专题四 遗传变异和进化.docx
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专题四遗传变异和进化
第1讲 遗传的物质基础
考纲要求
三年考情
命题趋势
1.人类对遗传物质的探索过程Ⅱ
2013全国Ⅱ 2012江苏、福建 2011江苏、广东
1.趋势分析:
本专题常针对中心法则涉及的五个过程进行命题,命题多结合图示分析考查上述生理过程发生的场所、条件和相关计算。
2.备考指南:
(1)对照法比较肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验。
(2)模型辅助法深刻理解DNA分子的结构与中心法则。
(3)表格比较法理解DNA复制、转录和翻译的不同。
2.DNA分子结构的主要特点Ⅱ
2012江苏
3.基因的概念Ⅱ
4.DNA分子的复制Ⅱ
2013广东 2012山东、福建、天津
2011安徽、海南
5.遗传信息的转录和翻译Ⅱ
2013全国Ⅰ、浙江、山东、江苏、天津、四川 2012全国新课标、广东、安徽
2011江苏、浙江、广东、海南
6.基因与性状的关系Ⅱ
2011广东、海南、天津
1.原核细胞和真核细胞内基因的表达有怎样的区别?
2.真核生物染色体上的基因可以通过哪些过程完成复制和传递?
考点一 DNA是遗传物质的实验证据
下列说法中,正确的是( )
①肺炎双球菌转化实验及摩尔根的果蝇杂交实验,都证明了DNA是遗传物质(2013全国Ⅱ,5③②)
②噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力(2012江苏,2B)
③烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质是RNA(2012江苏,2D)
④32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质(2011江苏,12D)
⑤RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质(2013海南,13C)
A.1项正确 B.2项正确
C.3项正确D.都不正确
[自主尝试] ________
[提醒]
(1)R菌可以转化为S菌,S菌不能转化为R菌。
(2)3个经典实验采用的都是相互对照。
【链接提升】
肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的问题分析
(1)格里菲思的小鼠体内转化实验只能推测出S型细菌含有“转化因子”,不能证明DNA是遗传物质。
艾弗里的体外转化实验既能说明DNA是遗传物质,又能证明蛋白质、多糖等不是遗传物质。
(2)“DNA是主要的遗传物质”是总结多数生物的遗传物质后得出的,而不是由肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验得出的。
(3)R型细菌转化为S型细菌的实质是S型细菌的DNA整合到了R型细菌的DNA中,从变异类型看属于基因重组。
(4)噬菌体侵染细菌的实验中,两次用到大肠杆菌,第一次是对噬菌体进行同位素标记,第二次是将带标记元素的噬菌体与大肠杆菌进行混合培养,观察同位素的去向。
(5)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一噬菌体上,因为放射性检测时只能检测到存在部位,不能确定是何种元素的放射性。
①仅用32P标记噬菌体的侵染实验,上层的上清液中有较弱的放射性,可能的原因是:
a.侵染时间过短会有许多噬菌体没来得及侵入细菌;
b.侵染时间过长会有释放出来的子代噬菌体。
②仅用35S标记噬菌体的侵染实验,下层沉淀物中也有较弱放射性,最可能的原因是搅拌不彻底。
跟踪训练1 实验1:
将S型细菌的DNA与R型细菌混合培养;实验2:
将S型细菌的DNA用DNA酶处理后所得物质与R型细菌混合培养。
相关叙述正确的是( )
A.实验1的培养基上仅有S型细菌生长
B.实验2的培养基上有R型和S型细菌生长
C.实验1、2可以证明DNA是主要的遗传物质
D.实验1与实验2形成对照
跟踪训练2 下列有关35S标记噬菌体侵染无标记细菌实验的叙述中,正确的是( )
A.35S主要集中在沉淀物中,上清液中也不排除有少量的放射性
B.要得到35S标记噬菌体必须直接接种在含35S的动物细胞培养基中才能培养出来
C.采用搅拌和离心方法,是为了把蛋白质和DNA分开,再分别检测其放射性
D.在该实验中,若改用32P、35S分别标记细菌DNA、蛋白质,复制4次,则子代噬菌体100%含32P和35S
考点二 DNA的结构和复制的相关计算
(2012·高考山东卷)假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%。
用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。
下列叙述正确的是( )
A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等
C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
D.该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变
[自主尝试] ________
【链接提升】
1.双链DNA分子中碱基含量的计算
(1)规律一:
双链DNA分子中,A+G=T+C=A+C=T+G=总碱基的一半。
(2)规律二:
若在DNA一条链中
=a,则在互补链中
=
,而在整个DNA分子中
=1。
(3)规律三:
若在一条链中
=m,在互补链及整个DNA分子中
=m。
(4)规律四:
某碱基在DNA分子中所占比例等于它在每条链中所占比例和的一半。
如
=
。
2.与DNA复制有关的计算
假设1个DNA分子复制n次,则
(1)子代DNA数为2n
(2)子代DNA链数为2n+1
(3)DNA复制过程中其中一条链发生差错,复制n代后,含有突变基因的异常DNA分子占DNA总数的50%。
(4)若某DNA分子含某碱基m个,该DNA分子进行n次复制,则需消耗该游离的脱氧核苷酸数为m×(2n-1);进行n代复制时,需消耗该游离的脱氧核苷酸数为m×2n-1。
跟踪训练 请回答下列与DNA分子有关的问题:
(1)含有m个腺嘌呤的DNA分子第n次复制需要腺嘌呤脱氧核苷酸________个。
(2)在一个双链DNA分子中,G+C占碱基总数的M%,那么该DNA分子的每条链中G+C都占该链碱基总数的________。
(3)假定大肠杆菌只含14N的DNA的相对分子质量为a;只含15N的DNA的相对分子质量为b。
现将只含15N的DNA培养在含14N的培养基中,子二代DNA的平均相对分子质量为________________。
(4)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与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中鸟嘌呤与尿嘧啶分别占碱基总数的________________。
考点三 复制、转录及翻译
下列有关叙述中正确的是( )
A.DNA聚合酶是在细胞核内合成的(2013全国Ⅰ,1B)
B.转录过程在细胞质基质中进行,以核糖核苷酸为原料,不需解旋酶(2011江苏,7A、2011安徽,5C改编)
C.真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期(2011海南,25D)
D.DNA病毒中没有RNA,其遗传信息的传递遵循中心法则(2010海南,12D)
[自主尝试] ________
【链接提升】 图示分析复制、转录和翻译过程
1.图一表示DNA分子复制过程
(1)判断依据:
模板为DNA,且形成具有双链结构的DNA。
(2)两个子代DNA分别由一条母链和一条子链组成,两个子代DNA分子在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期分离。
2.图二表示DNA分子的转录过程
(1)判断依据:
模板为DNA,且合成单链RNA。
(2)由于图中d是已与模板DNA分离的游离的RNA片段,因此转录的方向是由右向左进行,且a为RNA聚合酶。
(3)b与c的名称分别为胞嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶核糖核苷酸。
(4)在真核细胞中该图示主要发生在细胞核中,叶绿体和线粒体中也可能进行。
3.图三表示翻译过程
(1)判断依据:
模板为RNA,且合成场所为核糖体。
(2)Ⅰ为tRNA,Ⅱ为核糖体,Ⅲ为mRNA,Ⅳ为多肽链,如图所示,核糖体内对应的DNA碱基对的排列顺序为
。
4.解答DNA复制、转录和翻译问题的几类错误
(1)将DNA复制、转录和翻译的原料混淆:
正确的是DNA复制的原料为脱氧核苷酸、转录的原料为核糖核苷酸、翻译的原料为氨基酸。
(2)将发生的场所混淆:
正确的是DNA复制和转录主要在细胞核中、翻译在核糖体上。
(3)将发生时间混淆:
正确的是细胞核内DNA的复制在间期,转录、翻译则可以在任何时期。
(4)对所需要条件混淆:
正确的是DNA复制和转录都需要解旋酶,翻译则不需要;尽管DNA复制和转录都需要聚合酶,但前者是DNA聚合酶,后者是RNA聚合酶。
跟踪训练1 如图甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程,图丙为其中部分片段的放大示意图。
以下分析正确的是( )
A.图中酶1和酶2是同一种酶
B.图乙所示过程在高度分化的细胞中不会发生
C.图丙中b链可能是构成核糖体的成分
D.图丙是图甲的部分片段放大
跟踪训练2 如图中④代表核糖体,⑤代表多肽链,下列有关叙述不正确的是( )
A.图中所示的生理过程主要有转录和翻译
B.①链中(A+T)/(G+C)的比值与②链中的相同
C.以③为模板而合成⑤的过程要产生水
D.③上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子
1.T2噬菌体侵染大肠杆菌实验及DNA的X光衍射实验证明了DNA是遗传物质(2013全国Ⅱ,5④⑤)( )
2.DNA双螺旋模型的构建,发现DNA如何储存遗传信息(2013广东,2③)( )
3.线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成(2013全国Ⅰ,1D)( )
4.噬菌体侵染细菌的实验获得成功的原因之一是DNA用15N放射性同位素标记(2012上海,11C)( )
5.反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基(2013全国Ⅰ,1C)( )
6.DNA有氢键,RNA没有氢键(2013全国Ⅱ,1A)( )
7.一种tRNA可以携带多种氨基酸(2013全国Ⅰ,1A)( )
题型七 同位素标记类
同位素示踪法,就是在需要研究的物质体系中,加入一些放射性同位素原子(示踪原子),用监测手段来跟踪其行迹,进而研究出该系统的变化规律的方法。
用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链,再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养,在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是( )
A.0条 B.20条
C.大于0小于20条D.以上都有可能
[自主尝试] ________
【解题指导】 ①利用放射性32P,跟踪研究DNA复制的规律特点,②结合所学知识推测:
第一次细胞分裂完成后所形成的细胞中,DNA双链均是一条链含有32P,另一条链不含32P,第二次细胞分裂的间期,染色体复制后一条染色单体含32P,一条染色单体不含32P,有丝分裂后期,姐妹染色单体分离,如果含32P的20条染色体同时移向细胞的一极,不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极,则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数是20条和0条,如果分别移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的,也有不含32P的,则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0小于20条。
【方法总结】 同位素示踪技术应用例析
用于示踪技术的放射性同位素一般是构成细胞化合物的重要元素。
如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。
元素
放射性
同位素
应用
氢
3H
在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氢酸,探究分泌蛋白的分泌过程,从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的
碳
14C
用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用中的碳原子的转移途径,途径是:
二氧化碳→三碳化合物→糖类
氧
18O
对光合作用原料进行如下标记:
C18O2和H
O,证明光合作用所释放出来的氧气来自于水;将O2进行18O2标记,证明O2在有氧呼吸过程中与氢结合形成了水
磷
32P
用32P标记噬菌体的DNA分子,在大肠杆菌内发现放射性;用35S标记噬菌体的蛋白质,大肠杆菌内未发现放射性,证明DNA分子是生物的遗传物质
硫
35S
氮
15N
用15N标记DNA,证明DNA分子具有半保留复制的特点
碘
131I
用含有131I的饲料喂动物,进行放射性检测,可以发现动物甲状腺细胞有聚集I的作用,另外,检测131I的去路,可确定甲状腺激素的靶器官
1.艾弗里的肺炎双球菌转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌实验,都能证明DNA是遗传物质,对这两个实验的研究方法可能有:
①设法把DNA与蛋白质分开,研究各自的效应;②放射性同位素标记法。
下列有关叙述正确的是( )
A.两者都运用了①和②
B.前者运用了①,后者运用了②
C.前者只运用了②,后者运用了①和②
D.前者只运用了①,后者运用了①和②
2.将DNA分子双链用3H标记的蚕豆(2n=12)根尖移入普通培养液(不含放射性元素)中,再让细胞连续进行有丝分裂。
某普通培养液中子代细胞处于第三次有丝分裂中期,根据图示判断,该细胞中染色体的标记情况是( )
A.12条b
B.6条a,6条b
C.6条b,6条c
D.b+c=12,但b和c数目不确定
3.(拓展)若将3HTdR(一种3H标记的脱氧核苷酸)加入细胞培养液中,正在进行DNA复制的细胞就会立即摄取。
在相同的条件下,向连续培养的两组细胞培养液中同时加入3HTdR,定期取样,检查被标记细胞所占的百分比如下表所示,据此推断正确的是( )
取样时间
%
级别
t0
t1
t2
t3
t4
t5
……
甲
25
50
75
100
100
100
……
乙
25
50
75
80
80
80
……
A.两组都有25%的细胞不在细胞周期中
B.两组细胞复制所用时间大致相同
C.细胞周期的时间应是甲组小于乙组
D.乙组约有20%的细胞处于细胞周期中
4.(拓展)如果将1株绿色植物栽培在H
O的完全培养液中,给予充足的光照,经过一段时间后,下列物质中能含18O的是( )
①周围空气的氧气 ②周围空气的二氧化碳 ③周围空气的水分子 ④光合作用生成的葡萄糖
A.只有①B.只有①③
C.除④之外都含有D.①②③④
5.在生命科学研究中,“放射性同位素示踪法”是常用的研究手段。
请分析下列几个科学实验,回答有关问题:
(1)将大肠杆菌的DNA分子用3H标记后,放在普通培养基上繁殖两代,如下图所示。
该实验有力地证明了DNA分子的复制方式是________________。
若在此过程中,共消耗了游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸183个,则亲代DNA分子中含腺嘌呤脱氧核苷酸________个。
(2)鲁宾和卡门用放射性18O分别标记H2O和CO2分子,证明了光合作用过程中产生的O2来自________;卡尔文用14C标记的CO2研究光合作用暗反应过程中C的转移途径,14C在化合物中的出现顺序依次是:
14CO2→________(化合物)→________。
(3)用含放射性元素的氨基酸培养豚鼠的胰腺细胞,研究豚鼠分泌蛋白的合成和分泌过程,放射性在核糖体出现后,依次经过________、________和________,最后出现在细胞外。
第2讲 遗传的基本规律和伴性遗传
考纲要求
三年考情
命题趋势
1.孟德尔遗传实验的科学方法Ⅱ
2013全国Ⅰ 2012江苏 2011海南
1.趋势分析:
以遗传学实验或遗传系谱图为背景,结合基因的分离定律、自由组合定律和伴性遗传等知识进行考查。
2.备考指南:
(1)比较辨析法区别遗传相关的概念。
(2)规律总结法突破分离定律解题技巧,以一个题总结出一类题的解决方案。
(3)以基因型、表现型的推断及概率计算为核心,结合遗传实验的设计和特定条件下自由组合定律变式应用进行复习。
(4)结合对应的遗传图谱或遗传病实例,突破伴性遗传。
2.基因的分离定律和自由组合定律Ⅱ
2013山东、天津、全国大纲、福建、全国Ⅰ、四川 2012北京、安徽、江苏、广东、山东、天津、福建、浙江 2011江苏、全国课标、北京、福建、山东
3.伴性遗传Ⅱ
2013山东、全国Ⅱ、广东、四川
2012天津、山东、福建、广东、江苏、安徽、四川
2011北京、安徽
4.人类遗传病的类型Ⅰ
2013江苏、安徽、重庆
2012江苏、安徽、广东
2011浙江
5.人类遗传病的监测和预防Ⅰ
——
6.人类基因组计划及意义Ⅰ
2012江苏
1.类比推理与假说—演绎有怎样的区别?
2.在知道显隐性的情况下,如果通过一次杂交实验确定基因是在常染色体上还是在X染色体上,怎样用一对相对性状的纯合子杂交?
考点一 基本规律的应用
玉米非甜味(A)对甜味(a)为显性,非糯性(B)对糯性(b)为显性,两对基因分别位于不同的同源染色体上。
现有甲、乙、丙三个品系的纯种玉米,其基因型如表所示:
品系
甲
乙
丙
基因型
AABB
aaBB
AAbb
(1)若要利用玉米非糯性与糯性这一对相对性状来验证基因分离定律,可作为亲本的组合有________。
甲和乙________(填“能”或“不能”)作为亲本进行验证自由组合定律的实验,原因是________________________________________________________________________。
(2)若让乙和丙杂交得到F1,F1自交得F2,则在F2中能稳定遗传的非甜糯性玉米占________;在F2的非甜非糯性玉米中,不能稳定遗传的占________。
(3)从上述F2中取出一粒非甜糯性种子,在适宜条件下培育成植株。
为了鉴定其基因型,将其与乙杂交,预计可能的实验结果,并得出相应的结论。
①若子代____________________________,则该非甜糯性种子的基因型为________;
②若子代____________________________,则该非甜糯性种子的基因型为________。
[提醒]
(1)遗传题中,经常有概率计算,一定要注意“分母”。
(2)实验设计时往往用“该个体”与隐性个体进行杂交。
(3)相应的结论:
若得到不同的性状则可以不用求比例。
【链接提升】
1.性状显、隐性的判断
(1)自交法:
(2)杂交法:
具有相对性状的亲本杂交,子代所表现出的那个亲本性状为显性,未表现出的那个亲本性状为隐性。
2.显性性状基因型鉴定
(1)测交法(更适于动物):
待测个体×隐性纯合子
结果分析
(2)自交法(对植物最简便):
待测个体
结果分析
(3)花粉鉴别法:
非糯性与糯性水稻的花粉遇碘呈现不同的颜色
让待测个体长大开花后,取出花粉放在载玻片上,
加一滴碘酒
结果分析
3.基因位置判定的实验设计
4.根据性状判断生物性别的实验设计
选择同型性染色体(XX或ZZ)隐性个体与异型性染色体(XY或ZW)显性个体杂交。
这样在子代中具有同型性染色体(XX或ZZ)的个体表现型是显性,具有异型性染色体(XY或ZW)的个体表现型为隐性。
跟踪训练 在一个自然繁殖的直刚毛果蝇种群中,偶然出现了一只卷刚毛雄果蝇。
为研究卷刚毛性状出现的原因及传递规律,将这只卷刚毛雄果蝇与直刚毛雌果蝇杂交,F1全部为直刚毛;F1雌雄果蝇随机交配得F2,其表现型及比例为直刚毛雌果蝇∶直刚毛雄果蝇∶卷刚毛雄果蝇=2∶1∶1。
(1)根据以上杂交结果可以推断直刚毛和卷刚毛由______对等位基因控制,理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若利用上述实验中的果蝇作为实验材料,要快速繁殖出卷刚毛雌果蝇,采用的最佳方案是让________雌果蝇与________雄果蝇杂交。
(3)上述杂交结果表现为性状与性别相关,但无法确定控制直刚毛和卷刚毛的基因是仅位于X染色体,还是同时位于X、Y染色体上。
现有直刚毛雌果蝇、直刚毛雄果蝇、卷刚毛雌果蝇、卷刚毛雄果蝇四种纯种果蝇,可选择表现型为________雌果蝇和________雄果蝇为亲本进行杂交,若杂交后代________________________,则表明基因仅位于X染色体上;若杂交后代______________________________,则表明基因同时位于X、Y染色体上。
考点二 遗传基本规律的特殊比例及产生的原因
(2012·高考上海卷)某植物的花色受不连锁的两对基因A/a、B/b控制,这两对基因与花色的关系如图所示,此外,a基因对于B基因的表达有抑制作用。
现将基因型为AABB的个体与基因型为aabb的个体杂交得到F1,则F1的自交后代中花色的表现型及比例是( )
A.白∶粉∶红,3∶10∶3 B.白∶粉∶红,3∶12∶1
C.白∶粉∶红,4∶9∶3D.白∶粉∶红,6∶9∶1
[自主尝试] ________
[提醒]
(1)此类题要写出每一种性状的基因型通式,如红色A_B_,粉红色:
A_bb,白色:
aabb、aaB_。
(2)两个a基因同时存在时,即aa抑制B基因的表达。
【链接提升】 性状分离比出现偏离的原因分析
1.具有一对相对性状的杂合子自交
Aa×Aa→1AA∶2Aa∶1aa
(1)2∶1⇒显性纯合致死,即AA个体不存活。
(2)全为显性⇒隐性纯合致死,即aa个体不存活。
(3)1∶2∶1⇒不完全显性,即AA、Aa、aa的表现型各不相同。
2.两对相对性状的遗传现象
(1)自由组合定律的异常分离比:
F1 AaBb
F2
A_B_
A_bb
aaB_
aabb
原因分析
正常
比例
9
3
3
1
两对等位基因的遗传正常完全显性
异常
比例1
9
3
4
aa或bb成对存在时表现出同一种性状
异常
比例2
9
6
1
单显性表现出同一种性状,其余表现正常
异常
比例3
12
3
1
双显性和一种单显性表现出同一种性状
异常
比例4
9
7
单显性和双隐性表现出同一种性状
异常
比例5
15
1
有显性基因就表现出同种性状
除以上异常比例外还可能出现13∶3,即双显性、双隐性和一种单显性表现出同一种性状,另一种单显性表现出另一种性状。
(2)基因连锁与互换现象:
若基因型为AaBb自交后代出现四种表现型,但比例为两多两少(如42%∶42%∶8%∶8%)或测交后代表现两种表现型,比例为1∶1,则说明基因A、B位于一条染色体上,基因a、b位于另一条同源染色体上,如图所示。
跟踪训练 下图A、B分别表示某雌雄异株植物M的花色遗传及花瓣中色素合成的控制过程。
植物M的花色(白色、蓝色和紫色)由常染色体上两对独立遗传的等位基因(A和a,B和b)控制。
请据图回答下列问题:
(1)图A中甲、乙两植株的基因型分别为______________、____________。
若让图A中的F2蓝花植株自由交配,其后代表现型及比例为________________________。
(2)与