专题十一生物的变异和进化

专题十一生物的变异和进化考点分布1.基因重组和基因突变2.染色体变异及应用3.生物变异在育种上的应用4.现代生物进化理论考纲内容1.基因重组及其意义2.基因突变的特征和原因3.染色体结构变异和数目变异4.生物变异在育种上的应用5.转基因食品的安全6.现代生物进化理论的主要内容7.生物进化与生物多样性的形成8.实验：低温诱导染色体加倍命题趋势基因突变的类型、特点及结果，各种育种方式的原理、操作方法和优缺点一直是考查的重点和热点。备考指南基因重组和基因突变一．可遗传的变异与不可遗传的变异比较项目可遗传变异不可遗传的变异遗传物质变化遗传物质发生变化遗传物质不发生变化遗传情况变异性状能在后代中再次出现变异情况仅限于当代鉴别方法变异类型在后代产生一定的表现型，或遗传物质表现可见的数目或结构的变化。与原来类型在同一环境中生活仍表现性状差异使变异类型的子代与原来未发生变异类型的个体生活在同一环境条件下，不表现性状上的差异应用价值育种的原始材料，生物进化的主要原因无育种价值，但在生产上可应用优良环境条件以影响性状的表现而获取高产优质产品表现型=基因型+环境条件二．基因突变1.概念由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失和替换而引起的基因结构的改变。2.实例（1）镰刀型细胞贫血症（2）囊性纤维病3.基因突变的时期、类型、原因、结果和意义时期DNA复制时类型a.根据对性状类型的影响，分为显性突变隐性突变b.根据诱变时的状态，分为自然突变；诱发突变原因外因：某些环境条件（物理、化学、生）内因：体内异常的代谢物质等结果产生该基因的等位基因，即新基因意义新基因产生的途径；生物变异的根本来源；生物进化的原始材料4.基因突变的特点普遍性随机性低频性不定向性多害性：基因突变有害或有利由生存环境决定，某种基因决定的性状在某种环境下是有利的，若环境改变，可能成为有害的。基因突变的有害性或有利性是对生物本身而不是对人类而言的。5.基因突变不一定导致性状的改变（1）突变部位可能在非编码部位（内含子和非编码区）（2）基因突变后形成的密码子与原密码子决定同一种氨基酸（3）基因突变若为隐性突变（4）基因在细胞中的选择性性表达三．基因重组1.概念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2.三种基因重组类型的比较基因重组类型发生时间发生重组的原因特点非同源染色体体上非等位基因间的重组减1后期同源染色体分开，等位基因分离，非同源染色体自由组合，导致非同源染色体上非等位基因间的重组1.只产生新的基因型，无新基因产生2.发生于真核生物、有性生殖的核遗传中（基因重组除外）3.两个亲本杂合性越高——遗传物质相差越大——基因重组类型越多——后代变异越多同源染色体上非等位基因的重组减1四分体时期姐妹染色单体发生交叉互换基因工程（DNA重组技术）重组质粒导入受体细胞目的基因经运载体导入受体细胞，导致受体细胞中基因发生重组染色体变异及应用一、染色体变异的类型染色体数目变异：染色体组成倍增加或减少个别染色体增添或缺失染色体结构变异：缺失，重复，倒位，易位二、染色体数目变异1.二倍体、多倍体和单倍体的比较项目二倍体多倍体单倍体来源受精卵发育受精卵发育配子发育概念体细胞中含有两个染色体组的个体体细胞中含有三个或者三个以上染色体组的个体体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体染色体组数两个两个以上不确定（正常体细胞染色体组数的一半）实例几乎全部动物和过半高等植物香蕉3N、马铃薯4N、普通小麦6N、无籽西瓜3N熊蜂、雄白蚁；玉米、小麦的单倍体等形成原因自然形成正常的有性生殖外界环境条件剧变单行生殖人工诱导——秋水仙素处理萌发的种子或幼苗花药离体培养植物特点——果实、种子较大、营养物质含量丰富，但发育延迟，结实率低植株弱小，高度不育2.染色体组及其数量的判断（1）组成一个染色体组必须是一整套非同源染色体的组合；必须携带着控制生物生长发育的全套遗传信息，但不能重复。（2）染色体组数量的判断方法①.根据细胞分裂图像进行识别判断以生殖细胞中的染色体为标准，判断题目中所给图像中的染色体组数。②.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。③.根据基因型判断控制同一性状的基因出现几次，就含有几个染色体组——每个染色体组内不含等位或相同基因。④.据染色体数/形态数的比值判断染色体数/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，既含有几个染色体组。注意染色体组与基因组不是同一概念染色体组：二倍体生物配子中的染色体数目基因组：对于有性染色体的生物（二倍体），其基因组为常染色体/2+性染色体；对于无性染色体的生物，其基因组与染色体组相同3.染色体数目非整倍变异原因的分析方法假设某生物体细胞中含有2n条染色体，减数分裂时，某对同源染色体没有分开或者姐妹染色单体没有分开，导致产生还有（n+1）（n-1）条染色体的配子。性染色体数目的增加或减少与精子、卵细胞形成过程中的染色体分配的异常有关。减数第一次分裂和减数第二次分裂染色体分配异常。三、低温诱导染色体加倍实验用低温处理植物分生细胞组织，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目发生变化。四、染色体变异原理的应用1.单倍体育种花药离体培养单倍体植株正常植株（纯合体）种子新植物（新品种）2.多倍体育种正在萌发的种子或幼苗抑制纺锤体形成秋水仙素处理自交人工诱导染色体加倍组织培养着丝点分裂后的子染色体不分离细胞中染色体数目加倍多倍体植物注无籽西瓜与无子番茄的区别原理化学试剂无子原因无子西瓜染色体变异秋水仙素联会紊乱不能产生正常的配子无子番茄生长素促进果实发育一定浓度的生长素未受精正常分裂分化生物变异在育种上的应用一、几种育种方法的比较名称原理方法优点缺点应用杂交育种基因重组杂交—自交—筛选出符合要求的表现型，自交到不发生性状分离为止（纯合子）“集优”1.育种时间长2.局限于同种或亲缘关系较近的个体用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦诱变育种基因突变物理、化学方法提高变异频率，加快育种进程有利变异少，需处理大量实验材料高产青霉素等单倍体育种染色体数变异1.杂交，使优良性状集中于同一个体；2.将花药离体培养，培养出单倍体幼苗3.用秋水仙素处理获得纯合子；4选择优良植株明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程技术复杂且需与杂交育种配合用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦多倍体育种染色体数变异秋水仙素处理幼苗或种子操作简单，能较快获得所需品种所获品种发育延迟，结实率低，一般只适用于植物三倍体无子西瓜、八倍体黑小麦基因工程育种基因重组提取目的基因—转入运载体—导入受体细胞—目的基因的表达与检测—筛选出符合要求的新品种能定向地改变生物遗传性状；目的性强；育种周期短；克服远缘杂交不亲和的障碍技术复杂，安全性问题多转基因抗虫棉二、育种方法的选择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，但操作简单）对原品系实施“定向”改造基因工程及植物细胞工程让原品系产生新性状（无中生有）诱变育种（提高变异频率，筛选）对原品系营养器官“增大”或“加强”多倍体育种注意若要培养隐性性状个体，则可用自交或杂交，只要出现该性状即可若要快速获得纯种，则选用单倍体育种方法现代生物进化理论一、拉马克的“用进废退”学说用进废退和后天获得性遗传是生物不断进化的主要原因，反对神创论。二、达尔文的“自然选择”学说1.基本内容过度繁殖：选择的基础生存斗争：生物进化的动力和选择的手段遗传变异：生物进化的内因适者生存：自然选择的结果2.进步性科学地解释了生物进化的原因和物种多样性与适应性形成的原因3.局限性（1）对遗传和变异的本质不能做出科学的解释（2）对生物进化的解释局限在个体水平（3）强调物种形成都是自然选择的结果，不能很好地解释物种大爆发发等现象。三、现代生物进化理论1.基本内容种群是生物进化的基本单位1.一个种群所含有的全部基因，称为种群的基因库2.种群中每个个体所含有的基因，只是基因库中的一个组成部分3.生物进化的实质是种群基因频率的改变突变和基因重组是进化的原材料1.可遗传的变异是生物进化的原材料2.可遗传的变异包括基因突变、基因重组和染色体变异3.突变的有害或有利取决于生物生存的环境自然选择决定生物进化的方向1.种群中产生的变异是不定向的2.自然选择淘汰不利变异，保留有利变异3.自然选择使种群基因频率发生定向改变，即导致生物朝一定的方向缓慢进化隔离导致物种形成2.进化理论的发展（1）对于生物进化过程中遗传和变异的研究，已经从研究生物的性状水平深入到分子水平（2）关于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。3.重要的基本概念类型定义特点地理隔离由于地理上的障碍而分成不同的种群地理隔离消失后仍然可以进行基因交流生殖隔离种群间的个体不能自由交配，即使成功交配，也不能产生可育的后代永久性不能基因交流生殖隔离是物种形成的标志，是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。四、物种的形成1.三个环节突变和基因重组，自然选择，隔离2.物种形成的三种典型模式（1）渐变式：加拉帕戈斯群岛地雀（2）骤变式：自然界多倍体植物的形成（3）人工创造新物种：3.物种形成和生物进化的区别内容物种形成生物进化标志生殖隔离出现基因频率发生改变变化后与原生物的关系属于不同物种可能属同一物种，也可能属于不同的物种两者联系1.生物进化的实质是基因频率的改变，不一定会突破物种的界限，即生物进化不一定导致物种形成2.新物种形成必然是生物进化的结果五、生物进化与生物多样性的形成1.共同进化（1）概念：不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。（2）共同进化的类型共同进化类型包含类型举例不同物种之间互利共生捕食寄生竞争生物与无机环境之间相互影响（3）研究生物进化历程的主要依据：化石2.生物多样性三个层次：六、种群的基因频率及计算1.基因频率种群基因频率的定向改变导致生物朝一定方向不断进化2.基因型频率3.通过基因型频率计算基因频率（1）在种群中一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和等于1（2）一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率（3）已知基因型AA或aa的频率，求A或a的频率经常用到开平方的方法。基因多样性生物多样性生态系统多样性4.运用哈代——温伯格平衡，由基因频率计算基因型概率（p+q）2=p2+2pq+q2=1适用条件：在一个有性生殖的自然种群中，在符合以下5个条件的情况下，各等位基因的基因频率和基因型频率在一代代的遗传中是稳定不变的，或者说是保持着动态平衡的。a.种群足够大；b.种群中个体间的交配是随机的；c.没有突变的发生；d.种群之间不存在个体的迁移或基因交流；e.没有自然选择