高中生物变异育种进化

第三讲变异、育种与进化主干知识回扣一、生物的变异1．生物变异的类型和来源(最根本的变异)基因重组变异类型不可遗传的变异原因环境变化，未变可遗传的变异来源遗传物质基因突变染色体变异2．基因重组的类型(1)减数分裂形成配子时，上的非等位基因的。(2)减数分裂形成时期，位于同源染色体上的有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交换。(3)DNA重组技术。3．可遗传变异的实践意义——生物育种基因突变基因重组、基因工程育种染色体变异单倍体育种、非同源染色体自由组合四分体等位基因育种应用育种应用育种应用诱变育种杂交育种多倍体育种二、生物的进化1．现代生物进化理论的主要内容(1)种群是和的基本单位。(2)产生进化的原材料。(3)导致种群基因频率的改变，决定。(4)导致新物种的形成。(5)导致生物多样性的形成。2．生物进化的实质是；而生物多样性形成的过程实际上是、共同进化的过程。3．生物多样性的层次、物种多样性、。生物进化繁殖突变和基因重组自然选择生物进化的方向隔离共同进化种群基因频率的改变生物与生物生物与无机环境基因(遗传)多样性生态系统多样性定向高频考点整合考点一三种可遗传变异的比较变异类型比较项目基因重组基因突变染色体变异类型及原理非同源染色体上的非等位基因，因非同源染色体重组而重组同源染色体上的非等位基因，因非姐妹染色单体交叉互换而重组自然状态下发生的——自然突变人为条件下发生的——诱发突变染色体结构变异：缺失、易位、重复、倒位染色体数目变异个别增减成倍增减发生时期减数第一次分裂四分体时期(交叉互换)及减数第一次分裂过程中(自由组合)DNA复制时(有丝分裂间期、减数第一次分裂间期及其他DNA复制时)细胞分裂期适用范围真核生物进行有性生殖产生配子时，在核遗传中发生任何生物均可发生(包括原核生物、真核生物及非细胞结构的生物)真核生物核遗传中发生产生结果只改变基因型，未发生基因的改变，既无“质”的变化，也无“量”的变化产生新的基因，发生基因“种类”的改变或“质”的改变可引起基因“数量”上的变化，如增添或缺失几个基因意义形成生物多样性的重要原因，对生物进化具有十分重要的意义生物变异的根本来源，提供生物进化的原材料对生物进化有一定意义育种应用杂交育种诱变育种单倍体育种、多倍体育种说明①三种可遗传的变异都为生物的进化提供了原材料。②基因突变可产生新的基因，为进化提供了最初的原材料，是生物变异的根本来源。③基因重组的变异频率高，为进化提供了广泛的选择材料，是形成生物多样性的重要原因之一。训练1(2010·江苏卷，6)育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的。下列叙述正确的是()A．这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的B．该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体C．观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置D.将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳遗传的高产品系解析这种变异既可能是显性突变，也可能是隐性突变，A项错误；若是显性突变，则该个体是杂合子；若是隐性突变，则该个体是隐性纯合子，这两种情况下自交后代中均会产生这种变异性状的纯合个体，B项正确；观察细胞有丝分裂过程中染色体形态是用光学显微镜，在光学显微镜下不可能观察到基因突变发生的位置，C项错误；假设突变是显性突变，则该杂合子的花粉离体培养后将形成显性单倍体和隐性单倍体两种单倍体，需经加倍和筛选后才能得到稳定遗传的高产品系，D项错误。答案B训练2在细胞分裂过程中出现了甲、乙2种变异，甲图中英文字母表示染色体片段。下列有关叙述正确的是()①甲图中发生了染色体结构变异，增加了生物变异的多样性②乙图中出现的这种变异属于染色体变异③甲、乙两图中的变化只会出现在有丝分裂中④甲、乙两图中的变异类型都可以用显微镜观察检验A．①②③B．②③④C．①②④D．①③④答案C解析甲、乙两图都表示染色体变异，染色体变异可用显微镜观察检测。只要有染色体的生物，细胞分裂(有丝分裂和减数分裂)过程中就可能发生染色体变异。考点二生物的可遗传变异与育种1．常见育种方式的比较杂交育种人工诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种细胞融合技术细胞核移植技术依据原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组、染色体变异基因重组、染色体变异常用方法杂交→自交→选种→自交辐射诱变、激光诱变、作物空间技术育种花药离体培养，然后再诱导，使染色体数目加倍秋水仙素处理萌发的种子或幼苗转基因(DNA重组)技术将目的基因导入生物体内，培育新品种让不同生物细胞原生质融合将具备所需性状的体细胞核移植到去核卵细胞中优点操作简单，目标性强可以提高变异频率，大幅度地改良某些品种可以明显地缩短育种年限操作简单，能较快获得新类型打破物种界限，定向改变生物的遗传性状按照人们的意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品且克服了远缘杂交不亲和障碍可改良动物品种或保护濒危物种缺点时间长，需及时发现优良品种有利变异少，需大量处理实验材料技术复杂且需与杂交育种配合所得品种发育延迟，结实率低有可能引起生态危机技术难度大技术要求高举例矮秆抗锈病小麦青霉素高产菌株、太空椒单倍体育种获得的矮秆抗锈病小麦三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉白菜—甘蓝、番茄—马铃薯克隆羊、鲤鲫移核鱼特别提醒(1)育种的根本目的是培育具有优良性状(抗逆性好、生活力强、产量高、品质优良)的新品种，以便更好地为人类服务。①若要培育隐性性状个体，可用自交或杂交，只要出现该性状即可。②有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，其最简便的方法是自交。③若要快速获得纯种，可用单倍体育种方法。④若要提高品种产量，提高营养物质含量，可用多倍体育种。⑤若要培育原先没有的性状，可用诱变育种。⑥若实验植物为营养繁殖，如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。(2)动、植物杂交育种中应特别注意语言叙述：植物杂交育种中纯合子的获得一般通过逐代自交的方法；而动物杂交育种中纯合子的获得一般不通过逐代自交，而通过双亲杂交获得F1，F1雌雄个体间交配，选F2与异性隐性纯合子测交的方法。实例现有基因型为BBEE和bbee的两种植物或动物，欲培育基因型为BBee的植物或动物品种，育种过程用遗传图解表示如下：2．植物杂交育种的育种年限分析对相对性状的显性纯合子为例，在逐代自交过程中将隐性纯合子去掉。由此得出自交n代，杂合子的概率为，显性纯合子概率为。当n＋∞，此数值为1，因此自交代数越多，显性纯合的几率越大。但在生产中一般连续自交6代，从公式中算出自交6代显性纯合的几率就可达97%以上，这一概率可认为所得新品种几乎都是纯合子。所以，杂交育种的育种年限至少是6年。122nn2121训练3(2010·江苏卷，10)为解决二倍体普通牡蛎在夏季因产卵而出现肉质下降的问题，人们培育出三倍体牡蛎。利用普通牡蛎培育三倍体牡蛎合理的方法是()A．利用水压抑制受精卵的第一次卵裂，然后培育形成新个体B．用被γ射线破坏了细胞核的精子刺激卵细胞，然后培育形成新个体C．将早期胚胎细胞的细胞核植入去核卵细胞中，然后培育形成新个体D．用化学试剂阻止受精后的次级卵母细胞释放极体，然后培育形成新个体解析A项卵裂是有丝分裂，若抑制第一次卵裂不可能产生三倍体；B项精子被破坏，则只靠卵细胞的遗传物质发育而成的个体为单倍体；C项中去核卵细胞中植入早期胚胎细胞的细胞核，则发育成由该细胞核决定的二倍体；D项中受精后的卵细胞将正常发育成为二倍体，若极体不能正常释放，则极体中所含的一个染色体组将保留在受精卵中，导致产生三倍体。答案D考点二基因频率与基因型频率的计算方法1．概念理解基因频率是指一个种群基因库中某个基因占全部等位基因数的比率：基因频率＝×100%基因型频率是指某种特定基因型的个体占群体内全部个体的比例：基因型频率＝×100%因的总数控制同种性状的等位基某处基因的数目特定基因型的个体数总个体数2．基因频率的相关计算公式(1)设有N个个体的种群，AA、Aa、aa的个体数分别是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＝2n1＋n22N＝(n1N＋12×n2N)＝PAA＋12PAaPa＝2n3＋n22N＝(n3N＋12×n2N)＝Paa＋12PAa由以上公式可得出下列结论：①在种群中一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。②一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2杂合子的频率。(2)对于性染色体上的基因频率计算时，要注意不同性别中所含的性染色体不同。如在一个工厂中，男女职工各100名，女性中，色盲基因(Xb)携带者为5人，色盲患者为1人；男性中色盲患者为8人，则Xb的基因频率为：5＋1×2＋8100×2＋100×100%＝5%。若已知人群中，伴X隐性男性患者的比例为p，则可认为这个人群中此基因频率为p，由此可计算女性中患病的概率为p2。(3)根据哈迪—温伯格定律计算基因频率该定律指出：在一个有性生殖的种群中，在种群足够大，种群内个体随机交配，没有突变，没有新基因加入，没有自然选择的条件下，各等位基因的频率在一代代的遗传中是稳定不变的。例如：在一个有性生殖的自然种群中，当等位基因只有两个(A、a)时，设p代表A基因的频率，q代表a基因的频率，则：(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2＝1其中p2是AA(纯合子)基因型的频率，2pq是Aa(杂合子)基因型的频率，q2是aa(纯合子)基因型的频率。当题干只给出一个纯合子的频率时，可开方求出该基因的频率；若知道A、a的基因频率，也可求出AA、Aa、aa的基因型频率。训练4(2010·全国理综Ⅱ，4)已知某环境条件下某种动物的AA和Aa个体全部存活，aa个体在出生前会全部死亡。现有该动物的一个大群体，只有AA、Aa两种基因型，其比例为1∶2。假设每对亲本只交配一次且成功受孕，均为单胎。在上述环境条件下，理论上该群体随机交配产生的第一代中AA和Aa的比例是()A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．3∶1解析由题意知，AA∶Aa=1∶2，所以该群随机交配的方式有以下几种：①1/3AA×1/3AA→1/9AA；②2×(1/3AA×2/3Aa)→2/9AA＋2/9Aa；③2/3Aa×2/3Aa→1/9AA＋2/9Aa＋1/9aa(死亡)。第一代中AA的比例是1/9AA＋2/9AA＋1/9AA＝4/9AA，Aa的比例是2/9Aa＋2/9Aa＝4/9Aa，aa的比例是1/9，因为aa在出生前就已经死亡，所以AA∶Aa＝1∶1。答案A训练5(2009·广东卷，20)某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为19%，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是()A．10/19B．9/19C．1/19D．1/2解析设此致病基因由A控制，由题意知，该常染色体显性遗传病的发病率为19%，则隐性纯合体aa的概率为81%，a的基因频率即为90%，A的基因频率则为10%。则该夫妇基因型及基因型频率为：妻子：AA(1/19)、Aa(18/19)，丈夫：aa。此夫妇所生子女中，正常的概率为：18/19×1/2＝9/19，患病的概率即为1－9/19＝10/19。A应考高分突破选择题抢分技巧——找准选项例1为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了如图所示的方法：图中两对相对性状独立遗传。据图分析，下列说法正确的是()A．通过过程①②③最后育出纯合高蔓抗病植株，说明变异是定向的B．花药离体培养形成的个体均为纯合子C．过程③包括脱分化和再分化两个过程，需要植物激素参与诱导D．图中筛选过程不改变抗病基因频率解析过程①表示杂交育种，杂交中通过基因重组，产生多种性状，变异是不定向的。过程②是单倍体育种，花药离体培养形成的个体为单倍体，单倍体经秋水仙素处理，染色体加倍后形成的个体才是纯合子。③是转基因成功的体细胞发育成植株的过程，需要用组织培养技术，涉及脱分化和再分化两个过程，需要植物激素；基因工程可产生定向变异。图中筛选过程其实是通过人工选择挑选优良品种，所以抗病基因频率通