生物基础电子教案4Word下载.docx

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DNA是遗传物质,在病毒中,RNA是遗传物质。

2、DNA主要存在于细胞核内的染色体中,少量的存在于叶绿体和线粒体等细胞器中。

二、DNA分子的结构和半保留复制复制

（一）DNA分子的结构

1、DNA是由4种脱氧核苷酸组成的一种高分子化合物,DNA分子的呈双螺旋型结构（图41）。

2、DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸,组成脱氧核糖核苷酸的碱基有4种:

腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）,DNA分子就是由多个脱氧核糖核苷酸聚合成为脱氧核糖核苷酸链。

3、DNA分子的立体结构的主要特点

（1）DNA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。

（2）DNA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）、DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对有一定的规律:

A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对;

G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。

碱基之间的这种一一对应关系,称碱基互补配对原则。

4、生物多样性

在DNA分子的双螺旋结构中,虽然组成它的碱基只有4种,但碱基对的排列顺序却是千变万化的,从而构成了DNA分子中碱基对排列方式的多种多样,也使地球上的生物多种多样,千差万别。

不同的排列方式包含不同的遗传信息,这就构成了DNA分子的多样性。

这是生物具有多样性和生物个体间存在差异的根本原因。

（二）DNA分子的复制

一个DNA分子

解旋

碱基互补配对

延伸

2个完全相同的DNA分子

这种复制方式称半保留复制。

（图42DNA分子的复制图解）

1、DNA分子复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。

2、通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。

3、DNA分子通过复制,使遗传信息从亲代传给了子代,从而保持了遗传信息的稳定性和连续性。

三、基因对性状的控制

基因是决定生物性状的基本单位,基因对性状的控制是通过DNA分子控制蛋白质的合成来实现的。

（一）基因——具有遗传效应的DNA片段

每一条染色体只含有1个DNA分子,每个DNA分子上有很多个基因,每个基因中又可以含有成百上千个脱氧核糖核苷酸。

由于不同基因的脱氧核糖核苷酸排列顺序不同,所以不同的基因就含有不同的遗传信息。

基因的复制是通过DNA分子的复制来完成的。

（二）基因的表达

基因的表达:

基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代,还可以使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上,从而使后代表现出与亲代相似的性状,遗传学上把这一过程称之基因的表达。

基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。

遗传信息表达的关键是控制蛋白质的合成,因为生物所有的性状都是由蛋白质决定的。

DNA主要存在于细胞核中,而蛋白质的合成是在细胞质中进行的。

RNA作为媒介。

在细胞核中先把DNA的遗传信息传递给RNA,然后,RNA进入细胞质,在蛋白质合成中起模板作用。

因此,基因控制蛋白质合成的过程包括两个阶段———“转录”和“翻译”。

1、转录

转录:

是在细胞核内进行的。

它是指以DNA的1条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成RNA。

RNA只有1条链,它的碱基组成与DNA的不同。

RNA中的碱基也有4种:

A、G、C、U（尿嘧啶）,没有碱基T（胸腺嘧啶）。

因此,在以DNA为模板合成RNA时,需要以U代替T与A配对（图43）。

这样,DNA分子就把遗传信息传递到RNA上,这种RNA称为信使RNA（简写为mRNA）。

图43转录过程示意图

2、翻译

翻译:

是在细胞质中进行的。

它是指以信使RNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

信使RNA（mRNA）在细胞核中合成以后,从核孔进入到细胞质中,与核糖体结合起来（图44）。

核糖体是细胞内利用氨基酸合成蛋白质的场所。

转运RNA（简写为tRNA）：

转运RNA的种类很多,但是,每种转运RNA只能识别并转运1种氨基酸。

这是因为在转运RNA的一端是携带氨基酸的部位,另一端有3个碱基,每个转运RNA的这3个碱基,都只能专一地与信使RNA上特定的3个碱基（密码子）配对。

当转运RNA运载着1个氨基酸进入到核糖体以后,就以信使RNA为模板,按照碱基互补配对原则,把转运来的氨基酸放在相应的位置上。

转运完毕以后,转运RNA离开核糖体,又去转运下一个氨基酸。

当核糖体接受两个氨基酸以后,第二个氨基酸就会被移至第一个氨基酸的位置上,并通过肽键与第一个氨基酸连接起来,与此同时,核糖体在信使RNA上也移动3个碱基的位置,为接受新运载来的氨基酸做好准备。

上述过程如此往复地进行,肽链也就不断地延伸,直到信使RNA上出现终止密码子为止。

肽链合成以后,从信使RNA上脱离,再经过一定的盘曲折叠,最终合成1个具有一定氨基酸顺序、有一定功能的蛋白质分子。

小结:

DNA分子的脱氧核糖核苷酸的排列顺序决定了信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序,信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序,氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性,从而使生物体表现出各种遗传性状。

3、“中心法则”

DNA自我复制通过转录形成RNA然后通过转译形成形成蛋白质，称为“中心法则”。

“中心法则”可以看出,遗传信息的流动方向有3种：

一是:

遗传信息可以从DNA流向DNA,即完成DNA的自我复制过程,

二是遗传信息可以从DNA流向RNA,进而流向蛋白质,即完成遗传信息的转录和翻译过程。

三是在某些病毒中,RNA也可以自我复制,并且还发现,在一些病毒蛋白质的合成过程中,RNA可以在逆转录酶的作用下合成DNA。

因此,在某些病毒中,遗传信息可以沿图中的虚线方向流动,上述逆转录过程以及RNA自我复制过程的发现,补充和发展了“中心法则”。

（三）基因对性状的控制

基因通过控制蛋白质的合成来完成对性状的控制。

基因的基本功能包括两个方面:

一是自我复制,通过DNA的半保留复制把遗传信息从亲代传给子代。

二是基因能够通过控制蛋白质的合成来决定生物的性状。

例如,正常人的皮肤、毛发等处的细胞中有一种酶,即酪氨酸酶,它能够将酪氨酸转变为黑色素。

如果一个人由于基因不正常而缺少酪氨酸酶,那么这个人就不能合成黑色素,而表现出白化症状,即“白化症”。

◆习题与答案：

1、举例说明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。

2、什么是碱基互补配对原则?

它对DNA分子的复制有何意义?

3、从DNA分子的结构可以看出,它本身既能保持相对的稳定,相互间又千差万别。

谈谈你对这个问题的认识。

4、DNA分子是如何进行复制的？

其结构有何特点？

◆答案

1、答：

1944年,科学家艾弗里和他的同事们从S型的活细菌中提取出了DNA、蛋白质和多糖等物质,发现DNA在其中起关键决定作用,这个发现证明DNA是遗传物质而蛋白质不是遗传物质。

2、答：

DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对有一定的规律:

意义：

标志着分子生物学的诞生

3、答：

保证了生物的遗传性和多样性。

4、答：

复制：

（1）、DNA分子复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。

（2）、通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。

（3）、DNA分子通过复制,使遗传信息从亲代传给了子代,从而保持了遗传信息的稳定性和连续性。

结构特点：

（1）、DNA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。

（2）、DNA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;

（3）、碱基互补配对原则。

◆板书设计：

（一）、DNA分子的结构

（二）、DNA分子的复制

课后评价与思考：

了解DNA是主要的遗传物质，DNA分子复制和基因对性状的控制

是本节的重点，应该说本节内容比较抽象，名词也比较多，学生的学习有一定的难度，通过挂图和模型，比较好的解决了这一问题，同时通过练习达到巩固的目的。

第二节遗传的基本规律

知识与技能：

通过学习，掌握遗传三大定律，基因分离定律、基因自由组合定律基因、连锁和交换定律，并能能运用这些定律分析问题

通过实例分析和讲解，加深学生对知识的理解，并运用一些练习，增强学生对知识的理解。

情感态度与价值观：

通过学习，让学生明白任何事情都有其自身规律，只有树立正确的人生观、世界观和价值观，人活着才有意义。

遗传三大定律

运用遗传三大定律分析问题和解决问题

【课时安排】：

3学时

讲授、例子分析、讨论

挂图

奥地利人孟德尔,进行了著名的豌豆杂交试验,最先揭示出了遗传的两个基本规律——基因分离定律和基因自由组合定律。

在孟德尔之后,美国的遗传学家摩尔根及其合作者,以果蝇为材料,进行杂交试验,揭示出了遗传的第三个基本规律———基因连锁和交换定律。

这3个定律就是人们通常所说的遗传三大定律。

（一）、孟德尔的实验材料和方法

孟德尔（1822—1884）是奥地利布隆（现在是捷克的布尔诺）的神父。

1856年,他选用34个豌豆品种在教堂的园地里种植,经过8年的杂交试验后,于1865年发表了《植物杂交试验》论文,首次提出了分离定律和自由组合定律。

后来,人们把这两大定律称为孟德尔遗传定律。

1、孟德尔的实验材料

孟德尔选用的实验材料是豌豆,这是因为:

（1）豌豆是自花授粉植物,而且为闭花授粉。

（2）豌豆具有稳定的可以区分的性状。

如有些品种的植物开红花,有些开白花;

有些结黄色种子,有些结绿色种子。

（3）豌豆花器各部分结构较大,便于操作,易于控制。

（4）豌豆豆荚成熟后籽粒都留在豆荚中,不会脱落,对籽粒都能准确计数。

2、孟德尔的实验方法

孟德尔的实验方法十分科学,他从单因子试验到多因子试验,即从1对相对性状的研究到两对相对性状的研究。

同时,采用“定量”研究的方法:

即对杂种每一个世代中的每一种类型的植株进行逐一统计,分析各类型植株数之间的统计关系。

通过分析,提出了一套完整的理论,并对理论进行实验验证。

这一套完整的实验方法是他成功的保证。

（二）、一对相对性状的遗传试验

孟德尔用纯种高茎豌豆与纯种矮茎豌豆做亲本（用P表示）进行杂交,不论用高茎豌豆做母本（正交）,还是做父本（反交）,杂交后产生的第一代（简称子一代,用F1表示）总是高茎的。

子一代高茎植株自交,看到在第二代（简称子二代,用F2表示）植株中,除了有高茎的外,还有矮茎的（图45）。

他认为矮茎性状在子一代中并没有消失,只是隐而未现。

于是,孟德尔把在杂种子一代中显现出来的性状,称做显性性状,如高茎;

把未显现出来的性状,称做隐性性状,如矮茎。

他发现,在所得到的1064株子二代植株的豌豆中,表现出来的现象为:

787株是高茎,277株是矮茎,高茎与矮茎的数量比接近于3∶1。

这种在杂种后代中,同时出现显性性状和隐性性状的现象,在遗传学上称做性状分离。

接着,孟德尔又做了其他6对相对性状的杂交试验,观察了数千株豌豆的杂交情况,并且对每一对相对性状的试验结果都进行了统计学分析,最后都得到了与上述试验相同的结果:

子一代只表现出显性性状;

子二代出现了性状分离现象,并且显性性状与隐性性状的数量比接近于3∶1（表42）。

（三）、对分离现象的解释

问题：

在上述豌豆的杂交试验中,为什么子一代只出现显性性状,子二代却出现了性状分离现象,分离比接近于3∶1呢?

孟德尔认为,生物体的性状都是由遗传因子（后来改称为基因）控制的。

控制显性性状（如高茎）的基因是显性基因,用大写英文斜体字母（如D）来表示;

控制隐性性状（如矮茎）的基因是隐性基因,用小写英文字母（如d）来表示（图46）。

在生物的体细胞中,控制性状的基因都是成对存在的。

如纯种高茎豌豆的体细胞中含有成对的基因DD,纯种矮茎豌豆的体细胞中含有成对的基因dd。

生物体在形成生殖细胞———配子时,成对的基因彼此分离,分别进入相应的配子中。

因此,纯种高茎豌豆的配子只含有一个显性基因D,纯种矮茎豌豆的配子只含有一个隐性基因d。

当受精时,雌雄配子结合,合子中的基因又恢复成对,如基因D与基因d在F1体细胞中又结合成Dd。

由于基因D对基因d的显性作用,所以只表现为高茎。

在F1（Dd）自交产生配子时,同样,基因D和基因d又会分离,这样F1产生的雄配子和雌配子就各有两种:

一种含有基因D,一种含有基因d,并且这两种配子的数目相等。

当受精时,雌雄配子随机结合,F2便出现3种基因组合:

DD、Dd和dd,并且它们之间的数量比接近于1∶2∶1。

由于基因D对基因d的显性作用,F2在性状表现上只有两种类型:

高茎和矮茎,并且这两种性状之间的数量比接近3∶1（图47）。

在豌豆高茎和矮茎这一对相对性状的杂交试验中,F2中共出现了3种基因组合的植株DD、Dd和dd,其中基因组合为DD和dd的植株,是由相同基因的配子结合成的合子发育成的个体,称纯合子（体）,而基因组合为Dd的植株,是由不同基因的配子结合成的合子发育成的个体,称杂合子（体）。

纯合子能够稳定地遗传,它的自交后代不会再发生性状分离;

杂合子不能稳定地遗传,它的自交后代还会发生性状分离。

（四）对性状分离现象的分析

孟德尔为了分析他对前述性状分离现象的解释是否正确,又设计了另一个分析试验———测交试验（图48）。

测交就是让F1代与隐性纯合子杂交,这个方法可以用来测定F1的基因是怎样组合的。

对测交试验的解释是:

子一代F1（Dd）在与隐性纯合子（dd）杂交时,F1应该可以产生含有基因D和基因d的两种配子,并且D与d的数目相等;

而隐性纯合子（dd）只能产生一种含有基因d的配子。

孟德尔预言,测交试验产生的后代,应该一半数目是高茎（Dd）,另一半数目是矮茎（dd）,即这两种性状后代的数量比应该接近1∶1（高茎∶矮茎）。

他用子一代高茎豌豆（Dd）与亲本矮茎豌豆（dd）进行杂交。

结果,在得到的64株后代中,30株是高茎,34株是矮茎,即这个杂交试验结果符合孟德尔预言的这两种性状的分离比:

接近1∶1,从而证明了F1是杂合子（Dd）,并且证明了F1在形成配子时,成对的基因发生了分离,分离后的基因分别进入到不同的配子中。

（五）、基因分离定律的实质

基因位于染色体上,并且成对的基因正好位于一对同源染色体上。

因此,生物体在进行减数分裂时,成对的染色体上的基因会随着同源染色体的分开而分离。

在遗传学上,把位于一对同源染色体的相同位置上,控制着相对应性状的一对基因,称做等位基因。

例如,D和d就是等位基因。

上述基因与染色体之间关系的阐明,从本质上解释了性状分离现象（图49）。

基因分离定律的实质是：

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。

生物体在进行减数分裂形成配子时,等位基因会随着同源染色体的分开而分离,分别进入到两个配子中,独立地随配子遗传给后代。

（六）、基因型和表型

在遗传学上,把生物个体表现出来的性状称做表型,如豌豆的高茎和矮茎;

把与表型有关的基因组成称做基因型,如高茎豌豆的基因型是DD或Dd,矮茎豌豆的基因型是dd。

通过豌豆的杂交试验我们知道,生物个体的基因型在很大程度上决定了生物个体的表型。

例如,含有显性基因D（基因型DD、Dd）的豌豆,表现为高茎;

只含隐性基因d（基因型dd）的豌豆,表现为矮茎。

可见,基因型是性状表现的内在因素,而表型则是基因型的表现形式。

生物体在整个发育过程中,不仅要受到内在因素基因的控制,还要受到外部环境条件的影响。

例如,同一株植物幼苗,在光照下叶子呈绿色,在不见光的条件下为黄色。

这种现象表明,在不同的环境条件下,同一种基因型的个体,可以有不同的表型。

因此,表型是基因型与环境相互作用的结果。

显性的相对性：

具有一对相对性状的两个纯合亲本杂交,F1的全部个体都表现出显性性状,并且在表现程度上和显性亲本完全一样,这种显性表现称完全显性。

在生物性状的遗传中,如果F1的性状表现介于显性和隐性的亲本之间,这种显性表现称做不完全显性。

例如,在紫茉莉的花色遗传中,纯合的红色花（RR）亲本与纯合的白色花（rr）亲本杂交,F1的表型既不是红色花,也不是白色花,而是粉色花（Rr）。

F1自交后,在F2中出现了3种表型:

红色花、粉色花和白色花,并且它们之间的分离比是1∶2∶1。

这一结果表明,在等位基因Rr中,红色花基因R对白色花基因r是不完全显性。

在不完全显性遗传中,F2表型的数量比与基因型种类的数量比应该完全一致。

因此,只要知道了生物个体在遗传中的表型,就可以直接确定它们的基因型。

在生物性状的遗传中,如果两个亲本的性状,同时在F1的个体上显现出来,而不是只单一地表现出中间性状,这种显性表现称共显性。

例如,红毛马（RR）与白毛马（rr）交配,F1是两色掺杂在一起的混花毛马（Rr）。

马的毛色遗传表明,Rr这一对等位基因之间互不遮盖,红色毛与白色毛这两个亲本所具有的性状都在杂合体（F1）身上同时得到了显现。

（七）、基因分离定律在实践中的应用

基因分离定律是遗传的基本规律,掌握这一定律不仅有助于人们正确地解释生物界的某些遗传现象,而且能够预测杂交后代的类型和各种类型出现的概率,这对于动、植物育种实践和医学实践都具有重要的意义。

在杂交育种中,首先,人们按照育种的目标,选配亲本进行杂交,然后,根据性状的遗传表现选择符合人们需要的杂种后代,再经过有目的的选育,最终培育出具有稳定遗传性状的品种。

基因分离定律表明,如果亲本是不同的纯种,杂种后代F1个体往往表现一致,但是从F2就会出现性状的分离,因此,在作物育种时,选择往往从F2开始。

例如,小麦秆锈病的抗性是由显性基因控制的。

在F2中,人们虽然很容易得到抗秆锈病的植株,但是,可以预料其中某些植株的抗病性状在自交后代中还会发生分离。

因此,为了获得稳定的抗病类型,必须让抗秆锈病的小麦植株继续自交,经过选择,淘汰由于性状分离出现的非抗秆锈病类型,当抗秆锈病性状不再发生分离时,就能够确定此类型是纯合的抗秆锈病类型了。

在医学实践中,人们常常利用基因分离定律对遗传病的基因型和发病概率做出科学的推断。

例如,人类的白化病是由隐性基因（aa）控制的一种遗传病。

如果一个患者的双亲外观都正常,根据基因的分离定律进行分析,患者的双亲一定都是杂合子（Aa）,在他们的后代中,发病的概率是1/4。

二、基因自由组合定律

（一）、两对相对性状的遗传试验

孟德尔在做两对相对性状的杂交试验时,用纯种黄色圆粒豌豆和纯种绿色皱粒豌豆作亲本进行杂交,无论正交还是反交,结出的种子（F1）都是黄色圆粒的。

这一结果表明,黄色对绿色是显性,圆粒对皱粒也是显性。

孟德尔又让F1植株进行自交,在产生的F2中,不仅出现了亲代原有的性状———黄色圆粒和绿色皱粒,还出现了新的性状———绿色圆粒和黄色皱粒。

试验结果显示出不同对的性状之间发生了自由组合（图410）。

孟德尔对试验的结果也进行了统计学分析:

在总共得到的556粒种子中,黄色圆粒、绿色圆粒、黄色皱粒和绿色皱粒的数量依次是315、108、101和32,近于9∶3∶3∶1。

怎样解释这一结果呢?

（二）、对自由组合现象的解释

如果对每一对性状进行单独分析,其结果是:

对粒形这一性状来说,圆粒种子:

315+108=423个,皱粒种子:

101+32=133个,圆粒∶皱粒接近于3∶1;

对粒色这一性状来说,黄色种子:

315+101=416个,绿色种子:

108+32=140个,黄色∶绿色接近于3∶1。

以上数据表明,豌豆的粒形和粒色的遗传都遵循了基因分离定律。

孟德尔假设豌豆的粒形和粒色分别由一对基因控制,即黄色和绿色分别是由Y和y控制;

圆粒和皱粒分别是由R和r控制。

这样,纯种黄色圆粒豌豆和纯种绿色皱粒豌豆的基因型就分别是YYRR和yyrr,它们的配子则分别是YR和yr,受精后,F1代的基因型就是YyRr。

Y对y、R对r都具有显性作用,因此,F1的表型是黄色圆粒（图411）。

F1自交产生配子时,根据基因分离定律,每对基因都要彼此分离,所以,Y与y分离、R与r分离。

孟德尔认为,在等位基因分离的同时,不同对的基因之间可以自由组合,也就是Y可以与R或r组合,y可以与R或r组合,这里等位基因的分离和不同对基因之间的组合是彼此独立、互不干扰的。

这样,F1产生的雌配子和雄配子就各有4种,它们是YR、Yr、yR和yr,并且它们之间的数量比接近于1∶1∶1∶1。

由于受精时雌雄配子的结合是随机的,因此,结合的方式可以有16种。

在这16种方式中,共有9种基因型和4种表型。

9种基因型是YYRR,YYRr,YyRR,YyRr,Yyrr,Yyrr,yyRR,

yyRr,yyrr;

4种表型是:

黄色圆粒、黄色皱粒、绿色圆粒和绿色皱粒,并且4种表型之间的数量比接近于9∶3∶3∶1。

（三）、对自由组合现象解释的验证

孟德尔为了验证对自由组合现象的解释是否正确,也做了测交试验,即让子一代植株F1（YyRr）与隐性纯合子杂交（yyrr）。

按照孟德尔提出的假设,F1能够产生4种配子,即YR、Yr、yR、yr,并且它们的数目相等;

而隐性纯合子只产生含有隐性基因的配子yr。

所以,测交的结果应当产生4种类型的后代:

黄色圆粒（YyRr）、黄色皱粒（Yyrr）、绿色圆粒（yyRr）和绿色皱粒（yyrr）,并且它们的数量应当近似相等。

孟德尔所做的测交试验,F1无论是做母本还是做父本,实验的结果都符合预期的设想,也就是4种表型的实际籽粒的数量比都接近于1∶1∶1∶1（表44）,从而证实了F1在形成配子时,不同对的基因是自由组合的。

（四）、基因自由组合定律的实质

自由组合定律的实质是：

位于非同源染色体