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：高中生物新人教必修二知识点清单，超全超详细（1-6章），帮助同学们寒假高效预习，住抓紧收藏吧~

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2019版人教版必修2遗传与进化

第1章遗传因子的发现

第1节孟德尔的豌豆杂交实验（一）

两个亲本杂交后，双亲的遗传物质会在子代体内发生混合，使子代表现出介于双亲之间的性状。这种观点称作融合遗传。融合遗传的观点曾在19世纪下半叶十分盛行。孟德尔冲破了这个错误观点的“束缚”，提出了完全不同的理论。

一、发现人：

孟德尔

二、试验材料：

三、选材原因：

1．豌豆是自花传粉（两性花在未开放时，它的花粉会落到同一朵花的雌蕊的柱头上，这种传粉方式叫作自花传粉，也叫自交。）的植物，避免了外来花粉的干扰，自然状态下一般都是纯种，杂交结果可靠易分析。

2．豌豆具有易于区分的相对性状（一种生物的同一种性状的不同表现类型，叫作相对性状），杂交结果易观察和分析实验结果。

四、实验方法

－杂交实验法：

去雄（除去未成熟花的全部雄蕊），套袋→采集花粉（待去雄花的雌蕊成熟时采集，供应花粉的植株叫作父本）→传粉（将采集到的花粉涂（撒）在去雄花的雌蕊的柱头上，接受花粉的植株叫作母本），套袋→种子发育成熟→种植，得到F

五、相关符号：

亲本－P、子代－F（F

为子一代，以此类推）、配子－G、杂交－×、自交－

、雄性－♂、雌性－♀。

一、一对相对性状的杂交实验（观察实验、提出问题）：

（一）观察实验，

过程如下图：

（二）提出问题：

为什么子一代都是高茎而没有矮茎的呢?

为什么子一代没有矮茎的，而子二代又出现了矮茎的呢?

3．为什么

子二代高茎

矮茎≈

3:1？

二、解释（建立假说）：

1．假说内容：

（1）性状由遗传因子（即基因）决定。遗传因子具有独立性。显性性状由显性遗传因子（即显性基因，用大写字母表示，如D）决定，隐性性状由隐性遗传因子（即隐性基因，用小写字母表示，如d）决定。

（2）体细胞中的遗传因子成对存在。遗传因子组成相同的个体叫纯合子，遗传因子组成不同的个体叫杂合子。

（3）形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中。配子中只含有每对遗传因子中的一个。

（4）受精时，雌雄配子结合是随机的。

2．遗传图解：据以上假说建立遗传图解，如下图：

3．【探究·实践】

性状分离比的模拟实验：

模拟内容

小桶分别代表雌、雄生殖器官，彩球分别代表雌、雄配子，用不同彩球的随机组合，模拟生物在生殖过程中，雌、雄配子的随机结合。

目的要求

通过模拟实验，理解遗传因子的分离、配子的随机结合与性状之间的数量关系，体验孟德尔的假说。

材料用具

两个小桶，分别标记甲、乙；两种大小相同、颜色不同的彩球各20个，一种彩球标记D，另一种彩球标记d；记录用的纸和笔。

方法步骤

（1）在甲、乙两个小桶中放入两种彩球各10个。

（2）摇动两个小桶，使小桶内的彩球充分混合。

（3）分别从两个桶内随机抓取一个彩球，组合在一起，记下两个彩球的字母组合。

（4）将抓取的彩球放回原来的小桶内，摇匀。

（5）按步骤（3）和（4）重复做30次以上。

实验结果记录在下表中：

组合类型

每种组合的数量

组合类型之间的数量比

彩球组合类型数量比

DD∶Dd∶dd≈1∶2∶1

，彩球代表的显隐性的数值比为

3∶1

三、验证－测交

（一）

演绎推导

据以上解释得出推论：F

为杂合子，且产生两种数量相等的配子，若测交（让F

与隐性纯合子杂交），根据假说，理论上后代的性状分离比应为1:1，如下图：

（二）实验

孟德尔设计的测交预期结果与实验结果一致，验证了他的假说。

四、实质（得出结论）：

分离定律（孟德尔第一定律）的内容是：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。如下图：

【科学方法】

“假说—演绎法”：

（1）含义：在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，推出预测的结果，再通过实验来检验。如果实验结果与预测相符，就可以认为假说是正确的，反之，则可以认为假说是错误的。

（2）步骤：观察分析→提出问题→建立假说→演绎推理→实验检验→得出结论。

第2节孟德尔的豌豆杂交实验（二）

一、两对相对性状的杂交实验（观察实验、提出问题）：

（一）观察实验：

过程如下图：

（二）提出问题：

1．F

代为什么出现新的性状组合?

2．为什么F

代不同类型性状比为9:3:3:1？

3．是否还遵循分离定律？

二、解释（建立假说）：

对上述疑问3的解释：

代中的每对性状单独分析：

粒形：圆＝315＋108＝423，皱＝101＋32＝133，圆:皱≈3:1

粒色：黄＝315＋101＝416，绿＝108＋32＝140，黄:绿≈3:1

结论：依然遵循分离定律。

2．对上述疑问1、2的解释：

（1）假说内容：

①设定粒色（黄色、绿色）由一对遗传因子（Y、

y）控制；粒形

（圆粒、皱粒）由另一对遗传因子（R、

r）控制

。则亲本遗传因子组成为YYRR和yyrr，分别产生YR、

yr一种配子

②推断出

的遗传因子组成为YyRr，表现为黄色圆粒。

产生配子时，每对等位基因遗传因子彼此分离，不同对的遗传因子可以自由组合，F

产生的雌配子和雄配子各有

种：YR∶Yr∶yR∶yr＝1∶1∶1∶1。

④受精时，雌雄配子结合是随机的。

●雌雄配子的结合方式有16种；

●遗传因子的组合形式有9种：YYRR、YYRr、YyRR、YyRr、YYrT、Yyrr、yyRR、yyRr、yyrr；

●性状表现为4种：黄色圆粒、黄色皱粒、绿色圆粒、绿色皱粒，它们之间的数量比是9：3：3：1。

（2）遗传图解：据以上假说建立遗传图解，如下图：

三、验证－测交

（一）

演绎推理

据以上解释得出推论：F

为杂合子，且产生4种数量相等的配子，若测交，根据假说，理论上后代的性状分离比应为1:1:1:1，如下图：

（二）实验检验：

无论以F

做母本还是做父本（即正反交），结果都符合预期设想。

四、实质

（得出结论）：

自由组合定律（孟德尔第二定律）的内容是：控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的；在形成配子时，决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。如下图：

五、孟德尔成功的原因：

1．正确选用实验材料。

2．由简单→复杂：通过豌豆一对相对性状的研究得出基因分离定律；通过豌豆两对相对性状研究得出自由组合定律。

3．对实验结果进行统计学分析。

4．方法科学严谨：假说—演绎法。

5．其他：扎实的知识基础和对科学的热爱；严谨的科学态度；勤于实践；敢于向传统挑战。

六、孟德尔遗传规律的再发现：

1．1909年，丹麦生物学家约翰逊把“遗传因子”叫作“基因”。

2．他还提出了表型（也叫表现型）和基因型的概念。

（1）表型：指生物个体表现出来的性状，如豌豆的高茎和矮茎；

（2）基因型：与表型有关的基因组成叫作基因型，如高茎豌豆的基因型是DD或Dd，矮茎豌豆的基因型是dd。

（3）控制相对性状的基因，叫作等位基因，如D和d。

七、孟德尔遗传规律发现的意义：

随着孟德尔遗传规律的再发现，基因的本质和作用原理成为遗传学研究的中心问题，这些问题的研究使人们对生物的认识越来越接近生命活动的本质，并且为基因工程（也叫“遗传工程”）等生物技术的兴起奠定了理论基础。正是因为孟德尔的杰出贡献，他被后人公认为“遗传学之父”。

八、孟德尔遗传规律的应用：

（一）动植物育种――杂交育种：

1．含义：在杂交育种中，人们有目的地将具有不同优良性状的两个亲本杂交，使两个亲本的优良性状组合在一起，再筛选出所需要的优良品种。

2．举例：小麦的抗倒伏（D）对易倒伏（d）为显性，易染条锈病（T）对抗条锈病（t）为显性。小麦患条锈病或倒伏，会导致减产甚至绝收。现有两个不同品种的小麦，一个品种抗倒伏，但易染条锈病（DDTT）；另一个品种易倒伏，但能抗条锈病（ddtt)。运用杂交育种的方法培育出具有优良性状的新品种，方法如下：

①将这两个品种的小麦杂交得F1；

②让F1自交得F2，在F2中就会出现新类型（如DDtt或Ddtt）。

③选F2中抗倒伏抗条锈病小麦自交得F3；

④留F3中未出现性状分离的抗倒伏抗条锈病个体，对于性状分离个体重复③④步骤，就可以得到既抗倒伏又抗条锈病的纯种（DDtt）。参见下面图解：

（二）医学实践：

1．应用：人们可以依据分离定律和自由组合定律，对某些遗传病在后代中的患病概率作出科学的推断，从而为遗传咨询提供理论依据。

2．举例：人类的白化病是一种由隐性基因（a）控制的遗传病，如果一个患者的双亲表型正常，根据分离定律可知，患者的双亲一定都是杂合子（Aa)，则双亲的后代中患病概率是1/4。

第2章基因和染色体的关系

第1节减数分裂和受精作用

说明：

1．有丝分裂、无丝分裂和减数分裂是真核生物的细胞增殖方式，原核生物通过二分裂的方式增殖。

2．组成高等多细胞生物的细胞一般有两种类型，即体细胞和生殖细胞。真核生物体细胞增殖方式是有丝分裂（最普遍）和无丝分裂，有性生殖细胞的产生靠减数分裂。

一、预言：

1．科学家：与孟德尔同时代的德国动物学家魏斯曼。

2．理论预测：在精子和卵细胞成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半；受精时，精子和卵细胞融合，染色体数目得以恢复正常。

3．证实：其他科学家通过显微镜观察证实了魏斯曼预言的过程—一种特殊方式的有丝分裂：减数分裂。

二、场所：

有性生殖器官，以哺乳动物为例：雄性在睾丸，雌性在卵巢。

三、过程：

（一）精原细胞的增殖：

通过有丝分裂进行增殖，每个精原细胞中的染色体数目与体细胞相同。

（二）精子的形成：

细胞名称

分裂时期

精原细胞

体积增大，染色体复制，成为初级精母细胞。

姐妹染色单体形成，染色体呈染色质丝的状态。

初级精母细胞

分裂I

（减数第一次分裂）

发生联会现象：同源染色体（形状和大小一般都相同，一条来自父方、一条来自母方）两两配对的现象叫作联会。

●出现四分体结构：联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫作四分体。

●四分体中的

非姐妹染色单体常发生交叉互换。

同源染色体排列在赤道板两侧，着丝粒都附着在纺锤丝上。

在纺锤丝牵引下，同源染色体分离向两极移动。

一个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞（由于同源染色体分离，并分别进入两个子细胞，使得每个次级精母细胞中染色体数目减半）。

次级精母细胞

很短或无，染色体不再复制。

分裂Ⅱ

（减数第二次分裂）

染色体散乱分布于细胞中。

染色体着丝粒排列在赤道板上

着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，成为两条染色体。在纺锤丝的牵引下，分别向细胞的两极移动，随着细胞的分裂进入两个子细胞。

两个次级精母细胞分裂成四个精细胞。

精细胞→精子

变形期

精细胞变形成为精子（呈蝌蚪状，分头部和尾部，头部含有细胞核，尾长，能摆动）。

（二）卵子的形成－与精子形成的区别：

比较项目

精子的形成

卵子的形成

场所不同

是否均等分裂

两次分裂都是均等分裂

初级卵母细胞和次级卵母细胞的分裂为不均等分裂，第一极体的分裂为均等分裂，三个极体最终退化消失。

生殖细胞数目不同

一个精原细胞产生4个精细胞

一个卵原细胞产生1个卵细胞。

是否有变形期

（三）观察－

【探究·实践】观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片：

目的要求

通过观察蝗虫精母细胞减数分裂装片，识别减数分裂不同时期的染色体的形态、位置和数目，加深对减数分裂过程的理解。

材料用具

蝗虫精母细胞减数分裂装片，显微镜

方法步骤

观察装片

低倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂装片。

识别细胞

识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞。

查找时期

先在低倍镜下找到减数分裂I和减数分裂Ⅱ不同时期的细胞，再在高倍镜下观察染色体形态、位置和数目。

绘制简图

据观察结果绘制不同时期简图。

四、定义：

●发生范围：进行有性生殖的生物

●发生时期：产生成熟的生殖细胞时

●特点：染色体复制一次，细胞分裂两次

●结果：成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减半

五、结果

－产生配子：

（一）配子的特点－

染色体组合具多样性

1．【探究·实践】建立减数分裂中染色体变化的模型

目的要求

通过建立减数分裂中染色体数目和行为变化的模型，加深对减数分裂过程及其特点的认识，理解配子中染色体组合的多样性，领悟减数分裂的意义。

材料用具

较大的白纸，铅笔或彩笔，适于制作染色体的材料（如橡皮泥、扭扭棒、细树枝、纸卷等）。

方法步骤

染色体数目

和主要行为

的变化

画出细胞和制作染色体

用两种颜色的橡皮泥制作染色体，每种颜色分别制作两条大小不同的染色体，每条染色体由两条染色单体组成（注意：一种颜色的两条染色体分别与另一种颜色的两条染色体大小相同）。两种颜色分别代表来自父方和母方。

在纸上画一个足够大的初级精母细胞的轮廓，能够容纳所制作的四条染色体。画出中心体和纺锤体。

建立减数分裂I的染色体数目和行为变化模型

将染色体放在画好的细胞内，让长度相同、颜色不同的两条染色体配对，使着丝粒靠近。

将两对染色体横向分别排列在细胞中央的赤道板两侧。

双手分别抓住并移动染色体的着丝粒，使两种颜色的染色体分离，分别移向细胞的两极。

建立减数分裂Ⅱ的染色体数目和行为变化模型

在另一张纸上再画两个次级精母细胞的轮廓，并画出中心体和纺锤体。将已经移到细胞两极的染色体分别放到这两个新细胞中。

把新细胞中的染色体横向排列在细胞中央的赤道板处。平均分开每条染色体上连接染色单体的小块橡皮泥—相当于着丝粒分离。再将染色体分别拉向细胞的两极。然后，在两极有染色体的部分画出细胞轮廓，代表新细胞生成。

非同源染色体的自由组合

进行模拟活动前应该先设计，并考虑以下问题。

1.细胞中至少需要几对染色体?

2.假设细胞中有2对染色体，减数分裂I时，非同源染色体有几种组合方式?如何模拟？

3.怎样模拟减数分裂I和减数分裂Ⅱ所产生的子细胞？

模拟四分体时期非姐妹染色单体间的互换

进行模拟活动前应该先设计，并考虑以下问题。

1.怎样模拟四分体时期非姐妹染色单体间的互换?

2.如果发生了互换，怎样模拟减数分裂I和减数分裂Ⅱ所产生的子细胞？

2．原因：

（1）减数分裂过程中的非同源染色体的自由组合（发生在减数第一次分裂后期）

（2）一对同源染色体间的非姐妹染色单体可能发生交叉互换（发生在减数第一次分裂前时期）。

（二）配子的结合－受精作用：

1．定义：卵细胞与精子相互识别、融合成为受精卵的过程。

2．过程：精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。与此同时，卵细胞的细胞膜会发生复杂的生理反应，以阻止其他精子进入。精子的头部进入卵细胞后不久，精子的细胞核就与卵细胞的细胞核融合，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，保证了物种染色体数目的稳定，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）。

4．意义：减数分裂和受精作用对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。原因是：

（1）减数分裂和受精作用保证了每种生物前后代染色体数目的恒定，维持了生物遗传的稳定性。

（2）通过有性生殖，新一代继承了父母双方的遗传物质，而通过无性生殖只能继承单亲的遗传物质。

（3）精子和卵子结合的随机性使后代呈现多样性，有利于生物适应多变的自然环境，有利于生物在自然选择中进化，体现了有性生殖的优越性。

第2节基因在染色体上

一、假说的提出：

（一）观察：

蝗虫减数分裂及受精作用过程中染色体行为变化及亲子代染色体数量关系

行为变化

基因行为

杂交过程中基因保持完整性和独立性。

体细胞中基因成对存在，配子中只有成对的基因中的一个。

体细胞中成对的基因一个来自父方，一个来自母方。

非等位基因在形成配子时自由组合。

染色体行为

在配子形成和受精过程中有相对稳定的结构。

体细胞中染色体成对存在，配子中只有成对染色体中的一条。

体细胞中成对的同源染色体一条来自父方，一条来自母方。

非同源染色体在减数分裂Ⅰ后期自由组合。

（二）类比发现：

基因和染色体行为存在平行关系。

（三）推理：

提出基因在染色体上的假说。

二、实验证据：

（一）实验人：

摩尔根

（二）实验材料：

（三）科学方法：

假说－演绎法

1．观察实验：果蝇眼色的遗传

2．提出问题：为什么F

代的白眼性状总是与性别相联系？

3．建立假说：

（1）果蝇的染色体组成：3对常染色体＋1对性染色体（♀：同型，XX；♂：异型，XY），如下图。

（2）假说内容：控制白眼的基因（w）位于X染色体上，Y染色体上无该基因的等位基因。

4．演绎推理：若F

红眼雌果蝇测交，后代应出现4种表现型，比例为1:1:1:1。如下图解。

5．实验验证：实施测交，实验结果结果与推理的结果相同。

6．得出结论：基因在染色体上。

三、继续探究：

●疑问：每种生物的基因数量远多于染色体数目。

●推测：一条染色体上有许多个基因。

●证明方法：

摩尔根和他的学生发明了测定基因位于染色体上的相对位置的方法，并绘制出第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置图。

●结论：证明了一条染色体上有许多个基因。同时也说明了基因在染色体上呈线性排列。

四、孟德尔遗传规律的现代解释：

（一）基因的分离定律的实质：

在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性；在减数分裂形成配子的过程中，等位基因会随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代。如下图。

（二）基因的自由组合定律的实质：

位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。如下图。

第3节伴性遗传

一、定义：

位于性染色体上的基因所控制的性状在遗传上总是和性别相关联，这种现象叫做伴性遗传。

二、举例：

（一）

红绿色盲

1．发现：详见教材相关内容。

2．遗传类型：X染色体隐性遗传病。

基因型及表现型的写法：

♂：X

男性正常）、

男性色盲）

♀：X

（女性正常）、

（女性携带者）、

（女性色盲）

人的体细胞中有23对染色体，其中有常染色体22对，性染色体1对：男性为XY，女性为XX。

【知识解析】

X、Y两条染色体大小和形状都不相同，如右图，两条染色体间存在同源区段（Ⅱ），也存在非同源区段（

Ⅰ、Ⅲ），为异型的同源染色体。

【思考讨论】你知道控制色盲的基因位于下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的哪一位置上吗？

【知识解析】写伴性遗传的基因型和表现型时需注意的问题：

（1）不能正确书写伴性遗传的基因型。主要表现在：

①把控制相关性状的基因写在相应染色体的右下角，如把男性色盲的基因型写成X

Y，女性色盲的基因型写成X

。特别是当两种伴性遗传放在一起的时候，最容易出现此类错误，如把女性色盲血友病患者的基因型X

错写成X

②写男性的基因型时，把Y写在的前边，X写在了后边，如把X

Y写成YX

解决的办法是：写伴性遗传的基因型时，首先写出相关个体的性染色体组成，然后把控制相关性状的基因写在相应染色体的右上角上。如男性色盲的基因型写做X

Y，女性色盲的基因型写做X

（2）常染色体遗传与伴性遗传的基因型混淆，不知道在书写基因型时什么时候写上性染色体，什么时候不写性染色体。

解决的办法是：首先确定遗传类型，若为常染色体遗传，常染色体省略不写，直接写出相关性状的基因组成即可；若为伴性遗传，必须按照上面方法进行书写，以示区分。

（3）写表现型时，没有把与个体表现型有关的性别表述出来，如X

Y的表现型应为男性色盲而表述成色盲。

4．婚配方式及遗传图解：

共有6种婚配方式，其遗传图解的写法仅举一例，如下图：

【知识解析】写伴性遗传图解时，最好把子代的基因型和表现型中相同性别的个体放在一起，这样有利于分析后代特征。

5．遗传特点：

（1）患者中男性远多于女性；

【知识解析】为什么X染色体隐性遗传病的男性患者多于女性患者？

提示：

可从两个角度进行分析：

（1）从基因型上看，男性只有一条X染色体，只要有一个色盲基因就可以致病，而女性有两条X染色体，必须两个致性基因纯合后才能致病，所以男性发病的可能性要大于女性。

（2）从遗传图解角度进行分析，有关色盲遗传的遗传图解共有6个，对所有遗传图解的后代男孩和女孩的发病率进行分析归纳也可得出此结论。

（2）交叉遗传：男性的患者的基因只能从母亲那里传来，以后只能传给女儿。

【思考讨论】男孩的色盲基因一定来自外祖父这种说法正确吗？

（二）抗维生素D佝偻病：

1．遗传类型：X染色体显性遗传病。

基因型、表现型及后代特征：

3．遗传特点：

（1）女性多于男性；

【思考讨论】你知道为什么X染色体显性遗传病的女性患者多于男性？

（2）基因型为X

的女性患者比X

的病症较轻，男性患者X

Y的发病程度与X

相似。

（3）交叉遗传：男性患者与正常女性婚配的后代中，女性都是患者，男性正常。（即男病女病，女常子常）

（三）其它：

果蝇的红眼和白眼、人的血友病、芦花鸡羽毛上黑白相间的横斑条纹、雌雄异株的植物（如杨、柳）中某些性状的遗传等。

三、实践应用：

（一）医学方面：

1．应用：根据伴性遗传的规律，可以推算后代的患病概率，从而指导优生。

2．举例：抗维生素D佝偻病的男性患者与正常女性结婚，后代中女性都是患者，男性全部正常，因此可建议他们生男孩。

（二）生产实践：

1．应用：伴性遗传理论可以指导育种工作。

2．举例：根据早期雏鸡羽毛的特征，把雌性和雄性区分开，从而做到多养母鸡，多得鸡蛋。

（1）鸡的性别决定方式：ZW型，雌性个体的两条性染色体是异型的（ZW），雄性个体的两条性染色体是同型的（ZZ）。

（2）方法：芦花鸡羽毛上黑白相间的横斑条纹是由Z染色体上的显性基因B决定的，利用

W（芦花）×♂Z

（非芦花）杂交，后代雌鸡都是非芦花（Z

W），雄鸡都是芦花（Z

），根据羽毛特征就可以把雌雄分开。

第3章基因的本质

第1节DNA是主要的遗传物质

一、对遗传物质的早期预测：

20世纪20年代

人们已认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。各种氨基酸可以按照不同的顺序排列形成不同的蛋白质。

这使人们很自然地想到，氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。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

人们才认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，以及脱氧核苷酸的化学组成。

由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。

二、DNA是遗传物质的证据：

（一）肺炎链球菌的转化实验：

1．肺炎链球菌的种类：

有无荚膜

菌落特点

有无致病性

S型细菌

菌体有多糖类的荚膜

菌落表面光滑

有致病性

R型细菌

菌体无多糖类的荚膜

菌落表面粗糙

无致病性

2．实验

）体内转化实验：

①时间：

1928年

②实验人：英国科学家格里菲思

③实验过程、现象及结论：

实验过程

第一组

给小鼠注射R型活细菌

小鼠不死亡

R型活细菌

已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。

第二组

给小鼠注射

型活细菌

小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌。

S型活细菌有毒性

第三组

给小鼠注射加热致死的S型细菌

小鼠不死亡

加热杀死后的S型细菌无毒性

第四组

将R型活细菌与加热致死后的S型细菌混合后注射

小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌。

从小鼠尸体中分离出S型活细菌，其后代也是S型细菌。

④疑问：转化因子是什么物质呢？

（2）体外转化实验：

①时间：20世纪40年代

②实验人：美国科学家艾弗里和他的同事

③实验过程、现象及结论：

第一组

第二至第四组

第五组

将加热致死的S型细菌破碎后，除去绝大部分糖类、蛋白质、脂质，制成细胞提取物

加蛋白酶（或RNA酶、脂酶）

加DNA酶

分别加入有R型细菌的培养基中

细胞提取物有转化活性

（培养基中不仅有R型细菌，还出现的S型细菌）

细胞提取物失去转化活性

（培养基中只长R型细菌）

转化因子很可能是DNA，DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

【知识解析】

本实验除能够证明DNA是遗传物质这一结论外，还能证明蛋白质、糖类、脂质等成分不是遗传物质。

（二）噬菌体侵染细菌的实验：

1．时间：1952年

2．实验人：赫尔希和蔡斯

3．实验技术：放射性同位素标记技术

4．实验材料－T2噬菌体：

（1）定义：是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。

（2）结构及成分：头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部含有

DNA

5．实验过程、现象及结论：

【知识解析】

1．在“噬菌体侵染细菌的实验”中，为什么用

S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，而不用C、H、O、N来标记？

提示：

因噬菌体的蛋白质中含有DNA中没有的特殊元素S，所以用

S标记蛋白质；DNA中含有蛋白质中没有的P元素，所以用

P标记DNA。而C、H、O、N4种元素是DNA和蛋白质中共有的元素，所以不能用这4种元素来标记DNA和蛋白质。

2．“噬菌体侵染细菌的实验”能不能证明蛋白质不是遗传物质？

提示：不能，因为该过程中噬菌体的蛋白质外壳没起作用。

．“肺炎链球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”能否证明DNA是主要的遗传物质？

提示：

不能，因为这一结论是相对于RNA而言的，这两个实验中并没有涉及到RNA。

三、RNA是遗传物质的证据

－烟草花叶病毒感染烟草的实验：

用从烟草花叶病毒中提取出来的蛋白质去侵染烟草

不能使烟草感染病毒

RNA

是遗传物质

用从烟草花叶病毒中提取出来的

RNA

去侵染烟草

能使烟草感染病毒

【知识解析】

DNA是主要遗传物质的分析：

生物类别

核酸种类

遗传物质

真核生物

DNA和RNA

变形虫、玉米、人

DNA

原核生物

DNA和RNA

细菌、蓝藻

非细胞生物

（以病毒为例）

DNA

噬菌体

RNA

烟草花叶病毒、HIV等

RNA

综上所述，除RNA病毒外，其它（绝大多数）生物的遗传物质都是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。

【科学方法】

自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”

1．适应范围：

在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。

2．加法原理：

（1）含义：与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。

（2）举例：在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeC1

溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。

3．减法原理：

（1）含义：与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。

（2）举例：在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了“减法原理”。

第2节DNA分子的结构

一、DNA双螺旋结构模型的构建

1．时间：1953年

2．科学家：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克

3．构建过程：

二、DNA的结构：

【知识整合】

在必修1教材第2章第5节学习过有关DNA的知识（如下图）：

1．组成元素：由C、H、O、N、P5种元素组成。

2．组成成分：

脱氧核糖、磷酸、含N碱基（A、G、C、T）

基本单位：通过①、②两个化学键连接，构成基本单位─脱氧核苷酸（4种）

4．许多

脱氧核苷酸通过磷酸二酯键（如下图中的③）连接聚合（与缩合过程类似）成脱氧核苷酸链。

5．DNA由两条脱氧核苷酸链构成。

DNA的结构特点：

（1）DNA是由两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

【知识解析】

脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1'－

C，与磷酸基团相连的碳叫作5'

C。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5'

－端，另一端有一个羟基（－

OH），称作3'

－端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链从5'－端到3'－端，另一条单链从3'－端到5'－端。

（2）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（如上图中的④）连接成碱基对，碱基配对遵循碱基互补配对原则，即：A与T配对；G与C配对。

【知识比较】

RNA与DNA在结构上有什么不同？

三、【模型建构】制作DNA双螺旋结构模型：

目的要求

通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的认识和理解。

材料用具

曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等常用物品，都可用作模型制作的材料。

模型设计

成分间连接→基本单位：脱氧核苷酸

1．如何选材？

2．连接部位？

3．怎样连接？

单位间连接→脱氧核苷酸链

1．连接部位？

2．怎样连接？

两条链间连接

1．如何体现反向平行？

2．如何体现碱基配对？

第3节DNA分子的复制

一、对DNA复制的推测

（一）

半保留复制：

是指以DNA一条链为模板，新合成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链。如下图（左）。

（二）

全保留复制：

是指以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。如下图（右）

二、半保留复制证明

（一）时间

1958年

（二）科学家：

美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔

三）实验材料：

大肠杆菌

（四）科学探究方法：

假说－演绎法

（五）方法：

运用同位素标记技术和假说－演绎法，并结合实验加以证明。

（六）

实验分析：

1．建立假说：沃森和克里克发表

的第二篇论文中提出了遗传物质半保留复制的假说：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。新合成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链。

2．实验证明：

（1）实验思路：

N是N元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含

N的DNA比含

N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。

（2）实验过程

①标记大肠杆菌：科学家先用含有

CI的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是

N标记的。

②转移培养：将

N标记的大肠杆菌转移到含有

Cl的普通培养液中。

③提取DNA：在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。

④离心：将提取的DNA进行离心。

⑤观察记录：记录离心后试管中DNA的位置。

（3）实验预期（演绎推理）：

假设DNA是半保留复制，离心后试管中DNA的位置如下（如下图）：

①亲代大肠杆菌：

●现象：试管中只出现了一条DNA带，位置靠近试管的底部。

●结论：说明其密度最大，是

N标记的亲代双链DNA（

N-DNA)；

②第一代细菌：

●现象：试管中只有一条带，位置居中。

●结论：说明其密度居中，是只有一条单链被

N标记的子代双链DNA（

N-DNA)；

③第二代细菌：

●现象：试管中出现两条带，一条带位置居中，为

N-DNA，另一条带的位置更靠上。

●结论：说明其密度最小，是两条单链都没有被

N标记的子代双链DNA（

N-DNA)。

（4）实验结果：与上述预期相符。

（5）实验结论：实验结果证明，DNA的复制是以半保留的方式进行的。

三、DNA复制的过程

（一）定义：

DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

（二）时期：

细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。

【知识整合】

你知道DNA复制的场所在哪吗？

提示：

真核细胞DNA分子的复制主要在细胞核中，线粒体和叶绿体中的DNA也能发生复制。原核细胞中DNA分子的复制是在细胞质中进行的。

（三）条件：

模板：亲代DNA分子两条链

2．原料：

4种脱氧核苷酸

能量：由细胞呼吸提供。

酶：解旋酶和DNA聚合酶等

（四）过程：

1．解旋

：复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。

碱基配对：

DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。

延伸、螺旋：随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。

（五）结果：

1．形成两个与亲代完全相同的DNA分子；

半保留复制；

新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中。

（六）特点：

边解旋边复制

（七）结构基础（原因）：

1．DNA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。

（八）意义：

DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。

【方法规律】

1．子代DNA数量的计算：

一个双链DNA分子连续复制n次，可以形成2

个子代DNA分子，且含有最初母链的DNA分子有2个，占所有子代DNA分子总数的1/2

n-1

；含有母链的子代DNA分子占所有子代DNA分子总数的100%。（注意：最初母链与母链的区别）

2．DNA复制过程中原料消耗的计算：

若一个双链DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，该DNA分子连续复制n次，可消耗游离的该种脱氧核苷酸m（2

－1）个，第n次复制消耗的该种脱氧核苷酸的个数为m·2

n-1

第4节基因是有遗传效应的DNA片段

基因与DNA的关系：

资料分析

分析教材资料1

分析教材资料3

分析教材资料2

DNA分子数＜基因数

基因碱基总数＜DNA分子碱基总数

生物的性状由基因控制

基因是DNA片段

基因有遗传效应

二、DNA片段中的遗传信息：

（一）分析：

资料分析

分析教材资料1

分析教材资料2

过程及

推算：

假设由

碱基对组成

1个基因

，则这

对碱基可能有4种排列方式，即A－T、T－A、C－G、G－C，即可形成4种基因；假设由

碱基对组成

1个基因

，则这两对碱基可能有4×4＝

16种（即4

种）排列方式，形成

种基因；如果由

碱基对组成

1个基因

，则可形成4

种排列方式，形成

种基因；

，由此可以推出：由n个碱基对排列，可有4

种排列方式，即可构成4

种基因。

基因不是碱基对随机排列成的DNA片段，可从生物进化的角度进行分析。

（特性）

遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性；而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性。

（二）

意义：

基因的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。

三、定义：

基因通常是有遗传效应的DNA片段。

【知识拓展】

遗传物质是RNA的生物，基因是有遗传效应的RNA片段。

第4章基因的表达

第1节基因指导蛋白质的合成

疑问：

DNA主要在细胞核中，细胞核中的DNA如何指导细胞质中的蛋白质合成？

推测：

在DNA和蛋白质之间有一种中间物质充当信使，该物质为RNA。

一、RNA：

（一）结构

－与DNA结构的比较：

1．碱基不同：RNA有U无T，DNA中有T无U

2．五碳糖不同：组成RNA的是核糖；组成DNA的是脱氧核糖

3．RNA

一般是单链；

DNA

一般呈双螺旋结构

4．RNA比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质；DNA不能通过核孔。

（二）种类：

信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）、核糖体RNA（rRNA）

（三）合成－转录：

详见下边内容

二、基因指导蛋白质的合成过程：

）转录：

1．定义

：在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA过程。

条件：

（1）模板：DNA的一条链

【知识解析】

mRNA的转录总是以一条DNA链为模板吗？

提示：

不是，DNA双链都可以作为模板链。但每一次转录只能以DNA的一条链为模板。

（2）原料：4种核糖核苷酸

（3）能量：由细胞呼吸提供

（4）酶：RNA聚合酶

．过程：参见教材图4-4。

（1）解旋：当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，双链的碱基得以暴露。

（2）碱基配对：细胞中游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。

（3）延伸：新结合的核糖核苷酸依次连接到正在合成的mRNA分子上。

（4）释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。

【方法规律】

有关mRNA的相关计算：

一般采用图解法。运用碱基互补配对原则，把所求的mRNA中某种碱基的含量归结到相应DNA模板链中互补碱基上来，然后再运用DNA的相关规律进行求解。如若求mRNA中某种碱基含量的话，可利用碱基互补配对原则，把求解的问题转移到DNA中，然后利用X＝（X

）÷2来计算。这里的X是对应的DNA中的四种碱基。

训练：

在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的（）

A．24%B．22%C．26%D．23%

）翻译：

1．定义

：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

条件：

（1）模板：mRNA（

mRNA上

决定1个氨基酸的

3个相邻碱基，叫做1个密码子）

【知识归纳】

所有生物都共用一套密码子，共有64个密码子，分三种情况：

UAA、UAG、UGA为终止密码，不决定氨基酸，翻译时遇到终止密码，该过程即结束。

在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。

AUG和GUG有两个作用：在翻译的起始端做起始密码，当翻译时遇到起始密码子，翻译过程开始进行；分别决定甲硫氨酸和缬氨酸。

在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。

③其余59个只能决定氨基酸，存在1个氨基酸对应多种密码子的现象。

（2）原料：氨基酸

（3）运载工具―tRNA：

①形状：呈三叶草形

②结构：一端是携带氨基酸的部位，另一端是反密码子。

反密码子的定义：tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基。

反密码子的作用：决定运载的氨基酸的种类；通过与mRNA上的密码子互补配对，识别安放氨基酸的部位。

③特性：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，即具有专一性。

（4）能量、酶

过程：参见教材图4-

（1）起始：

●mRNA进入细胞质，与核糖体结合。

携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。

（2）延长：

携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。

●连接：

甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。

●移位：

核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1。

重复：一个新的携带氨基酸的RNA进入位点2，继续肽链的合成。

（3）终止：就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。

说明：

一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链。

【知识整合】

RNA的功能：

（1）只含有RNA的生物，RNA是遗传物质，如烟草花叶病毒。

（2）含有DNA和RNA的生物，DNA是遗传物质，RNA不是，其中mRNA的功能是把细胞核中的遗传信息传递到核糖体上直接控制蛋白质的合成，tRNA的功能是把细胞质中的氨基酸运输到核糖体上，rRNA的功能是组成核糖体的成分。

（3）有的RNA具有生物催化作用。

【方法规律】

设mRNA上有n个密码子，除3个终止密码子，mRNA上的其它密码子都控制一个氨基酸的连接，需要1个tRNA，所以密码子的数量:tRNA（或反密码子）的数量:氨基酸的数量＝n:（n－1）:（n－1）。

2．基本单位的比：

在基因控制蛋白质合成过程中，脱氧核苷酸（或碱基）：核糖核苷酸（或碱基）：氨基酸＝6(n+1):3(n+1):n。若n的数值很大的话，可把三者的比值近似看成6:3:1。

三、中心法则：

（一）提出时间：

1957年

（二）科学家：

克里克

（三）主要内容：

遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。

（四）补充：

少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。

（五）图解：

（六）总结：

在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。

拓展：中心法则及其扩展：

（1）含有DNA和RNA的生物（即细胞生物，包括原核生物和真核生物），遗传信息的传递方向是：

真核细胞细胞核与细胞质（线粒体和叶绿体）中都能完成该过程。

（2）只含有DNA的生物（DNA病毒），如噬菌体，

遗传信息的传递在宿主细胞内完成，方向是：

（3）只含有RNA的生物（RNA病毒），遗传信息的传递有两种情况：

①无逆转录酶（含RNA复制酶）的病毒：如烟草花叶病毒、RNA肿瘤病毒，遗传信息的传递也是在宿主细胞内完成的，方向是：

②有逆转录酶的病毒：如HIV、致癌病毒，在宿主细胞内，病毒的RNA在逆转录酶的作用下合成DNA，与宿主细胞的DNA整合到一起，形成重组DNA分子，再通过复制进行扩增，通过转录和翻译进行表达。

（4）最新发现，朊病毒的遗传物质可能是蛋白质。

第2节基因表达与性状的关系

基因表达产物与性状的关系：

（一）基因通过表达产物间接控制生物的性状：

1．内容：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状。

2．举例：如皱粒豌豆的形成机制，人的白化症状的产生机制。

（二）基因通过表达产物直接控制生物的性状：

1．内容：基因通过控制蛋白质分子的结构来直接控制生物体的性状。

2．举例：如囊性纤维化病的产生。

二、基因的选择性表达与细胞分化

生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。

同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的。

【知识解析】

原因是组成同一生物体的不同细胞最终都是由受精卵增殖分化来的。

同一生物体中不同类型的细胞，形态、结构和功能不同，即细胞的分化：

（1）本质：基因的选择性表达（与基因表达的调控有关）

（2）不同类型的细胞中，表达基因有两种类型：

①在所有细胞中都表达的基因：

●意义：该类基因

指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需。

●举例：

如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。

②只在某类细胞中特异性表达的基因（即选择性表达的基因）：如卵清蛋白基因、胰岛素基因。

三、表观遗传：

（一）举例：

1．DNA甲基化会影响基因的表达：基因的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。如：

资料1

资料2

柳穿鱼是一种园林花卉。两株柳穿鱼除了花的形态结构不同，其他方面基本相同。

P：A×B→F

：花与植株A相似（自交）→F

：大部分花与植株A的相似，少部分花与植株B的相似

某种实验小鼠的毛色受一对等位基因A

和a控制，A

为显性基因，表现黄色体毛，a为隐性基因，表现黑色体毛。

P：纯种黄色体毛×纯种黑色体毛子→F

a，表现不同毛色，介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。

两株柳穿鱼体内的

Lcyc

基因的序列相同，只是植株A的

Lcyc

基因在开花时表达，植株B的

Lcyc

基因被高度甲基化（

Lcyc

基因有多个碱基连接甲基基团）而不表达。

基因前端（或称“上游”）的一段特殊碱基序列具有多个甲基化修饰的位点。这些位点没有甲基化，A

基因正常表达，小鼠表现为黄色；这些位点甲基化程度越高，A

基因表达受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。

2．构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。

【知识解析】

组成染色体的蛋白质分为组蛋白和非组蛋白，其中组蛋白是决定染色体螺旋程度的重要因素。组蛋白常受到多种化学修饰，如甲基化、乙酰化等，这一现象被称为组蛋白修饰。组蛋白特定的修饰状态可以影响染色体的螺旋化程度，从而影响基因的表达。例如：组蛋白的甲基化会促进组蛋白与DNA的结合，使染色体螺旋化程度提高，从而抑制基因的表达；组蛋白去甲基化时，染色体螺旋化程度降低，有利于基因的表达。组蛋白的乙酰化会促进基因的表达，去乙酰化则会抑制基因的表达。

（二）定义：

生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传。

（三）特点：

1．内容：表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。

2．举例：基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与表观遗传有关；一个蜂群中，蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的，但它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同，表观遗传也在其中发挥了重要作用。

四、基因与性状的关系：

1．有些性状是由单个基因控制的。

2．有些性状是由多个基因控制的。例如，人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。

3．有的基因可决定或影响多种性状。例如，我国科学家研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。

4．性状是基因与环境共同作用的结果。例如，后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用；水毛茛两种类型叶的形成也与环境因素相关。

第5章基因突变及其他变异

第1节基因突变和基因重组

一、基因突变：

（一）实例

－镰状细胞贫血（也叫镰刀型细胞贫血症）：

1．症状：红细胞由中央微凹的圆饼状变成了弯曲的镰刀状，易破裂、使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。

2．病因：（如下图）

（1）直接病因：对患者红细胞的血红蛋白分子的分析研究发现，在组成血红蛋白分子的肽链上，某个谷氨酸被缬氨酸取代。

（2）根本病因：研究发现，这个氨基酸的变化是编码血红蛋白的基因的碱基序列发生改变所引起的，即A//T→T//A。

（二）定义：

DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变。

（三）种类：

1．体细胞突变：一般不能遗传。但有些植物的体细胞发生了基因突变，可以通过无性生殖遗传。

2．生殖细胞突变：将遵循遗传规律传递给后代。

（四）细胞的癌变：

1．原癌基因和抑癌基因：

（1）存在：人和动物细胞中的DNA上本来就存在与癌变相关的基因：原癌基因和抑癌基因。

（2）作用：

①原癌基因：其表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的。

②抑癌基因：其表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖，或者促进细胞凋亡。

2．机理：

（1）原癌基因突变或过量表达而导致相应蛋白质活性过强，就可能引起细胞癌变。

（2）抑癌基因突变而导致相应蛋白质活性减弱或失去活性，也可能引起细胞癌变。

3．癌细胞的特征：能够无限增殖，形态结构发生显著变化，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，细胞之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移，等等。

4．预防：在日常生活中应远离致癌因子，选择健康的生活方式。

（五）原因：

1．环境诱发（外因）：

（1）物理因素：例如，紫外线、X射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA。

（2）化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物等能改变核酸的碱基。

（3）生物因素：某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA，等等。

2．自发产生（内因）：在没有外来因素的影响时，基因突变会由于DNA复制偶尔发生错误等原因自发产生。

（六）特点：

1．普遍性：原因是自然界中诱发基因突变的因素很多，而且基因突变也会自发产生。

2．随机性和不定向性：

（1）原因：DNA碱基组成的改变是随机的、不定向的。

（2）表现：

①随机性：基因突变的随机性，表现为基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA分子上，以及同一个DNA分子的不同部位。

②不定向性：表现为一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的等位基因。

3．低频性：在自然状态下，基因突变的频率是很低的。

4．有害性：基因突变有些对生物体有害（原因是可能破坏生物体与现有环境的协调关系），有些对生物体是有利的，有些无害也无益，是中性的。

（七）意义：

基因突变是产生新基因的途径，是生物变异的根本来源，为生物的进化提供了丰富的原材料。

（八）应用

—诱变育种：

1．方法：利用物理因素（如紫外线、X射线等）或化学因素（如亚硝酸盐等）处理生物，使生物发生基因突变。

2．特点：可以提高突变率，创造人类需要的生物新品种。

3．举例：用辐射方法处理大豆，选育出含油量高的大豆品种。

二、基因重组：

（一）定义：

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。

（二）类型：

1．减数分裂形成配子时非等位基因的自由组合（减Ⅰ后期），产生不同的配子。

【方法规律】

若n为同源染色体对数，则可产生2

种染色体组成不同的配子；若n为等位基因对数，则可产生2

种基因型的配子。

2．减数分裂形成四分体时期，位于同源染色体上的等位基因有时会随非姐妹染色单体的交换而发生交换，导致染色单体上的基因重组。

（三）意义：

是生物变异的来源之一，对于生物的进化具有重要的意义。

（四）应用

—杂交育种：见第1章第2节相关内容。

第2节染色体变异

一、定义：

生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异。

二、类型：

（一）数目变异：

1．细胞内个别染色体的增加或减少。

2．细胞内染色体组成倍地增加或成套地减少。

（1）染色体组：

①含义：大多数生物的体细胞中，染色体两两成对，含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。

②举例：野生马铃薯体细胞中有两个染色体组，每个染色体组包括12条形态和功能不同的非同源染色体。

【方法规律】

染色体组数目的判断方法：

（1）据基因型来判断：在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因出现几次，则有几个染色体组。如基因型为AaaaBBbb的细胞或生物体含有4个染色体组。

（2）据细胞中染色体特征来判断（识图题）：细胞内相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。

（3）据染色体的数目和染色体的形态数来推算（识图）：染色体组的数目＝染色体数/染色体形态数。如，果蝇体细胞中有8条染色体，分为4种形态，则染色体组的数目为2个。

（2）二倍体：

①定义：体细胞中含有两个染色体组的个体叫作二倍体。

②举例：在自然界，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。

【知识解析】

雄蜂是由卵细胞不经受精直接发育来的，因此雄蜂是单倍体。

（3）多倍体：

①定义：体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，统称为多倍体。

②形成：以二倍体为例：

●如果二倍体减数分裂形成含有两个染色体组的配子，与含有一个染色体组的配子结合，发育成的个体就是三倍体（减数分裂时出现联会紊乱，不能形成可育的配子）。如果两个含有两个染色体组的配子结合，发育成的个体就是四倍体（可通过减数分裂形成含有两个染色体组的配子）。

●如果二倍体的胚或幼苗受某种因素影响，体细胞有丝分裂时染色体只复制未分离，会形成四倍体。

③举例：多倍体在植物中很常见，在动物中极少见。在被子植物中，约有33%的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉、烟草、菊、水仙等都是多倍体。某些品种的苹果、梨、葡萄也是多倍体。

④特点：与二倍体植株相比，多倍体植株常常是茎秆粗壮，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。

⑤应用—多倍体育种：

●方法：人工诱导多倍体的方法很多，如：

○低温处理：

【探究·实践】低温诱导植物细胞染色体数目的变化：

实验原理

用低温处理植物的分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞的染色体数目发生变化。

目的要求

详见教材相关内容

材料用具

详见教材相关内容

方法步骤

诱导培养

将蒜（或洋葱）在冰箱冷藏室内（4℃）放置一周。取出后，将蒜放在装满清水的容器上方，让蒜的底部接触水面，于室温（约25℃）进行培养。待蒜长出约1cm长的不定根时，将整个装置放入冰箱冷藏室内，诱导培养48~72h。

材料处理

●剪取根尖：约0.5～1cm

●固定细胞形态：放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h

●冲洗：用体积分数为95%的酒精冲洗2次

制作装片

解离、漂洗、染色、制片，方法同实验“观察植物细胞的有丝分裂”

先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂象。视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用高倍镜观察。

○用秋水仙素

（作用是抑制细胞分裂时纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极）处理萌发的种子或幼苗，是目前最常用且最有效的方法。

●举例：含糖量高的甜菜和三倍体无子西瓜等。

（3）单倍体：

①定义：体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体，叫作单倍体。

②举例：蜜蜂的蜂王和工蜂的体细胞中有32条染色体，而雄蜂的体细胞中只有16条染色体。在自然条件下，玉米、高粱、水稻、番茄等二倍体植物，偶尔也会出现单倍体植株。

③特点：与正常植株相比，植株弱小，且高度不育。

④应用－单倍体育种：

●方法：常采用花药（或花粉）离体培养的方法来获得单倍体植株，然后人工诱导使这些植株的染色体数目加倍，恢复到正常植株的染色体数目。

特点：能明显缩短育种年限。原因是用这种方法培育得到的植株，不但能够正常生殖，而且每对染色体上成对的基因都是纯合的，自交的后代不会发生性状分离。

（二）结构变异：

1．病例—猫叫综合征：

（1）病因：人的第5号染色体部分缺失引起的遗传病

（2）症状：患病儿童哭声轻，音调高，像猫叫。生长发育迟缓，存在严重的智力障碍。

2．种类：

（1）缺失：染色体的某一片段缺失引起变异。例如，果蝇缺刻翅的形成。

（2）重复：染色体中增加某一片段引起变异。例如，果蝇棒状眼的形成。

（3）易位：染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异。例如，果蝇花斑眼的形成。

（4）倒位：染色体的某一片段位置颠倒也可引起变异。例如，果蝇卷翅的形成。

3．结果：使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。

4．后果：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。

第3节人类遗传病

一、定义：

由遗传物质改变而引起的人类疾病。

【知识解析】

遗传病是由于基因突变或染色体变异引起的。

二、种类：

（一）单基因遗传病：

定义：指受一对等位基因控制的遗传病。

种类及实例：已发现约80

00多种

。该病可能由显性致病基因所引起，如多指、并指、软骨发育不全等；也可能由隐性致病基因所引起，如镰状细胞贫血、白化病、苯丙酮尿症等。

【知识整合】

单基因遗传病的类型：

课本病例

常染色体

显性遗传病

多指、并指、软骨发育不全

隐性遗传病

白化病、先天性聋哑、镰状细胞贫血、苯丙酮尿症

性染色体

X染色体

显性遗传病

抗维生素D佝偻病

隐性遗传病

色盲、血友病

Y染色体

遗传病

外耳道多毛症

（二）多基因遗传病：

1．定义：

由两对以上等位基因控制的遗传病。

种类及实例：主要包括一些先天性发育异常和一些常见病，如原发性高血压、冠心病、哮喘和青少年型糖尿病等。

3．特点：多基因遗传病在群体中的发病率比较高。

（三）染色体异常遗传病：

1．定义：由染色体变异引起的遗传病（简称染色体病）。

种类及实例：目前已经发现500多种，如唐氏综合征又称21三体综合征，是一种常见的染色体病。患者智力低于常人，身体发育缓慢，并且表现出特殊的面容。对患者进行染色体检查，可以看到患者比正常人多了一条21号染色体。

【知识解析】

21三体综合征的病因：

减数分裂时21号染色体不能正常分离，患者比正常人多出一条21号染色体。如下图：

【知识梳理】

染色体异常遗传病的类型：

（1）染色体结构异常导致的遗传病：如猫叫综合征，是由于人的第5号染色体部分缺失引起的。

（2）染色体数目异常导致的遗传病：对人类来说主要是指染色体个别增加或减少，这种遗传病的产生主要与减数分裂不正常有关。据增加或减少的染色体类型，又可分为两类：

①常染色体数目异常导致的遗传病：如21三体综合征就与减数第一次分裂时第21号同源染色体没有分开或减数第二次分裂后期姐妹染色单体分开后移向同一极有关。

②性染色体数目异常导致的遗传病：如XXY综合征（性腺发育不良）。

【探究·实践】

调查人群中的遗传病：

（一）目的要求：

详见教材相关内容

（二）调查步骤：

1．确定调查的目的要求

2．制定调查计划：

以组为单位，确定组内人员→确定调查病例→制定调查记录表→明确调查方式→讨论调查时应注意的问题。

3．实施调查活动

4．整理分析调查资料

5．得出调查结论，撰写调查报告。

（三）统计汇总：

根据汇总的数据，可按下面的公式计算每一种遗传病的发病率。

【知识解析】

遗传病调查的类型：

1．调查人群中某种遗传病发病率：调查对象为广大人群，且随机抽样。发病率的计算可根据

调查后汇总的数据，按上面的公式计算。

2．调查某种遗传病遗传方式

：调查对象为患者家族。统计汇总后，可把调查结果绘制成遗传系谱图，根据其遗传特点来确定遗传类型。

四、危害：

遗传病不但给患者个人带来痛苦，而且给家庭和社会造成了负担。

五、监测和预防：

（一）措施：

遗传咨询和产前诊断。

1．遗传咨询的内容和步骤：如下图：

2．产前诊断：是指在胎儿出生前，医生用专门的检测手段，如羊水检查、B超检查、孕妇血细胞检查以及基因检测等，确定胎儿是否患有某种遗传病或先天性疾病。

3．基因检测：

（1）定义：是指通过检测人体细胞中的DNA序列，以了解人体的基因状况。

（2）材料：人的血液、唾液、精液、毛发或人体组织等，都可以用来进行基因检测。

（3）用途：

①基因检测可以精确地诊断病因。例如，某些疾病的发生与基因突变有关，找到突变基因，就可形成精确的诊断报告，帮助医生对症下药。

②通过分析个体的基因状况，结合疾病基因组学，可以预测个体患病的风险，从而帮助个体通过改善生存环境和生活习惯，规避或延缓疾病的发生。

③检测父母是否携带遗传病的致病基因，也能够预测后代患这种疾病的概率。

（4）争议：人们担心由于缺陷基因的检出，在就业、保险等方面受到不平等的待遇。

（二）基因治疗：

1．含义：是指用正常基因取代或修补患者细胞中有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的。

2．举例：美国科学家给一位患有严重复合型免疫缺陷疾病的4岁小姑娘艾姗蒂·德席尔瓦实施了基因治疗。

（1）病因：由于基因缺陷，她的体内缺乏腺苷酸脱氨酶（ADA)，ADA缺乏导致她没有正常人所具有的免疫力。

（2）治疗方法：科学家从她体内取出白细胞，转入能够合成ADA的正常基因，再将导入了正常基因的白细胞输入她体内，检测发现，她体内的白细胞产生了ADA，免疫缺陷所导致的症状得到明显改善。

（3）发展前景：经过几十年的发展，基因治疗的研究已经取得了不少进展，其发展趋势是令人鼓舞的，但在临床上还存在稳定性和安全性等问题。

【知识梳理】

遗传病的诊断方法：

（1）单基因病：常染色体病一般采用遗传咨询和产前诊断（基因诊断），伴性遗传病还可采用性别检测。

（2）多基因病一般采用基因检测。

（3）染色体病一般采用染色体结构和数目的检测。

第6章生物的进化

第1节生物有共同祖先的证据

达尔文生物进化论的组成：

1．共同由来学说：指出地球上所有的生物都是由原始的共同祖先进化来的。

2．自然选择学说：揭示了生物进化的机制，解释了适应的形成和物种形成的原因。

一、地层中陈列的证据——化石

（一）定义：

化石是指通过自然作用保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹等。

（二）在研究生物进化中的作用：

1．内容：化石是研究生物进化最直接、最重要的证据。

2．原因：利用化石可以确定地球上曾经生活过的生物的种类及其形态、结构、行为等特征。

3．举例：如从动物的牙齿化石推测它们的饮食情况，从动物的骨骼化石推测其体型大小和运动方式；从植物化石推测它们的形态、结构和分类地位；等等。

（三）分布：

大部分化石发现于沉积岩的地层中。

（四）结论：

1．证实了生物是由原始的共同祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的。

2．揭示出生物由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生的进化顺序。

二、当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据

（一）比较解剖学证据

1．研究内容：研究比较脊椎动物的器官、系统的形态和结构，为生物是否有共同祖先寻找证据。

2．证据：观察蝙蝠的翼、鲸的鳍、猫的前肢和人的上肢，发现它们有以下共同特点：

（1）这四种前（上）肢骨路都有肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨，且其种类具有一致性。

（2）从上到下这四种前（上）肢骨骼，这些骨的排列顺序一致。

3．这些器官功能和外形差异的原因：在发育过程中，这些器官由于适应它们不同的生活环境，执行不同的功能，所以形成了不同的形态，例如鸟的翼和蝙蝠的翼手适于飞翔；鲸的鳍适于水中游泳；马的前肢适于奔跑；人的上肢可做各种复杂的活动等。

4．结论：这个证据支持了现有的脊椎动物有着共同的原始祖先。

（二）胚胎学证据

1．胚胎学的定义：是指研究动植物胚胎的形成和发育过程的学科。

2．研究内容：比较不同动物以及人的胚胎发育过程。

3．证据：例如，人的胚胎在发育早期会出现鳃裂和尾，这与鱼的胚胎在发育早期出现鳃裂和尾非常相似。脊椎动物在胚胎发育早期都有彼此相似的阶段。

4．结论：这个证据支持了人和其他脊椎动物有共同祖先的观点。

（三）细胞和分子水平的证据

1．细胞水平的证据：当今生物有许多共同的特征，比如都有能进行代谢、生长和增殖的细胞，细胞有共同的物质基础和结构基础等，这是对生物有共同祖先这一论点的有力支持。

2．分子水平的证据：不同生物的DNA和蛋白质等生物大分子的共同点，提示人们当今生物有着共同的原始祖先，其差异的大小则揭示了当今生物种类亲缘关系的远近，以及它们在进化史上出现的顺序。

三、意义：这些证据互为补充、相互印证，有力地支持了达尔文的共同由来学说，进而为解释适应和物种的形成提供了坚实的基础。

第2节自然选择与适应的形成

一、适应的普遍性和相对性

（一）适应的含义：

1．指生物的形态结构适合于完成一定的功能。

2．指生物的形态结构及其功能适合于该生物在一定的环境中生存和繁殖。

（二）适应的特点：

1．普遍性

2．相对性

二、适应性特征的形成

（一）物种不变论：

认为各种生物都是自古以来就如此的。

（二）进化论：

1．拉马克的进化学说：

（1）主要内容：

①当今所有的生物都是由更古老的生物进化来的。

②各种生物的适应性特征是在进化过程中逐渐形成的。

③适应的形成是由于用进废退（器官用得越多就越发达，器官废而不用，就会造成形态上的退化）和获得性遗传（这些因用进废退而获得的性状是可以遗传给后代的）。

（2）成功和不足：拉马克提出的进化学说在当时是有进步意义的，但他对适应形成的解释是肤浅的，未被人们普遍接受。

2．达尔文的自然选择学说：

（1）主要内容：在一定环境的选择作用下，可遗传的有利变异会赋予某些个体生存和繁殖的优势，经过代代繁殖，群体中这样的个体就会越来越多，有利变异通过逐代积累而成为显著的适应性特征，进而出现新的生物类型。科学思维过程如下图解：

结论：

①适应的来源：可遗传的变异。

②适应的产生：是自然选择的结果。

③适应形成的必要条件：群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择。

（2）历史贡献：

①对生物的进化和适应的形成作出了合理的解释。

②使人们认识到，原来自然界的万千生物不是神灵预先设定好而永恒不变的，而是在自然选择的作用下不断发展变化的。这就使生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的轨道。

③揭示了生物界的统一性是由于所有的生物都有共同祖先，而生物的多样性和适应性是进化的结果。

恩格斯将达尔文的生物进化论誉为19世纪自然科学的三大发现之一。

（3）局限性：受到当时科学发展水平的限制，达尔文对于遗传和变异的认识还局限于性状水平，不能科学地解释遗传和变异的本质。

3．现代生物进化理论：

（1）发展：

①从研究水平上看：已从性状水平深入到基因水平。

②从研究对象上看：已从以生物个体为单位，发展到以种群为基本单位。

（2）实质：以自然选择为核心的现代生物进化理论。

第3节种群基因组成的变化与物种的形成

一、种群基因组成的变化

一、种群和种群基因库

（一）

1．定义：

生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。

2．举例：

一片树林中的全部猕猴是一个种群，一片草地上的所有蒲公英也是一个种群。

【知识解析】

对种群概念的理解：

①同一个地点（同一种群内的个体不存在地理隔离）；

②同种生物（同一种群内的个体不存在生殖隔离）；

③全部个体。

3．特点：

（1）内容：一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。

（2）原因：种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。

（二）

种群的基因库

一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。

（三）

基因频率

1．定义：

在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。

2．计算：

例如，在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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，那么，这100个个体共有200个基因。则：

A基因的频率为

2×30+60

÷200=60%；a基因的频率为

2×10+60

÷200=40%。

3．【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化

（1）作出假设：自然界中种群的基因频率要稳定不变（不进化），必须同时满足以下五个条件：①（上述昆虫）种群非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；③没有迁入和迁出；④（不同翅色的）个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因（A和a都）不产生突变。

（2）计算：根据孟德尔的分离定律计算：

亲代基因型频率（已知）

AA（30%）

Aa（60%）

aa（10%）

配子的比率（计算）

A（30%）

A（30%）

a（30%）

a（10%）

子代基因型频率（计算）

AA（36%）

Aa（48%）

aa（16%）

子代基因频率（计算）

A（60%）

a（40%）

注：基因型频率＝该基因型个体数／该种群个体总数×100%

（3）结果：据此计算，子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因基因频率都不会发生改变。但对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。即使前4个条件可以满足，基因突变和染色体变异总会发生的。

（4）结论：自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。

二、种群基因频率的变化

（一）原因：

基因突变产生新的等位基因，可以使种群的基因频率发生变化。

（二）

可遗传的变异提供了生物进化的原材料

可遗传变异的来源：突变（基因突变、基因重组）和染色体变异。

2．原因：

（1）种群由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代会产生大量的突变。

（2）突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。

（3）基因突变产生的等位基因，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，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。

可遗传变异的特点：突变和重组都是随机的、不定向的。

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

（一）【探究·实践】探究自然选择对种群基因频率变化的影响：

英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。19世纪中叶以前几乎都是浅色型的，该种群中S（黑色）基因的频率在5%以下。到了20世纪中叶，S基因的频率上升到95%以上。

19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。

提出问题

桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢?

作出假设

黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，对黑色桦尺蛾生存有利，这种环境的选择作用使该种群的

基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。

讨论探究思路

创设情境

假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？

不同年份该种群个体总数可能有所变化。

制定并实施研究方案

1．创设数字化的问题情境：见上面“创设情境”内容。

2．计算，将计算结果填入表中（如下表所示）。

第1年

第2年

第3年

第4年

基因型

10%

11.5%

20%

22.9%

70%

65.6%

基因频率

20%

23%

80%

77%

提示：

依据假设计算第2年的基因型频率和基因频率，即：如果第1年种群个体数为100个，当黑色（表现型）个体每年增加10%时，基因型为SS（黑色）个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss（黑色）个体第2年将增加到22个，基因型为ss（浅色）个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个，基因型SS的频率是11÷96=11.5%；基因型Ss的频率是22÷96=22.9%；基因型ss的频率是63÷96=65.6%。

根据计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与上步中所得数据进行比较。

分析结果

S（深色）基因的频率逐渐上升，s（浅色）基因的频率逐渐下降。

在黑色背景下，浅色桦尺

被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺

，但不影响桦尺

的生存和繁殖，直接受选择的是表现型。

得出结论

在自然选择的作用下，可以使基因频率发生定向改变，决定生物进化的方向。

（二）内容：

在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。

（三）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。

四、【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用

（一）实验原理：

一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。

（二）

目的要求

通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。

（三）

材料用具

经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称“抗生素纸片”），不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。

（四）

方法步骤

．分区：用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①~④。

．接种：取少量细菌的培养液，用无菌的涂布器（或无菌棉签）均匀地涂抹在培养基平板上。

．设置变量：用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域的中央，盖上皿盖。

．培养：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。

．观察：观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈?如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。

．重复实验：从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养，然后重复步骤2~5。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径。

注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。

（五）

结果和结论

．在培养基上是否有细菌生长?在放有抗生素纸片的区域呢?

．在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？

（六）

．为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌?

．你的数据是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？说说你的理由。

．在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的?

．你认为你的数据和结论是有效的吗?（提示：将你的数据和结论与其他同学的进行比较。)

．滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素；有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会有什么后果?请你查阅资料，举出更多滥用抗生素的实例。

二、隔离在物种形成中的作用

一、基本概念

（一）物种：

在遗传学和生物进化论的研究中，把能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。

【知识解析】

种群与物种的比较：

比较项目

参见教材中的相关内容。

参见教材中的相关内容。

生活范围

同一地点

一定自然区域，同一地点或不同地点

地理隔离和生殖隔离都不存在

可存在地理隔离，但不存在生殖隔离。

一个物种可以包括多个种群（如同种鲫鱼可以生活在不同的池塘、湖泊等，形成许多个彼此隔离的种群），但同一物种的不同种群之间不存在生殖隔离，可存在着地理隔离，长期下去可能发展成为不同的物种。

（二）

1．类型：

（1）生殖隔离

①定义：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。

②举例：马和驴虽然能够交配，但是产生的后代——骡是不育的，因此，马和驴之间存在生殖隔离，它们属于两个物种。

（2）地理隔离：

①定义：同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫作地理隔离。

②举例：两个池塘中的鲤鱼就是两个种群。

2．定义：是指不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由的现象。

二、隔离在物种形成中的作用

（一）物种形成的过程：

如下图：

（二）

加拉帕戈斯群岛地雀的祖先属于同一个物种，从南美洲大陆迁来后，逐渐分布到不同的岛屿上。由于各个岛上的地雀种群可能会出现不同的突变和基因重组，而一个种群的突变和基因重组对另一个种群的基因频率没有影响。因此，不同种群的基因频率就会发生不同的变化。由于各个岛上的食物和栖息条件互不相同，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别：在一个种群中，某些基因被保留下来，而在另一个种群中，被保留下来的可能是另一些基因。久而久之，这些种群的基因库就会形成明显的差异，并逐渐出现生殖隔离。生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的地雀，就成了不同的物种。

（三）结论：

隔离是物种形成的必要条件。

（四）

物种形成

的意义：

物种形成本身表示生物类型的增加。

意味着生物能够以新的方式利用环境条件，从而为生物的进一步发展开辟新的前景。

第4节协同进化与生物多样性的形成

一、种群基因组成的变化

一、种群和种群基因库

（一）

1．定义：

生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。

2．举例：

一片树林中的全部猕猴是一个种群，一片草地上的所有蒲公英也是一个种群。

【知识解析】

对种群概念的理解：

①同一个地点（同一种群内的个体不存在地理隔离）；

②同种生物（同一种群内的个体不存在生殖隔离）；

③全部个体。

3．特点：

（1）内容：一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。

（2）原因：种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。

（二）

种群的基因库

一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。

（三）

基因频率

1．定义：

在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。

2．计算：

例如，在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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，那么，这100个个体共有200个基因。则：

A基因的频率为

2×30+60

÷200=60%；a基因的频率为

2×10+60

÷200=40%。

3．【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化

（1）作出假设：自然界中种群的基因频率要稳定不变（不进化），必须同时满足以下五个条件：①（上述昆虫）种群非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；③没有迁入和迁出；④（不同翅色的）个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因（A和a都）不产生突变。

（2）计算：根据孟德尔的分离定律计算：

亲代基因型频率（已知）

AA（30%）

Aa（60%）

aa（10%）

配子的比率（计算）

A（30%）

A（30%）

a（30%）

a（10%）

子代基因型频率（计算）

AA（36%）

Aa（48%）

aa（16%）

子代基因频率（计算）

A（60%）

a（40%）

注：基因型频率＝该基因型个体数／该种群个体总数×100%

（3）结果：据此计算，子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因基因频率都不会发生改变。但对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。即使前4个条件可以满足，基因突变和染色体变异总会发生的。

（4）结论：自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。

二、种群基因频率的变化

（一）原因：

基因突变产生新的等位基因，可以使种群的基因频率发生变化。

（二）

可遗传的变异提供了生物进化的原材料

可遗传变异的来源：突变（基因突变、基因重组）和染色体变异。

2．原因：

（1）种群由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代会产生大量的突变。

（2）突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。

（3）基因突变产生的等位基因，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，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。

可遗传变异的特点：突变和重组都是随机的、不定向的。

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

（一）【探究·实践】探究自然选择对种群基因频率变化的影响：

英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。19世纪中叶以前几乎都是浅色型的，该种群中S（黑色）基因的频率在5%以下。到了20世纪中叶，S基因的频率上升到95%以上。

19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。

提出问题

桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢?

作出假设

黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，对黑色桦尺蛾生存有利，这种环境的选择作用使该种群的

基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。

讨论探究思路

创设情境

假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？

不同年份该种群个体总数可能有所变化。

制定并实施研究方案

1．创设数字化的问题情境：见上面“创设情境”内容。

2．计算，将计算结果填入表中（如下表所示）。

第1年

第2年

第3年

第4年

基因型

10%

11.5%

20%

22.9%

70%

65.6%

基因频率

20%

23%

80%

77%

提示：

依据假设计算第2年的基因型频率和基因频率，即：如果第1年种群个体数为100个，当黑色（表现型）个体每年增加10%时，基因型为SS（黑色）个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss（黑色）个体第2年将增加到22个，基因型为ss（浅色）个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个，基因型SS的频率是11÷96=11.5%；基因型Ss的频率是22÷96=22.9%；基因型ss的频率是63÷96=65.6%。

根据计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与上步中所得数据进行比较。

分析结果

S（深色）基因的频率逐渐上升，s（浅色）基因的频率逐渐下降。

在黑色背景下，浅色桦尺

被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺

，但不影响桦尺

的生存和繁殖，直接受选择的是表现型。

得出结论

在自然选择的作用下，可以使基因频率发生定向改变，决定生物进化的方向。

（二）内容：

在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。

（三）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。

四、【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用

（一）实验原理：

一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。

（二）

目的要求

通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。

（三）

材料用具

经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称“抗生素纸片”），不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。

（四）

方法步骤

．分区：用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①~④。

．接种：取少量细菌的培养液，用无菌的涂布器（或无菌棉签）均匀地涂抹在培养基平板上。

．设置变量：用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域的中央，盖上皿盖。

．培养：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。

．观察：观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈?如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。

．重复实验：从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养，然后重复步骤2~5。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径。

注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。

（五）

结果和结论

．在培养基上是否有细菌生长?在放有抗生素纸片的区域呢?

．在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？

（六）

．为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌?

．你的数据是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？说说你的理由。

．在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的?

．你认为你的数据和结论是有效的吗?（提示：将你的数据和结论与其他同学的进行比较。)

．滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素；有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会有什么后果?请你查阅资料，举出更多滥用抗生素的实例。

二、隔离在物种形成中的作用

一、基本概念

（一）物种：

在遗传学和生物进化论的研究中，把能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。

【知识解析】

种群与物种的比较：

比较项目

参见教材中的相关内容。

参见教材中的相关内容。

生活范围

同一地点

一定自然区域，同一地点或不同地点

地理隔离和生殖隔离都不存在

可存在地理隔离，但不存在生殖隔离。

一个物种可以包括多个种群（如同种鲫鱼可以生活在不同的池塘、湖泊等，形成许多个彼此隔离的种群），但同一物种的不同种群之间不存在生殖隔离，可存在着地理隔离，长期下去可能发展成为不同的物种。

（二）

1．类型：

（1）生殖隔离

①定义：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。

②举例：马和驴虽然能够交配，但是产生的后代——骡是不育的，因此，马和驴之间存在生殖隔离，它们属于两个物种。

（2）地理隔离：

①定义：同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫作地理隔离。

②举例：两个池塘中的鲤鱼就是两个种群。

2．定义：是指不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由的现象。

二、隔离在物种形成中的作用

（一）物种形成的过程：

如下图：

（二）

加拉帕戈斯群岛地雀的祖先属于同一个物种，从南美洲大陆迁来后，逐渐分布到不同的岛屿上。由于各个岛上的地雀种群可能会出现不同的突变和基因重组，而一个种群的突变和基因重组对另一个种群的基因频率没有影响。因此，不同种群的基因频率就会发生不同的变化。由于各个岛上的食物和栖息条件互不相同，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别：在一个种群中，某些基因被保留下来，而在另一个种群中，被保留下来的可能是另一些基因。久而久之，这些种群的基因库就会形成明显的差异，并逐渐出现生殖隔离。生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的地雀，就成了不同的物种。

（三）结论：

隔离是物种形成的必要条件。

（四）

物种形成

的意义：

物种形成本身表示生物类型的增加。

意味着生物能够以新的方式利用环境条件，从而为生物的进一步发展开辟新的前景。

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