專題十一 生物的變異和進(jìn)化

1、專題十一 生物的變異和進(jìn)化考點(diǎn)分布1.基因重組和基因突變2.染色體變異及應(yīng)用3.生物變異在育種上的應(yīng)用4.現(xiàn)代生物進(jìn)化理論考綱內(nèi)容1.基因重組及其意義2.基因突變的特征和原因3.染色體結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異4.生物變異在育種上的應(yīng)用5.轉(zhuǎn)基因食品的安全6.現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容7.生物進(jìn)化與生物多樣性的形成8.實驗：低溫誘導(dǎo)染色體加倍命題趨勢基因突變的類型、特點(diǎn)及結(jié)果，各種育種方式的原理、操作方法和優(yōu)缺點(diǎn)一直是考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。備考指南基因重組和基因突變一可遺傳的變異與不可遺傳的變異比較項目可遺傳變異不可遺傳的變異遺傳物質(zhì)變化遺傳物質(zhì)發(fā)生變化遺傳物質(zhì)不發(fā)生變化遺傳情況變異性狀能在后代中再次出現(xiàn)

2、變異情況僅限于當(dāng)代鑒別方法變異類型在后代產(chǎn)生一定的表現(xiàn)型，或遺傳物質(zhì)表現(xiàn)可見的數(shù)目或結(jié)構(gòu)的變化。與原來類型在同一環(huán)境中生活仍表現(xiàn)性狀差異使變異類型的子代與原來未發(fā)生變異類型的個體生活在同一環(huán)境條件下，不表現(xiàn)性狀上的差異應(yīng)用價值育種的原始材料，生物進(jìn)化的主要原因無育種價值，但在生產(chǎn)上可應(yīng)用優(yōu)良環(huán)境條件以影響性狀的表現(xiàn)而獲取高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品表現(xiàn)型 = 基因型 + 環(huán)境條件二基因突變1.概念由于DNA分子中發(fā)生堿基對的增添、缺失和替換而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變。2.實例（1）鐮刀型細(xì)胞貧血癥（2）囊性纖維病3.基因突變的時期、類型、原因、結(jié)果和意義時期DNA復(fù)制時類型a. 根據(jù)對性狀類型的影響，分為顯性突變

3、隱性突變b. 根據(jù)誘變時的狀態(tài)，分為自然突變；誘發(fā)突變原因外因：某些環(huán)境條件（物理、化學(xué)、生）內(nèi)因：體內(nèi)異常的代謝物質(zhì)等結(jié)果產(chǎn)生該基因的等位基因，即新基因意義新基因產(chǎn)生的途徑；生物變異的根本來源；生物進(jìn)化的原始材料4.基因突變的特點(diǎn)普遍性隨機(jī)性低頻性不定向性多害性：基因突變有害或有利由生存環(huán)境決定，某種基因決定的性狀在某種環(huán)境下是有利的，若環(huán)境改變，可能成為有害的。基因突變的有害性或有利性是對生物本身而不是對人類而言的。5.基因突變不一定導(dǎo)致性狀的改變（1）突變部位可能在非編碼部位（內(nèi)含子和非編碼區(qū)）（2）基因突變后形成的密碼子與原密碼子決定同一種氨基酸（3）基因突變?nèi)魹殡[性突變（4）基因在細(xì)

4、胞中的選擇性性表達(dá)三基因重組1.概念生物體進(jìn)行有性生殖的過程中控制不同性狀的基因的重新組合2.三種基因重組類型的比較基因重組類型發(fā)生時間發(fā)生重組的原因特點(diǎn)非同源染色體體上非等位基因間的重組減1后期同源染色體分開，等位基因分離，非同源染色體自由組合，導(dǎo)致非同源染色體上非等位基因間的重組1.只產(chǎn)生新的基因型，無新基因產(chǎn)生2.發(fā)生于真核生物、有性生殖的核遺傳中（基因重組除外）3.兩個親本雜合性越高遺傳物質(zhì)相差越大基因重組類型越多后代變異越多同源染色體上非等位基因的重組減1四分體時期姐妹染色單體發(fā)生交叉互換基因工程（DNA重組技術(shù)）重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因經(jīng)運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞，導(dǎo)致受體細(xì)胞中基因發(fā)

5、生重組染色體變異及應(yīng)用一、染色體變異的類型染色體數(shù)目變異：染色體組成倍增加或減少個別染色體增添或缺失染色體結(jié)構(gòu)變異：缺失，重復(fù)，倒位，易位二、染色體數(shù)目變異1.二倍體、多倍體和單倍體的比較項目二倍體多倍體單倍體來源受精卵發(fā)育受精卵發(fā)育配子發(fā)育概念體細(xì)胞中含有兩個染色體組的個體體細(xì)胞中含有三個或者三個以上染色體組的個體體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體染色體組數(shù)兩個兩個以上不確定（正常體細(xì)胞染色體組數(shù)的一半）實例幾乎全部動物和過半高等植物香蕉3N、馬鈴薯4N、普通小麥6N、無籽西瓜3N熊蜂、雄白蟻；玉米、小麥的單倍體等形成原因自然形成正常的有性生殖外界環(huán)境條件劇變單行生殖人工誘導(dǎo)秋水仙素處理

6、萌發(fā)的種子或幼苗花藥離體培養(yǎng)植物特點(diǎn)果實、種子較大、營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，但發(fā)育延遲，結(jié)實率低植株弱小，高度不育2.染色體組及其數(shù)量的判斷（1）組成一個染色體組必須是一整套非同源染色體的組合；必須攜帶著控制生物生長發(fā)育的全套遺傳信息，但不能重復(fù)。（2）染色體組數(shù)量的判斷方法.根據(jù)細(xì)胞分裂圖像進(jìn)行識別判斷以生殖細(xì)胞中的染色體為標(biāo)準(zhǔn)，判斷題目中所給圖像中的染色體組數(shù)。.根據(jù)染色體形態(tài)判斷細(xì)胞內(nèi)形態(tài)相同的染色體有幾條，則含有幾個染色體組。.根據(jù)基因型判斷控制同一性狀的基因出現(xiàn)幾次，就含有幾個染色體組每個染色體組內(nèi)不含等位或相同基因。.據(jù)染色體數(shù)/形態(tài)數(shù)的比值判斷染色體數(shù)/形態(tài)數(shù)比值意味著每種形態(tài)染色體數(shù)

7、目的多少，每種形態(tài)染色體有幾條，既含有幾個染色體組。注意染色體組與基因組不是同一概念染色體組：二倍體生物配子中的染色體數(shù)目基因組：對于有性染色體的生物（二倍體），其基因組為常染色體/2+性染色體；對于無性染色體的生物，其基因組與染色體組相同3.染色體數(shù)目非整倍變異原因的分析方法假設(shè)某生物體細(xì)胞中含有2n條染色體，減數(shù)分裂時，某對同源染色體沒有分開或者姐妹染色單體沒有分開，導(dǎo)致產(chǎn)生還有（n+1）（n-1）條染色體的配子。性染色體數(shù)目的增加或減少與精子、卵細(xì)胞形成過程中的染色體分配的異常有關(guān)。減數(shù)第一次分裂和減數(shù)第二次分裂染色體分配異常。三、低溫誘導(dǎo)染色體加倍實驗用低溫處理植物分生細(xì)胞組織，能夠抑

8、制紡錘體的形成，以致影響染色體被拉向兩極，細(xì)胞不能分裂成兩個子細(xì)胞，于是，植物細(xì)胞染色體數(shù)目發(fā)生變化。四、染色體變異原理的應(yīng)用自交人工誘導(dǎo)染色體加倍組織培養(yǎng)1.單倍體育種花藥離體培養(yǎng) 單倍體植株 正常植株（純合體） 種子 新植物（新品種）秋水仙素處理2.多倍體育種正在萌發(fā)的種子或幼苗 抑制紡錘體形成 正常分裂分化著絲點(diǎn)分裂后的子染色體不分離 細(xì)胞中染色體數(shù)目加倍 多倍體植物注無籽西瓜與無子番茄的區(qū)別原理化學(xué)試劑無子原因無子西瓜染色體變異秋水仙素聯(lián)會紊亂不能產(chǎn)生正常的配子無子番茄生長素促進(jìn)果實發(fā)育一定濃度的生長素未受精生物變異在育種上的應(yīng)用一、幾種育種方法的比較名稱原理方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用雜交育種基

9、因重組雜交自交篩選出符合要求的表現(xiàn)型，自交到不發(fā)生性狀分離為止（純合子）“集優(yōu)”1.育種時間長2.局限于同種或親緣關(guān)系較近的個體用純種高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥培育矮稈抗病小麥誘變育種基因突變物理、化學(xué)方法提高變異頻率，加快育種進(jìn)程有利變異少，需處理大量實驗材料高產(chǎn)青霉素等單倍體育種染色體數(shù)變異1.雜交，使優(yōu)良性狀集中于同一個體；2.將花藥離體培養(yǎng)，培養(yǎng)出單倍體幼苗3.用秋水仙素處理獲得純合子；4選擇優(yōu)良植株明顯縮短育種年限，子代均為純合子，加速育種進(jìn)程技術(shù)復(fù)雜且需與雜交育種配合用純種高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥快速培育矮稈抗病小麥多倍體育種染色體數(shù)變異秋水仙素處理幼苗或種子操作簡單，能較快

10、獲得所需品種所獲品種發(fā)育延遲，結(jié)實率低，一般只適用于植物三倍體無子西瓜、八倍體黑小麥基因工程育種基因重組提取目的基因轉(zhuǎn)入運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的表達(dá)與檢測篩選出符合要求的新品種能定向地改變生物遺傳性狀；目的性強(qiáng)；育種周期短；克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙技術(shù)復(fù)雜，安全性問題多轉(zhuǎn)基因抗蟲棉二、育種方法的選擇育種目標(biāo)育種方案集中雙親優(yōu)良性狀單倍體育種（明顯縮短育種年限）雜交育種（耗時，但操作簡單）對原品系實施“定向”改造基因工程及植物細(xì)胞工程讓原品系產(chǎn)生新性狀（無中生有）誘變育種（提高變異頻率，篩選）對原品系營養(yǎng)器官“增大”或“加強(qiáng)”多倍體育種注意若要培養(yǎng)隱性性狀個體，則可用自交或雜交，只要出現(xiàn)該性

11、狀即可若要快速獲得純種，則選用單倍體育種方法現(xiàn)代生物進(jìn)化理論一、拉馬克的“用進(jìn)廢退”學(xué)說用進(jìn)廢退和后天獲得性遺傳是生物不斷進(jìn)化的主要原因，反對神創(chuàng)論。二、達(dá)爾文的“自然選擇”學(xué)說1.基本內(nèi)容過度繁殖：選擇的基礎(chǔ)生存斗爭：生物進(jìn)化的動力和選擇的手段遺傳變異：生物進(jìn)化的內(nèi)因適者生存：自然選擇的結(jié)果2.進(jìn)步性科學(xué)地解釋了生物進(jìn)化的原因和物種多樣性與適應(yīng)性形成的原因3.局限性（1）對遺傳和變異的本質(zhì)不能做出科學(xué)的解釋（2）對生物進(jìn)化的解釋局限在個體水平（3）強(qiáng)調(diào)物種形成都是自然選擇的結(jié)果，不能很好地解釋物種大爆發(fā)發(fā)等現(xiàn)象。三、現(xiàn)代生物進(jìn)化理論1.基本內(nèi)容種群是生物進(jìn)化的基本單位1.一個種群所含有的全部

12、基因，稱為種群的基因庫2.種群中每個個體所含有的基因，只是基因庫中的一個組成部分3.生物進(jìn)化的實質(zhì)是種群基因頻率的改變突變和基因重組是進(jìn)化的原材料1.可遺傳的變異是生物進(jìn)化的原材料2.可遺傳的變異包括基因突變、基因重組和染色體變異3.突變的有害或有利取決于生物生存的環(huán)境自然選擇決定生物進(jìn)化的方向1.種群中產(chǎn)生的變異是不定向的2.自然選擇淘汰不利變異，保留有利變異3.自然選擇使種群基因頻率發(fā)生定向改變，即導(dǎo)致生物朝一定的方向緩慢進(jìn)化隔離導(dǎo)致物種形成2.進(jìn)化理論的發(fā)展（1）對于生物進(jìn)化過程中遺傳和變異的研究，已經(jīng)從研究生物的性狀水平深入到分子水平（2）關(guān)于自然選擇的作用等問題的研究，已經(jīng)從以生物個

13、體為單位發(fā)展到以種群為基本單位。3.重要的基本概念類型定義特點(diǎn)地理隔離由于地理上的障礙而分成不同的種群地理隔離消失后仍然可以進(jìn)行基因交流生殖隔離種群間的個體不能自由交配，即使成功交配，也不能產(chǎn)生可育的后代永久性不能基因交流生殖隔離是物種形成的標(biāo)志，是物種形成的最后階段，是物種間的真正界限。四、物種的形成1.三個環(huán)節(jié)突變和基因重組，自然選擇，隔離2.物種形成的三種典型模式（1）漸變式：加拉帕戈斯群島地雀（2）驟變式：自然界多倍體植物的形成（3）人工創(chuàng)造新物種：3.物種形成和生物進(jìn)化的區(qū)別內(nèi)容物種形成生物進(jìn)化標(biāo)志生殖隔離出現(xiàn)基因頻率發(fā)生改變變化后與原生物的關(guān)系屬于不同物種可能屬同一物種，也可能屬于

14、不同的物種兩者聯(lián)系1.生物進(jìn)化的實質(zhì)是基因頻率的改變，不一定會突破物種的界限，即生物進(jìn)化不一定導(dǎo)致物種形成2.新物種形成必然是生物進(jìn)化的結(jié)果五、生物進(jìn)化與生物多樣性的形成1.共同進(jìn)化（1）概念：不同物種之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展，這就是共同進(jìn)化。（2）共同進(jìn)化的類型共同進(jìn)化類型包含類型舉例不同物種之間互利共生捕食寄生競爭生物與無機(jī)環(huán)境之間相互影響（3）研究生物進(jìn)化歷程的主要依據(jù)：化石2.生物多樣性基因多樣性三個層次：生物多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性六、種群的基因頻率及計算1.基因頻率種群基因頻率的定向改變導(dǎo)致生物朝一定方向不斷進(jìn)化2.基因型頻率3.通過基因型頻率計算基因頻率（1）在種群中一對等位基因的基因頻率之和等于1，基因型頻率之和等于1（2）一個基因的頻率=該基因純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻