专题五生命的延续遗传变异与进化.docx

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专题五生命的延续遗传变异与进化

专题五生命的延续、遗传、变异与进化

考纲点击见《考试说明》

专题网络图解略

综合链接

一、有丝分裂与减数分裂

1、减数分裂与有丝分裂的比较

项

目

减数分裂

受

精

作

用

有丝分裂

减Ⅰ

减Ⅱ

间

期

前

期

中

期

后

期

末

期

前

期

中

期

后

期

末

期

间

期

前

期

中

期

后

期

末

期

染色体个数

染色单体个数

0-4n

DNA含量

2N-4N

同源染色体对数

备注

以二倍体生物（2n）细胞核内的变化为例

2、精卵形成过程的比较

3、减数分裂与有丝分裂图象识别的方法

１．有成对的同源染色体存在

　２．无同源染色体的联会等行为变化（有丝分裂）

３．每个染色体含两个姐妹染色单体

４．着丝点不在赤道板上……………………………………有丝分裂前期

４．着丝点有规律的排列在赤道板上………………………有丝分裂中期

３．每个染色体不含两个姐妹染色单体（即着丝点已分裂）

　　　５．未形成两个新细胞核……………………………………有丝分裂后期

　５．已形成两个新细胞核……………………………………有丝分裂末期

　２．有同源染色体的联会等行为变化（减数第一次分裂）

６．着丝点排列不规则

７．染色体两两配对，但看不到姐妹染色单体…………………联会时期

7．配对的同源染色体中能看到四个染色单体…………………四分体时期

6．着丝点排列有规则

8．着丝点排在赤道板两侧附近（即四分体排在赤道板上）…减I中期

8．着丝点向两极移动（即四分体相互分离）…………………减I后期

1．无成对的同源染色体存在（减Ⅱ的某一时期）

9．每个染色体含有两个姐妹染色单体

10．着丝点不在赤道板上……………………………………………减Ⅱ前期

10．着丝点整齐地排在赤道板上……………………………………减Ⅱ中期

9．每个染色体不含有两个姐妹染色单体（即着丝点分裂）

11．未形成两个新细胞核……………………………………………减Ⅱ后期

11．已形成两个新细胞核……………………………………………减Ⅱ末期

精题赏析

例1（2000上海）简答下图是基因型为RrEeDd的某种动物的一个卵细胞基因组成示意图。

请据图分析回答：

（1）该种动物体细胞内含有对同源染色体。

在体

细胞有丝分裂的中期共含个DNA分子；初

级卵母细胞分裂的后期含条染色单体。

（2）由此图可判断该动物雌性个体能形成种卵细胞。

（3）若图所示卵细胞占卵细胞总数的5%，则基因组成

为ReD的卵细胞占卵细胞总数的%。

（4）请在图右边的方框内画出形成图所示卵细胞的次级卵母细胞分裂后期的示意图（染色体上请标出有关基因）。

解析

（1）288；

（2）8；（3）20；

（4）如右图

例2识（填）图作答（本题共5分）下列甲，乙、丙三图分别表示某种生物（假定只含有两对染色体）的三个正在进行分裂的细胞，

根据图回答：

（1）甲图表示时期。

（2）乙图表示期。

（3）丙图表示时期。

（4）乙图细胞分裂产生的子细胞是细胞。

（5）丙图细胞分裂产生的子细胞是细胞。

解析①减数第一次分裂后期②有丝分裂后期⑦减数第二次分裂后期④体⑤精子

例3（99上海）简答果蝇的红眼（W）对白眼（w）为显性，这对等位基因位于X染色体上，左图表示一红眼雄果蝇与一红眼雌果蝇分别通过减数分裂产生配子，再交配生出一白眼雄果蝇的过程。

请据图回答：

（1）写出图中

、

细胞的名称：

（2）画出图中

、

细胞的染色体示意图。

凡X染色体上有白眼基因用中w记号表示。

（3）若精子C与卵细胞F结合，产生后代的基因型为，表现型为。

（4）若亲代红眼雌果蝇与一白眼雄果蝇交配，则子代总数中出现雄性红眼果蝇的概率为，出现雌性白眼果蝇的概率为。

解析

（1）初级精母细胞精子细胞次级卵母细胞

（2）

（3）XWXw红眼雌果蝇（4）1/41/4

二、细胞分裂与生物生长、发育、生殖、遗传变异和进化的关系

1、植物个体发育过程中各部分结构染色体数目的变化规律图解略

2减数分裂与受精作用在维持生物体前后代体细胞中染色体数目的恒定所起的作用图解略

精题赏析

例1一只雄蜂和一只雌蜂交配产生F1代，在F1雌雄个体交配产生的F2代中，雄蜂基因型共有AB、Ab、aB和ab4种，雌蜂的基因型共的AaBb、Aabb、aaBb和aabb4种，则亲代的基因型是（）

A.aabb×ABB.AaBb×AbC.Aabb×aBD.AABB×ab

答案A

例2根据下表提示回答表中问题：

亲本基因组合

母本AABB×父本aabb

母本aabb×父本AABB

子房壁

↓

果皮

基因型

⑴

⑼

表现型

⑵

⑽

珠被

↓

种皮

基因型

⑶

⑾

表现型

⑷

⑿

受精卵

↓

胚

基因型

⑸

⒀

表现型

⑹

⒁

受精极核

↓

胚乳

基因型

⑺

⒂

表现型

⑻

⒃

解析果皮和种皮细胞的基因型和表现型由母本决定，所以⑴、⑶为AABB，⑼、⑾为aabb，⑵、⑷表现A、B基因控制的性状，⑽、⑿表现aa、bb基因控制的性状；胚细胞的基因型和表现型由受精卵的基因型来决定，所以⑸、⒀为AaBb，⑹、⒁表现为A、B基因控制的性状；胚乳细胞的基因型由受精极核的基因型来决定，母本产生的两个极核的基因型相同，所以⑺、⒂分别为AAaBBb、AaaBbb，⑻、⒃均表现为A、B基因控制的性状。

三、遗传的物质基础与基因工程

1.核苷酸的分子结构及其性质

构成核酸的基本单位是核苷酸，一个核苷酸分子包括3个部分：

一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基。

核苷酸分两大类共8种：

核糖核苷酸有4种，主要是碱基有4种，它们是A、U、C、C；脱氧核糖核苷酸也有4种，主要是碱基有4种，它们是A、T、C、C。

核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸分子结构的区别主要是五碳糖的不同，以腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤脱氧核糖核苷酸为例，它们的分子结构式如下：

2.DNA是遗传物质的证据

自从20世纪初分析出了染色体的成分后，DNA是遗传物质还是蛋白质是遗传物质就成了科学家们争论的焦点，DNA在染色体的含量比较稳定不能说明遗传物质肯定就是DNA。

生物学家设计了很多实验来证明遗传物质到底是DNA还是蛋白质的实验，其中最为经典的一个实验便是高中生物教材上介绍的噬茵体侵染细菌的实验。

噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，是由一个蛋白质构成的多面体的外壳和一个DNA芯子组成，噬菌体在侵染细菌时通过电镜观察和同位素示踪等方法，证明侵入细菌内部的是DNA，蛋白质的外壳则留在细菌的外面，从而确定噬菌体的性状是由噬菌体的DNA控制的，而不是蛋白质控制的。

DNA是遗传物质的另一个证据是细菌转化实验。

转化是指一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质（DNA或RNA）而表现出后者的遗传性状，或发生遗传性状改变的现象。

证明肺炎双球菌的荚膜这一性状是由DNA控制的，不是由蛋白质控制的。

3.DNA的分子结构、DNA的复制和基因突变

构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，许许多多脱氧核苷酸通过一定的化学键连接起来形成脱氧核苷酸链，每个DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成。

DNA分子结构的特点是：

①DNA分子的基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替排列的两条主链；

②两条主链是平行但反向，盘旋成的规则的双螺旋结构，一般是右手螺旋，排列于DNA分子的外侧；

③两条链之间是通过碱基配对连接在一起，碱基之碱基间是通过氢键配对在一起的，其中A与T以2个氢键相配对，C与C这间以3个氢键配对。

所以在一个DNA分子中，C和C的比例较高，则该DNA分子就比较稳定。

DNA分子结构具有相对的稳定性是由两个方面决定的：

一是基本骨架部分的两条长链是由磷酸和脱氧核糖相间排列的顺序稳定不变；

二是空间结构一般都是右旋的双螺旋结构。

DNA分子的多样性是由碱基对的排列顺序的多样性决定的。

DNA分子的特异性是指对于控制某一特定性状的DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的，如控制合成唾液淀粉酶的基因中，不论是何人，这段DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的。

DNA复制的场所主要在细胞核，时间是细胞分裂间期。

但在细胞质中也存在着DNA复制，如线粒体和叶绿体中的DNA也要复制，而且这些DNA复制的时间不一定在细胞分裂的间期。

DNA复制的特点有两点：

边解旋边复制和半保留复制。

半保留复制是指：

新复制出的两个DNA分子中，有一条链是旧的，即原来DNA的；另一条链是新合成的。

半保留复制的特点常被用于计算新链和旧链在复制若干代后所占的比例。

DNA复制需要满足4项基本条件：

①模板：

开始解旋的DNA分子的两条单链；

②原料，是游离在核液中的脱氧核苷酸；

③能量：

是通过水解ATP提供；

④酶：

酶是指一个酶系统，不仅仅是指一种解旋酶。

能够保证复制时正确无误，有二个原因：

①模板是精确的；

②碱基互补配对是严格的。

复制是严格的，在正常情况下是不会发生差错的。

但在内外因素的干扰下，也有可能在复制时发生差错，从而导致基因突变的发生。

根据这个原理，有人为因素（适宜剂量的各种射线或某些化学药品）干扰DNA的复制，促使其产生基因突变。

基因突变是不定向的，人为条件只是提高基因突变的频率，但不能控制基因突变的方向。

4、碱基互补配对原则及其拓展

（1）碱基互补配对原则是指在DNA分子形成碱基对时，A一定与T配对，G一定与c配对的一一对应关系。

该原则是核酸中碱基数量计算的基础。

根据碱基互补配对原则，可推知多条用于碱基计算的规律。

（2）碱基互补配对原则的一般规律

规律一：

一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G、A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。

规律二：

在双链DNA分子中，互补的两碱基和（A＋T或C＋G）占全部碱基的比等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA中该种比例的比值。

如图所示，上述规律可表示为（以DNA分子的一条链2为模板转录形成mRNA）：

（A1＋A2＋T1＋T2）/（A1＋A2＋T1＋T2＋G1＋G2＋C1＋C2）＝

（A1＋T1）/（A1＋T1＋G1＋C1）＝（A2＋T2）/（A2＋T2＋G2＋C2）

＝（Aˊ＋Tˊ）/（Aˊ＋Tˊ＋Gˊ＋Cˊ）

或：

（G1＋G2＋C1＋C2）/（A1＋A2＋T1＋T2＋G1＋G2＋C1＋C2）＝

（G1＋C1）/（A1＋T1＋G1＋C1）＝（G2＋C2）/（A2＋T2＋G2＋C2）

＝（Aˊ＋Tˊ）/（Aˊ＋Tˊ＋Gˊ＋Cˊ）

规律三：

DNA分于一条链中的（A＋G）/（C＋T）比值的倒数等于其互补链中该种碱基的比值。

即如图：

（A1＋G1）/（C1＋T1）＝（C2＋T2）/（A2＋G2）

规律四：

DNA分子一条链中的（A＋T）/（G＋C）比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。

即如图：

（A1＋T1）/（G1＋C1）＝（A2＋T2）/（G2＋C2）＝

（A1＋A2＋T1＋T2）/G1＋G2＋C1＋C2）

5.RNA的分子结构及其转录

RNA分子是许许多多核糖核苷酸分子连接而成的链状结构。

RNA分子都是单链的。

根据RNA分子功能的不同，分为3种类型：

信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。

mRNA的功能将基因中的遗传信息传递到蛋白质上；mRNA的空间结构是链状的。

tRNA的功能是识别遗传密码和运载特定的氨基酸；tRNA的空间结构是呈三叶草形，tRNA-端大环上的3个碱基能够与mRNA的密码子配对，识别密码子，所以这3个称为反密码子。

rRNA是核糖体中的RNA，在蛋白质合成的过程中起重要的作用（具体不作要求）；rRNA具有特定的空间结构，是核糖体的核心部位。

RNA都是从DNA上转录下来的。

转录的场所是在细胞核，其中合成rRNA是在细胞核中的核仁部位完成的，核仁是形成核糖体的场所。

mRNA和tRNA是在细胞核中核仁以外的部位转录的。

转录是以DNA分子中（基因中）的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程。

6.遗传信息和遗传密码

遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸排列顺序或碱基的排列序列，位置在DNA分子上。

一般认为遗传信息在有遗传效应的一段DNA分子的一条链上，称为信息链。

另一条链上的碱基序列不代表遗传信息，但不是没有作用，其功能是对DNA分子的双螺旋结构起稳定作用，在复制的时候起模板作用。

以DNA一条链为模板转录成mRNA，mRNA上的碱基排列顺序称为遗传密码。

所以经过转录后，遗传信息就转化成遗传密码。

遗传密码的位置在mRNA，mRNA上相邻的3个碱基决定—个氨基酸，这3个相邻的碱基称为密码子。

遗传密码现已查明，共有64个密码子，其中有61个有效密码子，代表着20种氨基酸；每种氨基酸的密码子数目差别很大，有些氨基酸有几种密码子，如亮氨酸一共有6个密码子（UUA、UUG、CUU、CUG、CUA、CUC），而甲硫氨酸只有一个密码子（AUC）。

在地球上，除极少数的生物（如某些原核生物有小部分不同）外，遗传密码是通用的，这说明地球上的所有生物都是由共同的祖先进化而来的。

7.中心法则

中心法则是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNA传递给DNA的复制过程。

这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。

在某些病毒中的RNA自我复制（如烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程（某些致癌病毒）是对中心法则的补充。

RNA的自我复制和逆转录过程，在病毒单独存在时是不能进行的，只有寄生到寄主细胞中后才发生。

逆转录酶在基因工程中是一种很重要的酶，它能以已知的mRNA为模板合成目的基因。

在基因工程中是获得目的基因的重要手段。

表：

复制、转录和翻译的比较

复制

转录

翻译

时间

有丝分裂间期和减数第一次分裂间期

生长发育的连续过程中

场所

主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体

细胞核

核糖体

原料

4种脱氧核苷酸

4种核糖核苷酸

20种氨基酸

模板

DNA的两条链

DNA中的一条链

mRNA

条件

特定的酶和ATP等

过程

DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应链螺旋化

DNA解旋，以其一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA单链，进入细胞质与核糖体结合

以mRNA为模板，合成有一定氨基酸序列的蛋白质

模板

去向

分别进入两个子代DNA分子中

恢复原样，与非模板链重新组成双螺旋结构

分解成单个核苷酸

特点

边解旋边复制，半保留复制

边解旋边转录，DNA双链全保留

一个mRNA上可连续结合多个核糖体，顺次合成多肽链

产物

两个双链DNA分于

mRNA等

蛋白质（多肽链）

意义

复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代

表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状

8、真核细胞和原核细胞基因结构的比较

相同点：

真核细胞和原核细胞基因结构都包括非编码区和编码区，非编码区调控遗传信息的表达。

不同点：

真核细胞基因结构的编码区有内含子和外显子之分，外显子能编码蛋白质，内含子不能编码蛋白质。

9、基因工程

（1）了解基因工程的工具及工具的特性

（2）掌握基因工程操作的基本步骤、注意事项及与遗传的物质基础的联系

目的基因与运载体结合成功的原因：

DNA的结构和组成相同。

目的基因的表达符合中心法则。

目的基因的表达成功的原因：

所有的生物共用一套遗传密码。

精题赏析

[例1]（99上海）含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。

将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。

然后将GO代细胞移到含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。

再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到结果如图所示。

由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。

若①、②、③分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置，请回答：

（1）G0、G1、G2三代DNA分子离心后的试管分别是图中的：

G0；G1；G2。

（2）G2代在①、②、②三条带中DNA数的比例是。

（3）图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：

条带①；条带②。

（4）上述实验结果证明DNA的复制方式是。

DNA的自我复制能使生物的保持相对稳定。

[答案]

（1）ABD

（2）0∶1∶1（3）31P31P32P（4）半保留复制遗传特性

[例2]已知甲、乙、丙3种类型的病毒，它们的遗传信息的传递方式分别用下图表示。

请对图仔细分析后回答下列问题：

（1）根据我们所学的内容，这3种类型的病毒分别属于：

甲；乙；丙。

（2）图中哪两个标号所示的过程是对“中心法则”的补充?

。

（3）图中1、8表示遗传信息的；图中2、5、9表示遗传信息的；图中3、10表示遗传物质的，该过程进行所必需的物质条件是。

（4）图中7表示遗传信息的；此过程需有的作用。

这一现象的发生，其意义是。

[答案]

（1）噬菌体烟草花叶病毒致癌病毒

（2）67（3）转录翻译复制模板、酶、原料（脱氧核苷酸）、能量（ATP）（4）逆转录逆转录酶对中心法则的补充

[例3]（2000年上海高考试题）昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。

近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将它导入细菌体内，并与细菌内的DNA分子结合起来。

经过这样处理的细菌能进行分裂繁殖。

根据上述资料回答：

（1）人工诱变在生产实践中已得到广泛应用，因为它能提高___________，通过人工选择获得___________。

（2）酯酶的化学本质是___________，基因控制酯酶合成要经过___________和___________两个过程。

（3）通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酯酶，这是由于___________

（4）请你具体说出一项上述科研成果的实际应用。

[答案]

（1）基因突变频率人们所需要的突变性状

（2）蛋白质转录翻译（3）控制酯酶合成的基因，随着细菌DNA分子的复制而制，并在后代中表达（4）用于降解水中的有机磷农药

四、核遗传的基本定律与质遗传

1基本知识和基本理论

1.1概念系列

1.1.1性状—相对性状—显性性状—隐性性状—性状分离

1.1.2基因—显性基因—隐性基因—等位基因

1.1.3杂交—自交—回交—测交—正交—反交

1.1.4纯合体—杂合体

1.1.5基因型—表现型

1.2符号系列

符号

♀

♂

含义

亲本

杂交

自交

子一代

雌性

雄性

1.3关系系列

控制

1.3.1基因与性状的关系

基因–—→性状

显性基因–—→显性性状

隐性基因–—→隐性性状

等位基因–—→相对性状

↓↓

基因型–—→表现型

1.3.2基因型与表现型的关系

不遗传变异

改变改变

表现型=基因型+环境

改变改变

可遗传变异

（1）基因型是生物性状表现的内因，而表现型是生物性状表现的外部形式。

（2）表现型相同，基因型不一定相同。

（3）基因型相同，表现型也不一定相同，但在相同环境条件下表现型相同。

（4）生物表现型的改变，如果仅仅是由环境条件的变化所引起的，那么这种变异不能遗传给后代。

（5）生物表现型的改变，如果是由基因型（遗传物质）的改变所引起，那么这种变异就能遗传给后代。

1.3.3基因—DNA—染色体—蛋白质—性状的关系

（1）基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA是染色体的主要成分之一，基因在染色体上呈线性排列。

（2）特定结构的基因控制特定性状的表达，特定结构的蛋白质体现特定的性状。

基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的生物合成来实现的。

1.3.4减数分裂与遗传的关系

（1）遗传规律是指基因在上下代之间的传递规律。

（2）从细胞水平上看，遗传规律发生在配子形成过程中（减数分裂）。

（3）减数第一次分裂后期同源染色体彼此分离导致等位基因的分离，这是基因分离规律的细胞学基础，其结果使配子中含有每对等位基因中的一个。

（4）减数第一次分裂的后期，非同源染色体发生自由组合，导致非同源染色体上的非等位基因也自由组合，这是基因自由组合规律的细胞学基础，其结果形成不同基因组合的配子。

（5）经过减数分裂所形成的配子中的染色体数目比原始生殖细胞减少了一半（2n

n），没有同源染色体，也就不存在等位基因了（同染多倍体生物例外）。

（6）经过受精作用形成的合子，以及由合子发育成的新个体的所有体细胞中，染色体数又恢复到亲本体细胞中染色体数目（n

2n）,有了同源染色体，也就会有等位基因或成对的基因了。

（7）子代基因型中的每对基因（包括等位基因）都分别来源双亲。

（8）遗传规律尽管发生在配子形成过程中，但必须通过子代的个体发育由性状表现出来。

2遗传基本规律

2.1基因的分离规律

基因的分离规律是研究一对相对性状的遗传规律，是学好遗传规律的基础。

要掌握这部分内容，可按下列层次逐步深入。

2.1.1一对相对性遗传的特点

（1）杂交操作：

去雄→授粉→套袋。

（2）F1全部表现为显性亲本的性状。

（3）F2显、隐性状同时出现（性状分离），分离出的性状为隐性性状，其分离比为：

显性个体占3/4

隐性个体占1/4

接近3∶1

纯合体占1/2（纯合显性个体占1/4纯合隐性个体占1/4）

杂合体占1/2

显性个体中（杂合体占2/3、纯合体占1/3）

2.1.2对性状分离的解释

（1）在生物的体细胞中，控制性状的基因成对存在，且一个来源父方，一个来源母方。

如DD、Dd、dd都是成对基因，其中Dd是等位基因。

（2）在生物的配子中，只有成对基因中的一个。

纯合体DD和dd各产生一种类型配子，分别是D和d。

杂交后代F1Dd的两个基因是位于一对同源染色体同一位置上控制相对性状的等位基因（杂种体内等位基因的独立性）。

（3）F1Dd进行减数分裂时，D和d随同源染色体的分开而分离，最终产生（1/2）D和（1/2）d的配子（杂种体内等位基因的分离性）。

（4）两种雌配子和两种雄配子受精结合的机会均等（雌、雄配子受精的随机均等性），因此F2的基因型及其比例为DD

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