析 正常公鸡性染色体组成为ZZ，母鸡性染色体组成为ZW，性反转公鸡的染色体组成(ZW)并没有改变，所以其与正常母鸡(ZW)交配，后代中的WW胚胎死亡，所以ZW∶ZZ＝2∶1。
8．菠菜是雌雄异株植物，性别决定方式为XY型。已知菠菜的抗霜与不抗霜、抗病与不抗病为两对相对性状。用抗霜抗病植株作为父本，不抗霜抗病植株作为母本进行杂交，子代表现型及比例如下表，下列对杂交结果分析正确的是( )
不抗霜抗病
不抗霜不抗病
抗霜抗病
抗霜不抗病
雄株
0
0
雌株
0
0
A.抗霜基因和抗病基因都位于X染色体上
B．抗霜性状和抗病性状都属于显性性状
C．抗霜基因位于常染色体上，抗病基因位于X染色体上
D．上述杂交结果无法判断抗霜性状和抗病性状的显隐性
答案 B
解析 由表格信息可知，子代中抗病和不抗病在雌、雄个体中的比例都为3∶1，无性别差异，可判断出抗病基因位于常染色体上；再根据性状分离(亲本都为抗病个体，后代出现不抗病个体)，可推出不抗病为隐性性状；子代中，雄株全表现为不抗霜性状，雌株全表现为抗霜性状，子代性状与性别相关，可判断出抗霜基因位于X染色体上；父本为子代雌性个体提供抗霜基因，母本为子代雌性个体提供不抗霜基因，而子代雌性个体全表现为抗霜性状，可推出不抗霜为隐性性状。
9．一对同卵孪生姐妹分别与一对同卵孪生兄弟婚配，其中一对夫妇头胎所生的男孩是红绿色盲，二胎所生的女孩的色觉正常，另一对夫妇头胎所生的女孩是红绿色盲患者，二胎所生的男孩色觉正常。这两对夫妇的婚配方式是( )
A．XBXB×XbY B．XBXb×XBY
C．XbXb×XBY D．XBXb×XbY
答案 D
解析 由题意可知，这两对夫妇的后代中男孩、女孩均有正常和患病的机会，可判断这两对夫妇的基因型为：XBXb×XbY。
10．如图为某家庭的遗传系谱图。该地区的人群中，甲病基因携带者占健康者的30%，下列叙述错误的是( )
A．甲病为常染色体隐性遗传病
B．个体5两病皆患的概率是1/160
C．Ⅱ-1为杂合子的概率是1/3
D．两病的遗传遵循基因的自由组合定律
答案 C
解析 由图中Ⅰ-1 、Ⅰ-2 正常而Ⅱ-1 患病，可判断甲病为常染色体隐性遗传病；假设与甲病有关的基因为 A、a，与红绿色盲有关的基因为B、b，Ⅱ－3 中与甲病相关的基因型为1/3 AA、2/3Aa，与红绿色盲病相关的基因型为1/2XBXB 、1/2XBXb，Ⅱ－4 的基因型为30%AaXBY、70%AAXBY, 故个体5 患甲病的概率是2/3×30%×1/4＝5%，患红绿色盲病的概率为 1/2×1/4＝1/8，故个体5两病皆患的概率是5%×1/8＝1/160；Ⅰ-1 的基因型为AaXBY、Ⅰ-2 的基因型为AaXB Xb ，Ⅱ-1 为甲病女性，故其为纯合子的概率为1/2，为杂合子的概率为1/2；两病的遗传遵循基因的自由组合定律。
11．自然界中，多数动物的性别决定属于XY型，而鸡属于ZW型。鸡的羽毛有芦花和非芦花两种，由一对染色体上的一对等位基因控制，芦花(B)对非芦花(b)是显性。芦花鸡羽毛在雏鸡阶段的绒羽为黑色且头顶有黄色斑点。
若欲确定B、b基因的位置，现选择纯合的芦花雌鸡和非芦花雄鸡杂交，结果如下：
(1)若F1表现型为____________________________________________，
则可以肯定B、b基因位于Z染色体的非同源区段上(即W染色体上没有与之等位的基因)。
(2)若F1全为芦花鸡，则B、b基因位于______________________________________________
________________________________________________________________________。
若欲再通过一代杂交实验作进一步的判断，其最简单的方法是__________________________
________________________________________________________。
答案 (1)雄鸡全为芦花，雌鸡全为非芦花
(2)常染色体上或Z、W染色体的同源区段上 让F1的雌雄个体自由交配(或让F1雌性芦花鸡与雄性非芦花鸡交配)
解析 解题时首先注意，鸡的性染色体是ZW型，雌性是ZW，雄性是ZZ。根据题中所给的信息，首先判断性状的显隐性，再假设相关基因在常染色体上或性染色体上，分别写出可能的基因型，然后从中选择可以达到实验目的的基因型。
12．人类遗传病发病率逐年增高，相关遗传学研究备受关注。根据以下信息回答下列问题：
(1)上图为两种遗传病的系谱图，甲病基因用A、a表示，乙病基因用B、b表示，Ⅱ－4无致病基因。甲病的遗传方式为___________________，乙病的遗传方式为___________。
(2)Ⅱ－2的基因型为________，Ⅲ－1的基因型为________。
(3)如果Ⅲ－2与Ⅲ－3婚配，生出正常孩子的概率为________。
答案 (1)常染色体显性遗传 伴X染色体隐性遗传
(2)AaXbY aaXBXb
(3)
解析 (1)对于甲病：Ⅱ－3、Ⅲ－3均患甲病，但是Ⅱ－4无致病基因，推出甲病为显性遗传病，又因为Ⅱ－2的女儿Ⅲ－1不患甲病，得出甲病为常染色体显性遗传。对于乙病：Ⅲ－4患乙病，其双亲Ⅱ－3、Ⅱ－4均正常，且Ⅱ－4无致病基因，推出乙病为伴X染色体隐性遗传。
(2)Ⅱ－2两病兼患，且其母Ⅰ－1正常，推出Ⅱ－2的基因型为AaXbY。Ⅲ－1表现正常，但其父Ⅱ－2患乙病，推出Ⅲ－1的基因型为aaXBXb。
(3)Ⅲ－2只患甲病，其父Ⅱ－2两病兼患，其母Ⅱ－1正常，推出Ⅲ－2基因型为AaXBY。Ⅲ－4患乙病，Ⅲ－3患甲病，Ⅱ－4无致病基因，推出Ⅲ－3有关甲病的基因型为Aa，有关乙病基因型为XBXB或XBXb。单独分析甲病，Ⅲ－2(Aa)与Ⅲ－3(Aa)生出正常孩子的概率为(aa)；单独分析乙病，Ⅲ－2(XBY)与Ⅲ－3(XBXB或XBXb)生出正常孩子的概率为1－(Y)××(Xb)＝，所以Ⅲ－2与Ⅲ－3生出正常孩子的概率为×＝。
13．观察如图所示的遗传病的系谱图，据图回答下列问题：
(1)分析各遗传系谱图，判断甲、乙、丙家族的遗传病类型(将备选答案序号填在横线上)：
①甲家族最可能患有________；
②乙家族最可能患有________；
③丙家族最可能患有________。
A．常染色体显性遗传病
B．X染色体隐性遗传病
C．常染色体隐性遗传病
D．X染色体显性遗传病
(2)假设丙家族所患的遗传病为常染色体隐性遗传病，若等位基因用A、a表示，试判断：
①Ⅱ7与Ⅲ10基因型相同的概率为________。
②Ⅱ5能产生________种卵细胞，含A基因的卵细胞所占的比例为________。
③假如Ⅲ10与Ⅲ14结婚，则不宜生育，因为他们生育病孩的概率可高达________。
答案 (1)①C ②A ③C (2)①100% ②2 1/2 ③1/4
解析 (1)由甲家族中的8号、9号、13号三个个体可以判定这种病为常染色体上的隐性遗传病。由乙家族中的10号、11号、13号可以判定该病为显性遗传，再根据4号和7号的关系确定这种病的致病基因在常染色体上。由丙家族中的9号、10号、16号可以判定是隐性遗传，再根据8号和14号的关系可以确定这种病的致病基因在常染色体上。(2)丙家族中，Ⅱ7的基因型为Aa，Ⅲ10的基因型也为Aa。Ⅱ5的基因型为Aa，能产生2种卵细胞。Ⅲ10的基因型为Aa，Ⅲ14的基因型为Aa，他们生育病孩的概率为1/4。
[真题体验]
14．(2016·上海，26)下图显示某种鸟类羽毛的毛色(B、b)遗传图解，下列相关表述错误的是( )
A．该种鸟类的毛色遗传属于性染色体连锁遗传
B．芦花性状为显性性状，基因B对b完全显性
C．非芦花雄鸟和芦花雌鸟的子代雌鸟均为非芦花
D．芦花雄鸟和非芦花雌鸟的子代雌鸟均为非芦花
答案 D
解析 F1中雌雄性表现型不同，说明该性状属于性染色体连锁遗传，A项正确；亲本均为芦花，子代出现非芦花，说明芦花性状为显性性状，基因B对b完全显性，B项正确；鸟类的性别决定为ZW型，非芦花雄鸟(ZbZb)和芦花雌鸟(ZBW)的子代雌鸟(ZbW)均为非芦花，C项正确；芦花雄鸟(ZBZ－)和非芦花雌鸟(ZbW)的子代雌鸟为非芦花或芦花，D项错误。
15．(2016·浙江，6)下图是先天聋哑遗传病的某家系图，Ⅱ2的致病基因位于1对染色体，Ⅱ3和Ⅱ6的致病基因位于另1对染色体，这2对基因均可单独致病。Ⅱ2不含Ⅱ3的致病基因，Ⅱ3不含Ⅱ2的致病基因。不考虑基因突变，下列叙述正确的是( )
A．Ⅱ3和Ⅱ6所患的是伴X染色体隐性遗传病
B．若Ⅱ2所患的是伴X染色体隐性遗传病，Ⅲ2不患病的原因是无来自父亲的致病基因
C．若Ⅱ2所患的是常染色体隐性遗传病，Ⅲ2与某相同基因型的人婚配，则子女患先天聋哑的概率为1/4
D．若Ⅱ2与Ⅱ3生育了1个先天聋哑女孩，该女孩的1条X染色体长臂缺失，则该X染色体来自母亲
答案 D
解析 正常的Ⅰ3和Ⅰ4生出了患病的Ⅱ3和Ⅱ6，所以此病为隐性遗传病，又因Ⅱ3是女性，其父亲正常，所以致病基因不可能位于X染色体上，A错误；若Ⅱ2所患的是伴X染色体隐性遗传病，则Ⅲ2不患病的原因是Ⅲ2不含来自母亲的致病基因，B错误；若Ⅱ2所患的是常染色体隐性遗传病，设这2种致病基因分别用a、b来表示，则Ⅲ2的基因型为AaBb，所以其与某相同基因型的人婚配，子女患病的基因型为aa_ _或_ _bb概率为1/4＋1/4－1/16＝7/16，C错误；因Ⅱ3不含Ⅱ2的致病基因，而Ⅱ3致病基因应位于常染色体上，其X染色体应不含致病基因，从而使得Ⅲ2不患病，若1条X染色体缺失将导致女孩先天性聋哑，则女孩原两条X染色体中应有一条含致病基因，此染色体应来自父亲，倘若Ⅲ2因来自母亲的含正常基因的X染色体缺失，恰巧导致该正常基因缺失，则可导致女孩患病，D正确。
第五章 基因突变及其他变异
知识系统构建
规律方法整合
整合一 三种可遗传变异的比较
比较项目
基因突变
基因重组
染色体变异
概念
基因结构的改变，包括DNA分子中碱基对的替换、增添和缺失
控制不同性状的基因的重新组合
染色体结构和数目的变化
时间
①减数第一次分裂前的间期；②有丝分裂的间期
①减数第一次分裂的四分体时期(交叉互换)；②减数第一次分裂后期
细胞分裂期
类型
①自然突变
②诱发突变
①非同源染色体上的非等位基因的自由组合；②同源染色体上非姐妹染色单体之间的交叉互换；③基因的拼接
①染色体结构变异；
②染色体数目变异
范围
任何生物
真核生物有性生殖过程中
真核生物
本质
产生新的基因，不改变基因数量
产生新的基因型，不产生新基因
可引起基因数量或排列顺序的变化
意义
生物变异的根本来源，为生物进化提供原始材料
生物多样性的重要原因，对生物进化有重要意义
对生物进化有一定意义
例1 细胞的有丝分裂和减数分裂都可能产生可遗传的变异，其中仅发生在减数分裂过程的变异是( )
A．染色体不分离或不能够移向两极，导致染色体数目变异
B．非同源染色体自由组合，导致基因重组
C．染色体复制时受诱变因素影响，导致基因突变
D．非同源染色体某片段移接，导致染色体结构变异
答案 B
解析 有丝分裂和减数分裂都可以发生染色体不分离或不能移向两极，从而导致染色体数目变异；非同源染色体自由组合，导致基因重组只能发生在减数分裂过程中；有丝分裂和减数分裂的间期都能发生染色体复制，受诱变因素影响，可导致基因突变；非同源染色体某片段移接，导致染色体结构变异可发生在有丝分裂和减数分裂过程中。
整合二 染色体组的判定
1．细胞中染色体组数的判断方法
(1)根据染色体形态判断：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。下图所示的细胞中所含的染色体组数分别是：a为3个，b为2个，c为1个。
(2)根据基因型判断：控制同一性状的基因出现几次，就含几个染色体组——每个染色体组内不含等位或相同基因。下图所示的细胞中，它们所含的染色体组数分别是：a为4个，b为2个，c为3个，d为1个。
(3)根据染色体数与形态数的比值判断：染色体数与形态数比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组，如玉米的体细胞中共有20条染色体，10种形态，则玉米含有2个染色体组。
2．细胞分裂图像中染色体组数的判断
以生殖细胞中的染色体数为标准，判断题目中所给图像中的染色体组数。如下图所示：
(1)图a为减数第一次分裂的前期，染色体4条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组有2条染色体。
(2)图b为减数第一次分裂的末期或减数第二次分裂前期，染色体2条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有1个染色体组，染色体组中有2条染色体。
(3)图c为减数第一次分裂的后期，染色体4条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组有2条染色体。
(4)图d为有丝分裂后期，染色体8条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有4个染色体组，每个染色体组有2条染色体。
例2 下图所示为细胞中所含的染色体，下列有关叙述正确的是( )
A．图a含有2个染色体组，图b含有3个染色体组
B．如果图b表示体细胞，则图b代表的生物一定是三倍体
C．如果图c代表由受精卵发育成的生物的体细胞，则该生物一定是二倍体
D．图d代表的生物一定是由卵细胞发育而成的，是单倍体
答案 C
解析 图a为有丝分裂后期，含有4个染色体组，图b有同源染色体，含有3个染色体组；如果图b生物是由配子发育而成的，则图b代表的生物是单倍体，如果图b生物是由受精卵发育而成的，则图b代表的生物是三倍体；图c中有同源染色体，含有2个染色体组，若是由受精卵发育而成的，则该细胞所代表的生物一定是二倍体；图d中只含1个染色体组，一定是单倍体，可能是由雄配子或雌配子发育而成的。
整合三 单倍体育种和多倍体育种
单倍体育种
多倍体育种
原理
染色体数目变异
染色体数目变异
方法
花药离体培养获得单倍体，再用秋水仙素处理幼苗
秋水仙素处理正在萌发的种子或幼苗
优点
明显缩短育种年限
器官大，营养成分含量高，产量增加
缺点
技术复杂，需要与杂交育种配合
适用于植物，动物难以开展。多倍体植物生长周期延长，结实率降低
举例
例3 单倍体经一次秋水仙素处理，可得到( )
①一定是二倍体 ②一定是多倍体 ③二倍体或多倍体
④一定是杂合子 ⑤含两个染色体组的个体可能是纯合子
A．①④ B．②⑤
C．③⑤ D．③④
答案 C
解析 单倍体中不一定只含有一个染色体组，故秋水仙素处理后可得到二倍体或多倍体，可能是纯合子，也可能是杂合子。
整合四 比较常见的人类遗传病
遗传病类型
家族发病情况
男女患病比率
单基因遗传病
常染
色体
显性
代代相传，含致病基因即患病
相等
隐性
隔代遗传，隐性纯合发病
相等
伴X
染色体
显性
代代相传，男患者的母亲和女儿一定患病
女患者多于男患者
隐性
隔代遗传，女患者的父亲和儿子一定患病
男患者多于女患者
伴Y遗传
父传子，子传孙
患者只有男性
多基因遗传病
①家族聚集现象；②易受环境影响；③群体发病率高
相等
染色体异常遗传病
往往造成严重后果，甚至胚胎期引起流产
相等
例4 下列关于人类遗传病的叙述，错误的是( )
①遗传物质改变的一定是遗传病 ②一个家族几代人中都出现过的疾病是遗传病 ③携带遗传病基因的个体会患遗传病 ④不携带遗传病基因的个体不会患遗传病
A．①② B．③④
C．①②③ D．①②③④
答案 D
解析 ①如果遗传物质改变发生在体细胞，不能遗传，则不是遗传病。②一个家族几代人中都出现过的疾病不一定是由于遗传物质改变引起的，如由环境因素引起的疾病。③若是一种隐性遗传病，则携带遗传病基因的个体一般不患此病。④遗传病也可能是由于染色体增添或缺失所引起，如21三体综合征，是因为21号染色体多了一条，而不是因为携带致病基因而患遗传病。
热点考题集训
1．利用月季花的枝条扦插所产生的后代与利用月季花的种子播种所产生的后代相比，下列关于其变异来源的叙述，正确的是( )
A．前者不会发生变异，后者有较大的变异性
B．前者一定不会产生基因重组，后者可能发生基因重组
C．后者一定不会发生基因重组，前者可能发生基因重组
D．前者一定不会因环境影响发生变异，后者可能因环境影响发生变异
答案 B
解析 扦插属于无性生殖，变异来源不可能有基因重组。种子繁殖属于有性生殖，变异来源有基因重组；扦插和种子繁殖的变异来源都会受环境的影响。
2．某个婴儿不能消化乳类，经检查发现他的乳糖酶分子中有一个氨基酸发生了改变，从而导致了乳糖酶失活，发生这种现象的根本原因是( )
A．缺乏吸收某种氨基酸的能力
B．不能摄取足够的乳糖酶
C．乳糖酶基因有一个碱基替换了
D．乳糖酶基因有一个碱基缺失了
答案 C
解析 根据题中“乳糖酶分子中有一个氨基酸发生了改变”，可判断是乳糖酶基因中有一个碱基替换了；若乳糖酶基因有一个碱基缺失，则可能会发生一系列氨基酸的改变。
3．下列有关生物遗传和变异的叙述，正确的是( )
A．一对夫妇生了一个孩子患白化病(不考虑突变)，则双亲均为杂合子
B．在减数分裂过程中，基因突变、基因重组都可能发生
C．一个基因型为AaBb(位于两对染色体上)的精原细胞只能形成两种精子
D．同源染色体的姐妹染色单体之间局部交叉互换可导致基因重组
答案 B
解析 一对夫妇生了一个患白化病(不考虑突变)的孩子，这一对夫妇可能均为杂合子，也可能都患病，或者一方患病，一方为杂合子；一个基因型为AaBb(位于两对染色体上)的精原细胞可形成两种精子(无交叉互换)或四种精子(有交叉互换)；同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换可导致基因重组。
4．如图甲是正常的两条同源染色体及其上的基因，则乙图所示是指染色体结构的( )
A．倒位 B．缺失
C．易位 D．重复
答案 B
解析 比较甲、乙两图可知，乙图一条染色体某一片段丢失导致基因3与4丢失，同源染色体配对时形成了缺失环，由此可判断乙图发生了染色体结构的缺失。
5．下列关于植物染色体变异的叙述，正确的是( )
A．染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加
B．染色体组非整倍性变化必然导致新基因的产生
C．染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化
D．染色体片段的倒位和易位必然导致基因排列顺序的变化
答案 D
解析 染色体变异不会产生新基因，基因种类不会改变，但会改变基因的数量或排列顺序。
6．用基因型为DdTt的植株所产生的花粉分别经离体培养成幼苗，再用秋水仙素处理使其成为二倍体，这些幼苗成熟后自交后代( )
A．全部为纯合子
B．全部为杂合子
C．1/4为纯合子
D．1/16为纯合子
答案 A
解析 二倍体植株先经花粉离体培养得到单倍体，单倍体再经染色体加倍得到二倍体的纯合子，纯合子自交不会出现性状分离(仍为纯合子)。
7．如图表示用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法，下列有关此育种方法的叙述错误的是( )
A．过程①可使育种所需的优良基因由亲本进入F1
B．过程②为减数分裂
C．过程③是利用组织培养技术获得单倍体幼苗
D．过程④必须使用激素处理
答案 D
解析 杂交的方法是利用基因重组使优良的性状集中到同一个体上；过程②是通过减数分裂产生配子；过程③表示的是对花药的离体培养，可以获得单倍体幼苗；经秋水仙素处理后得到纯合的二倍体植株。
8．唇裂是一种常见的遗传病，该病属于什么类型的遗传病？下列哪些疾病与其属同类型( )
①单基因遗传病 ②多基因遗传病 ③染色体异常遗传病 ④线粒体疾病(因线粒体代谢过程中某些酶缺乏而导致的遗传性疾病) ⑤进行性肌营养不良 ⑥原发性高血压 ⑦并指 ⑧青少年型糖尿病 ⑨先天性聋哑 ⑩无脑儿
A．①，⑤⑥⑦ B．②，④⑤⑧
C．③，⑥⑦⑩ D．②，⑥⑧⑩
答案 D
解析 唇裂属于多基因遗传病，选项中同属本类遗传病的还有原发性高血压、青少年型糖尿病及无脑儿。
9．如图表示果蝇某正常基因片段控制合成多肽的过程。a～d表示4种基因突变。a丢失，b由变为，c由变为，d由变为。假设4种突变都单独发生，请回答下列问题：
可能用到的密码子：天冬氨酸(GAC)，甘氨酸(GGU、GGG)，甲硫氨酸(AUG)，终止密码子(UAG)。
(1)图中所示遗传信息传递的场所是______________________________。
(2)a突变后合成的多肽链中氨基酸顺序为__________________________________，在a突变点附近再丢失____________个碱基对对性状影响最小。
(3)图中________突变对性状无影响，其意义是__________________________________。
(4)①过程需要的酶主要有______________________。
(5)在②过程中，少量mRNA就可以合成大量的蛋白质，原因是___________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)细胞核和细胞质(核糖体) (2)天冬氨酸—酪氨酸—甘氨酸—甲硫氨酸 2 (3)b 有利于维持生物遗传性状的相对稳定 (4)RNA聚合酶 (5)一个mRNA分子可以相继结合多个核糖体，进行多条多肽链的合成
解析 (1)根据示意图可知，①代表转录过程，主要发生场所为细胞核；②代表翻译过程，发生场所为细胞质(核糖体)。(2)根据碱基互补配对关系，可以判断DNA下面的单链为模板链，发生a突变后，mRNA上的碱基序列为GACUAUGGUAUG，合成的多肽链中氨基酸的顺序为天冬氨酸—酪氨酸—甘氨酸—甲硫氨酸；在a点附近再丢失2个碱基对，只会引起邻近1个氨基酸的改变，而其他氨基酸不变，对性状的影响最小。(3)发生b突变后，最终决定的氨基酸仍是天冬氨酸，对性状无影响，这有利于维持生物遗传性状的相对稳定。(4)转录过程需要RNA聚合酶。(5)一个mRNA分子可以相继结合多个核糖体，进行多条多肽链的合成。
10．某校高二年级研究性学习小组调查了人的眼皮遗传情况，他们以年级为单位，对统计的数据进行汇总和整理，见下表：
双亲全为
双眼皮(①)
仅父亲
双眼皮(②)
仅母亲
双眼皮(③)
双亲全为
单眼皮(④)
性别
男
女
男
女
男
女
男
女
双眼皮人数
59
61
31
29
30
30
0
0
单眼皮人数
38
36
28
28
27
29
56
53
请分析表中情况，回答下列问题：
(1)根据表中________组调查情况，你就能判断出显性性状为________。
(2)根据表中________组调查情况，能判断人的眼皮遗传是________染色体遗传。
(3)第①组双亲基因型的所有组合为________________(等位基因用A、a表示)。
(4)下图是Ⅱ4所在家庭的眼皮遗传图谱，则Ⅱ4与其妻子生一个双眼皮孩子的概率为________。
(5)第①组中的数据与性状分离比(3∶1)有较大差别，请说出可能的原因________________。
(6)第④组某家庭中母亲去美容院将单眼皮变成双眼皮后，其再生一个双眼皮女儿的概率为________。
答案 (1)① 双眼皮 (2)①(或②) 常
(3)AA×AA、AA×Aa、Aa×Aa (4) (5)调查的群体太少，误差增大，且在只有双亲全为杂合时理论比例为3∶1 (6)0
第1节 基因突变和基因重组
[学习导航] 1.结合镰刀型细胞贫血症的发病原因，说出基因突变的概念和方式。2.结合具体实例，简述基因突变的原因、特点及意义。3.结合减数分裂的过程，简述基因重组的概念、方式及意义。
[重难点击] 基因突变和基因重组的比较。
图中的情景用英语表达为：THE CAT SAT ON THE MAT(猫坐在草席上)，几位同学抄写时出现了不同的错误，如下：
(1)THE KAT SAT ON THE MAT
(2)THE HAT SAT ON THE MAT
(3)THE CAT ON THE MAT
将其翻译成中文，和原句相比意思是否改变了？
据此可知，个别字母的替换或者缺少，句子的意思都可能改变。如果是DNA分子中的遗传信息——脱氧核苷酸的排列顺序也发生了类似的变化，生物体的性状会发生怎样的改变呢？这些变化可能对生物体产生什么影响？
一、基因突变的实例
1．镰刀型细胞贫血症
(1)致病机理
①直接原因：谷氨酸缬氨酸。
②根本原因：基因中碱基对 。
(2)结论：镰刀型细胞贫血症是由于基因的一个碱基对改变而产生的一种遗传病。
2．基因突变的概念：DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。
3．基因突变对后代的影响
(1)若发生在配子中，一般可以传递给后代。
(2)若发生在体细胞中，一般不能遗传。但有些植物的体细胞发生基因突变，可通过无性繁殖进行传递。
1．结合下列实例分析生物变异的类型：
(1)在北京培育的优质北京甘蓝品种，叶球最大的有3.5 kg，当引种到拉萨后，由于昼夜温差大、日照时间长、光照强，叶球可重达7 kg左右。但再引回北京后，叶球又只有3.5 kg。上述甘蓝品种的引种过程中，有没有变异现象的发生？如果有，这种变异性状能稳定地遗传给子代吗？为什么？
答案 有变异。但是这种变异性状不能稳定地遗传给子代，因为遗传物质没有变化。
(2)某种一直开红花的植物，某代出现了一株开紫花的植株，而且这株紫花植物的后代仍然开紫花，可能的原因是什么？
答案 遗传物质改变了。
(3)据此，生物变异的类型有哪些？
答案 ①不可遗传的变异：由外界环境的影响引起，遗传物质并没有发生变化；②可遗传的变异：由遗传物质改变引起的变异，包括基因突变、基因重组和染色体变异。
2．下图是基因突变的几种类型，请分析回答下面问题：
(1)上述DNA分子的改变在光学显微镜下能观察到吗？
答案 脱氧核苷酸(碱基)的种类、数量、排列顺序的改变在光学显微镜下不能观察到。
(2)研究表明，上述DNA分子的改变一般发生在有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期，结合DNA分子的结构特点和复制过程， DNA分子复制时容易发生基因突变的原因是什么？
答案 DNA分子复制时，DNA双链要解旋，此时结构不稳定，易导致碱基对的数量或排列顺序改变，从而导致基因突变。
(3)上述三种方式中碱基对分别发生了怎样的变化？ 哪种变化对生物性状的影响程度相对要小一些？为什么？
答案 分别发生了碱基对的增添、替换和缺失，其中发生碱基对的替换时，影响范围较小，一般只改变一个氨基酸或不改变氨基酸；发生碱基对的增添和缺失时，影响范围较大，影响插入(或缺失)位置后的序列对应的氨基酸。
知识整合 生物的变异分为：由外界环境的影响引起的，遗传物质并没有发生变化的不可遗传的变异；由遗传物质改变引起的可遗传的变异，包括基因突变、基因重组和染色体变异。基因突变在光学显微镜下不能观察到，在三种方式中，发生替换时影响范围较小。
1．如图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。已知WNK4基因发生突变，导致1 169位赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是( )
A．①处插入碱基对G—C
B．②处碱基对A—T替换为G—C
C．③处缺失碱基对A—T
D．④处碱基对G—C替换为A—T
答案 B
解析 根据图中1 168位的甘氨酸的密码子GGG，可知WNK4基因是以其DNA分子下方的一条脱氧核苷酸链为模板转录形成mRNA的。1 169位的赖氨酸的密码子是AAG，因此取代赖氨酸的谷氨酸的密码子最可能是GAG。推知该基因发生的突变是②处碱基对A—T被替换为G—C。
2．如果一个基因的中部缺失了1个核苷酸对，不可能的后果是( )
A．没有蛋白质产物
B．翻译为蛋白质时在缺失位置终止
C．所控制合成的蛋白质减少多个氨基酸
D．翻译的蛋白质中，缺失部位以后的氨基酸序列发生变化
答案 A
解析 基因的中部若编码区缺少1个核苷酸对，该基因仍然能表达，但是表达产物(蛋白质)的结构发生变化，有可能出现下列三种情况：翻译为蛋白质时在缺失位置终止、所控制合成的蛋白质的氨基酸减少或者增加多个氨基酸、缺失部位以后的氨基酸序列发生变化。
题后归纳 基因突变对蛋白质的影响
碱基对
影响范围
对氨基酸序列的影响
替换
小
一般只改变1个氨基酸
增添
大
不影响插入位置前的序列而影响插入位置后的序列
缺失
大
不影响缺失位置前的序列而影响缺失位置后的序列
二、基因突变的原因、特点
1．原因
2．特点
3．意义
基因C可以突变成为c1(或c2或c3)。C、c1、c2、c3之间也可以相互突变(如图)，据此分析：
1．C、c1、c2、c3在染色体上的位置是否相同？它们能相互看做等位基因吗？
答案 基因突变是基因内部碱基发生的改变，基因在染色体上的位置并没有改变，所以它们的位置相同，相互之间互为等位基因。
2．基因突变会不会改变基因的数目？
答案 不会。只是改变了基因的种类，数目不变。
3．图示体现了基因突变的哪些特点？
答案 体现了基因突变的不定向性和随机性。
4．如果基因C突变为c1时，性状并没有改变，推测可能的原因有哪些？
答案 (1)一种氨基酸可以由多种密码子决定(密码的简并性)，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)突变成的隐性基因在杂合子中不会引起性状的改变。(3)不具有遗传效应的DNA片段中的“突变”不会引起性状的改变。
知识整合 基因突变能改变基因的种类，不改变基因在染色体上的位置和数目；基因突变不一定会导致生物性状的改变，原因有：密码子的简并性、隐性突变或者突变发生在非编码序列。
3．基因突变一定会导致( )
A．性状改变 B．遗传信息的改变
C．遗传规律的改变 D．碱基互补配对原则的改变
答案 B
解析 基因中碱基对的替换、增添和缺失一定会改变基因的碱基排列顺序，从而改变遗传信息。但由于同义密码子的存在，可能不改变该密码子决定的氨基酸。同时蛋白质中次要位置的个别氨基酸的改变，对蛋白质的结构和功能并无大的影响，因此性状不一定发生改变。
4．某种群中发现一突变性状，连续培育到第三代才选出能稳定遗传的纯合突变类型，该突变为( )
A．显性突变(d→D) B．隐性突变(D→d)
C．显性突变和隐性突变 D．人工诱变
答案 A
解析 由于突变性状的个体不是纯合子，而且表现突变性状，说明突变性状相对于原有性状为显性性状。
易混辨析 显性突变和隐性突变
(1)显性突变(a→A)：一旦发生即可表现，但常不能稳定遗传。
(2)隐性突变 (A→a)：一旦表现即可稳定遗传。
三、基因重组
1．概念
基因重组是指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．类型
类型
发生时期
实质
图示
自由组合型
减数第一次分裂后期
非同源染色体上的非等位基因自由组合
交叉互换型
减数第一次分裂前期
同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体的交换而发生交换
3.意义
基因重组能够产生多样化的基因组合的子代，是生物变异的来源之一，对生物的进化具有重要意义。
下图是基因型为AaBb的高等动物体内某个初级精母细胞可能发生的变化，请据图分析：
1．如果没有发生交叉互换，该初级精母细胞形成的精细胞有几种？基因组成分别是怎样的？
答案 有2种。AB和ab。
2．发生交叉互换后，该初级精母细胞形成的精细胞有几种？基因组成分别是怎样的？
答案 4种。AB、Ab、aB和ab。
3．该动物的精巢内存在下面的分裂图：
(1)图1细胞处于什么时期？图中形成B、b现象的原因是什么？
答案 有丝分裂后期；基因突变。
(2)图2细胞的名称是什么？图中形成B、b现象的原因可能是什么？
答案 次级精母细胞；基因突变或者基因重组(交叉互换)。
知识整合 有丝分裂后期，分开的子染色体上基因不同，是基因突变的结果；减数第二次分裂后期，分开的子染色体上基因不同，可能是基因突变，也可能是交叉互换造成的。
5．子代不同于亲代的性状，主要来自基因重组，下列图解中哪些过程可以发生基因重组( )
A．①②③④⑤ B．①②③④⑤⑥
C．④⑤ D．③⑥
答案 C
解析 基因重组指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。④⑤过程中的A、a和B、b之间发生基因重组。①②过程发生等位基因的分离；③⑥过程属于配子间的随机组合。
6．如图是某二倍体动物细胞分裂示意图，其中字母表示基因。据图判断( )
A．此细胞含有4个DNA分子
B．此动物体细胞基因型一定是AaBbCcDd
C．此细胞发生的一定是显性突变
D．此细胞既发生了基因突变又发生了基因重组
答案 D
解析 图示细胞有8个DNA分子；细胞中正在发生同源染色体的分离，非同源染色体上非等位基因的自由组合，即基因重组；其中一条染色体的姐妹染色单体相同位置的基因为D和d，其对应的同源染色体上含有d、d，但不能确定的是D突变成d，还是d突变成D，故可能发生的是隐性突变，也可能发生的是显性突变。
1．关于基因突变的叙述正确的是( )
A．物理、化学、生物因素引起基因突变的机制是有区别的
B．基因突变不一定会引起遗传信息的改变
C．基因碱基对的缺失、增添、替换中对性状影响最小的一定是替换
D．基因突变的方向与环境变化有明确的因果关系，为进化提供最初原始材料
答案 A
解析 易诱发生物发生基因突变并提高突变频率的因素可分为三类：物理因素、化学因素和生物因素。例如，紫外线、X射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA；亚硝酸、碱基类似物等能改变核酸的碱基；某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA等，故三种因素引起基因突变的机制有区别。
2．纳米技术将激光束的宽度聚焦到纳米范围内，可对 DNA 分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症、遗传病彻底根治。对 DNA 的修复属于( )
A．基因互换 B．基因重组
C．基因突变 D．染色体变异
答案 C
解析 对DNA分子进行超微型基因修复改变了基因结构，属于基因突变。
3．多代均为红眼的果蝇群体中，出现了一只白眼雄性果蝇。将红眼雌果蝇与此白眼雄果蝇交配，子二代又出现了白眼果蝇。两次出现白眼果蝇的原因分别是( )
A．基因突变、基因突变
B．基因突变、基因重组
C．基因重组、基因重组
D．基因重组、基因突变
答案 B
解析 “多代均为红眼的果蝇群体”说明是纯合子，后代出现白眼的则为基因突变；红眼雌果蝇与此白眼雄果蝇交配，子二代又出现了白眼果蝇，是基因重组产生的。
4．以下几种生物，其可遗传的变异既可以来自基因突变，又可以来自基因重组的是( )
A．蓝细菌 B．噬菌体
C．烟草花叶病毒 D．豌豆
答案 D
解析 基因突变可以发生在所有生物中，而基因重组只发生在进行有性生殖的生物中。病毒和原核生物都无法进行有性生殖，而豌豆可以进行有性生殖，所以豌豆既可以发生基因突变，也可以发生基因重组。
5．血红蛋白异常会产生贫血症状，结合减数分裂过程的曲线图和细胞分裂图，回答下列问题：
(1)血红蛋白发生异常变化的根本原因是____________________，此种变异一般发生于甲图中________阶段，此种变异一般最大的特点是能产生____________。
(2)基因重组可以发生于乙图中________时期，除此之外还有可能发生于__________________。
答案 (1)控制血红蛋白合成的基因发生突变 2～3 新基因 (2)C 减数第一次分裂的后期
解析 (1)蛋白质的合成是由基因控制的，所以蛋白质变化的根本原因是相应基因发生了变化，属于基因突变，它一般发生于细胞分裂间期的DNA复制时期，基因突变的结果是能够产生新的基因。(2)基因重组有两种类型，均发生于减数分裂过程中，即减数第一次分裂后期的非同源染色体的自由组合和减数第一次分裂四分体时期的交叉互换。
课时作业
[学考达标]
1．基因突变的随机性表现在( )
①生物个体发育的任何时期都可发生基因突变
②体细胞和生殖细胞都可能发生基因突变
③细胞分裂间期和分裂期都可能发生基因突变
④DNA复制、转录、翻译都可能发生基因突变
A．①② B．③④
C．①③ D．②③④
答案 A
解析 基因突变具有随机性表现在可以发生于个体发育的任何时期，甚至趋于衰老的细胞中也可以发生；通过有丝分裂产生体细胞，减数分裂产生生殖细胞，两者都可能发生基因突变；基因突变发生于细胞分裂间期，没有体现随机性；翻译过程不会发生基因突变。
2．下列细胞中，最不容易发生基因突变的是( )
A．正在分裂的蛙红细胞 B．人神经细胞
C．正在分裂的精原细胞 D．蛙原肠胚细胞
答案 B
解析 成熟神经元细胞不再发生分裂。
3．有关基因突变的下列说法，不正确的是( )
A．基因突变是可遗传的变异的根本来源
B．基因突变可以产生新基因，同时产生新的基因型
C．A基因可以突变成a1、a2、a3…，同样a基因也可以突变成A1、A2、A3…
D．基因中一个碱基对发生改变，则一定发生了基因突变，并一定能改变生物的性状
答案 D
解析 基因突变会产生新基因，是从“无”到“有”的过程，所以为变异的根本来源，同时产生新基因型，基因突变具有不定向性，但由于密码子的简并性，生物性状不一定改变。
4．下列关于基因重组的说法中，不正确的是( )
A．基因重组是形成生物多样性的重要原因之一
B．基因重组能够产生多种表现型
C．基因重组可以发生在酵母菌进行出芽生殖时
D．一对同源染色体的非姐妹染色单体上的基因可以发生重组
答案 C
解析 基因重组可导致出现新的基因型，进而出现新性状，它发生在有性生殖过程中，而出芽生殖为无性生殖。同源染色体的非姐妹染色单体上的基因可发生交叉互换，属于基因重组。
5．基因重组是有性生殖过程中已有基因的重新组合，下列有关基因重组的叙述，正确是( )
A．基因型为Aa的个体自交，因基因重组而导致子代性状分离
B．基因A因替换、增添或缺失部分碱基而形成它的等位基因a，属于基因重组
C．非姐妹染色单体间的交叉互换可能导致基因重组
D．造成同卵双生姐妹间性状上差异的主要原因是基因重组
答案 C
解析 A项中，基因型为Aa的个体自交，A和a可以发生分离，导致子代出现性状分离，但不是基因重组；B项中，基因A因替换、增添或缺失部分碱基而形成它的等位基因a，应属于基因突变；C项中，同源染色体上非姐妹染色单体之间发生交叉互换，可能导致同源染色体上的非等位基因的重组；D项中，造成同卵双生姐妹间性状上差异的主要原因是基因突变。
6．某生物的基因型是AaBb，如图是其体内一个正在进行减数分裂的细胞示意图。下列说法正确的是( )
A．该细胞含有一个染色体组
B．该细胞肯定发生过交叉互换和基因突变
C．A与a的分离仅发生于减数第一次分裂
D．减数第二次分裂出现差错可能产生基因型为Aabb的细胞
答案 D
解析 图示细胞中为一对同源染色体，所以该细胞含有两个染色体组。根据两条同源染色体的颜色，可判断该细胞发生了交叉互换，而不是基因突变。A与a的分离发生在减数第一次分裂后期和减数第二次分裂后期。若减数第二次分裂后期，着丝点分裂后形成的染色体移向了细胞的同一极，因而可产生基因型为Aabb的细胞。
[高考提能]
7．同一番茄地里有两株异常番茄，甲株所结果实均为果形异常，乙株只结了一个果形异常的果实，其余的正常。甲、乙两株异常果实连续种植，其自交后代中果形仍保持异常。下列分析不正确的是( )
A．二者均可能是基因突变的结果
B．甲发生变异的时间比乙早
C．甲株变异一定发生于减数分裂时期
D．乙株变异一定发生于有丝分裂时期
答案 C
解析 甲、乙变异都是可遗传变异，均可能是基因突变的结果，A正确；发生变异的时间越早，对植物的影响越大，B正确；甲株变异最可能发生于早期的有丝分裂，C错误、D正确。
8．一双链DNA分子，在复制解旋时，一条链上的G变成C，则DNA分子经n次复制后，发生差错的DNA占( )
A．1/2 B．1/2 n－1
C．1/2n D．1/2n＋1
答案 A
解析 DNA复制为半保留复制，由异常链作为模板复制的子代分子全部带有突变；而正常链作为模板复制的子代分子全部正常。
9．下列甲、乙分裂过程中产生配子时发生的变异分别属于( )
A．基因重组，不可遗传变异
B．基因重组，基因突变
C．基因突变，不可遗传变异
D．基因突变，基因重组
答案 D
解析 甲图中的“a”基因是从“无”到“有”，属于基因突变；而乙图中的A、a、B、b基因是已经存在的，只是进行了重新组合。
10．下面是有关果蝇的培养记录，通过本实验说明( )
海拔高度
温度
突变率(每一百
万个个体中)
5 000 m
19 ℃
0.23
5 000 m
25 ℃
0.63
3 000 m
19 ℃
0.21
3 000 m
25 ℃
0.63
A.果蝇的突变是通过影响酶的活性而引起的
B．果蝇的突变率与培养地点所处的海拔高度有关
C．果蝇在25 ℃时突变率最高
D．果蝇的突变率与培养温度有关
答案 D
解析 在相同海拔、高度不同温度条件下，突变率差异显著。在同一温度、不同海拔高度条件下，突变率差异不显著，说明果蝇的突变率与培养温度有关，而与培养地点所处的海拔高度无关。
11．如图为具有两对相对性状的某自花传粉的植物种群中甲植株(纯种)的一个A基因和乙植株(纯种)的一个B基因发生突变的过程(已知A基因和B基因是独立遗传的)，请分析该过程，回答下列问题：
(1)上述两个基因发生突变是由于__________________引起的。
(2)图为甲植株发生了基因突变的细胞，它的基因型为__________，表现型是__________________，请在图中标明基因与染色体的关系。
(3)甲、乙发生基因突变后，该植株及其子一代均不能表现突变性状，为什么？可用什么方法让其后代表现出突变性状。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)一个碱基的替换(或碱基对改变或基因结构的改变)
(2)AaBB 扁茎缺刻叶 图略(表示出两对基因分别位于两对同源染色体上即可)
(3)该突变均为隐性突变，且基因突变均发生在甲和乙的体细胞中，不能通过有性生殖传递给子代。取发生基因突变部位的组织细胞，通过组织培养技术获得试管苗，让其自交，其子代即可表现突变性状
解析 (1)由图可知甲植株和乙植株都发生了碱基的替换。(2)因为A基因和B基因是独立遗传的，所以这两对基因应该分别位于图中的两对同源染色体上。又由于甲植株(纯种)的一个A基因发生突变，所以该细胞的基因型应该是AaBB，性状是扁茎缺刻叶。(3)甲、乙植株虽已突变但由于A对a的显性作用，B对b的显性作用，在植株上并不能表现出突变性状。当突变发生于体细胞时，突变基因不能通过有性生殖传给子代；要想让子代表现出突变性状，可对突变部位的组织细胞进行组织培养，而后让其自交，后代中即可出现突变性状。
12．一种α链异常的血红蛋白叫做Hbwa，其137位以后的氨基酸序列及对应的密码子与正常血红蛋白(HbA)的差异如下：
血红
蛋白
部分α链血红蛋白的密码子及其氨基酸的顺序
137
138
139
140
141
142
143
144
145
HbA
ACC
苏氨
酸
UCC
丝氨
酸
AAA
赖氨
酸
UAC
酪氨
酸
CGU
精氨
酸
UAA
终止
Hbwa
ACC
苏氨
酸
UCA
丝氨
酸
AAU
天冬
酰胺
ACC
苏氨
酸
GUU
缬氨
酸
AAG
赖氨
酸
CCU
脯氨
酸
CGU
精氨
酸
UAG
终止
(1)Hbwa异常的直接原因是α链第________位的________(氨基酸)对应的密码子缺失了一个碱基，从而使合成的肽链的氨基酸的顺序发生改变，缺失的碱基是________。
(2)异常血红蛋白α链发生变化的根本原因是______________________。
(3)这种变异类型属于________，一般发生的时期是在________。这种变异与其他可遗传变异相比，最突出的特点是能产生______________________。
答案 (1)138 丝氨酸 C (2)控制血红蛋白α链合成的基因中一个碱基对C≡G缺失 (3)基因突变
细胞分裂的间期(DNA复制时期) 新基因
解析 (1)在138位的密码子为UCC和UCA，与139位相结合，进行比较可知mRNA中缺失了碱基C。
(2)从基因层次分析才是最根本的原因。
(3)这种发生在分子水平的个别碱基对的改变属于基因突变，由于间期DNA会因复制而解旋使其结构稳定性降低，易发生基因突变。
13．如图甲是基因型为AaBB的生物细胞分裂示意图，图乙表示由于DNA中碱基改变导致蛋白质中的氨基酸发生改变的过程，图丙为部分氨基酸的密码子表。据图回答下列问题：
第一个
字母
第二个字母
第三个字母
U
C
A
G
A
异亮氨酸
异亮氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
天冬酰胺
天冬酰胺
赖氨酸
赖氨酸
丝氨酸
丝氨酸
精氨酸
精氨酸
U
C
A
G
丙
(1)据图甲推测，此种细胞分裂过程中，出现的变异方式可能是________________________。
(2)在真核生物细胞中图中Ⅱ过程发生的场所是________________________。
(3)图丙提供了几种氨基酸的密码子。如果图乙的碱基改变为碱基对替换，则X是图丙氨基酸中____________的可能性最小，原因是__________________________。图乙所示变异，除由碱基对替换外，还可由碱基对____________导致。
(4)A与a基因的根本区别在于基因中______________________不同。
答案 (1)基因突变或基因重组(缺一不可)
(2)细胞核、线粒体、叶绿体
(3)丝氨酸 需同时替换两个碱基 增添或缺失
(4)碱基对排列顺序(脱氧核苷酸的排列顺序)
解析 (1)据图甲推测该细胞处于减数第二次分裂中期，其左侧染色体的两单体上基因分别为A、a，则其来源既可能为基因突变，也可能发生了交叉互换。(2)图中Ⅱ过程为转录，其发生场所为细胞核、线粒体或叶绿体。(3)由图丙可知，与赖氨酸密码子相比，丝氨酸与之相差两个碱基，而其他氨基酸与之相差1个碱基，故X是丝氨酸的可能性最小。(4)A与a基因的根本区别在于基因中脱氧核苷酸的排列顺序不同。
[真题体验]
14．(2016·天津，5)枯草杆菌野生型与某一突变型的差异见下表：
枯草杆菌
核糖体S12蛋白第55～58位的氨基酸序列
链霉素与
核糖体结合
在含链霉素培养基中的存活率/%
野生型
…-P--K-P-…
能
0
突变型
…-P--K-P-…
不能
100
注：P脯氨酸；K赖氨酸；R精氨酸。
下列叙述正确的是( )
A．S12蛋白结构改变使突变型具有链霉素抗性
B．链霉素通过与核糖体结合抑制其转录功能
C．突变型的产生是由于碱基对的缺失所致
D．链霉素可以诱发枯草杆菌产生相应的抗性突变
答案 A
解析 突变型菌在含链霉素的培养基中存活率为100%，故具有链霉素抗性，A正确；链霉素与核糖体结合是抑制其翻译功能，B错误；突变型的产生最可能为碱基替换所致，因为只改变了一个氨基酸，C错误；链霉素在培养基中起筛选作用，不能诱发枯草杆菌产生相应的抗性突变，D错误。
15．(2015·海南，19)关于等位基因B和b发生突变的叙述，错误的是( )
A．等位基因B和b都可以突变成为不同的等位基因
B．X射线的照射不会影响基因B和基因b的突变率
C．基因B中的碱基对G－C被碱基对A－T替换可导致基因突变
D．在基因b的ATGCC序列中插入碱基C可导致基因b的突变
答案 B
解析 根据基因突变的不定向性，突变可以产生多种等位基因，A正确；X射线属于物理诱变因子，可以提高基因突变率，B错误；基因突变包括碱基对的替换、增添、缺失三种情况，C选项属于替换，D选项属于增添，C、D正确。
第2节 染色体变异
[学习导航] 1.结合图5－5，阐明染色体结构变异的类型和结果。2.结合教材实例，简述二倍体、多倍体和单倍体的概念。3.通过教材实验，了解多倍体育种的原理和操作过程。
[重难点击] 1.理解染色体组的概念。2.理解二倍体、多倍体和单倍体的概念。3.单倍体育种和多倍体育种的原理和过程。
舟舟， 1978年4月1日出生在中国的武汉。他是个先天性愚型患者，智力只相当于几岁的小孩子。舟舟从小偏爱指挥，当音乐响起时，舟舟就会拿起指挥棒，挥动短短的手臂，惟妙惟肖地做出标准的指挥动作，直到曲终。研究表明舟舟身材矮小、智力低下的根本原因是：第21号染色体比常人多了1条。那么染色体都有哪些变异，对生物有什么影响呢？本节课我们来学习染色体变异。
一、染色体结构的变异
1．含义
染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。
2．类型
图解
变化
名称
举例
染色体b片段丢失
缺失
猫叫综合征；果蝇缺刻翅
染色体b片段增加
重复
果蝇的棒状眼
染色体断裂的片段(d、g)移接到另一条非同源染色体上
易位
人慢性粒细胞白血病
同一条染色体上某一片段(ab)位置颠倒了
倒位
略
3．结果
大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。
下图①②③④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。据此分析：
1．图①和图②的变异分别发生在哪种染色体之间？属于哪类变异？
答案 图①发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于基因重组；图②发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异中的易位。
2．图②和图③相比，二者对染色体上基因的数目或排列顺序的影响有什么不同？
答案 图②是易位，会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变；图③是基因突变，只是改变基因的结构，不改变染色体上的基因的数目或排列顺序。
3．图①②③中能在光学显微镜下观察到的是哪种？
答案 能在光学显微镜下观察到的是②。
4．能确定图④中的变异具体属于哪种染色体结构变异吗？
答案 不能。若染色体3正常，染色体4则发生染色体结构变异中的缺失；若染色体4正常，染色体3则发生染色体结构变异中的重复。
知识整合 同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换属于基因重组，非同源染色体之间的片段交换属于染色体结构变异中的易位；基因突变在光学显微镜下都观察不到，不改变染色体上的基因的数目或排列顺序；染色体变异可以在光学显微镜下观察到，会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变。
1．如图表示某生物细胞中两条染色体及其部分基因。下列四种情况的产生不属于该细胞染色体结构变异的是( )
A．① B．② C．③ D．④
答案 C
解析 染色体结构变异指的是染色体某一片段的缺失、增添、倒位和易位等。③是基因突变或减数分裂四分体时期发生交叉互换所致。
2．下列关于染色体变异和基因突变的主要区别的叙述，错误的是( )
A．染色体结构变异是染色体的一个片段缺失、重复、倒位或易位等，而基因突变则是DNA分子中碱基对的替换、增加或缺失
B．原核生物与真核生物均可以发生基因突变，但只有真核生物能发生染色体变异
C．基因突变一般是微小突变，其对生物体影响较小，而染色体结构变异是较大的变异，其对生物体影响较大
D．多数染色体结构变异可通过显微镜观察进行鉴别，而基因突变则不能
答案 C
解析 基因突变是分子水平上的变异，只涉及基因中一个或几个碱基对的改变，在光学显微镜下观察不到，原核生物和真核生物都可以发生；染色体结构变异是染色体的一个片段的变化，只有真核生物可以发生。基因突变和染色体结构变异都可能对生物的性状产生较大影响。
题后归纳 四个方面区分三种变异
(1) “互换”方面：同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换，属于基因重组；非同源染色体之间的互换，属于染色体结构变异中的易位。
(2) “缺失” 方面：DNA分子上若干基因的缺失属于染色体变异；DNA分子上若干碱基对的缺失，属于基因突变。
(3)变异的水平方面：基因突变、基因重组属于分子水平的变化，光学显微镜下观察不到；染色体变异属于亚细胞水平的变化，光学显微镜下可以观察到。
(4)变异的“质”和“量” 方面：基因突变改变基因的质，不改变基因的量；基因重组不改变基因的质，一般也不改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，但会改变基因的量或改变基因的排列顺序。
二、染色体数目的变异
1．类型
2．染色体组
(1)果蝇体细胞中共有4对同源染色体，其中3对是常染色体，1对是性染色体。
(2)雄果蝇减数分裂产生精子的过程中，同源染色体分离，因此配子中的染色体的组成为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y，它们是一组非同源染色体。
(3)像雄果蝇精子中的染色体一样，细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。
3．二倍体、多倍体和单倍体
(1)二倍体：由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组的个体叫做二倍体。自然界中，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。
(2)多倍体
①概念：由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
②实例：香蕉(三倍体)、马铃薯(四倍体)、普通小麦(六倍体)。
③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都有所增加。也存在结实率低，晚熟等缺点。
(3)单倍体
①概念：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
②实例：蜜蜂中的雄蜂。
③特点：植株长得弱小，一般高度不育。但是，利用单倍体植株培育新品种能明显缩短育种年限。
下面甲表示细胞染色体图，乙表示细胞基因型，据图分析：
1．甲生物细胞内有几个染色体组？判断依据是什么？
答案 4个。细胞内同一种形态的染色体有4条。
2．乙生物细胞内有几个染色体组？判断依据是什么？
答案 4个。在乙的基因型中，控制同一性状的基因出现了4次。
3．若丙生物的体细胞含32条染色体，有8种形态，丙生物细胞中含有几个染色体组？
答案 4个。
4．单倍体是不是一定只含有一个染色体组？如何区分单倍体和多倍体？
答案 单倍体不一定只含有一个染色体组，如四倍体的单倍体含有2个染色体组，因此判断单倍体和多倍体时，首先看发育的起点，如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，不论细胞内含有几个染色体组都是单倍体。如果生物体是受精卵或合子发育形成的，生物体细胞内有几个染色体组就叫做几倍体。
知识整合 判断单倍体和多倍体时，首先看发育的起点，如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，不论细胞内含有几个染色体组都是单倍体。如果生物体是受精卵或合子发育形成的，生物体细胞内有几个染色体组就叫做几倍体。
3．下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，不正确的是( )
A．一个染色体组中不含同源染色体
B．由受精卵发育成的，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体
C．单倍体生物体细胞中不一定只含有一个染色体组
D．人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
答案 D
解析 染色体组是不含有同源染色体的；个体若由受精卵发育而来，含有几个染色体组就是几倍体；单倍体是由配子发育而成的，不一定只含有一个染色体组；人工诱导多倍体的方法有秋水仙素处理或低温处理等。
4．根据图中A～H所示的细胞图回答下列问题：
(1)细胞中含有一个染色体组的是________图。
(2)细胞中含有两个染色体组的是________图。
(3)细胞中含有三个染色体组的是________________图，它________(一定，不一定)是三倍体。
(4)细胞中含有四个染色体组的是________________图，它________(可能，不可能)是单倍体。
答案 (1)D、G (2)C、H (3)A、B 不一定 (4)E、F
可能
解析 在细胞内，形态相同的染色体有几条，就含有几个染色体组。在细胞内，含有几个同音字母，就是含有几个染色体组。确认是否为单倍体需看发育起点。
方法链接 染色体组数的判断方法
(1)根据染色体形态判断：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
(2)根据基因型判断：控制同一性状的基因出现几次，就含几个染色体组。
(3)根据染色体数与形态数的比值判断：染色体数与形态数比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组。
三、低温诱导植物染色体数目的变化及育种
1．实验原理：用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体不能被拉向两极，这样细胞不能分裂成两个子细胞，染色体的数目就发生变化。
2．实验操作步骤
(1)培养：将洋葱放在清水中培养，待长出约1_cm左右的不定根时，放入冰箱(4 ℃)诱导培养36 h。
(2)固定：剪取诱导处理的根尖约0.5～1 cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h，以固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次。
(3)制作装片：按解离、漂洗、染色和制片4个步骤，具体操作方法与实验“观察植物细胞的有丝分裂”相同。
(4)观察：先用低倍镜观察，找到既有二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞的视野。确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用高倍镜观察。
1．下图是三倍体西瓜的培育过程，据图分析回答下列问题：
(1)①过程是哪种处理过程？其原理是什么？
答案 ①过程是用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗，产生四倍体的过程，其原理是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。
(2)②和④都是传粉，目的有什么不同？
答案 ②传粉是为了杂交得到三倍体种子，④传粉是为了刺激子房产生生长素促进果实发育。
(3)①过程处理后，新产生的四倍体，各部分细胞都含有四个染色体组吗？
答案 不是。地上部分的茎、叶、花的染色体数目加倍，含有四个染色体组；根细胞没有加倍，只含有两个染色体组。
(4)西瓜f的瓜瓤、种子e的胚分别含有几个染色体组？
答案 西瓜f的瓜瓤来自母本，含有四个染色体组，而种子e的胚含有三个染色体组。
(5)为什么三倍体西瓜没有种子？
答案 三倍体西瓜进行减数分裂时，由于联会紊乱，一般不能产生正常配子。
2．如图表示用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法，据图分析：
(1)F1能产生几种雄配子？
答案 F1的基因型是DdTt，能产生四种配子：DT、dT、Dt、dt。
(2)过程③是哪种处理？其原理是什么？
答案 过程③是花药离体培养过程。原理是细胞的全能性。
(3)过程④是哪种处理？处理后符合要求的植株占的比例是多少？
答案 过程④是用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗。处理后ddTT占的比例为1/4。
5．下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述，不正确的是( )
A．用低温处理植物分生组织细胞，能抑制纺锤体的形成
B．洋葱根尖长出约1 cm时，剪下，置于4 ℃冰箱中，诱导36 h
C．卡诺氏液浸泡根尖，固定细胞的形态
D．装片制作包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤
答案 B
解析 低温诱导的原理是抑制纺锤体的形成；剪下根尖，会使其失去生命力，细胞不再分裂；卡诺氏液的作用是固定细胞的形态；在制作装片时，过程和“观察植物细胞的有丝分裂”相同，包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤。
6．将二倍体芝麻的种子萌发成的幼苗用秋水仙素处理后得到的四倍体芝麻( )
A．对花粉进行离体培养，可得到二倍体芝麻
B．产生的配子没有同源染色体，所以无遗传效应
C．与原来的二倍体芝麻杂交，产生的是不育的三倍体芝麻
D．秋水仙素诱导染色体加倍时，最可能作用于细胞分裂的后期
答案 C
解析 二倍体芝麻幼苗用秋水仙素处理，得到的是同源四倍体，体细胞内有4个染色体组，而且每个染色体组之间都有同源染色体。由四倍体的配子发育来的芝麻是单倍体，含两个染色体组，所以该单倍体芝麻是可育的。四倍体的配子中有两个染色体组，二倍体的配子中有一个染色体组，所以四倍体与二倍体杂交产生的是三倍体芝麻，由于三倍体芝麻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，所以不育。秋水仙素诱导染色体加倍时，起作用的时期是细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成。
1．如图为一对同源染色体在减数分裂时的配对行为，表明该细胞发生了( )
A．基因突变
B．染色体变异
C．基因重组
D．碱基互补配对
答案 B
解析 根据图示推测其产生的过程为：
这是染色体倒位发生后引起的变化，属于染色体结构变异。
2．基因突变和染色体变异的一个重要的区别是( )
A．基因突变在光学显微镜下看不见
B．染色体变异是定向的，而基因突变是不定向的
C．基因突变是可以遗传的
D．染色体变异是不能遗传的
答案 A
解析 基因突变是DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，属于分子水平的变化，光学显微镜下观察不到；染色体的变异可在光学显微镜下直接观察到；生物的变异是不定向的；基因突变和染色体变异其遗传物质均发生改变，都是可遗传的变异。
3．下列关于染色体组的叙述，正确的是( )
A．体细胞中的一半染色体是一个染色体组
B．配子中的全部染色体是一个染色体组
C．本物种配子中的一半染色体是一个染色体组
D．二倍体生物配子中的全部染色体是一个染色体组
答案 D
解析 一个染色体组内各条染色体大小、形态各不相同，是一组非同源染色体。只有二倍体产生的配子中含有一套非同源染色体，才是一个染色体组。
4．双子叶植物大麻(2n＝20)为雌雄异株，性别决定为XY型，若将其花药离体培养，再将幼苗用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成应是( )
A．18＋XY B．18＋YY
C．9＋X或9＋Y D．18＋XX或18＋YY
答案 D
解析 由题知2n＝20，性别决定为XY型，则花药的染色体组成为9＋X或9＋Y，将其培育成单倍体后再利用秋水仙素处理，诱导染色体加倍后，植株的染色体组成是18＋XX或18＋YY。
5．已知二倍体西瓜的体细胞中含有22条染色体，西瓜的绿皮(A)对白皮(a)为显性，大子(B)对小子(b)为显性，这两对等位基因分别位于两对同源染色体上。现对一批纯种绿皮大子与白皮小子西瓜种子进行了下列操作：
a．将这批种子播种，并用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大子幼苗，使之成为四倍体；
b．当被处理后的绿皮大子西瓜植株开花后，将白皮小子西瓜植株的花粉授予绿皮大子植株，使之杂交获得F1。
(1)亲本杂交当年结__________(选填“有子”或“无子”)西瓜，其果皮颜色为__________。
(2)秋水仙素的作用是___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)由于工作人员的疏忽，进行a操作时，其中有一株幼苗没有用秋水仙素处理，其通过杂交获得了有子西瓜。第二年，工作人员将该种子(F1)播种，用一定浓度的秋水仙素处理其幼苗，并让F1与白皮小子西瓜植株杂交获得F2。(提示：F1进行减数分裂时，每4条同源染色体等量随机分配到配子中去，其产生的配子可育)
①F1减数第二次分裂后期细胞中含有________个DNA分子，________个染色体组，________对同源染色体。
②从F2中可以选出白皮小子的西瓜品种吗？为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③若只考虑种皮这一对相对性状的遗传，则F2的基因型及比例为__________________。
答案 (1)有子 绿皮 (2)抑制有丝分裂时纺锤体的形成，使细胞中的染色体数目加倍 (3)①44 4 22
②不能，因为F2是三倍体，其减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成正常配子(或F2是三倍体，其高度不育) ③AAa∶Aaa∶aaa＝1∶4∶1
解析 纯种绿皮大子西瓜基因型为AABB，白皮小子西瓜基因型为aabb，用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大子幼苗后基因型为AAAABBBB，其和aabb杂交后形成受精卵AAaBBb，发育为种子，所以母本结的是有子西瓜。因果实由母本的子房发育而成，果皮来自子房壁，母本基因型为AAAABBBB，所以果皮颜色为绿皮。第(3)小题所说幼苗没有用秋水仙素处理，基因型为AABB，其和aabb杂交后形成子代基因型为AaBb，用秋水仙素处理后为AAaaBBbb，染色体数为44，染色体组为4组。减数第一次分裂同源染色体分离后，减数第二次分裂后期着丝点分开，DNA分子数为44，染色体数为44，染色体组为4组，同源染色体为22对。AAaaBBbb和白皮小子西瓜植株aabb杂交后得到F2为三倍体，因为减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成正常配子，所以形成的三倍体高度不育，不能作为品种得以保留。AAaa在四条同源染色体上，在分离时随机分配，因此有AA、Aa、aa三种组合，比例为1∶4∶1，和a一种配子随机结合后得到的F2的基因型及其比例为AAa∶Aaa∶aaa＝1∶4∶1。
课时作业
[学考达标]
1．由于种种原因，某生物体内某条染色体上多了或少了几个基因，这种遗传物质的变化属于( )
A．基因内部结构的改变
B．染色体结构变异
C．染色体数目变异
D．染色单体的交叉互换
答案 B
解析 某条染色体上多了或少了几个基因是由染色体结构变异中的缺失或重复所致。
2．如图是某生物细胞减数分裂时，两对联会的染色体之间出现异常的“十”字型结构现象，图中字母表示染色体上的基因。据此所作的推断中错误的是( )
A．此种异常源于染色体结构的变异
B．该生物产生的异常配子很可能有HAa或hBb
C．该生物基因型为HhAaBb，一定属于二倍体生物
D．此种异常可能会导致生物的生殖能力下降
答案 C
解析 此图表示的是减数分裂过程中的联会，根据同源染色体两两配对的关系可知，H和h所在的染色体为一对同源染色体，剩余的两条染色体为另一对同源染色体，而A和b或B和a的互换导致上述结果，上述互换发生在非同源染色体之间，属于染色体结构的变异；在减数第一次分裂的后期同源染色体分离，非同源染色体自由组合，所形成的配子有HAa、hBb或HAb、hBa；该个体含有两个染色体组，有可能为二倍体也有可能为单倍体；染色体变异大多数是有害的，有可能导致生物体生殖能力下降。
3．普通小麦是六倍体，有42条染色体，科学家们用花药离体培养培育出的小麦幼苗是( )
A．三倍体、21条染色体
B．单倍体、21条染色体
C．三倍体、三个染色体组
D．单倍体、一个染色体组
答案 B
解析 花药中的花粉是经过减数分裂发育而成的，由其培育出的幼苗比普通小麦的染色体数减少了一半，含有三个染色体组，而体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体叫单倍体。
4．下面有关单倍体和染色体组的叙述中，不正确的是( )
A．由未受精的卵细胞发育而成的个体称为单倍体
B．一个染色体组中无等位基因
C．有性生殖的配子细胞中染色体肯定为一个染色体组
D．普通小麦含6个染色体组、42条染色体，它的单倍体含3个染色体组、21条染色体
答案 C
解析 由未受精的卵细胞发育而成的个体中染色体数目是正常体细胞中染色体数目的一半；一个染色体组中不含有同源染色体，所以也就不存在等位基因；配子中含有正常体细胞中一半的染色体，例如四倍体的配子中就含有两个染色体组；普通小麦中含有6个染色体组、42条染色体，单倍体中染色体数目是正常体细胞中的一半。
5．下列有关“低温诱导大蒜根尖细胞染色体数目的变化”实验的叙述，正确的是( )
A．可能出现三倍体细胞
B．多倍体细胞形成的比例常达100%
C．多倍体细胞形成过程无完整的细胞周期
D．多倍体形成过程增加了非同源染色体重组的机会
答案 C
解析 低温诱导大蒜根尖细胞染色体数目加倍，不应出现三倍体；低温诱导不能使所有细胞染色体数目都加倍；根尖细胞的分裂为有丝分裂，而非同源染色体重组发生在减数分裂过程中，不能增加重组机会；多倍体细胞形成的原理是抑制纺锤体的形成，阻止细胞的分裂，所以细胞周期是不完整的。
6．某些类型的染色体结构和数目的变异，可通过对细胞分裂时期的观察来识别。图中a、b、c、d为某些生物减数第一次分裂时期染色体变异的模式图，它们依次属于( )
A．三倍体、染色体片段重复、三体、染色体片段缺失
B．三倍体、染色体片段缺失、三体、染色体片段重复
C．三体、染色体片段重复、三倍体、染色体片段缺失
D．染色体片段缺失、三体、染色体片段重复、三倍体
答案 C
解析 a图是染色体数目变异中个别染色体的增加，属于三体；b图为染色体结构变异中4号染色体片段的重复；c图细胞中含三个染色体组，可能为三倍体；d图为染色体结构变异中染色体片段3和4的缺失。
[高考提能]
7．家蚕属于ZW型性别决定的二倍体生物，如图所示为家蚕正常细胞及几种突变细胞的第2对常染色体和性染色体。以下分析不正确的是( )
A．正常雌性家蚕产生的雌配子类型有四种
B．突变体Ⅰ的形成可能是基因突变
C．突变体Ⅱ所发生的变异能够通过显微镜观察到
D．突变体Ⅲ中A和a的分离符合基因的分离定律
答案 D
解析 图中正常雌性个体产生的雌配子类型有四种，即AZ、AW、aZ、aW，A正确；突变体Ⅰ中A基因变成a基因，其形成可能是基因突变，B正确；突变体Ⅱ所发生的变异为染色体结构变异，能够通过显微镜直接观察到，C正确；突变体Ⅲ中发生了染色体结构变异(易位)，导致基因A和a不在一对同源染色体上，因此它们的分离不再符合基因的分离定律，D错误。
8．下面是四种生物的体细胞示意图，A、B图中的字母代表细胞中染色体上的基因，C、D图代表细胞中染色体情况，那么最可能属于多倍体的细胞是( )
答案 D
解析 根据题图可推知，A、B、C、D中分别具有4个、1个、2个、4个染色体组，则A、D有可能为多倍体，但有丝分裂过程的前期和中期，每条染色体上含有两条姐妹染色单体，而姐妹染色单体上含有相同的基因，则一对同源染色体可能具有相应的4个基因，如A。综上所述，最可能属于多倍体的细胞是D。
9．下图表示无子西瓜的培育过程：
根据图解，结合你学过的生物学知识，判断下列叙述错误的是( )
A．秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的茎尖，主要是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成
B．四倍体植株所结的西瓜，果皮细胞内含有4个染色体组
C．无子西瓜既没有种皮，也没有胚
D．四倍体西瓜的根细胞中含有2个染色体组
答案 C
解析 秋水仙素抑制纺锤体的形成，是在有丝分裂的前期；四倍体西瓜的果皮是由子房壁发育而成的，来自母本，应含有4个染色体组；无子西瓜是由于不能产生正常配子，所以不能形成受精卵，而种皮来自于母本，所以有种皮，而没有胚；由于植株的地下部分没有经秋水仙素处理，细胞中仍含有2个染色体组。
10．基因型为Aa的幼苗经秋水仙素处理后长成植株，该植株细胞减数分裂产生的配子的种类及其比例是( )
A．AA∶aa＝1∶1
B．AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1
C．Aa∶Aa＝1∶1
D．AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1
答案 D
解析 基因型为Aa的幼苗经秋水仙素处理后长成的植株的基因型为AAaa，减数分裂时，A和A组合为AA，A和a组合为Aa，a和a组合为aa，结果AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1。
11．下图表示某些植物的体细胞，请据图回答下列问题：
(1)肯定是单倍体的是________图，它是由________倍体的生殖细胞直接发育形成的。
(2)茎秆较粗壮但不能产生种子的是________图，判断的理由是__________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果都不是由生殖细胞直接发育形成，其中肯定是二倍体的是________图。
(4)如果C图中的植株是由某植物的卵细胞直接发育形成的，那么它是________倍体。形成它的那个植物是________倍体，原来植物有性生殖形成种子时，发育中的胚乳细胞内含________个染色体组。
答案 (1)D 二 (2)A 含有三个染色体组，减数分裂时会发生联会紊乱而不能形成生殖细胞，不能产生种子 (3)B、C (4)单 四 6
12.某二倍体植株的体细胞中染色体数为24，基因型为AaBb。请据图完成下列问题：
(1)图中A所示的细胞分裂方式主要是________。
(2)产生的花粉基因型有______________种，由花粉发育成的单倍体有哪几种基因型？________________。
(3)若C处是指用秋水仙素处理，则个体①的体细胞中含染色体________________条，它是纯合子还是杂合子？____________________。
(4)若该植物进行自花传粉，在形成的以个体②组成的群体中可能有几种基因型？__________________。
(5)若A表示水稻的高秆基因，a表示水稻的矮秆基因；B表示水稻的抗病基因，b表示水稻的不抗病基因，这两对基因按自由组合定律遗传。那么该水稻自花传粉的后代中，矮秆抗病的个体所占比例是______________________，若要获得稳定遗传的矮秆抗病水稻，应让矮秆抗病的水稻进行自交，在自交的后代中纯种的矮秆抗病水稻所占比例为________。
(6)若要尽快获得纯种的矮秆抗病水稻，则应采用图中____________(填字母)过程进行育种，这种育种方法称为__________________。
答案 (1)减数分裂 (2)4 AB、Ab、aB、ab (3)24 纯合子 (4)9种 (5) (6)A、B、C 单倍体育种
解析 植物产生花粉或卵细胞要经过减数分裂，由于基因型为AaBb，所以能产生4种基因型花粉，将花粉经花药离体培养产生的单倍体也应该有4种基因型：AB、Ab、aB、ab。花粉中染色体数是体细胞的一半，即12条，经秋水仙素处理后的纯合子染色体数应该为24条，基因型为AaBb的个体自交，后代应该有9种基因型。矮秆抗病的个体基因型有两种：aaBB和aaBb，在后代中所占比例是(aaBB)＋(aaBb)＝。当矮秆抗病的水稻进行自交，纯合子(aaBB)是，自交后代占，而杂合子(aaBb)是，自交的后代中纯合子比例为×＝，所以矮杆抗病的水稻进行自交，后代中矮秆抗病纯合子所占比例为＋＝。
13．四倍体大蒜比二倍体大蒜的产量高许多，为探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，特设计如下实验。请分析回答下列问题：
(1)实验主要材料：大蒜、培养皿、恒温箱、卡诺氏液、体积分数为95%的酒精溶液、显微镜、改良苯酚品红染液。
(2)实验步骤：
①取5个培养皿，编号并分别加入纱布和适量的水。
②将培养皿分别放入－4 ℃、0 ℃、________、________、________的恒温箱中1 h。
③________________________________________________________________________。
④分别取根尖________cm，放入________中固定0.5～1 h，然后用________________________冲洗2次。
⑤制作装片：解离→________→________→制片。
⑥低倍镜检测，统计____________________________________________，并记录结果。
(3)实验结果：染色体加倍率最高的一组为最佳低温。
(4)实验分析：
a．设置实验步骤②的目的是___________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
b．对染色体染色还可以用____________________、____________等。
c．除低温外，________也可以诱导染色体数目加倍，原理是____________________。
答案 (2)②4 ℃ 8 ℃ 12 ℃ ③取大蒜随机均分为5组，分别放入5个培养皿中诱导36 h ④0.5～1 卡诺氏液 体积分数为95%的酒精溶液 ⑤漂洗 染色
⑥每组视野中的染色体加倍率 (4)a.进行相互对照；恒温处理1 h是为了排除室温对实验结果的干扰 b．龙胆紫染液 醋酸洋红染液 c．秋水仙素 抑制纺锤体形成
解析 (2)本实验的目的是探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，所以温度应设置为变量，可设置－4 ℃、0 ℃、4 ℃、8 ℃、12 ℃等温度。选取根尖0.5 ～1 cm，不可过长，主要取分生区的组织细胞。将根尖放入卡诺氏液中固定，然后用体积分数为95%的酒精溶液冲洗。装片制作包括解离、漂洗、染色和制片四个步骤。低温并不能使所有细胞染色体加倍，所以要统计加倍率来确定最佳低温。(4)不同温度处理是为了进行相互对照，在DNA复制时尽可能使细胞处于设定温度中，以排除其他温度的干扰。只要不对染色体造成损伤，碱性染料均可对染色体染色，如龙胆紫染液、醋酸洋红染液等。低温和秋水仙素的作用机理均是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。
[真题体验]
14．(2015·江苏，10)甲、乙为两种果蝇(2n)，下图为这两种果蝇的各一个染色体组，下列叙述正确的是( )
A．甲、乙杂交产生的F1减数分裂都正常
B．甲发生染色体交叉互换形成了乙
C．甲、乙1号染色体上的基因排列顺序相同
D．图示染色体结构变异可为生物进化提供原材料
答案 D
解析 A项，根据题干信息可知，甲、乙是两种果蝇，甲、乙杂交产生的F1虽然含有2个染色体组，但是因为来自甲、乙中的1号染色体不能正常联会配对，所以F1不能进行正常的减数分裂；B项，根据题图，甲中1号染色体发生倒位形成了乙中的1号染色体；C项，染色体中某一片段倒位会改变基因的排列顺序；D项，可遗传变异如基因突变、基因重组和染色体变异都能为生物进化提供原材料。
15．(2015·海南，21)下列关于基因突变和染色体结构变异的叙述，正确的是( )
A．基因突变都会导致染色体结构变异
B．基因突变与染色体结构变异都导致个体表现型改变
C．基因突变与染色体结构变异都导致碱基序列的改变
D．基因突变与染色体结构变异通常都能用光学显微镜观察
答案 C
解析 基因突变只是基因中个别碱基对的替换、增添、缺失，而染色体结构变异是关于染色体中某个片段的增加、缺失、颠倒、易位的情况，所以基因突变不会导致染色体结构变异，A错误；基因突变中若发生碱基对的替换，可能因为密码子的简并性，不会改变氨基酸的种类，进而表现型也不会改变，若突变个体之前为一个显性纯合子AA，突变成为Aa，个体的表现型也可能不改变，B错误；基因突变中碱基对的替换、增添、缺失，都会引起基因中碱基序列发生改变，染色体结构变异中染色体某个片段的增加、缺失、颠倒、易位的情况也会导致染色体中碱基序列发生改变，C正确；基因突变是染色体的某个位点上基因的改变，这种改变在光学显微镜下是无法直接观察到的，而染色体结构变异是可以用显微镜直接观察到的，D错误。
第3节 人类遗传病
[学习导航] 1.结合实例，概述人类常见遗传病的类型及特点。2.结合教材的“调查”内容，学会调查人类遗传病的基本方法。3.了解遗传病的监测和预防措施，并了解人类基因组计划的基本内容和意义。
[重难点击] 人类常见遗传病的类型及特点。
生物进化论的创始人，英国科学家查理·达尔文，与其舅父的女儿埃玛结婚，共生育6个孩子，但可怕的遗传病导致其中3个早死，另3个一直患病，智力低下，终生未婚。
为什么近亲结婚会导致遗传病发病率提高呢？本节课我们就来学习人类的遗传病及其监测和预防。
解决学生疑难点 ___________________________________________________________
一、人类常见遗传病的类型
1．概念
人类遗传病通常是指由于遗传物质改变而引起的人类疾病。
2．单基因遗传病
(1)概念：受一对等位基因控制的遗传病。
(2)类型和实例
①由显性致病基因控制的疾病：多指、并指、软骨发育不全、抗维生素D佝偻病等。
②由隐性致病基因控制的疾病：镰刀型细胞贫血症、白化病、先天性聋哑、苯丙酮尿症等。
3．多基因遗传病
(1)概念：受两对以上的等位基因控制的人类遗传病。
(2)特点
①易受环境因素的影响；在群体中发病率较高；常表现为家庭聚集。
②一般不符合孟德尔的遗传定律。
(3)实例：主要包括一些先天性发育异常和一些常见病，如唇裂、无脑儿、原发性高血压、冠心病、哮喘病和青少年型糖尿病等。
4．染色体异常遗传病
(1)概念：由染色体异常引起的遗传病。
(2)类型：①染色体结构异常，如猫叫综合征等。
②染色体数目异常，如21三体综合征等。
1．下图是苯丙酮尿症的发病机理，据图回答下列问题：
(1)该病是单基因遗传病，单基因遗传病是由一个基因控制的吗？
答案 不是，是由一对等位基因控制的。
(2)患者的基因型是什么？该病体现了基因控制生物体性状的哪条途径？
答案 患者的基因型为aa。该病体现了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。
2．21三体综合征患者的体细胞中含有3条21号染色体，是由于亲本产生的异常配子发生受精作用后导致的，下图是异常卵细胞形成的过程，请据图回答下列问题：
(1)该病有没有致病基因？据图分析发病的原因有哪些？
答案 没有致病基因。21三体综合征形成的原因有减数第一次分裂后期同源染色体未分离或减数第二次分裂后期姐妹染色单体分离形成的染色体未被拉向两极，从而产生了含有两条21号染色体的异常卵细胞。
(2)21三体综合征女患者与正常男性结婚，能否生育正常的孩子？若能，生育正常孩子的概率是多少？
答案 能，概率为1/2。21三体综合征女患者产生的卵细胞一半含一条21号染色体(正常)，一半含两条21号染色体(不正常)。
(3)除了卵细胞异常能导致21三体综合征外，若精子异常会导致该遗传病发生吗？
答案 会。
知识整合 单基因遗传病是由一对基因控制的，符合孟德尔的遗传定律；染色体数目异常引起的疾病没有致病基因，通常是由于细胞分裂过程中染色体未正常分离引起的。
1．下列关于人类遗传病的叙述，错误的是( )
A．单基因突变可以导致遗传病
B．染色体结构改变可以导致遗传病
C．单基因遗传病是指受一对等位基因控制的疾病
D．环境因素对多基因遗传病的发病无影响
答案 D
解析 人类遗传病包括单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病。单基因遗传病是指受一对等位基因控制的遗传病，单个基因突变可以导致遗传病的发生，如镰刀型细胞贫血症；染色体结构的改变可以导致遗传病，如猫叫综合征；多基因遗传病的发病受遗传因素和环境因素的双重影响。
2．下列属于遗传病的是( )
A．孕妇缺碘，导致出生的婴儿得先天性呆小症
B．由于缺少维生素A，父亲和儿子均得了夜盲症
C．一男子40岁发现自己开始秃发，据了解他的父亲在40岁左右也开始秃发
D．一家三口，由于未注意卫生，在同一时间内均患有甲型肝炎病
答案 C
解析 孕妇缺碘，导致胎儿缺乏甲状腺激素，影响胎儿正常发育，进而引起婴儿患呆小症；食物中缺少维生素A，导致人体内代谢紊乱而患夜盲症，并非是父亲传给儿子，它们都是由环境因素引起的疾病，与遗传物质没有关系；甲型肝炎病是由于甲型肝炎病毒通过食物等媒介传播引起的，属于传染病，与遗传无关；秃发是由于遗传因素，再加上一定的环境因素(如体内生理状况改变)引起的，属于遗传病。
易混辨析 先天性疾病、家族性疾病与遗传病
(1)先天性疾病不一定是遗传病，如母亲妊娠前三个月内感染风疹病毒而使胎儿患先天性白内障。
(2)家族性疾病不一定是遗传病，如由于食物中缺少维生素A，家族中多个成员患夜盲症。
(3)大多数遗传病是先天性疾病，但有些遗传病可在个体生长发育到一定阶段才表现出来，因此后天性疾病不一定不是遗传病。
二、遗传病的调查、监测和预防
1．调查人群中的遗传病
(1)调查时，最好选取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(600度以上)等。
(2)调查某种遗传病的发病率时，要在群体中随机抽样调查，并保证调查的群体足够大。
某种遗传病的发病率＝(某种遗传病的患病人数/某种遗传病的被调查人数)×100%
(3)调查某种遗传病的遗传方式时，要在患者家系中调查，绘制遗传系谱图。
(4)调查过程
2．遗传病的监测和预防
(1)遗传咨询的内容和步骤
(2)产前诊断
3．人类基因组计划
(1)内容：绘制人类遗传信息的地图。
(2)目的：测定人类基因组的全部DNA序列，解读其中包含的遗传信息。
(3)意义：认识到人类基因的组成、结构、功能及其相互关系，对于人类疾病的诊治和预防具有重要意义。
1．有一对夫妇，其中一人为X染色体上的隐性基因决定的遗传病患者，另一方表现正常，妻子怀孕后，想知道胎儿是否携带致病基因。
(1)若丈夫为患者，胎儿是男性时，需要对胎儿进行基因检测吗？为什么？
答案 需要。因为表现正常的女性有可能是携带者，她与男患者结婚时，男性胎儿可能是患者。
(2)当妻子为患者时，表现正常的胎儿的性别应该是男性还是女性？为什么？
答案 女性。女患者与正常男性结婚时，所有的女性胎儿都含有来自父亲X染色体上的正常显性基因。
2．基因组和染色体组的辨析
(1)人体细胞中含有46条染色体，那么人的一个染色体组中有多少条染色体？要测定人的基因组，要测定多少条染色体的DNA序列？
答案 人的一个染色体组中有23条染色体(22＋X或者22＋Y)。人的基因组要测定24条染色体(22＋X＋Y)的DNA序列。
(2)玉米的体内有24条染色体，那么要测定玉米的基因组，需测定多少条染色体的DNA序列？
答案 玉米没有性染色体，所以玉米的基因组要测定12条染色体的DNA序列。
知识整合 有性别分化并且有性染色体的生物，因为性染色体的序列有较大差别，所以基因组需要测定一个染色体组加另外一条性染色体的序列。雌雄同株的植物，无性染色体，所以测定一个染色体组中的DNA序列就能完成基因组的测序工作。
3．某研究性学习小组在调查人群中的遗传病时，以“研究××病的遗传方式”为子课题。下列子课题中最为简单可行且所选择的调查方法最为合理的是( )
A．研究猫叫综合征的遗传方式，在学校内随机抽样调查
B．研究青少年型糖尿病的遗传方式，在患者家系中调查
C．研究艾滋病的遗传方式，在全市随机抽样调查
D．研究红绿色盲的遗传方式，在患者家系中调查
答案 D
解析 猫叫综合征是染色体结构异常遗传病，青少年型糖尿病属于多基因遗传病，艾滋病属于传染病，色盲是单基因遗传病，比较适合进行遗传方式的调查。多基因遗传病和染色体异常遗传病的规律难以掌握，所以不用于遗传方式的调查。
4．为了解一些遗传病的遗传方式和发病率，某班同学拟从青少年型糖尿病和红绿色盲中选取一种，在全校学生及其家庭中开展调查。请分析回答下列问题：
(1)人类的大多数疾病都与基因有关，受一对或多对等位基因的控制。其中，青少年型糖尿病属于________基因遗传病，红绿色盲属于________基因遗传病。
(2)对于青少年型糖尿病和红绿色盲，一般选取后者开展调查比较可行，请说明理由：__________________。
(3)为了保证调查的群体足够大，调查结束后应如何处理各小组的调查数据？
_____________________________________________。
答案 (1)多 单 (2)红绿色盲属于单基因遗传病，易于调查和分析(或青少年型糖尿病是多基因遗传病，影响因素多，不便于分析) (3)应把各小组的调查数据进行汇总
解析 调查分析遗传病的遗传方式和发病率时，宜调查受影响因素少的单基因遗传病，以便进行调查和分析。调查实验一定要注意样本足够多，而且是随机取样，最终统计时应把调查数据进行汇总。
题后归纳 “发病率”调查与“遗传方式”调查的区别
项目
调查对象及范围
注意事项
结果计算及分析
遗传病
发病率
广大人群、随机抽样
考虑年龄、性别等因素，群体足够大
患病人数占所调查的总人数的百分比
遗传方式
患者家系
正常情况与患病情况
分析基因的显隐性及所在的染色体类型
1．下列关于人类遗传病的说法，正确的是( )
A．单基因遗传病是受1个基因控制的遗传病
B．镰刀型细胞贫血症的人与正常人相比，基因中有1个碱基发生了改变
C．猫叫综合征的人与正常人相比，第5号染色体发生部分缺失
D．21三体综合征的人与正常人相比，多了1对21号染色体
答案 C
解析 人类遗传病是遗传物质发生改变所导致的疾病，可分为单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病。单基因遗传病是受一对等位基因控制的遗传病；镰刀型细胞贫血症是基因中有1对碱基发生了改变；21三体综合征患者体内多了1条21号染色体；猫叫综合征患者体内第5号染色体发生部分缺失。
2．人类遗传病通常是指由于遗传物质改变而引起的人类疾病，下面几种疾病中可通过显微镜检测出来的是( )
A．先天性愚型 B．白化病
C．苯丙酮尿症 D．青少年型糖尿病
答案 A
解析 先天性愚型是由于患者体内多了一条21号染色体所致，可用显微镜观察处于有丝分裂中期细胞内的染色体数目鉴别；白化病、苯丙酮尿症都是单基因遗传病，只受一对等位基因控制，不能通过显微镜检测出；青少年型糖尿病属于多基因遗传病，不能通过显微镜观察。
3．下列说法中，不正确的一项是( )
A．多基因遗传病的遗传不遵循孟德尔遗传定律
B．适龄生育对于预防遗传病和防止先天性疾病患儿的出生具有重要意义
C．禁止近亲结婚是预防遗传性疾病发生的最简单有效的方法
D．21三体综合征和猫叫综合征患者都属于染色体数目异常遗传病
答案 D
解析 21三体综合征是由染色体数目异常引起的，但猫叫综合征却属于染色体结构异常遗传病。
4．一对夫妇，其中一人为红绿色盲患者，在什么情况下需要对胎儿进行基因检测( )
选项
患者
胎儿性别
A
妻子
女性
B
妻子
男性或女性
C
妻子
男性
D
丈夫
男性或女性
答案 D
解析 根据红绿色盲的遗传特点，当妻子患病时，双亲基因型(相关基因用B、b表示)分别为XbXb、XBY，后代男性一定为患者，女性一定为携带者，所以不需基因检测；当丈夫为患者时，妻子有可能是携带者，所以后代无论男女均有可能为患者。
5．某同学在进行遗传病发病情况调查时，发现本校高一年级有一位女生表现正常，但其家族有多位成员患一种单基因遗传病。其祖父、祖母、父亲都患此病，她有一位叔叔表现正常，一位姑姑也患此病，这位姑姑又生了一个患病的女儿，家族中其他成员都正常。请分析回答下列问题：
(1)请根据这位女生及其相关的家族成员的情况，在下图方框中绘制出遗传系谱图。
(2)请根据以上信息判断，该遗传病属于__________遗传病。
(3)该女生的父亲的基因型与她祖父的基因型相同的概率是________%。
(4)经多方咨询，其姑姑的女儿进行了手术治疗，术后表现正常。若成年后与表现型正常的男性婚配，你认为其后代是否有可能患该病？________。为什么？______________。
答案 (1)如图所示
(2)常染色体显性 (3)100
(4)有可能 手术治疗不会改变其基因组成
解析 (1)根据祖孙三代的关系和每个个体的表现型及性别绘出系谱图即可。(2)由她叔叔和她祖父、祖母的性状表现可以看出该病为显性遗传，由她和其父亲的性状表现可以排除该遗传病是伴X显性遗传的可能。所以控制该遗传病的基因位于常染色体上。(3)由该女生的表现型可知其父亲是一个杂合子，由该女生的叔叔和祖父的关系可知其祖父也是一个杂合子。(4)由于进行手术治疗后只是改变了其表现型，而并未改变其基因组成，所以与正常男性婚配，其后代仍可能患病。
课时作业
[学考达标]
1．下列关于人类遗传病的叙述，不正确的是( )
A．人类遗传病是指由于遗传物质改变而引起的疾病
B．人类遗传病包括单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病
C．21三体综合征患者体细胞中染色体数目为47条
D．某患者的正常双亲一定是携带者
答案 D
解析 人类遗传病是由于遗传物质改变而引起的疾病，可以分为单基因、多基因和染色体异常遗传病。正常双亲的遗传病子女，其患病原因可以是基因突变所致，也可以是染色体变异所致。
2．人类中有一种性别畸形，XYY个体，外貌像男性，有的智力差，有的智力高于一般人。据说这种人常有反社会行为，富攻击性，在犯人中的比例高于正常人群，但无定论。这类男性有生育能力，假如一个XYY男性与一正常女性结婚，下列判断正确的是( )
A．该男性产生的精子有X、Y和XY三种类型
B．所生育的后代中出现性别畸形的概率为1/2
C．所生育的后代中出现XYY孩子的概率为1/2
D．所生育的后代智力都低于一般人
答案 B
解析 XYY的男性产生的精子有X、Y、YY、XY四种类型，比例为1∶2∶1∶2；与含X染色体的卵细胞结合后，产生性别畸形的概率为1/2(XYY、XXY的个体)；其中产生基因型为XYY孩子的概率为1/6；因后代中有XYY个体，而题目已知XYY的个体有的智力高于一般人，故所生育的后代智力都低于一般人是错误的。
3．如图为某细胞正在进行减数分裂的过程(仅画出部分染色体)，图中的现象是什么？若该细胞产生的配子参与受精，可能会发生何种情况( )
A．交叉互换 囊性纤维病
B．基因突变 镰刀型细胞贫血症
C．同源染色体不分离 先天性愚型
D．姐妹染色单体不分离 性腺发育不良
答案 C
解析 图中所示为减数第一次分裂后期同源染色体发生了不均等分离，导致产生的配子出现同源染色体未分离而进入同一细胞内的情况，该配子参与受精就可能出现染色体数目变异的病症，如先天性愚型。
4．随着“炎黄一号”计划的完成，华大基因研究院正在组织实施“炎黄99”计划。其基本内容就是：为我国的99个具有一定代表性的人测绘完整的基因图谱。该计划的意义不包括( )
A．探索中华民族的基因结构特点
B．探索某些遗传病的发病原因
C．探索DNA合成的规律
D．为被测试者将来可能需要的基因治疗提供依据
答案 C
解析 基因组计划的主要目的是测定人类基因组全部DNA序列，解读其中包含的遗传信息，可认识到基因的组成、结构和功能及其相互关系。对于疾病的诊断和预防有重要意义。
5．下列有关遗传咨询的基本程序，排列顺序正确的是( )
①医生对咨询对象和有关的家庭成员进行身体检查并详细了解家庭病史
②分析、判断遗传病的传递方式
③推算后代患病风险率
④提出防治疾病的对策、方法和建议
A．①③②④ B．②①③④ C．②③④① D．①②③④
答案 D
解析 遗传咨询的基本程序：首先医生对咨询对象和有关的家庭成员进行身体检查并详细了解家庭病史，然后分析、判断遗传病的传递方式，接着推算后代患病风险率，最后提出防治疾病的对策、方法和建议。
6．近亲结婚会增加后代遗传病的发病率，主要原因在于( )
A．近亲结婚容易使后代产生新的致病基因
B．近亲结婚的双方携带的致病基因较其他人多
C．部分遗传病由显性致病基因所控制
D．近亲结婚的双方携带的相同的隐性致病基因机会较其他人多
答案 D
解析 新基因产生只能通过基因突变；近亲结婚的双方携带的相同致病基因较其他人可能多；显性遗传病在亲代就可以表现出来，每一个基因传递给后代的概率是1/2；部分遗传病是由隐性基因控制的，近亲结婚的双方含有相同隐性致病基因的概率较大。
[高考提能]
7．下图是对某种遗传病在双胞胎中共同发病率的调查结果。a、b分别代表异卵双胞胎和同卵双胞胎中两者均发病的百分比。据图判断下列叙述中错误的是( )
A．同卵双胞胎比异卵双胞胎更易同时发病
B．同卵双胞胎同时发病的概率受非遗传因素影响
C．异卵双胞胎中一方患病时，另一方可能患病
D．同卵双胞胎中一方患病时，另一方也患病
答案 D
解析 由图像可知，异卵双胞胎同时发病率远小于25%，而同卵双胞胎同时发病率高于75%，因此A项正确，D项错误；因同卵双胞胎的基因型完全相同，但并非100%发病，因此发病与否受非遗传因素影响，B项正确；异卵双胞胎的基因型可能相同，也可能不同，所以一方患病时，另一方可能患病，也可能不患病，C项正确。
8．21三体综合征患儿的发病率与母亲年龄的关系如图所示，预防该遗传病的主要措施是( )
①适龄生育 ②基因诊断 ③染色体分析 ④B超检查
A．①③ B．①② C．③④ D．②③
答案 A
解析 由图可知，母亲的年龄超过35岁时，生下的小孩患21三体综合征的可能性大大增加，因此预防该遗传病的主要措施首先要考虑适龄生育，排除C、D项。因21三体综合征患者的第21号染色体为3条，故该病也可以通过染色体分析来进行预防。
9．某生物调查小组对本市人口进行了甲、乙两种单基因遗传病的调查，统计数据如下表：
性别
只患甲病
只患乙病
兼患甲病和乙病
不患病
男(个)
290
150
10
4 549
女(个)
288
13
2
4 698
下列有关说法中，正确的是( )
A．甲病致病基因是显性基因，乙病致病基因是隐性基因
B．控制甲病和乙病的基因的遗传不符合自由组合定律
C．为求乙病的发病率，要先知道乙病的显隐性
D．控制甲病的基因很可能位于常染色体上，控制乙病的基因很可能位于X染色体上
答案 D
解析 根据调查数据判断不出这两种遗传病是显性遗传病还是隐性遗传病，故A项错误；若这两对等位基因分别位于常染色体与X染色体上，则这两对等位基因的遗传符合自由组合定律，故B项错误；某种遗传病的发病率＝(某种遗传病的患病人数/某种遗传病的被调查人数)×100%，不需知道其显隐性，故C项错误；由于甲病的男女患者数量之比接近1∶1，因此甲病的致病基因很可能位于常染色体上，乙病中男患者明显多于女患者，因此乙病的致病基因很可能位于X染色体上，故D项正确。
10．2005年，人们发现在东非肯尼亚的帕秦罗岛上有一个“中国村”。相传约在600年前，由郑和船队的队员与当地妇女结婚后繁衍而成。如果通过比较DNA的碱基序列，确认该村的村民与我国汉族人是否有传说中的亲缘关系，最好从该村村民与我国汉族人的下列哪种结构中提取DNA( )
A．常染色体 B．X染色体
C．Y染色体 D．线粒体
答案 C
解析 “中国村”是郑和的船员与肯尼亚妇女繁衍的后代，则Y染色体必为郑和船员传递给后代的，检测Y染色体的碱基序列可知与我国汉人是否有血缘关系。
11．已知抗维生素D佝偻病是由X染色体上的显性基因(A)控制的；血友病是由X染色体上的隐性基因(b)控制的。现有两对刚刚结婚的青年夫妇，甲夫妇的男方是抗维生素D佝偻病患者，女方正常；乙夫妇双方都正常，但女方的弟弟是血友病患者(其父母正常)。请根据题意回答下列问题：
(1)就这两对夫妇及其家庭成员各自的遗传病情，写出相关的基因型：
甲夫妇：男________；女________。(只针对抗维生素D佝偻病)
乙夫妇：男________；女________________。(只针对血友病)
(2)医生建议这两对夫妇在生育之前，应进行遗传咨询。假如你是医生，那么：
①你认为这两对夫妇的后代患相关遗传病的风险率是：
甲夫妇：后代患抗维生素D佝偻病的风险率为________%。
乙夫妇：后代患血友病的风险率为________%。
②优生学上认为，有些情况下可通过选择后代的性别来降低遗传病的发病概率。请你就生男生女为这两对夫妇提出合理化建议，并简述理由。
建议：甲夫妇最好生一个________孩。乙夫妇最好生一个________孩。理由： ________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)XAY XaXa XBY XBXB或XBXb
(2)①50 12.5 ②男 女 根据遗传基本规律可判定，甲夫妇的后代中，女孩一定患病，男孩不会患病；乙夫妇的后代中，女孩不会患病，男孩可能患病(患病概率为25%)
解析 抗维生素D佝偻病是X染色体上的显性遗传病，血友病是X染色体上的隐性遗传病，甲夫妇的男方是抗维生素D佝偻病患者，基因型为XAY，女方正常，基因型为XaXa，其子女中女孩全部患病，男孩全部正常；乙夫妇双方都正常，但女方的弟弟是血友病患者(其父母正常)，则该夫妇的男方基因型为XBY，女方基因型为1/2XBXB或1/2XBXb，其子女中女孩全部正常，男孩患病的概率为25%。
12．请根据下面的示意图，回答下列问题：
(1)请写出图中A、B、C所代表的结构或内容的名称：
A________，B________，C________。
(2)该图解是________示意图，进行该操作的主要目的是___________________。
(3)若胎儿患有多基因遗传病，________(填“能”或“不能”)在光学显微镜下观察到致病基因；该类遗传病的特点是：在群体中发病率较________，常表现出______________，易受________的影响。
(4)如果某人患有一种伴X染色体显性遗传病，对其妻子检查时发现C细胞的染色体组成为XX，是否需要终止妊娠？________。理由是__________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)子宫 羊水 胎儿细胞 (2)羊水检查 确定胎儿是否患有某种遗传病或先天性疾病 (3)不能 高 家族聚集现象 环境 (4)需要 父亲的X染色体一定传递给女儿，女儿一定患有该遗传病
解析 (1)(2)产前诊断的主要检测手段有羊水检查、B超检查、孕妇血细胞检查及基因诊断等，目的是确定胎儿是否患有某种遗传病或先天性疾病，图示为羊水检查，A为子宫，B为羊水，C为胎儿细胞。(3)多基因遗传病属于分子水平的疾病，在光学显微镜下不可见。多基因遗传病在群体中发病率较高，常表现出家族聚集现象，易受环境的影响。(4)伴X染色体显性遗传病，父方的显性致病基因肯定传给女儿，女儿一定患病，因此要终止妊娠。
13．如图所示是一对近亲结婚的青年夫妇的遗传分析图，其中白化病由基因a控制，色盲由基因b控制(图中与本题无关的染色体略)，请回答下列有关问题：
(1)图中E细胞的核DNA数目是________个，含有________个染色体组。
(2)从理论上分析，图中H(白化色盲患者)为男性的概率是________。
(3)该对夫妇所生子女中，患病概率为________。
(4)若该对夫妇生下了一患21三体综合征的孩子(第21号染色体多了一条)G，请你运用减数分裂有关知识简要说明孩子G患21三体综合征的可能原因。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)请你从优生优育的观点出发，解释近亲不能结婚的原因。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)23 1 (2)100% (3) (4)在减数第一次分裂后期，21号同源染色体未分开(或在减数第二次分裂后期，21号染色体的两条子染色体未分开)，进入同一个生殖细胞中，该细胞经受精成为受精卵，发育成G患21三体综合征 (5)近亲结婚导致隐性致病基因纯合的概率大大增加，即患隐性遗传病的概率增加
解析 (1)人类正常体细胞中DNA数为46个，染色体组为2个，生殖细胞中减半为23个DNA,1个染色体组。(2)由这对青年夫妇的基因型，结合白化色盲患者的遗传图可知，F中含有a、b基因，与D同时产生的次级精母细胞中含有a、Y，所以白化色盲患者一定为男孩。(3)该对夫妇所生子女中，患病概率为(×＝，×＝，×＝)。(4)孩子G患21三体综合征的可能原因是在减数第一次分裂后期，21号同源染色体未分开，进入同一个生殖细胞中或在减数第二次分裂后期，21号染色体的两条子染色体未分开，该细胞经受精成为受精卵，发育成G患21三体综合征。(5)近亲结婚导致隐性致病基因纯合的概率大大增加，即患隐性遗传病的概率增加，所以近亲不能结婚。
[真题体验]
14．(2015·全国Ⅱ，6)下列关于人类猫叫综合征的叙述，正确的是( )
A．该病是由于特定的染色体片段缺失造成的
B．该病是由于特定染色体的数目增加造成的
C．该病是由于染色体组数目成倍增加造成的
D．该病是由于染色体中增加某一片段引起的
答案 A
解析 人类猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的。
15．(2012·广东，25)人类红绿色盲的基因位于X染色体上，秃顶的基因位于常染色体上。结合下表信息可预测，下图中Ⅱ3和Ⅱ4所生子女是(多选)( )
BB
Bb
bb
男
非秃顶
秃顶
秃顶
女
非秃顶
非秃顶
秃顶
A．非秃顶色盲儿子的概率为1/4
B．非秃顶色盲女儿的概率为1/8
C．秃顶色盲儿子的概率为1/8
D．秃顶色盲女儿的概率为0
答案 CD
解析 根据题意，控制秃顶与非秃顶的一对基因为B、b，设控制色觉正常与色盲的一对基因为A、a，则Ⅱ3的基因型为BbXAXa，Ⅱ4的基因型为BBXaY，子代基因型及表现型为BBXAXa(非秃顶色觉正常女儿)、BBXaXa(非秃顶色盲女儿)、BbXAXa(非秃顶色觉正常女儿)、BbXaXa(非秃顶色盲女儿)、BBXAY(非秃顶色觉正常儿子)、BBXaY(非秃顶色盲儿子)，BbXAY(秃顶色觉正常儿子)、BbXaY(秃顶色盲儿子)，故这对夫妇所生子女中，非秃顶色盲儿子的概率为1/8，非秃顶色盲女儿的概率为1/4，秃顶色盲儿子的概率为1/8，秃顶色盲女儿的概率为0。
第六章 从杂交育种到基因工程
知识系统构建
规律方法整合
整合一 几种育种方法的比较
育种方法
处理方法
原理
特点
实例
杂交育种
通过杂交使亲本优良性状组合在一起
基因重组
①使不同个体的优良性状集中到一个个体中；②育种年限长
大麦矮秆抗病新品种的培育
诱变育种
物理(射线照射、激光处理)或化学(秋水仙素、硫酸二乙酯)方法处理动、植物和微生物
基因突变
①加快育种进程，大幅度改良某些性状；②有利变异个体不多，需大量处理供试材料
青霉素高产菌株的培育
单倍体育种
花药离体培养后用秋水仙素处理
染色体变异
①明显缩短育种年限，可获得纯合优良品种；②技术复杂，多限于植物
大麦矮秆抗病新品种的培育
多倍体育种
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
染色体变异
①植株茎秆粗壮，果实、种子比较大，营养物质含量高；②发育延迟、结实率低
无子西瓜、含糖量高的甜菜
基因工程育种
将一种生物的特定基因转移到另一种生物细胞内
基因重组
①定向地改造生物的遗传性状；②可能会引起生态危机，技术难度大
抗虫棉
例1 育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等，下面对这五种育种方法的叙述，正确的是( )
A．涉及的原理有：基因突变、基因重组、染色体变异
B．都不可能产生定向的可遗传变异
C．都在细胞水平上进行操作
D．都不能通过产生新基因从而产生新性状
答案 A
解析 杂交育种和基因工程育种的原理为基因重组，单倍体、多倍体育种的原理为染色体变异，诱变育种的原理为基因突变。
整合二 育种方法的选择
1．据不同育种目标选择不同育种方案
育种目标
育种方案
集中双亲优良性状
单倍体育种(明显缩短育种年限)
杂交育种(耗时较长，但简便易行)
对原品系实施“定向”改造
基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种
让原品系产生新性状
诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)
使原品系营养器官
“增大”或“加强”
多倍体育种
2.育种技术中的“四最”和“一明显”
(1)最简便的育种技术——杂交育种(但耗时较长)。
(2)最具预见性的育种技术——转基因技术 (但技术含量高)。
(3)最盲目的育种——诱变育种(但可获得新基因，性状可较快稳定)。
(4)最能提高产量的育种——多倍体育种(尤其是营养器官增大)。
(5)可明显缩短育种年限的育种——单倍体育种。
例2 要将基因型为AaBB的生物，培育出以下基因型的生物：①AaBb，②AAaaBBBB，③aB，则对应的育种方法依次是( )
A．诱变育种、多倍体育种、花药离体培养
B．杂交育种、花药离体培养、多倍体育种
C．花药离体培养、诱变育种、多倍体育种
D．多倍体育种、花药离体培养、诱变育种
答案 A
解析 要用基因型为AaBB的生物培育出AaBb的植物，可利用物理或化学方法处理材料，通过诱变育种获得；要获得AAaaBBBB的生物，可通过多倍体育种；要获得aB的生物，可利用花药离体培养获得。
热点考题集训
1．下列几种育种方法，能改变原有基因的分子结构的是( )
A．杂交育种 B．诱变育种
C．单倍体育种 D．多倍体育种
答案 B
解析 基因的分子结构的改变是指基因中脱氧核苷酸的种类或排列顺序发生改变——基因突变。杂交育种、单倍体育种和多倍体育种都是在原有基因结构的基础上，经过重新组合、加倍等过程产生新的性状组合，基因结构不发生变化。
2．用紫外线照射红色细菌的培养液，接种在平板培养基上，几天后出现了一个白色菌落，把这个白色菌落转移培养，长出的菌落全是白色的，这是( )
A．染色体变异 B．自然突变
C．人工诱变 D．基因重组
答案 C
解析 紫外线是诱导基因突变的物理因素，红色细菌经过紫外线照射后，出现了一个白色的菌落，且将这一白色菌落转移培养后，得到的子代全为白色，说明白色性状是能够稳定遗传的，由此可推知，白色性状是人工紫外线照射，红色细菌体内发生基因突变的结果。
3．下列有关育种的叙述，正确的是( )
A．诱变育种可以定向地改变生物的性状
B．通过杂交育种获得新品种均需要从F3开始选取
C．多倍体育种中，低温处理与秋水仙素处理的作用机理相似
D．通过花药离体培养获得的新个体即为纯合子
答案 C
解析 由于基因突变具有不定向性，所以诱变育种不能定向改变生物的性状；通过杂交育种获得新品种可以从F2就开始选取；在多倍体育种中，低温处理与秋水仙素处理的作用机理相似，都能抑制纺锤体的形成，从而导致着丝点分裂后染色体不能移向细胞两极，引起细胞内染色体数目加倍；在单倍体育种的过程中，通过花药离体培养获得的新个体只是单倍体，需通过人工诱导染色体加倍，才可能得到纯种个体。
4．下列有关育种的说法，正确的是( )
A．通过杂交育种可获得农作物新品种
B．诱变育种只适用于对微生物菌株的选育
C．无子番茄通常是用多倍体育种方法获得的
D．通过基因工程育种无法获得抗逆性强的新品种
答案 A
解析 诱变育种对真核、原核生物都适用；无子番茄通常是用生长素处理而获得的。
5．改良缺乏某种抗病性的棉花品种，不宜采用的方法是( )
A．诱变育种 B．单倍体育种
C．基因工程育种 D．杂交育种
答案 B
解析 诱变育种、基因工程育种和杂交育种均可获得抗病基因，而单倍体育种不能。
6．在体育竞技比赛中，都要对运动员进行包括基因兴奋剂在内的各类兴奋剂的严格检测。基因兴奋剂是注入运动员体内新的基因，以提高运动员的成绩，从变异角度分析，此方式属于( )
A．基因突变 B．基因重组
C．细胞癌变 D．染色体变异
答案 B
解析 基因兴奋剂是给运动员注入新基因，以改变基因的方式提高运动员的成绩，属于导入外源基因，是一种基因重组，而非其他变异。
7．在基因工程技术中，限制性核酸内切酶主要用于( )
A．目的基因的提取和导入
B．目的基因的导入和检测
C．目的基因与运载体的结合和导入
D．目的基因的提取和运载体切割
答案 D
8．下列关于不同育种方法优点的叙述，不正确的是( )
A．多倍体较二倍体茎秆粗大，果实、种子大
B．杂交育种能产生新基因
C．人工诱变育种能提高突变率
D．利用单倍体育种能明显缩短育种年限
答案 B
解析 多倍体较二倍体含有的基因要多，产生的基因产物也多，因此多倍体植株茎秆粗大，果实、种子大；杂交育种的原理是基因重组，不能产生新基因；诱变育种的实质是基因突变，人工诱变能够提高突变率；单倍体育种的最大优点是能够明显缩短育种年限。
9．假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种，为培育出优良品种AAbb，可采用的方法如图所示。请据图回答问题：
(1)由品种AABB、aabb经过①②③过程培育出新品种的育种方式称为____________，其原理是____________。用此育种方式一般从____________才能开始选育AAbb个体，是因为________________________________________________________________________。
(2)若经过过程②产生的子代总数为1 552株，则其中基因型为AAbb的植株在理论上有________株。基因型为Aabb的植株经过过程③，子代中AAbb与aabb的数量比是________。
(3)过程④常采用____________技术得到Ab个体。与过程①②③的育种方法相比，过程④⑤的优势是________________________。
(4)过程⑥的育种方式是____________。
答案 (1)杂交育种 基因重组 F2 从F2开始出现AAbb个体(或从F2开始出现性状分离) (2)97 1∶1
(3)花药离体培养 能明显缩短育种年限 (4)诱变育种
解析 根据孟德尔自由组合定律，F2中基因型为AAbb的植株占，所以共97株。Aabb自交后代AAbb和aabb的比例为1∶1。④⑤过程是单倍体育种，包括了花药离体培养和秋水仙素诱导染色体加倍两个步骤，可以明显缩短育种年限。⑥属于诱变育种。
10．在蒙古绵羊中卷毛(B)对直毛(b)为显性，短羊绒(E)对长羊绒(e)为显性，这些基因是独立分配的。现有纯合卷毛短羊绒绵羊和直毛长羊绒绵羊种羊数只。试完成下列问题：
(1)试设计培育出能稳定遗传的卷毛长羊绒绵羊的育种方案(简要程序)。
第一步：________________________________________________________________________；
第二步：________________________________________________________________________；
第三步：________________________________________________________________________。
(2)F2中卷毛长羊绒绵羊的基因型有________和______两种，其纯合子占卷毛长羊绒绵羊总数的________，杂合子占F2总数的________。
(3)该方案的理论依据是基因的________定律。
答案 (1)第一步：卷毛短羊绒绵羊×直毛长羊绒绵羊
第二步：子一代之间随机交配得子二代，在子二代选出卷毛长羊绒绵羊
第三步：让F2中卷毛长羊绒绵羊与直毛长羊绒绵羊测交，就能选出纯种卷毛长羊绒绵羊
(2)Bbee BBee (3)自由组合
解析 此题是关于动物杂交育种的题目，目的是得到基因型为BBee的绵羊。由BBEE×bbee得到F1，基因型为BbEe，子一代自由交配得F2，在F2中选出卷毛长羊绒绵羊，让F2中卷毛长羊绒绵羊与直毛长羊绒绵羊测交，就能选出纯种卷毛长羊绒绵羊。根据基因的自由组合定律可知F2中卷毛长羊绒绵羊的基因型有两种为Bbee、BBee，则卷毛长羊绒绵羊占F2的×＝，纯合子卷毛长羊绒绵羊占F2的，所以纯合子占卷毛长羊绒绵羊的，杂合子卷毛长羊绒绵羊占总数的＝。
第1节 杂交育种与诱变育种
[学习导航] 1.结合具体实例，简述杂交育种的概念和基本原理，并举例说明杂交育种方法的优点和不足。2.举例说出诱变育种在生产中的应用。3.讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。
[重难点击] 杂交育种和诱变育种的原理和过程。
你见过像图示的那样大的南瓜吗？它可不是普通的南瓜，它是由我国首次载人航天飞船“神舟”五号带入太空培育的新品种。这种南瓜比一般的杂交种品质好，一般重量在300～400斤，是名副其实的“巨人”南瓜。这种育种方法的原理和过程是怎样的呢？今天我们就来学习有关育种的知识。
一、杂交育种
1．概念：将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
2．原理：基因重组。
3．常用流程：选择具有不同优良性状的亲本F1F2……→稳定遗传的良种。
4．优缺点：可以把多个品种的优良性状集中在一起，但是育种周期长，育种筛选过程复杂；不能产生新基因和新性状。
有两种纯种的小麦，一个为高秆(D)抗锈病(T)，另一个为矮秆(d)易感锈病(t)，这两对性状独立遗传，现要培育矮秆抗锈病新品种，方法如下：
高秆抗锈病×矮秆易感锈病F1F2稳定遗传的矮秆抗锈病新品种。
请据此分析：
1．过程a、b、c的处理方法分别叫什么？
答案 杂交、自交、连续自交和观察筛选。
2．从哪一代开始出现矮秆抗锈病的新品种？其中有多少比例的纯合子？
答案 F2中开始出现矮秆抗锈病个体，其中纯合子占。
3．上述杂交育种过程至少需要几年的时间(假设每年只繁殖一代)?
分析 第一年：种植亲代，杂交，收获F1种子；
第二年：种植F1，自交，收获F2种子；
第三年：种植F2，获得表现型符合要求的小麦(矮抗)，同时矮抗自交，收获F3种子，分单株保存；
第四年：分别种植符合要求的F3，观察是否发生性状分离，不发生性状分离的为合乎要求的新品种。
答案 4年。
4．若上述过程改为单倍体育种的过程，则后代中ddTT占所有后代的比例是多少？单倍体育种获得新品种至少需要几年(假设每年只繁殖一代)?
分析 第一年：种植亲代，杂交，收获F1种子；
第二年：种植杂交种子，长成植株开花后，取其花粉粒(精子的基因型有四种，为DT、Dt、dT、dt)进行植物组织培养，得到单倍体植株(基因型也是四种，为DT、Dt、dT、dt)。在单倍体植株的幼苗期，用秋水仙素进行染色体加倍，得到纯合的二倍体植株(基因型分别为DDTT、DDtt、ddTT、ddtt)。选取表现型合乎要求的植株所结种子即可。
答案 ；2年。
5．培育细菌新品种时，能否用杂交育种的方法？
答案 不能，杂交育种只适用于进行有性生殖的生物，如植物和动物。细菌是原核生物，不能进行有性生殖。
6．是不是所有的杂交育种过程都必须从F2开始筛选？是不是也都需要连续自交提高纯合度？举例说明。
答案 不一定。如果培育杂合子品种，选亲本杂交得到的F1即可。如果选育的优良性状是隐性性状，一旦出现就是纯合的，不需要再连续自交了。
知识整合 杂交育种通过杂交将两个或多个品种的优良性状集中在一起，再经过自交，F2中就出现所需要的品种，如果优良性状都是隐性性状，从F2中直接选出即可，如果优良性状为显性性状，需要连续自交和筛选(有些生物也可以从F2开始进行无性繁殖，如马铃薯(，需要较长时间；单倍体育种可以明显缩短育种年限；杂交育种适合有性生殖的过程，原核生物一般不适用。
1．用杂合子(DdEe)种子获得纯合子(ddee)最简捷的方法是( )
A．种植→F1→选双隐性植株→纯合子
B．种植→秋水仙素处理→纯合子
C．种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合子
D．种植→秋水仙素处理→花药离体培养→纯合子
答案 A
解析 杂合子(DdEe)种子中含有d、e基因，自交后一旦出现隐性性状便能稳定遗传，方法简捷。
2．为获得纯合高蔓抗病番茄植株(二倍体)，采用了下图所示的方法：
图中两对相对性状独立遗传，高蔓、感病是显性性状。据图分析错误的是( )
A．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高
B．过程②可以取F1中任一植株的适宜花药作培养材料
C．经③处理获得的是由染色体加倍而成的多倍体植株
D．经③处理后获得的植株中符合生产要求的约占1/4
答案 C
解析 在杂交育种中，通过反复自交可提高纯合子的比例；由于F1中植株的基因型是相同的，故过程②可以取F1中任一植株的适宜花药作培养材料；由于该番茄植株是二倍体，故其单倍体经秋水仙素处理后染色体加倍而培养成的是纯合的二倍体植株。育种要求是获得高蔓抗病番茄植株，F1产生4种类型的花药，故经③处理后获得的植株中符合生产要求的约占1/4。二、诱变育种
1．概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法称为诱变育种。
2．原理：基因突变。
自然突变的频率低，而且是不定向的，较难获得生产所需要的品种。物理因素或化学因素能提高突变率，短时间内获得更多的优良变异类型。
3．常用方法：运用物理的或者化学的手段处理萌发的种子或幼苗，诱发基因突变，从中选出需要的突变个体，然后进行培育推广。
4．优缺点
(1)优点：①提高变异频率，加速育种进程；②大幅度改良某些性状。
(2)缺点：①有利变异少，需大量处理实验材料；②诱变的方向和性质不能控制，具有盲目性。
5．应用
当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返航时，一些特殊的乘客也回到了地球。它们是一些生物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。在太空遨游了115小时32分钟，返回地球后，搭载单位的科研人员将继续对它们进行有关试验。请回答下列问题：
1．搭载航天器的植物种子需要做怎样的处理？说明原因。
答案 浸泡种子使其萌发。因为萌发的种子细胞分裂旺盛，易受到太空诱变因素的影响发生基因突变。
2．作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现全新的变异特征，这种变异的来源主要是什么？
答案 基因突变。
3．这些新产生的变异对人类是否一定有益？
答案 不一定。因为基因突变是不定向的。
4．遨游太空回到地面后的种子，种植一代发现没有所需要的性状出现，可以随意丢弃吗？说明原因。
答案 不可以。因为可能发生隐性突变。
知识整合 诱变育种通常处理萌发的种子或幼苗，因为这些细胞分裂旺盛，容易诱变基因突变，但因为基因突变是不定向的，不一定能获得优良性状；如果是隐性突变，还需要进一步杂交筛选。
3．如下图所示，科研小组用60Co照射棉花种子，诱变当代获得棕色(纤维颜色)新性状，诱变1代获得低酚(棉酚含量)新性状。已知棉花的纤维颜色由一对基因(A、a)控制，棉酚含量由另一对基因(B、b)控制，两对基因独立遗传。请回答下列问题：
(1)两种新性状中，棕色是________性状，低酚是________性状。
(2)诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是________，白色、高酚的棉花植株的基因型是________。
(3)棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变1代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独的区域，从__________的区域中得到纯合棕色、高酚植株。请你利用该纯合子作为一个亲本，再从诱变1代中选择另一亲本，设计一个方案，尽快选育出抗虫高产(棕色、低酚)的纯合棉花新品种(用遗传图解和必要的文字表示)。
答案 (1)显性 隐性 (2)AaBB aaBb
(3)不发生性状分离(或全为棕色棉，或没有出现白色棉)
遗传图解如下：
解析 基因突变一般只是等位基因的一个基因发生突变，分为显性突变和隐性突变二种情况，即：①诱变当代获得棕色新性状→棕色为显性性状且诱变当代基因型为AaBB。②诱变1代获得低酚新性状→低酚为隐性性状且诱变当代基因型为aaBb。要培育纯合棕色低酚植株(其基因型为AAbb)，需用基因型为AABB的植株与诱变1代的白色低酚(aabb)植株进行杂交，若要尽快选育则应用单倍体育种方法，因为它可明显缩短育种年限。
4．结合上题继续分析：
(1)用60Co的γ射线照射植物种子的目的是__________________________________。
(2)用60Co的γ射线照射原本开红花的植物种子，诱导产生了开白花、蓝花的植株等，说明基因突变具有______性。50株突变植株中，47株逐渐死亡，说明基因突变具有________的特性。
(3)育种时用60Co的γ射线照射正在萌发的种子，而不用60Co的γ射线照射休眠的种子的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
萌发种子的所有突变________(填“能”或“不能”)全部遗传给子代。
(4)假如诱变产生的蓝花植株自交，其后代中又出现了红花植株，这说明蓝花突变是________突变。
答案 (1)提高突变率 (2)不定向 多害少利
(3)萌发的种子中细胞分裂旺盛，DNA复制旺盛，易发生基因突变 不能 (4)显性
1．杂交育种是植物育种的常规方法，其选育新品种的一般方法是( )
A．根据杂种优势原理，从子一代中即可选出
B．从子三代中选出，因为子三代中才出现纯合子
C．既可从子二代中选出，也可从子三代中选出
D．只能从子四代中选出能稳定遗传的新品种
答案 C
解析 杂交育种从子二代开始出现性状分离。
2．用高秆抗病小麦和矮秆易染病小麦培育矮秆抗病小麦品种时，检测基因型的常用方法是( )
A．连续自交 B．连续测交
C．秋水仙素诱导 D．显微镜观察
答案 A
解析 检测基因型的常用方法是连续自交。
3．有一种塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解为无毒物质，可以降解，不至于对环境造成严重的白色污染。培育专门降解这种塑料的“细菌能手”的方法是( )
A．杂交育种 B．诱变育种
C．单倍体育种 D．多倍体育种
答案 B
解析 细菌属于原核生物，原核生物不能进行有性生殖，因而不能实施杂交育种；原核生物无染色体不发生染色体变异，因而不能进行单倍体和多倍体育种。
4．杂交育种和诱变育种所依据的遗传学原理依次是( )
A．基因突变、基因重组
B．基因重组、基因突变
C．染色体变异、基因突变
D．染色体变异、基因重组
答案 B
解析 杂交育种遵循的遗传学原理是基因重组，诱变育种遵循的遗传学原理是基因突变。
5．小香猪“天资聪颖”，略通人性，成为人们的新宠。其背部皮毛颜色由位于不同常染色体上的两对基因(A、a和B、b)控制，共有四种表现型，黑色(A__B__)、褐色(aaB__)、棕色(A__bb)和白色(aabb)。现有多对黑色杂合的小香猪，要选育出纯合的棕色小香猪，请简要写出步骤(假设亲本足够多，产生的后代也足够多)。
(1)________________________________________________________________________；
(2)________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)杂交：选择亲本中多对雌雄个体进行杂交
(2)测交：选择F1中的棕色小香猪与异性白色小香猪测交，不出现性状分离的即为纯合子
解析 育种的方法为杂交→自交→筛选，对于动物育种来说，叙述中要注意：①动物一般为雌雄异体，叙述时不要写成“自交”，应说明雌雄个体进行杂交；②动物繁殖一代后一般不会死亡，所以选育纯种时不要采用连续自交，一般用测交法即可测定其基因型，确定是否为所需品种。
课时作业
[学考达标]
1．把同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上，并能使性状稳定遗传，常用的方法是( )
A．诱变育种 B．杂交育种
C．花药离体培养 D．自交
答案 B
解析 将同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上的方法是杂交得到F1，这样F1体内就集中了控制不同优良性状的基因，F1自交，产生F2，在子二代中选择出优良性状个体，经过多代选育，选择出稳定遗传个体即可，该方法属于杂交育种。
2．太空育种是指利用太空综合因素如强辐射、微重力等，诱导由宇宙飞船携带的种子发生变异，然后进行选育的一种育种方法。下列说法正确的是( )
A．太空育种产生的突变总是有益的
B．太空育种培育的植物是地球上原本不存在的
C．太空育种产生的性状是定向的
D．太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的
答案 D
解析 基因突变具有不定向性，多数有害，少数有利，可以产生新基因，但不能改变生物的种类。太空育种的实质是诱变育种，和其他诱变方法一样，依据的原理是基因突变。
3．下列不属于诱变育种实例的是( )
A．一定剂量的γ射线引起变异得到新品种
B．用一定剂量X射线处理青霉菌菌株获得高产菌株
C．玉米单株自交后代中出现一定比例的白化苗
D．激光照射植物或动物引起突变得到新品种
答案 C
解析 A、B、D三项均是物理因素诱变育种的实例。玉米单株自交后代出现一定比例的白化苗可能是由于杂合子自交产生了性状分离。
4．下列关于诱变育种的优点和缺点分析不正确的是( )
A．提高变异频率，使后代变异性状较快稳定，因而加快育种进程
B．结实率低、发育迟缓、茎秆粗壮、果实种子大、营养物质含量高
C．大幅度改良某些性状
D．有利个体不多，需要大量的实验材料
答案 B
解析 选项B为多倍体的特点，故为多倍体育种的特点分析。
5．下列关于育种的叙述中，正确的是( )
A．人工诱变处理可提高作物的突变率
B．诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
C．诱变获得的突变体多数表现出优良性状
D．与诱变育种相比，杂交育种可以大幅度地改良某些性状
答案 A
解析
6．将①、②两个植株杂交，得到③，将③再做进一步处理，如下图所示。下列分析错误的是( )
A．由③到⑦过程发生了等位基因的分离、非等位基因的自由组合
B．获得④和⑧植株的原理不同
C．若③的基因型为AaBbdd，则⑩植株中能稳定遗传的个体占总数的
D．图中各种筛选过程利用的原理相同
答案 D
解析 ③到⑦过程要进行减数分裂产生花粉，所以该过程发生等位基因的分离和非等位基因的自由组合；③到④是诱变育种，原理是基因突变，而③到⑧是多倍体育种，原理是染色体变异；若③的基因型为AaBbdd，则其自交后代只有纯合子才能稳定遗传，纯合子的概率是××1＝。
[高考提能]
7．杂交玉米的种植面积越来越广，农民需要购买玉米杂交种。不能自留种子来年再种的原因是( )
A．自留种子发芽率低
B．杂交种都具有杂种优势
C．自留种子容易患病虫害
D．杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离
答案 D
解析 杂交种具有杂种优势，但杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离而不再具有杂种优势。
8．“嫦娥1号”胜利奔月，“神六”、“神七”胜利返回，这些航天技术的发展，为我国的生物育种创造了更多更好的机会，下列有关航天育种的说法，不正确的是( )
A．航天育种可缩短育种周期
B．种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素的诱导下发生基因突变
C．航天育种技术作为航天技术与农业育种技术相结合的一项创新性研究成果，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一
D．“太空种子”都能培育出高产、优质的新品种
答案 D
解析 基因突变能够提高突变率，但是仍然具有多害少利性。
9．现有三个番茄品种，A品种的基因型为aaBBDD，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。若通过杂交育种要获得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，至少需要的时间为( )
A．2年 B．3年 C．4年 D．5年
答案 C
解析 aaBBDD×AAbbDD→AaBbDD一年；
AaBbDD×AABBdd→AaBbDd一年；
AaBbDd自交→aabbdd一年；
种植aabbdd种子，得aabbdd植株一年，
所以需要4年的时间。
10．如图所示为农业上关于两对相对性状的两种不同育种方法的过程示意图。下列对图中育种方式的判断和比较，错误的是( )
A．图中表示的育种方法有杂交育种和单倍体育种
B．两种育种方法的进程不同
C．两种育种方法的原理不同
D．两种育种方法对新品种的选择与鉴定方法不同
答案 D
解析 图中左侧表示的是杂交育种，右侧表示的是单倍体育种；杂交育种的原理是基因重组，单倍体育种的原理是染色体变异；单倍体育种能加快育种进程；两种育种方法最后对符合要求的新品种筛选方法是一样的。
11．已知西瓜早熟(A)对晚熟(a)为显性，皮厚(B)对皮薄(b)为显性，沙瓤(C)对紧瓤(c)为显性，控制上述三对性状的基因独立遗传。现有三个纯合的西瓜品种甲(AABBcc)、乙(aabbCC)、丙(AAbbcc)，进行下图所示的育种过程。
请分析并回答问题：
(1)为获得早熟、皮薄、沙瓤的纯种西瓜，最好选用品种________和________进行杂交。
(2)图中________植株(填数字序号)能代表无子西瓜，该植物体细胞中含有________个染色体组。
(3)获得⑦幼苗常采用的技术手段是______________；与⑧植株相比，⑩植株的特点是__________________________________，所以明显缩短育种年限。
(4)按图中所示的育种方案，④植株最不容易获得AAbbCC品种，原因是____________________________________。
(5)图中的⑥植株属于新物种，其单倍体__________(可育、不可育)。
答案 (1)乙 丙 (2)⑨ 三 (3)花药离体培养 均为纯合子 (4)基因突变是不定向的，而且产生有利变异的频率较低 (5)可育
解析 (1)根据性状的显隐性，要获得早熟、皮薄、沙瓤的纯种西瓜，其基因型为AAbbCC，可选用品种乙(aabbCC)和丙(AAbbcc)进行杂交，得到子代后再进行自交，在F3中选育出纯种西瓜。(2)由图示可知，由自然生长的二倍体⑤植株与四倍体⑥植株杂交，得到的⑨植株含有三个染色体组。(3)图中⑦植株是由花粉离体培养得到的单倍体，经过秋水仙素诱导染色体加倍后，得到的⑩植株全部为纯合子。(4)图中④植株是通过诱变育种而获得的，诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有不定向性，且多害少利，因此该方法获得AAbbCC品种的难度最大。(5)图中的⑥植株是由二倍体③植株经过秋水仙素处理后得到的四倍体，产生的花粉发育成的植株的体细胞中含有2个染色体组，是可育的。
12．1943年，青霉素产量只有20单位/mL，产量很低，不能满足要求。后来科学家用X射线、紫外线等照射青霉菌，结果大部分青霉菌死亡，少量生存下来。在存活下来的青霉菌中，青霉素的产量存在很大差异，其中有的青霉菌产生的青霉素的量提高了几百倍(最高达到20 000单位/mL)，从而选育出了高产青霉菌株。
根据以上材料回答下列问题：
(1)用射线照射青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生______________________________。
(2)从分子水平看，发生上述变化的根本原因是____________的结构发生了变化。
(3)存活下来的青霉菌产生的青霉素的量存在着很大的差异，这说明__________________。
(4)上述育种方式叫____________育种，所获得的高产青霉菌株的青霉素产量提高了几百甚至几千倍，这说明这种育种方式的优点是______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)基因突变 (2)DNA分子 (3)突变是不定向的 (4)诱变 能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状
解析 用射线照射青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生基因突变，由于基因突变具有不定向性，产生的后代有产量高的、有产量低的，但大部分青霉菌还是保持原有的产量水平；对少量的高产菌株做进一步选育，即可得到所需品种。
13．普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：
A组 B组 C组
P 高秆抗病×矮秆易感病 P 高秆抗病×矮秆易感病 P 高秆抗病
↓ ↓ ↓γ射线
F1 高秆抗病 F1 高秆抗病 矮秆抗病Ⅲ
↓？ 花药离↓体培养
F2 矮秆抗病Ⅰ 矮秆抗病Ⅱ
请分析回答下列问题：
(1)A组由F1获得F2的方法是________，F2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占________。
(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是________。
(3)A、B、C三组方法中，最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是________组，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)通过矮秆抗病Ⅱ获得矮秆抗病新品种的方法是_____________________________________
________________________________________________________________________。
获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占______________。
(5)在一块高秆(纯合子)小麦田中，发现了一株矮秆小麦。请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因(简要写出所用方法、结果和结论)。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)自交 (2)矮秆抗病Ⅱ (3)C 基因突变频率低且不定向 (4)秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍 100% (5)将矮秆小麦与高秆小麦杂交，如果子一代为高秆，子二代高秆∶矮秆＝3∶1(或出现性状分离)，则矮秆性状是基因突变造成的；否则，矮秆性状是环境引起的。或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状由环境引起；否则，矮秆性状是基因突变的结果
解析 (1)A组为杂交育种，由F1获得F2的方法为自交，F2中矮秆抗病植株(ttR_)中不能稳定遗传的占。(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是矮秆抗病Ⅱ，因其为单倍体植株，往往表现为高度不育。(3)由于基因突变是不定向的，故诱变育种最具盲目性。(4)矮秆抗病Ⅱ需经人工诱导染色体加倍，方可获得新品种，且一经加倍，一定为纯合子。(5)确认该矮秆小麦是否为遗传物质变化所引起的，可设计与高秆小麦的杂交实验，或改变种植环境予以确认。
[真题体验]
14．(2015·天津，4)低温诱导可使二倍体草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体，从而产生染色体数目加倍的卵细胞，此卵细胞与精子结合发育成三倍体草鱼胚胎。上述过程中产生下列四种细胞，下图所示为四种细胞的染色体行为(以二倍体草鱼体细胞含两对同源染色体为例)，其中可出现的是( )
答案 B
解析 根据题中信息可知，低温可使二倍体草鱼的卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体，即减数第一次分裂无法正常进行，同源染色体不能分离，仍存在于同一个细胞中， A错误；当细胞继续分裂时，减数第二次分裂的后期，所有染色体的着丝点分裂，并在纺锤丝的牵引下移向细胞两极，并且细胞质不均等分裂，B正确；通过该过程形成的卵细胞中应该含有2对同源染色体，C错误；根据题干信息，该三倍体的草鱼应含有三个染色体组，6条染色体，而D图中含有两个染色体组，6条染色体，D错误。
15．(2015·江苏，15)经 X 射线照射的紫花香豌豆品种，其后代中出现了几株开白花植株，下列叙述错误的是( )
A．白花植株的出现是对环境主动适应的结果，有利于香豌豆的生存
B．X 射线不仅可引起基因突变，也会引起染色体变异
C．通过杂交实验，可以确定是显性突变还是隐性突变
D．观察白花植株自交后代的性状，可确定是否是可遗传变异
答案 A
解析 白花植株的出现是基因突变的结果，是不定向的，环境起选择作用，不是对环境主动适应的结果，A错误；X射线可能引起基因突变，也可能引起染色体变异，B正确；通过杂交实验可知该突变是显性突变还是隐性突变，若子代表现为突变性状，则为显性突变，若子代表现为正常性状，则为隐性突变，C正确；若白花植株自交后代出现突变性状，则为可遗传变异，若后代无突变性状，则为不可遗传变异，D正确。
第2节 基因工程及其应用
[学习导航] 1.结合教材图文，概述基因工程的基本原理和基本步骤。2.结合具体实例，了解基因工程的应用及其安全性。
[重难点击] 基因工程的基本原理和基本步骤。
科幻电影《蜘蛛侠》中的男主角意外被转基因的蜘蛛咬伤，蜘蛛的基因整合到了他的基因上，并且在他体内表达，从而使他成了具有特殊本领的超级英雄。
现实中，我们已经运用类似的技术来改造生物的性状，获得人们所需要的品种，这就是基因工程。
一、基因工程的原理
1．基因工程的概念
(1)基因工程，又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
(2)基因工程是把一种生物的某种基因转移到另一种生物体的细胞内，基因的结构基本没有变化，只是位置发生了变化，所以应该属于基因重组。
2．基因工程的基本工具
(1)限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶的作用特点是识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
(2)DNA连接酶
连接黏性末端或平末端脱氧核糖和磷酸之间的缺口。
(3)运载体
①作用：将外源基因送入受体细胞。
②种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。上面通常含有的抗性基因可以作为标记基因用于目的基因导入受体细胞的检测依据。
3．基因工程的操作步骤
提取目的基因——目的基因：人们所需要的特定基因
↓
目的基因与运载体结合
↓
将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法
↓
目的基因的检测与鉴定
下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图回答。
1．能否利用人的皮肤细胞进行过程①？过程②特别需要的酶是哪一种？
答案 不能，皮肤细胞中胰岛素基因不表达；过程②是逆转录，需要逆转录酶。
2．如何将A和B连接成C？操作后的产物只有C吗？
答案 用同一种限制酶切割A和B，再加入DNA连接酶，才能形成C。操作后的产物除了C，还可能有A与A结合、B与B结合的产物。
3．如果要检测D中是否含有C，通常如何检测？
答案 利用C上的标记基因进行检测。
4．人的胰岛素基因能够在大肠杆菌细胞中表达的基础是什么？
答案 所有生物共用一套遗传密码。
5．该方法和诱变育种相比，有什么优点？
答案 可以定向地改造生物的遗传性状。
知识整合 胰岛素基因只在胰岛细胞中转录出mRNA；目的基因和运载体结合时，通常用同一种限制酶切割，再加入DNA连接酶；操作后的产物也有目的基因和运载体自我环化的产物。基因工程可以定向地改造生物的遗传性状。
1．某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是( )
A．获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①
B．连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
C．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞
D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状
答案 B
解析 限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即①处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键；目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。
2．如图所示为一项重要生物技术的关键步骤，X是获得外源基因并能够表达的细胞。下列有关说法不正确的是( )
A．X是能合成胰岛素的细菌细胞
B．质粒具有标记基因和多个限制酶切点
C．外源基因与运载体的重组只需要DNA连接酶
D．该细菌的性状被定向改造
答案 C
解析 根据图示，重组质粒导入的是细菌细胞，所以X是能合成胰岛素的细菌细胞，A正确；质粒作为运载体需要有多个限制酶切点以便转运多种目的基因，同时具有标记基因以便检测目的基因是否导入受体细胞内，B正确；基因与运载体的重组需要限制酶和DNA连接酶，C错误；基因工程的特点是能够定向改造生物的性状，D正确。
二、基因工程的应用及其安全性
1．基因工程的应用
(1)基因工程与作物育种
①目的：获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种。
②实例：抗棉铃虫的转基因抗虫棉。
③意义：抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量，大大降低了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。
(2)基因工程与药物研制
①实例：用基因工程方法生产胰岛素。
②过程：胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内获得成功的表达。
(3)基因工程与环境保护
实例：利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油、处理工业废水等。
2．转基因生物和转基因食品的安全性
1．你所知道的我国转基因成果都有哪些？
答案 我国科学家培育的转基因猪、牛、鸡、鲤鱼等，还有大批具有抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等全新性状的农作物。
2．转基因抗虫玉米在环境保护上的重要作用是什么？此种转基因玉米独立种植若干代后是否会出现不抗虫的植株，为什么？
答案 减少了农药使用对环境造成的污染。转基因生物独立种植若干代后，也会出现不抗虫的植株，因为玉米螟(玉米植株上的一种害虫)可能会发生基因突变，基因突变是不定向的，突变后的玉米螟可能对苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白不敏感。
3．转基因成果令人叹为观止，下列不是转基因成果的一项是( )
A．抗虫棉花
B．能清除石油污染的假单胞杆菌
C．我国奶牛的主要品种——中国荷斯坦奶牛
D．抗除草剂玉米
答案 C
解析 转基因生物是指运用基因工程操作程序，即通过提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定等获得的含有外源基因的生物。转基因生物包括转基因植物、转基因动物和转基因微生物。抗虫棉花、能清除石油污染的假单胞杆菌、抗除草剂玉米都属于转基因成果。我国奶牛的主要品种中国荷斯坦奶牛，是杂交育种技术的结果。
4．下列关于基因工程及转基因食品的安全性的叙述，正确的是( )
A．基因工程经常以抗生素抗性基因作为目的基因
B．通过转基因技术可获得抗虫粮食作物，从而增加粮食产量，减少农药使用
C．通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种限制性核酸内切酶处理运载体DNA
D．若转入甘蔗中的外源基因来源于自然界，则生产出来的甘蔗不存在安全性问题
答案 B
解析 基因工程常以抗生素抗性基因作为标记基因；在基因工程的实验操作中一定要注意用同一种限制性核酸内切酶来处理含目的基因的DNA和运载体DNA，使它们产生相同的黏性末端；若转基因甘蔗中的外源基因来源于自然界，则仍可能存在食品安全、环境安全等安全性问题。
1．科学家们经过多年的努力创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是( )
A．定向提取生物体的DNA分子
B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C．在生物体外对DNA分子进行改造
D．定向地改造生物的遗传性状
答案 D
解析 基因工程就是通过对生物体的基因进行修饰改造，使之按照人们的意愿表现出人们所需要的性状，产生人类所需要的基因产物，可见基因工程的目的是定向改造生物的遗传性状。
2．如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步骤需用到的工具是( )
A．DNA连接酶和解旋酶
B．DNA聚合酶和限制性核酸内切酶
C．限制性核酸内切酶和DNA连接酶
D．DNA聚合酶和RNA聚合酶
答案 C
解析 如图所示为目的基因与运载体结合过程，需要基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶和基因的“针线”——DNA连接酶。此过程不涉及DNA复制，不需要DNA聚合酶和解旋酶。
3．一旦禽流感病毒与人类病毒重组，从理论上讲，就有可能在人与人之间传播该疾病。届时，这种病毒就会成为人类病毒。这里所说的重组与下列哪项本质相同( )
A．基因工程 B．太空育种
C．单倍体育种 D．多倍体育种
答案 A
解析 不同类型的病毒重组实质是病毒间的基因转移和拼接，与基因工程本质是相同的，都是基因重组，只是基因工程是人为操作的，病毒之间的基因重组是自发的。
4．下列关于转基因生物与环境安全的叙述，错误的是( )
A．重组的微生物在降解污染物的过程中可产生二次污染
B．种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响
C．如果转基因花粉中含有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到人体内
D．转基因生物有可能对生态系统的稳定性和人类的生活环境造成破坏
答案 B
解析 种植抗虫棉虽然可以减少农药的使用量，但由于抗虫害的转基因作物的长期大量种植，会使目标害虫发生群体改变，产生抗性，更难杀灭。
5．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可用于生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下：
(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传的变异的来源中属于____________。
(2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是____________。
(3)要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用____________进行切割。
(4)切割完成后，利用____________将运载体与LTP1基因连接。
答案 (1)基因重组 (2)质粒 (3)同一种限制酶
(4)DNA连接酶
解析 (1)基因工程能克服远缘杂交不亲和的障碍，使原本不在一起的基因组合到一起，使生物具有特定性状，其原理为基因重组。(2)运载体是取自大肠杆菌的质粒(见图)。(3)(4)基因工程中的“剪刀”为限制酶，两个序列相同、能互补配对的黏性末端可用DNA连接酶“缝合”。
课时作业
[学考达标]
1．下图表示限制酶切割某DNA分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列及切点是( )
A．CTTAAG，切点在C和T之间
B．CTTAAG，切点在T和A之间
C．GAATTC，切点在G和A之间
D．GAATTC，切点在C和T之间
答案 C
解析 一种限制酶只能识别某种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。该限制酶能专一性识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段序列切开。
2．下列关于限制酶和DNA连接酶的理解，正确的是( )
A．其化学本质都是蛋白质
B．DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键
C．它们不能被反复使用
D．在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶
答案 A
解析 限制酶与DNA连接酶的化学本质都是蛋白质；DNA连接酶连接的是两个DNA片段间相邻两个碱基间的磷酸二酯键；酶在化学反应前后其数量、性质、功能均不发生改变，因此可以反复利用；DNA聚合酶是在细胞内DNA分子复制时发挥作用的，不能替代DNA连接酶。
3．质粒是基因工程最常用的运载体，下列有关质粒的说法正确的是( )
A．质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有
B．细菌的基因只存在于质粒上
C．质粒为小型环状DNA分子，存在于拟核或细胞核(区)外的细胞质中
D．质粒是基因工程中的重要工具酶之一
答案 C
解析 质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够自我复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的，故A错误；细菌的基因除少部分在质粒上外，大部分在拟核中的DNA分子上，故B错误；质粒是基因工程中的主要运载体，故D错误。
4．科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质粒DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内获得成功表达。图示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒DNA结合的位置，它们彼此能结合的依据是( )
A．基因自由组合定律
B．半保留复制原则
C．基因分离定律
D．碱基互补配对原则
答案 D
解析 用限制酶切割人的DNA分子，获得胰岛素基因，用同一种限制酶切割质粒，产生相同的黏性末端，它们通过碱基互补配对形成重组DNA分子。
5．基因工程的正确操作步骤是( )
①目的基因与运载体相结合 ②将目的基因导入受体细胞 ③目的基因的检测与鉴定 ④提取目的基因
A．③④②① B．②④①③
C．④①②③ D．③④①②
答案 C
解析 基因工程技术操作的四个步骤是：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；目的基因的检测与鉴定。
6．美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野生玉米后发现，这种玉米含有包括苏云金芽孢杆菌(一种产生抗虫毒蛋白的细菌)基因在内的转基因作物的基因，由此可见：
①转基因作物的基因可传播到野生植物中 ②转基因作物可对天然植物的基因多样性构成威胁 ③为防止基因污染，应当禁止转基因作物的研究 ④自然杂交过程实质是一个长期的转基因过程，两者没有任何区别
其中正确的说法是( )
A．①②③④ B．③
C．①② D．①
答案 C
解析 根据题意可知：转基因植物的基因传播到野生植物中，这样会对植物的基因多样性构成威胁。自然杂交是通过受粉的方式实现转基因过程，与转基因技术中通过重组运载体实现转基因过程有一定区别。
[高考提能]
7．水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp(天冬氨酸)、Gly(甘氨酸)、Ser(丝氨酸)构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是 ( )
A．促使目的基因导入受体细胞
B．使目的基因容易被检测出来
C．促使目的基因在受体细胞内复制
D．使目的基因容易成功表达
答案 B
解析 该发光蛋白的作用是使目的基因容易被检测出来，从而确认目的基因是否已经成功导入受体细胞中。
8．下列关于基因工程的叙述，错误的是( )
A．目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．运载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
答案 D
解析 基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定的物质激活以后，才能有生物活性；运载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达，所以D错误。
9．基因工程技术在农业、医药等领域中得到广泛的应用，下列关于基因工程成果的叙述中，错误的是( )
A．在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
B．在医药卫生方面，主要用于生产药品和诊断治疗疾病
C．在畜牧养殖业方面培育了体型巨大，品质优良的动物
D．在环境保护方面主要用于环境监测和对环境的净化
答案 C
解析 基因工程技术在畜牧业上的主要目的是能生产人们所需要的各种品质优良的动物，如具有抗病能力、高产仔率、高产奶率等，而不是要求体型巨大。
10．某农业研究所将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因(Bt)导入棉花细胞，筛选出Bt基因成功整合到染色体上的抗虫植株，假定Bt基因都能正常表达。某些抗虫植株体细胞含两个Bt基因，这两个基因在染色体上的整合情况有下图所示的三种类型，黑点表示Bt基因的整合位点。让这些含两个Bt基因抗虫的植株自交，正常情况下后代不可能出现含四个抗虫基因的个体是( )
A．甲 B．乙 C．丙 D．甲、乙、丙
答案 A
解析 甲的两个Bt基因位于一对同源染色体上，减数分裂时，同源染色体分离，每一个生殖细胞中只有一个Bt基因，所以后代不可能出现含四个抗虫基因的个体。乙、丙均可能产生含两个Bt基因的生殖细胞，所以有可能出现含四个抗虫基因的个体。
11．棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学工作者发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而这种毒蛋白对人畜无害。通过基因工程方法，我国已将毒蛋白基因转入棉花植株并成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡，所以该棉花新品种在1998年推广后，已取得了很好的经济效益。请根据上述材料回答下列问题：
(1)毒蛋白对人畜无害，但能使棉铃虫致死，从蛋白质特性来看，是因为蛋白质具有______________。
(2)利用苏云金芽孢杆菌防治棉铃虫属于生物防治，它突出的优点是____________________。
(3)转基因棉花的抗虫变异来源属于可遗传变异类型中的________________。
(4)从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是__________________，其特点是__________________________________________________。
(5)进行基因工程操作一般要经过的四个步骤是______________、________________、________________、______________。
(6)“毒蛋白基因转入棉花植株内并成功表达”的含义是____________________。
答案 (1)特异性 (2)不用农药或减少农药用量，减少环境的污染 (3)基因重组 (4)限制酶 一种限制酶只能识别某种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子 (5)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 目的基因的检测与鉴定 (6)棉花植株产生了苏云金芽孢杆菌的毒蛋白
解析 每种蛋白质分子往往都有特定的结构和功能，具有特异性。区别于化学防治，生物防治的优点是可以减少农药的用量，减少对环境的污染。转基因技术的原理是基因重组。所谓基因的表达就是目的基因在受体细胞内通过转录和翻译合成蛋白质的过程。
12．干扰素是一种糖蛋白，过去从人的血液中的白细胞中提取，产量很低。我国的科研人员侯云院士等一批人，成功运用基因工程技术提高了其产量，如图为其原理过程图。请据图回答下面的问题：
(1)图中①过程叫做______________。
(2)图中③物质的化学本质是______________，它之所以能作为运载体，必须具备的特点是________________________________________(写出任两点)。
(3)切割②和③过程所需的酶一般是相同的，其原因是________________________________。
(4)该过程中，供体细胞是______________，受体细胞是______(填字母)，重组DNA分子是______(填序号)。
(5)大肠杆菌等微生物是基因工程最常用的实验材料，这是因为______________________。
(6)人的干扰素基因能在大肠杆菌内表达，其根本原因是________________________________
_______________________________________________。
答案 (1)提取目的基因 (2)双链环状DNA分子(或DNA分子) 具有一个至多个限制酶切割位点，在细胞中能够自主复制，有特殊的标记基因等 (3)为了产生相同的黏性末端 (4)人的体细胞 b ④ (5)大肠杆菌结构简单、繁殖快，其内的遗传物质少(任写两点即可) (6)它们共用一套密码子
解析 图中①②为目的基因的提取过程，采用的方法为酶切法；图中③为从大肠杆菌中提取的质粒；④表示重组DNA分子；切割②和③过程所需的酶叫限制酶，所用的酶相同，产生的黏性末端也相同，便于构建重组DNA分子。在该过程中，供体细胞是人的体细胞，受体细胞是大肠杆菌b，选择大肠杆菌作为受体细胞是因为其繁殖快、结构简单，其内的遗传物质少。人的基因能在大肠杆菌中表达是由于它们共用一套密码子。
13．通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因
“剪刀”能识别的序列和切点是—GATCC—，请据图回答下列问题：
(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是______________，人体蛋白质基因“插入”后连接在羊染色体中需要的酶是______________。
(2)人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体DNA中，原因是___________________。人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是________________________。
(3)此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指______________________________。
(4)你认为此类羊产的奶安全可靠吗？理由是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)限制性核酸内切酶 DNA连接酶
(2)具有相同的物质基础和结构基础(有互补的碱基序列) 细菌质粒或病毒
(3)人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质
(4)安全，因为目的基因导入受体细胞后没有改变，控制合成的人体蛋白质成分没有改变(或不安全，因为目的基因导入受体细胞后，可能由于羊细胞中某些成分的影响，合成的蛋白质成分会发生一定的改变)
解析 (1)剪切获取目的基因的酶是限制性核酸内切酶，将不同的DNA片段连接起来的酶是DNA连接酶。(2)不同生物的DNA化学组成和空间结构相同，即都具有相同的物质基础和结构基础。目的基因导入受体细胞需要先与运载体结合，最常用的运载体是质粒，也可以用病毒。(3)基因的表达是指基因通过转录和翻译过程合成相应的蛋白质。(4)为开放性问题，理由与观点相对应即可。
[真题体验]
14．(2013·江苏，25)现有小麦种质资源包括：①高产、感病；②低产、抗病；③高产、晚熟等品种。为满足不同地区及不同环境条件下的栽培需求，育种专家要培育3类品种：a.高产、抗病；b.高产、早熟；c.高产、抗旱。下述育种方法可行的是(多选)( )
A．利用①、③品种间杂交筛选获得a
B．对品种③进行染色体加倍处理筛选获得b
C．a、b和c的培育均可采用诱变育种方法
D．用转基因技术将外源抗旱基因导入③中获得c
答案 CD
解析 利用①、②品种间杂交后筛选可获得a，A错误；染色体加倍并不改变原有的基因，只有通过诱变育种，可由③选育出b，B错误；诱变育种和转基因技术均可获得原品种不具有的新性状，C、D正确。
15．(2015·重庆，6)下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是( )
A．表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA逆转录获得
B．表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点
C．借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来
D．启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用
答案 C
解析 人肝细胞不能合成胰岛素，则人肝细胞中不含有胰岛素的mRNA，不能通过逆转录获得人胰岛素基因，A错误；表达载体的复制启动于复制起点，胰岛素基因的表达启动于启动子，B错误；抗生素抗性基因是标记基因，可用于筛选含胰岛素基因的受体细胞，C正确；启动子在转录过程中起作用，终止密码子在翻译过程中起作用，D错误。
第四章 基因的表达
知识系统构建
规律方法整合
整合一 遗传信息、密码子和反密码子的比较
项目
遗传信息
密码子
反密码子
位置
基因中脱氧核苷酸(或碱基)的排列顺序
mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基
tRNA上与mRNA上的密码子互补的tRNA一端的3个碱基
作用
决定蛋白质中氨基酸的排列顺序
翻译时决定肽链中氨基酸的排列顺序
识别密码子
图解
联系
①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序，通过转录，使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上；
②mRNA的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子则起到翻译的作用
例1 下列为某一段多肽链和控制它合成的DNA双链的一段。
“—甲硫氨酸—脯氨酸—苏氨酸—甘氨酸—缬氨酸—”
密码子表：
甲硫氨酸：AUG；
脯氨酸：CCA、CCC、CCU、CCG；
苏氨酸：ACU、ACC、ACA、ACG；
甘氨酸：GGU、GGA、GGG、GGC；
缬氨酸：GUU、GUC、GUA、GUG。
根据上述材料，下列描述中错误的是( )
A．这条多肽链中有 4个“—CO—NH—”的结构
B．决定这段多肽链的遗传密码子依次是AUG、CCC、ACC、GGG、GUA
C．这段DNA中的①链起了转录模板的作用
D．若①链中CCC碱基变为CCT，则该多肽链的结构一定发生改变
答案 D
解析 5个氨基酸脱水缩合时应产生4个肽键，由甲硫氨酸的密码子组成，可推知①链为转录时的模板链，故密码子应依次为AUG、CCC、ACC、GGG、GUA；若①链中CCC碱基变为CCT，由于密码子具有简并性，其决定的氨基酸并没有改变，该多肽链的结构也未改变。
整合二 复制、转录和翻译的比较
项目
复制
转录
翻译
时间
细胞分裂的间期
个体生长发育的整个过程
场所
主要在细胞核
主要在细胞核
细胞质的核糖体
模板
DNA的两条单链
DNA的一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
条件
都需要特定的酶和ATP
产物
2个双链DNA
一条单链RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
多肽链(或蛋白质)
产物
去向
传递到2个子细胞
离开细胞核进入细胞质
组成细胞的结构蛋白质和功能蛋白质
特点
边解旋边复制；半保留复制
边解旋边转录；转录后DNA仍恢复原来的双链结构
翻译结束后，mRNA分解成单个核苷酸
碱基配对
A—T，T—A，
G—C，C—G
A—U，T—A，
G—C，C—G
A—U，U—A，
C—G，G—C
遗传信息传递方向
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
意义
使遗传信息从亲代传给子代
表达遗传信息，使生物表现出各种性状
例2 如图所示，下列有关的叙述中，不正确的是( )
A．甲是DNA，乙为RNA，此过程要以甲为模板，酶为RNA聚合酶
B．甲是DNA，乙为DNA，此过程要以甲为模板，酶为DNA聚合酶
C．甲是RNA，乙为DNA，此过程为转录，原料为脱氧核苷酸
D．甲是RNA，乙为蛋白质，此过程为翻译，原料为氨基酸
答案 C
解析 考查遗传信息的传递过程，C项中甲RNA是模板，产物是DNA，所以模拟的应该是逆转录的过程，而不是转录。
整合三 转录与翻译中的碱基与氨基酸的关系
1．转录成mRNA的DNA分子中的碱基数至少是该mRNA碱基数的2倍。
2．由n个碱基组成的基因控制合成的蛋白质中所含氨基酸数最多为n/6。
例3 已知一个蛋白质由两条多肽链组成，连接氨基酸的肽键共有198个，翻译该蛋白质的mRNA中有A和G共250个，则转录该mRNA的基因中C和T不少于( )
A．200个 B．400个
C．600个 D．800个
答案 C
解析 已知该蛋白质由200个氨基酸组成，则mRNA中至少有600个碱基，转录该mRNA的基因至少有1 200个碱基，而双链DNA中C和T占碱基总数的一半，故转录该mRNA的基因中C和T不少于600个。
整合四 真核生物和原核生物基因表达过程的区别
1．原核生物没有核膜，基因表达是边转录边翻译(图1)。
2．真核生物细胞核内转录，产生的mRNA穿过核孔到细胞质中和核糖体结合，进行翻译的过程(图2)。
例4 图示为两种细胞中主要遗传信息的表达过程。据图分析，下列叙述不正确的是( )
A．两种表达过程均主要由线粒体提供能量，由细胞质提供原料
B．甲没有核膜包被的细胞核，所以转录、翻译同时发生在同一空间内
C．乙细胞的基因转录形成的mRNA需要通过核孔才能进入细胞质
D．若合成某条肽链时脱去了100个水分子，则该肽链中至少含有102个氧原子
答案 A
解析 从图中可以看出，甲细胞是原核细胞，乙细胞是真核细胞，则甲细胞不含线粒体；原核细胞的转录和翻译都发生在细胞质中；乙细胞翻译的场所为细胞质中的核糖体，细胞核基因转录出来的mRNA必须通过核孔才能从细胞核出来；若合成某肽链时脱去100个水分子，则该肽链含有100个肽键，每个肽键中含有1个氧原子，再加上一端的羧基含有的2个氧原子，该肽链至少含有102个氧原子。
整合五 基因与性状的关系
基因对性状的控制，实际上就是基因通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状。
下图是对中心法则的内容的扩展图，DNA通过复制将遗传信息由亲代遗传给了子代，它发生在细胞有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期；而DNA的转录和翻译又体现了遗传信息的表达功能，发生在生物个体发育的过程中。基因对性状的控制就发生在生物个体的发育过程中。
1．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．基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
3．基因和性状的关系
(1)基因与性状之间并不是简单的一一对应关系。有些性状是由单个基因决定的，有些性状是由多个基因共同决定的(如人的身高)，有的基因可决定或影响多种性状。
(2)生物体的性状不仅由基因决定，还受环境的影响，是基因和环境共同作用的结果。
基因中的脱氧核苷酸的排列顺序代表着遗传信息，是生物体性状的决定者；蛋白质是生物体性状的体现者，基因通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状。
例5 着色性干皮症是一种常染色体隐性遗传病，起因于DNA损伤。深入研究发现患者体内缺乏DNA修复酶，DNA损伤后不能修补从而引起突变。这说明一些基因( )
A．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
B．通过控制蛋白质的结构，从而直接控制生物体的性状
C．通过控制酶的合成，从而直接控制生物体的性状
D．可以直接控制生物体的性状，发生突变后生物体的性状随之改变
答案 A
解析 基因控制生物体的性状有两种方式：一是控制蛋白质(非酶)的结构从而直接控制性状，二是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。患者体内由于基因突变而缺乏DNA修复酶，从而使性状改变。
热点考题集训
1．关于转录和翻译的叙述，错误的是( )
A．转录时以核糖核苷酸为原料
B．转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列
C．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质
D．不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性
答案 C
解析 转录是以DNA的一条链为模板、以核糖核苷酸为原料合成RNA的过程；转录需要RNA聚合酶的催化，RNA聚合酶能首先结合到基因的启动子上，从而开始转录过程；以mRNA为模板翻译、合成蛋白质时移动的是核糖体；一个氨基酸可以有几种不同的密码子，这样有时由于差错导致的密码子改变却不会改变氨基酸，从而保持生物性状的稳定性。
2．对于下列图解，正确的说法有( )
①表示DNA复制过程 ②表示DNA转录过程 ③共有5种碱基 ④共有8种核苷酸 ⑤共有5种核苷酸 ⑥A均代表同一种核苷酸
A．①②③ B．④⑤⑥
C．②③④ D．①③⑤
答案 C
解析 由图可知，此过程是遗传信息的转录过程；由于模板链为DNA链，生成的是RNA链，整个过程涉及5种碱基——A、T、G、C、U；图中共有8种核苷酸：4种脱氧核苷酸、4种核糖核苷酸。
3．如图是有关真核细胞内遗传信息传递的过程，下列说法正确的是( )
A．图1所示过程主要发生于细胞核中，其原料为核糖核苷酸
B．图2所示过程主要发生于核糖体中，其原料为氨基酸
C．图1中①是DNA聚合酶，图2中②是rRNA
D．图2所示多肽合成到Gly就终止，导致合成结束的终止密码子是UAG
答案 D
解析 图1所示过程为DNA复制，其原料为脱氧核苷酸；图2所示过程为翻译，其唯一场所为核糖体；图1中①是解旋酶，图2中②是tRNA。
4．同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的( )
A．tRNA种类不同
B．mRNA碱基序列不同
C．核糖体成分不同
D．同一密码子所决定的氨基酸不同
答案 B
解析 细胞内合成蛋白质过程中，tRNA种类和核糖体成分是相同的，A、C项错误；直接决定氨基酸顺序的是mRNA碱基序列，mRNA碱基序列不同，合成的氨基酸顺序也不同，B项正确；同一密码子决定的氨基酸是相同的，D项错误。
5．一条多肽链中有氨基酸1 000个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA和用来转录该信使RNA的基因分别至少有碱基( )
A．3 000个和3 000个
B．1 000个和3 000个
C．1 000个和4 000个
D．3 000个和6 000个
答案 D
解析 本题是一道较常见的有关氨基酸和碱基之间关系的计算题，主要考查对知识的理解运用能力和知识的迁移能力。掌握了它们的关系：氨基酸个数∶mRNA上的碱基数目∶DNA上的碱基数目＝1∶3∶6，马上可以指出正确的答案。
6．在蛋白质合成过程中，少量的mRNA分子就可以指导迅速合成出大量的蛋白质。其主要原因是( )
A．一种氨基酸可能由多种密码子来决定
B．一种氨基酸可以由多种转运RNA携带到核糖体中
C．一个核糖体可同时与多条mRNA结合，同时进行多条肽链的合成
D．一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成
答案 D
解析 一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，这样少量的mRNA分子就可以迅速指导合成出大量的蛋白质。
7．如图为中心法则图解。下列有关的叙述中，错误的是( )
A．过程a只发生在有丝分裂的间期
B．过程b和c为基因的表达，具有选择性
C．过程a、b、c、d、e都能发生碱基互补配对
D．过程d、e只发生在某些病毒中
答案 A
解析 a为DNA复制，发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期，A错误；b、c分别为转录和翻译过程，基因的表达具有选择性，B正确；d、e为逆转录和RNA复制，只发生在遗传物质为RNA的病毒中，D正确；DNA复制、转录、翻译及逆转录和RNA的复制过程中，都需要模板，都存在碱基互补配对原则，C正确。
8．如图为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图。从图中不可得出( )
A．精氨酸的合成是由多对基因共同控制的
B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢
C．若基因②不表达，基因③和④可能表达
D．四对基因位于同一条染色体上
答案 D
解析 从图中可知，合成精氨酸需先合成鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酰琥珀酸，分别需要四对基因共同作用，且相关基因是先通过控制有关酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状来完成的；图中信息并没有反映出四对基因的表达之间的关系，因而若基因②不表达，基因③和④不一定受影响，可能表达；图中没有反映出四对基因位于同一条染色体上的信息。
9．根据蛋白质合成中遗传信息的传递过程，在下面表格中的空白处填入相应的字母并回答问题：
DNA双链
a链
C
A
b链
G
信使RNA c链
A
G
转运RNA d链
G
A
G
合成氨基酸
丙氨酸
半胱氨酸
(1)丙氨酸的密码子是________，决定合成该氨基酸的DNA上的碱基是________。
(2)第二个氨基酸(？)应是________。
[选填半胱氨酸(UGC)、丝氨酸(UCC)、苏氨酸(ACC)、精氨酸(AGG)]
(3)DNA双链中，________链为转录模板链，遗传密码存在于________链上。
答案
DNA双链
a链
C
G
T
A
C
G
b链
G
C
A
T
G
C
信使RNA c链
G
C
A
U
G
C
转运RNA d链
C
G
U
A
C
G
合成氨基酸
丙氨酸
半胱氨酸
(1)GCA CGT (2)半胱氨酸 (3)a c
解析 DNA模板链中的碱基排列顺序，如将T换为U就与转运RNA中的碱基顺序相同；DNA非模板链中的碱基排列顺序，如将T换为U就与信使RNA中的碱基顺序相同。
10．如图表示真核细胞中遗传信息的传递过程，请据图回答下列问题：
(1)科学家克里克提出的中心法则包括图中__________所示的遗传信息的传递过程。A过程发生在_________________________的间期，B过程需要的原料是______________________。
(2)D过程表示tRNA运输氨基酸参与翻译，已知甲硫氨酸和酪氨酸的密码子分别是AUG、UAC，某tRNA上的反密码子是AUG，则该tRNA所携带的氨基酸是____________。
(3)图中a、b为mRNA的两端，核糖体在mRNA上的移动方向是____________。图中的不同核糖体最终形成的肽链________(填“相同”或“不同”)。
答案 (1)A、B、C 有丝分裂和减数第一次分裂前 游离的4种核糖核苷酸 (2)酪氨酸 (3)由a到b 相同
解析 (1)克里克提出的中心法则包括DNA的复制、转录和翻译即图中A、B、C，DNA的复制发生在有丝分裂和减数第一次分裂前的间期；转录原料是游离的4种核糖核苷酸。(2)tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补，所以当tRNA上的反密码子是AUG时，它所对应的氨基酸密码子是UAC，即氨基酸为酪氨酸。(3)由图可知，核糖体在mRNA上的移动方向是由a到b，由于模板相同所以图中的不同核糖体最终形成的肽链是相同的。
第1节 基因指导蛋白质的合成
[学习导航] 1.阅读教材图文，辨析三种RNA的结构和功能。2.结合教材图4－4、4－6，概述转录、翻译的过程和特点。3.理解密码子的概念并熟练查阅密码子表，分析碱基和氨基酸之间的对应关系。
[重难点击] 转录、翻译的过程及特点。
美国科幻电影《侏罗纪公园》中，科学家们利用一只困在琥珀中的、曾吸食过恐龙血的蚊子体内的恐龙DNA制造出了大量的恐龙，并建立了一个恐龙的“侏罗纪公园”。
我们知道，生物体的性状是由蛋白质体现的，基因能够控制生物体的性状，所以，我们推测基因应该是通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状的。基因是怎样指导蛋白质的合成的呢？这一节我们一起来学习基因指导蛋白质的合成。
一、遗传信息的转录
1.DNA与RNA的比较
种类
DNA
RNA
基本单位
脱氧核糖
核苷酸(4种)
核糖核苷酸(4种)
五碳糖
脱氧核糖
核糖
特有碱基
T
U
共有碱基
A、G、C
空间结构
规则的双螺旋结构
多呈单链结构
真核生物中的分布
主要在细胞核中，少量在线粒体、叶绿体中
主要在细胞质基质、线粒体、叶绿体、核糖体中，少量在细胞核中
2.遗传信息的转录
(1)概念：是指在细胞核中，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。
(2)过程
第1步：DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。
第2步：游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。
第3步：在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
第4步：合成的mRNA从DNA链上释放，DNA双链恢复。
如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：
1．请思考图中DNA的转录方向为←(用“→”或“←”表示)。
2．a为启动上述过程必需的有机物，其名称是RNA聚合酶。
3．b和c的名称分别是什么？
答案 b是胞嘧啶脱氧核苷酸；c是胞嘧啶核糖核苷酸。
4．在根尖细胞中，上述过程发生的场所是哪里？
答案 细胞核、线粒体。
5．产物d一定是mRNA吗？
答案 不一定。产物有mRNA、tRNA、rRNA。
6．若d中A占35%，U占19%，则d对应的DNA分子片段中T和C分别占27%、23%。
分析 d是以DNA的一条链为模板转录来的，若d中A＝35%，U＝19%，A＋U＝54%，则对应的DNA分子片段中A＋T＝54%，G＋C＝46%，故A＝T＝27%，G＝C＝23%。
知识整合 转录的方向和RNA聚合酶移动的方向一致；DNA中碱基C和脱氧核糖、磷酸一起构成胞嘧啶脱氧核苷酸；RNA中则构成胞嘧啶核糖核苷酸；真核生物中转录的主要场所是细胞核，线粒体和叶绿体中也能进行；转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA。
1．下列关于RNA的叙述，错误的是( )
A．有些RNA可催化细胞内的某些生化反应
B．RNA是一种遗传物质
C．RNA参与构成核糖体
D．RNA参与构成细胞膜
答案 D
解析 有些酶是RNA，RNA是某些病毒的遗传物质，rRNA参与构成核糖体。
2．下列关于转录的叙述，不正确的是( )
A．多数发生在细胞核中 B．以核糖核苷酸为原料
C．DNA的两条链都可作模板 D．边解旋边转录
答案 C
解析 DNA的两条链中只有其中一条链可作为模板。
3．下图表示真核细胞某基因的转录过程。有关叙述错误的是( )
A．转录结束后①和②重新形成双螺旋结构
B．③不一定是mRNA
C．④是游离的脱氧核苷酸
D．该过程中存在T与A的碱基配对方式
答案 C
解析 转录结束后①和②重新形成双螺旋结构，故A正确。转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA等，故B正确。④是形成RNA的原料，是游离的核糖核苷酸，故C错误。该过程中DNA中的T可以与RNA中的A配对，故D正确。
二、遗传信息的翻译
1．翻译
条件
2．密码子和反密码子
(1)密码子：位于mRNA上，其实质是决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，有64种。
(2)反密码子：位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
3．翻译过程
起始：mRNA与核糖体结合
↓
运输：tRNA携带氨基酸置于特定位置
↓
延伸：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，由对应tRNA运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。(一个mRNA可以结合多个核糖体)
↓
终止：当核糖体到达mRNA上的终止密码子时，合成停止
↓
脱离：肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质
4．翻译能精确进行的原因
(1)mRNA为翻译提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。
5.翻译能高效进行的原因：1个mRNA可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
下图是翻译过程的示意图，请据图分析：
1．图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？
答案 Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。
2．Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？
答案 起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸。终止密码子：UAA，不编码氨基酸。
3．密码子GCU编码丙氨酸，如果由于某种原因使mRNA中该密码子的第三个碱基由U变为了C，那么编码的氨基酸还是丙氨酸，这一现象称做密码的简并性。这种特性对生物体的生存发展有什么意义？
答案 一定程度上可以防止由于碱基改变而导致生物性状的改变，维持生物性状的稳定性。
4．遗传密码具有通用性，即地球上几乎所有的生物都共用这一套遗传密码，这说明了什么？
答案 这说明所有生物可能有着共同的起源。
5．图乙中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？
答案 ①、⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。
6．最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？
答案 相同；因为它们的模板是同一条mRNA。
知识整合 起始密码子有AUG、GUG，分别编码甲硫氨酸和缬氨酸。终止密码子有UAA、UAG、UGA，它们不编码氨基酸；密码子具有简并性，一定程度上可以防止由于碱基改变而导致生物性状的改变，维持生物性状的稳定性；遗传密码具有通用性说明所有生物可能有着共同的起源。
4．下列对蛋白质的翻译过程的说法中，错误的是( )
A．以细胞质中游离的氨基酸为原料
B．以核糖体RNA作为遗传信息模板
C．以转运RNA为氨基酸运输工具
D．合成具有一定氨基酸序列的蛋白质
答案 B
解析 翻译是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，B错误；由于蛋白质的基本组成单位是氨基酸，故A、D正确；在翻译过程中，搬运工是tRNA，C正确。
5．如图表示真核细胞中某基因表达过程的一部分，下列分析正确的是( )
A．图示mRNA中起始密码子位于RNA链上的左侧
B．mRNA上决定甘氨酸的密码子都是GGU
C．图中碱基的配对方式有A－U、C－G、A－T
D．图示过程的正常进行需要ATP和RNA聚合酶
答案 A
解析 根据肽链的长度判断，核糖体移动的方向是从左向右，A正确；一种氨基酸可由一种或一种以上密码子决定，B错误；题图表示翻译过程，碱基的配对方式有A－U、C－G，C错误；RNA聚合酶在转录过程中起作用，D错误。
6．下图表示真核细胞中核基因遗传信息的传递和表达过程。下列相关叙述正确的是( )
A．①②过程中碱基配对情况相同
B．②③过程发生的场所相同
C．①②过程所需要的酶相同
D．③过程中核糖体的移动方向是由左向右
答案 D
解析 图中①过程是DNA的复制，②过程是转录，③过程是翻译。复制是DNA→DNA，转录是DNA→mRNA，不同的碱基配对方式是A—T、A—U；核基因的转录场所是细胞核，翻译的场所是细胞质；①过程需要解旋酶和DNA聚合酶，②过程需要RNA聚合酶；从图③可以看出，最右边的一个核糖体上的多肽链最长，其翻译的时间也应该长于左边的两个核糖体，故核糖体的移动方向是由左向右。
易混辨析 真核生物DNA复制、转录和翻译的辨析
DNA
功能
传递遗传
信息(复制)
表达遗传信息
转录
翻译
场所
主要在细胞核，部分在线粒体和叶绿体
主要在细胞核
核糖体
原料
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
20种氨基酸
模板
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
条件
解旋酶、DNA聚合酶、能量
RNA聚合酶、能量
酶、ATP、tRNA、能量
碱基
配对
A－T、T－A、
C－G、G－C
A－U、T－A、
C－G、G－C
A－U、U－A、
C－G、G－C
特点
边解旋边复制；半保留复制
边解旋边转录
一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时合成多条肽链
产物
两个双链DNA分子
一条单链mRNA
蛋白质
1．下列关于RNA的叙述，错误的是( )
A．有些生物中的RNA具有催化功能
B．tRNA上的碱基只有三个
C．mRNA与tRNA在核糖体上发生配对
D．RNA也可以作为某些生物的遗传物质
答案 B
解析 tRNA是运载氨基酸的工具，是RNA中的一种，与其他种类的RNA一样，是单链结构，属于生物大分子。tRNA并非只有三个碱基，tRNA在某些部分配对并扭曲成双螺旋状，它的平面形状如三叶草的叶形，其中有三个碱基与mRNA上的密码子配对，称为反密码子。
2．下图代表的是某种转运RNA，对此分析正确的是( )
A．此转运RNA含有五种元素、两种含氮碱基
B．该结构参与蛋白质合成中的翻译过程
C．合成此转运RNA的场所是核糖体
D．若与此转运RNA上的反密码子相对应的密码子中的碱基发生改变，一定会引起蛋白质结构的改变
答案 B
解析 此转运RNA含有C、H、O、N、P五种元素，A、C、G、U四种含氮碱基；转运RNA主要在细胞核中合成；由于密码子具有简并性，信使RNA中的碱基发生改变，翻译出的蛋白质结构不一定改变。
3．四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等抗生素能抑制细菌的生长，它们有的能干扰细菌核糖体的形成，有的能阻止tRNA和mRNA结合，这些抗生素阻断了下列过程中的 ( )
A．染色体活动 B．DNA复制过程
C．转录过程 D．翻译过程
答案 D
解析 抗生素干扰细菌核糖体的形成或者阻止tRNA和mRNA结合，均是阻止翻译过程。
4．真核细胞中DNA复制、转录和翻译的主要场所依次是( )
A．细胞核、细胞核、核糖体
B．细胞核、细胞质、核糖体
C．细胞核、细胞核、高尔基体
D．细胞核、细胞质、内质网
答案 A
解析 DNA的复制、转录都是以DNA为模板，DNA主要在细胞核中，故DNA复制、转录的主要场所是细胞核；翻译是在细胞质中的核糖体上完成的。
5．下图表示以DNA为模板转录形成RNA的过程。请据图分析回答下列问题：
(1)在玉米的叶肉细胞中，能够进行该生理过程的细胞结构有__________________________。
(2)转录过程中在[ ]________的催化作用下，以其中的________链作为模板链，以[ ]_________为原料，由________提供能量，按照__________原则，合成出[ ]________。
(3)通过转录，DNA分子中的遗传信息被准确地转移到____________中。
(4)在真核细胞的细胞核中，转录的产物通过________进入细胞质中，与________结合在一起直接指导蛋白质的合成过程。
答案 (1)细胞核、线粒体、叶绿体 (2)4 RNA聚合酶 甲 3 四种游离的核糖核苷酸 ATP 碱基互补配对 2 RNA (3)信使RNA (4)核孔 核糖体
解析 玉米叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中都有DNA，可进行DNA的转录；转录时以DNA的一条链为模板，需要ATP供能和RNA聚合酶的催化，以四种游离的核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则合成RNA，转录的结果是DNA上的遗传信息转移到mRNA上，mRNA从核孔出来进入细胞质中与核糖体结合，直接指导蛋白质的合成。
课时作业
[学考达标]
1．关于RNA的叙述，错误的是( )
A．少数RNA具有生物催化作用
B．真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的
C．mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子
D．细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸
答案 B
解析 真核细胞内mRNA和tRNA主要在细胞核中合成。
2．下列关于图中①、②两种分子的说法中，正确的是( )
A．①为DNA，在正常情况下复制后形成两个相同的DNA
B．②为tRNA，一种tRNA可携带不同的氨基酸
C．遗传信息位于①上，密码子位于②上
D．①和②共有的碱基是A、U、G
答案 A
解析 ①为DNA，在正常情况下复制后形成两个相同的DNA分子；②为tRNA，一种tRNA只能携带一种氨基酸；遗传信息位于①上，密码子位于mRNA上，②上具有反密码子；①和②共有的碱基是A、G、C，DNA中无U。
3．正常出现肽链终止，是因为( )
A．一个与终止密码子对应的转运RNA不能携带氨基酸
B．不具有与终止密码子对应的转运RNA
C．信使RNA在终止密码子处停止合成
D．转运RNA上出现终止密码子
答案 B
解析 终止密码子没有对应的转运RNA。
4．如图是雌性激素与相应受体结合情况的示意图。由图可知，雌性激素与相应的受体结合后形成“激素—受体”复合体，并作用于核内基因的某区域，从而直接影响遗传信息的什么过程( )
A．DNA复制 B．转录
C．翻译 D．转录和翻译
答案 B
解析 由图可知，“激素—受体”复合体从核孔进入细胞核，作用于DNA，从而转录出相应的mRNA并合成相应的多肽，可见该复合体影响转录过程。
5．一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基个数至少依次为( )
A．33 11 66 B．36 12 72
C．12 36 72 D．11 36 66
答案 B
解析 一条含有11个肽键的多肽，则含有12个氨基酸。mRNA中每3个相邻的碱基决定一个氨基酸；一个氨基酸需要一个tRNA来转运。因此，mRNA中至少含有36个碱基，至少需要12个tRNA，DNA中至少含有72个碱基。
6．下图中α、β是真核细胞某基因的两条链，γ是另外一条多核苷酸链，下列说法正确的是( )
A．图中的酶是DNA聚合酶
B．γ彻底水解后能生成6种小分子物质
C．该过程只发生在细胞核中
D．β链中碱基G占28%，则γ链中碱基A占22%
答案 B
解析 据图分析，该基因正在以其中一条链为模板转录生成RNA，故该酶为RNA聚合酶，故A错。RNA彻底水解后生成4种碱基、1种核糖、1种磷酸，故B正确。细胞质中的线粒体和叶绿体含有的DNA也能转录，故C错。β链中碱基G占28%，则α链C占28%，不知α链T比例，因不知γ链中A的比例，故D错。
[高考提能]
7．如图中的a、b、c、d分别代表人体内的四种大分子化合物，下列有关说法不正确的是( )
A．分子c的种类约61种，只含三个碱基，分子量比b小得多
B．b、c、d的合成离不开化合物a，这四种大分子化合物的主要合成场所相同
C．b、c、d三种化合物能同时存在于同一个细胞器中
D．a、b彻底水解后可得到四种不同的化合物，四种相同的化合物
答案 A
解析 a、b、c、d分别代表DNA、mRNA、tRNA、rRNA。c为tRNA，有3个与密码子结合的游离碱基，并不是只含3个碱基；密码子有64种，其中3个终止密码子不对应tRNA，故分子c的种类约61种。b、c、d的合成叫转录，a的合成是DNA的复制，它们主要在细胞核中进行。线粒体和叶绿体能翻译形成部分蛋白质，故其内含有这三种RNA。a、b彻底水解后可得到四种不同的化合物——核糖、脱氧核糖、T、U，四种相同的化合物是A、C、G、磷酸。
8．下列有关图中的生理过程(图中④代表核糖体，⑤代表多肽链)的叙述，不正确的是( )
A．图中所示的生理过程主要有转录和翻译
B．①链中(A＋T)/(G＋C)的比值与②链中此比值相同
C．一种细菌的③由480个核苷酸组成，它所编码的蛋白质一定含160个氨基酸
D．遗传信息由③传递到⑤需要tRNA作工具
答案 C
解析 以DNA一条链(②链)为模板合成的③链含碱基U，故③为mRNA，此过程为转录；③与④结合后以③为模板形成⑤肽链，此过程为翻译。DNA双链中A与T配对，G与C配对，故(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)，即①链中(A＋T)/(G＋C)的比值与②链中此比值相同；③由480个核苷酸即160个密码子组成，这些密码子中可能有不决定氨基酸的终止密码子，故编码的蛋白质含有的氨基酸可能小于160个。遗传信息由③传递到⑤的过程中，需tRNA作运载工具，才能实现遗传信息对蛋白质合成的控制。
9．已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为( )
A．20个 B．15个 C．16个 D．18个
答案 C
解析 先找到起始密码子，再找到终止密码子，中间的一共45个碱基，对应15个密码子，决定15个氨基酸，注意起始密码子也决定氨基酸，终止密码子不决定氨基酸，故为16个氨基酸。
10．下面表格是真核生物细胞核内三种RNA聚合酶的分布与主要功能，下列说法错误的是( )
名称
分布
主要功能
RNA聚合酶Ⅰ
核仁
合成rRNA
RNA聚合酶Ⅱ
核液
合成mRNA
RNA聚合酶Ⅲ
核液
合成tRNA
A.真核生物的转录场所主要是细胞核
B．三种酶的合成场所与其发挥作用的场所相同
C．三种酶作用形成的产物均可参与翻译过程
D．任一种RNA聚合酶活性变化都会影响其他两种酶的合成
答案 B
解析 RNA聚合酶属于蛋白质，在核糖体中合成，而蛋白质合成过程中均需要这3种酶作用形成的产物(rRNA、mRNA、tRNA)的参与。这3种聚合酶发挥作用的场所不同。
11．如图表示真核生物体内DNA传递遗传信息的某过程，请据图回答下列问题：
(1)图示两种物质的组成元素有_____________________________________________。
(2)该图所示的是遗传信息传递的________过程，该过程发生的主要场所是________。
(3)物质③是以DNA的哪一条链为模板形成的？________。试写出③的碱基序列________________________________________________________________________。
(4)组成物质③的基本单位是__________________，它有________种。
(5)如果③中A占26%，U占28%，那么，相应的DNA片段中，T占________，C占________。
答案 (1)C、H、O、N、P (2)转录 细胞核 (3)① CAUGCA (4)核糖核苷酸 4 (5)27% 23%
解析 在真核生物体内以DNA分子的一条链为模板控制合成mRNA的过程称为转录，主要在细胞核内进行。③是以①为模板转录来的，若③中A＝26%，U＝28%，A＋U＝54%，则相应的DNA分子片段中A＋T＝54%，G＋C＝46%，故A＝T＝27%，G＝C＝23%。
12．下面表示蜘蛛的丝腺细胞合成蛛丝蛋白的部分过程示意图，据图回答下列问题：
(1)在蛋白质合成过程中，该图表示的过程称为__________，图中④的结构名称是________，该过程的模板是________。
(2)由图中信息可推知DNA模板链上对应的碱基序列为______________________。
(3)根据图并参考下表分析：[①]________上携带的氨基酸是______________。
氨基酸
丙氨酸
苏氨酸
精氨酸
色氨酸
密码子
GCA
ACU
CGU
UGG
GCG
ACC
CGC
GCC
ACA
CGA
GCU
ACG
CGG
答案 (1)翻译 核糖体 ③(或mRNA)
(2)ACCCGATTTCGC (3)tRNA 丙氨酸
解析 (1)图中所示过程是发生于核糖体中的“翻译”，④的名称为核糖体，翻译的模板是[③]mRNA。(2)由mRNA上的碱基序列为UGGGCUAAAGCG，据碱基互补配对原则可写出DNA模板链上的碱基序列为ACCCGATTTCGC。(3)由mRNA中密码子为GCU并查得密码子表，可知[①]tRNA上携带的氨基酸为丙氨酸。
13．如图表示某动物细胞DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构。a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题：(可能用到的密码子：AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸、UCU—丝氨酸、UAC—酪氨酸)
(1)反映遗传信息表达的是________(填字母)过程，b过程所需的酶是______________。②加工成熟的场所是________。
(2)图中含有核糖的是________(填数字)；由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是____________________________________。
(3)该DNA片段应有________个游离的磷酸基，氢键有________个，第三次复制需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为________个。
答案 (1)b、c RNA聚合酶 细胞核 (2)②③⑤ 甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸 (3)2 29 28
解析 (1)遗传信息表达包括转录和翻译两个过程，即图中b、c。转录b需要RNA聚合酶，mRNA加工成熟的场所是细胞核。(2)核糖存在于RNA中，②是mRNA，③是核糖体，由rRNA和蛋白质组成，⑤是tRNA。由②中密码子的排列顺序查密码表可知氨基酸的排列顺序是“甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸”。(3)DNA有两条链，所以有2个游离的磷酸基，DNA片段转录的RNA中碱基有1个A和6个U,2个G,3个C，在DNA分子中A与T之间有2个氢键，C与G之间有3个氢键，共有29个氢键；第三次复制增加4个DNA分子，每个DNA中有胸腺嘧啶7个，共28个。
[真题体验]
14．(2016·全国甲，2)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是( )
A．随后细胞中的DNA复制发生障碍
B．随后细胞中的RNA转录发生障碍
C．该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D．可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
答案 C
解析 某物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能打开，说明该物质会阻碍DNA分子的解旋，因此会阻碍DNA分子的复制、转录和抑制细胞增殖，A、B、D三项均正确；因DNA分子的复制发生在间期，所以该物质可将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。
15．(2015·全国Ⅰ，1)下列叙述错误的是( )
A．DNA与ATP中所含元素的种类相同
B．一个tRNA分子中只有一个反密码子
C．T2噬菌体的核酸由脱氧核糖核苷酸组成
D．控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上
答案 D
解析 DNA的元素组成是：C、H、O、N、P，ATP的元素组成是C、H、O、N、P；A叙述正确。反密码子是tRNA上能与mRNA上的密码子通过碱基互补配对结合的三个相邻的碱基组成的，一个密码子(除终止密码子)编码一个氨基酸，而一个tRNA一次只能转运一个氨基酸，由此可推知一个tRNA上只有一个反密码子；B叙述正确。T2噬菌体由DNA和蛋白质构成，构成DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸；C叙述正确。细菌是原核生物，原核细胞中无线粒体；D叙述错误。
第2节 基因对性状的控制
[学习导航] 1.结合“中心法则的提出及其发展”，归纳并理解中心法则。2.阅读教材“基因、蛋白质与性状的关系”，概述基因控制生物体性状的两种方式，进一步理解基因、蛋白质与性状的关系。
[重难点击] 1.中心法则的内容。2.基因控制生物体性状的两种方式。
生物体的这些性状都是由蛋白质体现的，前面我们已经学习了基因指导蛋白质的合成，那么基因和性状之间又存在怎样的关系呢？这一节我们一起来学习基因对性状的控制，首先我们看一下克里克提出的中心法则。
解决学生疑难点 _______________________________________________________________
一、中心法则的提出及其发展
1．克里克提出的中心法则
过程
名称
遗传信息的流向
①
DNA复制
DNA→DNA
②
转录
DNA→RNA
③
翻译
RNA→蛋白质
2.中心法则的发展
阅读教材P69“资料分析”：
(1)材料1说明遗传信息还可以从RNA流向RNA。
(2)材料2说明遗传信息还可以从RNA流向DNA。
(3)材料3说明遗传信息还可能从蛋白质流向蛋白质。
中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。观察下图分析：
1．①②③④⑤所表示的过程依次是什么？
答案 DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。
2．在真核生物细胞中，过程①发生的场所和过程②的原料分别是什么？
答案 过程①发生的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；过程②的原料是4种核糖核苷酸。
3．正常的细胞中能发生哪些过程？
答案 ①②③。
4．需要tRNA和核糖体同时参与的过程是③；需要逆转录酶参与的过程是④。
知识整合 在中心法则中，DNA的复制、转录和翻译存在于细胞生物中，RNA的复制、逆转录只在某些以RNA 为遗传物质的病毒增殖过程中出现。
1．下图为中心法则部分遗传信息的流动方向示意图，下列有关说法正确的是( )
A．过程1、2一般发生在RNA病毒体内
B．过程1、3、5一般发生于肿瘤病毒的体内
C．过程2、3、4发生于具细胞结构的生物体内
D．过程1～5不可能同时发生于同一个细胞内
答案 C
解析 1为逆转录过程，只能在病毒侵入宿主细胞后发生，该生理过程不会发生于病毒体内，A、B项错误；肿瘤病毒侵入宿主细胞后，在宿主细胞内增殖，需进行逆转录、合成病毒RNA、指导合成其蛋白质外壳等生理过程，因此1～5能同时发生于宿主细胞内，D项错误。
2．结合图表分析，下列有关说法正确的是( )
抗菌药物
抗菌机理
青霉素
抑制细菌细胞壁的合成
环丙沙星
抑制细菌DNA解旋酶(可促进DNA螺旋化)
红霉素
能与核糖体结合
利福平
抑制RNA聚合酶的活性
A.①～⑤可发生在人体健康细胞中
B．青霉素和利福平能抑制DNA的复制
C．结核杆菌的④和⑤都发生在细胞质中
D．环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的①和③
答案 D
解析 ①为DNA复制，②为转录，③为翻译，④为RNA复制，⑤为逆转录。青霉素的作用对象是细胞壁，与DNA复制无关。环丙沙星可促进DNA螺旋化，不利于DNA复制和转录。红霉素能与核糖体结合，抑制翻译过程。利福平抑制RNA聚合酶的活性，进而抑制转录和RNA复制。④和⑤只有RNA病毒才能进行。
3．在其他条件具备的情况下，在试管中加入物质X和物质Z，可得到相应产物Y。下列叙述正确的是( )
A．若X是DNA，Y是RNA，则Z是逆转录酶
B．若X是DNA，Y是mRNA，则Z是脱氧核苷酸
C．若X是RNA，Y是DNA，则Z是限制酶
D．若X是mRNA，Y是在核糖体上合成的大分子，则Z是氨基酸
答案 D
解析 若X是DNA，Y是RNA，则Z是RNA聚合酶，A错误；若X是DNA，Y是mRNA，则Z是核糖核苷酸，B错误；若X是RNA，Y是DNA，则Z是逆转录酶，C错误；若X是mRNA，Y是在核糖体上合成的大分子，即蛋白质，则Z是氨基酸，D正确。
方法链接 “三看法”判断中心法则各过程
“一看”模板
“二看”原料
“三看”产物
生理过程
DNA
脱氧核苷酸
DNA
DNA复制
核糖核苷酸
RNA
转录
RNA
脱氧核苷酸
DNA
逆转录
核糖核苷酸
RNA
RNA复制
氨基酸
蛋白质
(或多肽)
翻译
二、基因、蛋白质与性状的关系
1．基因控制性状的途径
(1)间接途径
①途径：基因酶的合成细胞代谢生物体的性状。
②举例：人白化病的形成。
控制酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转变为黑色素→表现出白化症状。
(2)直接途径
①途径：基因蛋白质结构生物体的性状。
②举例：囊性纤维病。
编码CFTR蛋白(跨膜蛋白)的基因缺失了3个碱基→CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR蛋白结构与功能异常→支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖。
2．基因与性状间的对应关系
(1)生物体的绝大多数性状受单个基因控制。
(2)生物体的有些性状是由多个基因决定的，如人的身高。
(3)生物体的性状还受环境条件的影响，是生物的基因和环境条件共同作用的结果。
牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图：
1．图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径？除此之外，另一条途径是什么？
答案 图中反映出基因可以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；另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2．牵牛花的颜色是只有一对基因控制的吗？
答案 不是。花的颜色由多对基因共同控制。
3．牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关，这说明什么？
答案 生物体的性状也受环境影响。
4．牵牛花的叶肉细胞中是否也含有基因①②③？也能全部表达吗？
答案 牵牛花的叶肉细胞中也含有基因①②③，但是由于细胞分化，基因的选择性表达，这3个基因不一定能够表达。
知识整合 牵牛花的颜色由多对基因控制的多个酶控制合成，体现了基因可以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；花的颜色与细胞中的pH有关，说明环境也会影响表现型；叶肉细胞中也含有基因①②③，但是不一定表达。
4．下图为人体内基因对性状的控制过程，分析可知( )
A．基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中
B．图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程不需tRNA的协助
C．④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同
D．过程①②③表明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
答案 D
解析 基因1和基因2在人体的所有细胞中都同时存在，A错误；①是转录，需要RNA聚合酶，②是翻译，需要tRNA携带氨基酸，B错误；④⑤过程的结果存在差异的根本原因是基因不同，C错误；过程①②③表明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，D正确。
5．下面关于基因、蛋白质、性状之间关系的叙述中，错误的是( )
A．生物体的一切性状完全由基因控制，与环境因素无关
B．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
C．基因可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
D．基因的遗传信息可通过转录和翻译传递到蛋白质得以表达
答案 A
解析 表现型＝基因型＋环境条件；基因可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；也可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状；基因表达就是指基因的转录和翻译。
1．尿嘧啶核糖核苷(简称尿苷)在细胞内可以转化为尿嘧啶核糖核苷酸。如果选用含有3H－尿嘧啶核糖核苷的营养液，处理活的小肠黏膜层，几小时后检测小肠绒毛，发现整个小肠黏膜层上均有放射性出现。推测与之密切相关的过程是图中的( )
A．① B．②
C．③ D．①和②
答案 B
解析 小肠黏膜层上均有放射性出现是因为3H－尿嘧啶核糖核苷被利用，说明合成了mRNA，发生了转录过程。
2．用链霉素或新霉素处理，可以使核糖体与单链DNA分子结合，这一单链DNA分子可以代替mRNA合成多肽，这说明遗传信息可以( )
A．从DNA流向RNA
B．从RNA流向DNA
C．从DNA流向蛋白质
D．从蛋白质流向DNA
答案 C
解析 题中信息使核糖体与单链DNA分子结合，合成多肽，说明遗传信息可以从DNA流向蛋白质，C正确。
3．科学家发现，一种动物能否被驯化并和人类友好相处，取决于这种动物的“驯化基因”。在生物体中，基因控制性状表现的主要途径是( )
A．RNA→蛋白质(性状)
B．RNA→DNA→蛋白质(性状)
C．DNA→蛋白质(性状)
D．DNA→RNA→蛋白质(性状)
答案 D
解析 DNA→RNA→蛋白质是细胞生物基因控制性状表现的主要途径；只有少数逆转录病毒和具有RNA复制酶的病毒分别以RNA→DNA→RNA→蛋白质和RNA→蛋白质为控制性状的途径；DNA→蛋白质还没有在生物体内发现。
4．有关基因、DNA、蛋白质、性状的叙述，不正确的是( )
A．基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的
B．基因是有遗传效应的DNA片段
C．白化症状的出现，是由于基因直接控制合成异常的色素
D．基因与性状之间不是简单的一对一关系
答案 C
解析 白化症状的出现是由于体内不能合成酪氨酸酶，从而不能产生黑色素，属于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。
5．如图代表人体内苯丙氨酸的部分代谢途径。结合图形，联系已有知识，回答以下问题。
(1)某人是苯丙酮尿症患者，但肤色正常，其原因是食物中可能含有________________。
(2)防治苯丙酮尿症的有效方法是食疗，即要尽量减少饮食中的____________的量。
(3)一对正常的夫妇生了一个既患苯丙酮尿症又患白化病的女儿和一个正常的儿子。这个正常儿子的基因型是__________________。
(4)从苯丙酮尿症的患病机理可以看出基因与性状的关系是_____________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)酪氨酸 (2)苯丙氨酸 (3)AABB或AABb或AaBB或AaBb (4)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
解析 (1)苯丙酮尿症患者缺少酶1，所以苯丙氨酸不能转化成酪氨酸，而有黑色素产生说明酪氨酸还有其他来源，如食物。(2)由于缺乏酶1，苯丙氨酸会转变为苯丙酮酸，对幼儿产生毒害，减少苯丙酮酸的含量，则需要减少苯丙氨酸的摄入量。(3)由于双亲正常，但生了一个两病均患的女儿，则双亲基因型均为AaBb，所以正常儿子只要满足A_B_即可。(4)苯丙酮尿症是由于缺乏酶1所致，根本原因是相应基因发生改变。
课时作业
[学考达标]
1．下图表示自然界中遗传信息在三种大分子间的流动(如箭头2代表转录)，相关说法正确的是( )
A．1、2、4常见，3、7少见，其他尚未被证实
B．2、4、6常见，其他几乎从未被证实
C．5、8、9未被证实，3、7少见，其他常见
D．3、7少见，其他常见
答案 A
解析 图中1表示DNA复制，2表示转录，3表示RNA复制，4表示翻译，5表示蛋白质复制，6表示由蛋白质→DNA,7表示逆转录，8表示由蛋白质→RNA,9表示由DNA→蛋白质，中心法则及其补充包含的是1、2、3、4、7的内容，其中1、2、4是常见途径，3、7途径为中心法则的补充，在某些病毒中出现；5、6、8、9目前还没有证实其在生物体中是否存在。
2．结合下图分析，下列叙述错误的是( )
A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B．核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C．遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础
D．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
答案 D
解析 生物的遗传物质是DNA或RNA，则遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中，A正确；由于密码子的简并性，核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质，B正确；表现型通过蛋白质表现，故遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础，C正确；编码蛋白质的基因含两条单链，碱基序列互补，遗传信息不同，D错误。
3．金鱼草的纯合红花植株与白花植株杂交，F1在强光低温条件下开红花，在遮阳高温条件下则开白花。这个实例说明( )
A．基因型是性状表现的内在因素
B．表现型是基因型的表现形式
C．基因型相同，表现型一定相同
D．表现型是基因型与环境相互作用的结果
答案 D
解析 F1的个体间基因型相同，在不同条件下，表现型不同，说明表现型除了由基因型决定外，还受环境条件的影响。
4．黄曲霉毒素是主要由黄曲霉菌产生的可致癌毒素，其生物合成受多个基因控制，也受温度、pH等因素影响。下列选项正确的是( )
A．环境因子不影响生物体的表现型
B．不产生黄曲霉毒素菌株的基因型都相同
C．黄曲霉毒素致癌是表现型
D．黄曲霉菌产生黄曲霉毒素是表现型
答案 D
解析 依据题干“黄曲霉毒素是主要由黄曲霉菌产生的可致癌毒素，其生物合成受多个基因控制，也受温度、pH等因素影响”可知，A项是错误的；由于是多基因控制的这一性状，所以不产生黄曲霉毒素菌株的基因型不相同；依据表现型的概念，可知黄曲霉毒素致癌不属于表现型，但黄曲霉菌产生黄曲霉毒素是表现型。
5．下列有关生物体内基因与酶关系的叙述，正确的是( )
A．绝大多数酶是基因转录的重要产物
B．酶和基因都是细胞内染色体的组成成分
C．基因控制生物性状有些是通过控制酶的合成来控制相应代谢过程实现的
D．只要含有某种酶的基因，细胞中就有相应的酶
答案 C
解析 大多数酶是基因表达的产物，只有少数酶(RNA)才是转录的产物。染色体的主要成分是蛋白质和DNA，此处的蛋白质是结构蛋白。基因表达具有选择性，有某种基因不一定表达出相应的蛋白质。
6．下列关于基因与性状关系的叙述，错误的是( )
A．一对相对性状可由多对基因控制
B．基因可通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制生物体的性状
C．隐性基因控制的性状不一定得到表现
D．基因型相同，表现型就相同
答案 D
解析 一对相对性状可由一对或多对基因控制，A正确；基因可通过控制酶或蛋白质的合成来控制生物体的性状，B正确；隐性基因控制的性状可能被显性性状所掩盖，如Aa表现为A基因控制的性状，C正确；基因型与环境条件共同决定生物性状，因此基因型相同，环境不同时，表现型不一定相同，D错误。
[高考提能]
7．下图表示细胞中蛋白质合成的部分过程，相关叙述不正确的是( )
A．丙的合成可能受到一个以上基因的控制
B．图示过程没有遗传信息的流动
C．过程a仅在核糖体上进行
D．甲、乙中均含有起始密码子
答案 B
解析 丙是由两条多肽链组成的，从图形可以看出由甲和乙这两条RNA链翻译得到，所以可能有两个基因分别转录合成甲和乙。遗传信息的流动包括传递和表达，遗传信息的表达包括转录和翻译，图示代表基因表达中的翻译过程。过程a代表的是翻译过程，场所是核糖体。甲和乙都是RNA，都有起始密码子和终止密码子。
8．科学家在细胞中发现了一种新的线粒体因子——MTERF3，这一因子主要抑制线粒体DNA的表达，从而减少细胞能量的产生。此项成果将可能有助于糖尿病、心脏病和帕金森氏症等多种疾病的治疗。根据以上资料，下列相关叙述错误的是( )
A．线粒体DNA也含有可以转录、翻译的功能基因
B．线粒体基因控制性状的遗传不符合孟德尔遗传定律
C．线粒体因子MTERF3直接抑制细胞呼吸中酶的活性
D．糖尿病、心脏病和帕金森氏症等疾病可能与线粒体功能受损有关
答案 C
解析 线粒体中的DNA也能进行转录与翻译；线粒体中的基因是随细胞质随机分开的，所以不符合孟德尔遗传定律。
9．如图表示基因与性状之间的关系示意图，下列相关说法中，错误的是( )
A．过程①、②共同体现了遗传信息的表达功能
B．基因控制生物体的性状有间接控制和直接控制两种方式，直接控制是通过控制酶的合成实现的
C．密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上
D．蛋白质结构具有多样性的根本原因是DNA上的遗传信息千变万化
答案 B
解析 基因通过控制酶的合成来控制生物体的性状属于间接控制。
10．人体内苯丙氨酸的代谢途径如图所示。人群中，有若干种遗传病是由于苯丙氨酸的代谢缺陷所导致的。例如，苯丙氨酸的代谢产物之一苯丙酮酸在脑中积累会阻碍脑的发育，造成智力低下。下列分析不正确的是( )
A．缺乏酶①可导致病人既“白(白化病)”又“痴”
B．缺乏酶⑤可导致病人只“白”不“痴”
C．缺乏酶⑥时，婴儿使用过的尿布会留有黑色污迹(尿黑酸)
D．上述实例可以证明遗传物质通过控制酶的合成，从而控制新陈代谢和性状
答案 C
解析 该题中的每种酶只催化一种化学反应，缺乏酶①则不能合成酪氨酸，但能合成苯丙酮酸，据图示可知此时该病人既“白”又“痴”；缺乏酶⑤只能引起酪氨酸不能转变为黑色素，故只表现为白化病；而缺乏酶⑥时，只会引起不能合成苯丙酮酸，但其他生理过程正常，故婴儿的尿布上不会有尿黑酸，尿黑酸最终被分解为CO2和H2O；该代谢过程可证明基因通过控制酶的合成来控制新陈代谢和性状。
11．已知甲、乙、丙3种类型的病毒，它们的遗传信息的传递方向如图所示，(注：图中单螺旋线表示RNA，双螺旋线表示DNA)根据图回答下列问题：
(1)对三种类型的病毒分别举例：
甲______________；乙______________；
丙______________。
(2)①图中1、8表示遗传信息的____________________过程。
②图中2、5、9表示遗传信息的____________________过程。
③图中3、10表示遗传物质的____________________，该过程进行所必需的物质条件是________________________________________。
(3)图中7表示遗传信息的________，此过程需有________酶的作用。这一现象的发现，其意义是____________________________。
答案 (1)噬菌体 烟草花叶病毒 艾滋病病毒
(2)①转录 ②翻译 ③DNA复制 模板、酶、脱氧核苷酸(或原料)和ATP (3)逆转录 逆转录 对“中心法则”的重要补充
解析 从图中看出病毒甲只有核酸DNA，乙是RNA，丙是RNA。并且甲中的DNA能自我复制，还控制蛋白质的合成；乙中的RNA能自我复制，且控制蛋白质的合成；丙中的RNA通过逆转录决定DNA的结构，且能控制蛋白质的合成。
12．下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成。请据图回答下列问题：
(1)A、D试管中的产物是________，但A试管模拟的是________________过程，D试管模拟的是________________过程。
(2)B、C试管中的产物是________，但B试管模拟的是________________过程，C试管模拟的是________________过程。
(3)假如B试管中加入的DNA含有306个碱基，那么产物最多含有________个碱基，最多有________个密码子。
(4)E试管模拟的是________过程，在细胞中进行的场所是________，图中的原料为________，工具是________，产物是________。
(5)生物遗传信息传递的全过程可用下图表示
①请将此图解中a～e过程与前面图示A～E试管所模拟的过程对应起来：a对应________，b对应________，c对应________，d对应________，e对应________。
②此图解中可在多数生物体内发生的过程是________，在少数生物体内发生的过程是________，人体内不能发生________过程。
③图解中的c过程要有________酶参与。
答案 (1)DNA DNA复制 逆转录 (2)RNA 转录 RNA复制 (3)153 51 (4)翻译 核糖体 氨基酸 转运RNA 多肽(蛋白质) (5)①A试管 B试管 D试管 C试管 E试管 ②a、b、e d、c d、c
③逆转录
解析 依据各试管中加入的物质可推断所模拟的过程，依据加入的DNA的碱基数可推断转录产生的mRNA中的碱基数或密码子数。
13．乙肝被称为“中国第一病”。人们对乙肝病的机理研究较多。乙肝病毒的DNA有一条环状链和一条较短的半环链，侵染时先形成完整的环状，再把其中一条作为原始模板复制形成新的病毒。如图：
(1)发生在宿主细胞核的过程有____________，发生在宿主细胞质内的过程有__________________。
(2)乙肝病毒的中心法则：________________________________________________________。
(3)发生了碱基互补配对现象的有________过程。
(4)物质a的作用是____________________________。同类的物质还具有的作用有__________________________________________________________。
(5)过程⑤⑦的原料种类数可能分别为________种，都存在______________现象。
(6)过程⑦和过程⑤的产物都具有多样性特点，其原因分别是______________________和____________________________。
答案 (1)③④ ⑤⑥⑦
(2) (3)③④⑤⑦
(4)携带DNA遗传信息，作为翻译的模板 转运氨基酸，组成核糖体，作为RNA病毒的遗传物质 (5)20、4 碱基互补配对 (6)4种碱基对的排列顺序多样 氨基酸的排列顺序多样、种类多和数目多及多肽链的空间结构千差万别
解析 (1)乙肝病毒需要侵入宿主细胞，在细胞核内先复制形成完整的环状③，然后进行DNA的转录④。⑤是翻译，⑥是组装，这两个过程是发生在细胞质中的。⑦是病毒的组装，发生在释放之前，应该是在细胞质中。(2)除正常的DNA转录、翻译过程外，还注意存在逆转录过程。(3)③是形成新的DNA，④是转录，⑤是翻译，⑦是逆转录，这些过程都发生了碱基互补配对现象。(4)物质a是mRNA，其作用是把细胞核的DNA信息携带到细胞质中，作为翻译的模板以形成多肽链。同类的物质还有tRNA和rRNA，可转运氨基酸，组成核糖体，也可以是RNA病毒的遗传物质。(5)⑤是翻译形成多肽链的过程，⑦是逆转录形成DNA的过程，⑦过程需要的原料为4种脱氧核苷酸，⑤过程需要20种氨基酸。形成DNA或者是翻译过程都存在碱基互补配对现象，这是准确进行的基础。(6)过程⑦和过程⑤的产物分别是DNA和蛋白质，DNA多样性是因为4种碱基对的排列顺序千变万化，其空间结构和碱基的种类不是主要的原因。而蛋白质的基本单位的种类非常多，有20种，这对蛋白质的多样性影响特别大，另外加上氨基酸的数量和排序的不确定性，造成蛋白质的多样性。
[真题体验]
14．(2016·海南，13)某种RNA病毒在增殖过程中，其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主的基因组中。物质Y与脱氧核苷酸结构相似，可抑制该病毒的增殖，但不抑制宿主细胞的增殖，那么Y抑制该病毒增殖的机制是( )
A．抑制该病毒RNA的转录过程
B．抑制该病毒蛋白质的翻译过程
C．抑制该RNA病毒的逆转录过程
D．抑制该病毒RNA的自我复制过程
答案 C
解析 RNA病毒的遗传物质需要经逆转录过程形成DNA，然后整合到真核宿主的基因组中，Y物质与脱氧核苷酸结构相似，应抑制该病毒的逆转录过程。
15．(2015·安徽，4)Qβ噬菌体的遗传物质(QβRNA)是一条单链RNA，当噬菌体侵染大肠杆菌后，QβRNA立即作为模板翻译出成熟蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶(如图所示)，然后利用该复制酶复制QβRNA。下列叙述正确的是( )
A．QβRNA的复制需经历一个逆转录的过程
B．QβRNA的复制需经历形成双链RNA的过程
C．一条QβRNA模板只能翻译出一条肽链
D．QβRNA复制后，复制酶基因才能进行表达
答案 B
解析 QβRNA的复制不需要经历逆转录过程，是由单链复制成双链，再形成一条与原来的单链相同的子代RNA，所以A错误，B正确；由图可以看出，一条QβRNA模板翻译出的肽链不止一条，可翻译出多条多肽链，C错误；由题意可知：QβRNA复制酶基因的表达在QβRNA的复制之前，有了QβRNA复制酶，QβRNA的复制才能进行，D错误。
