高中生物第四单元 专题三.docx

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高中生物第四单元专题三

专题三　生物的变异、育种与进化

[考纲要求]　1.基因重组及其意义（Ⅱ）。

2.基因突变的特征和原因（Ⅱ）。

3.染色体结构变异和数目变异（Ⅱ）。

4.生物变异在育种上的应用（Ⅱ）。

5.转基因食品的安全性（Ⅰ）。

6.现代生物进化理论的主要内容（Ⅱ）。

7.生物进化与生物多样性的形成（Ⅱ）。

状元笔记

1．育种中的3个常考易错点

（1）原核生物不能运用杂交育种，如细菌的育种一般采用诱变育种。

（2）杂交育种：

不一定需要连续自交。

（3）花药离体培养：

只是单倍体育种中的一个手段，想得到可育的品种，一般还需要人工诱导染色体加倍。

2．隔离、物种形成与生物进化的关系

（1）生物进化≠物种的形成

①生物进化的实质是种群基因频率的改变，物种形成的标志是生殖隔离的产生。

②生物发生进化，并不一定形成新物种，但是新物种的形成要经过生物进化，即生物进化是物种形成的基础。

（2）物种形成与隔离的关系：

物种的形成不一定要经过地理隔离，但必须要经过生殖隔离。

状元反思

1．DNA中碱基对的改变一定发生基因突变吗？

提示：

相关改变只有发生于“有遗传效应”片段上，引起基因结构改变时方可称基因突变，否则若发生于非基因片段上，则不属基因突变。

2．发生基因突变后，一定发生性状改变吗？

提示：

由于密码子具简并性或AA→Aa中产生a后，隐性基因控制的性状不能表现出来等原因，基因突变未必会引起性状改变。

3．三倍体西瓜不可育，因此应该属于不可遗传的变异吗？

提示：

三倍体西瓜是不育的，自然状态下不能产生后代。

但判断生物是否发生可遗传变异的标志是生物的遗传物质是否改变，只要遗传物质改变，不管能否产生后代，以及后代是否可育，都属于可遗传变异。

考点一　可遗传变异及相关原理在育种中的应用

1．（2015·课标卷Ⅱ，6）下列关于人类猫叫综合征的叙述，正确的是（　　）

A．该病是由于特定的染色体片段缺失造成的

B．该病是由于特定染色体的数目增加造成的

C．该病是由于染色体组数目成倍增加造成的

D．该病是由于染色体中增加某一片段引起的

解析　人类猫叫综合征是人的5号染色体部分缺失引起的，A正确，B、C、D错误。

答案　A

2．（2016·全国课标卷Ⅲ，32）基因突变和染色体变异是真核生物可遗传变异的两种来源。

回答下列问题：

（1）基因突变和染色体变异所涉及到的碱基对的数目不同，前者所涉及的数目比后者________。

（2）在染色体数目变异中，既可发生以染色体组为单位的变异，也可发生以________为单位的变异。

（3）基因突变既可由显性基因突变为隐性基因（隐性突变），也可由隐性基因突变为显性基因（显性突变）。

若某种自花受粉植物的AA和aa植株分别发生隐性突变和显性突变，且在子一代中都得到了基因型为Aa的个体，则最早在子________代中能观察到该显性突变的性状；最早在子________代中能观察到该隐性突变的性状；最早在子________代中能分离得到显性突变纯合体；最早在子________代中能分离得到隐性突变纯合体。

解析　

（1）基因突变是指DNA分子中发生的碱基对的替换、增添或缺失，而染色体变异往往会改变基因的数目和排列顺序，所以与基因突变相比，后者所涉及的碱基对数目会更多。

（2）在染色体数目变异中，既可发生以染色体组为单位的变异，也可发生以个别染色体为单位的变异。

（3）AA植株发生隐性突变后基因型变为Aa，而aa植株发生显性突变后基因型也可变为Aa，该种植物自花受粉，所以不论是显性突变还是隐性突变，子一代为Aa时在子二代中的基因型都有AA、Aa和aa三种，故最早可在子一代观察到该显性突变的性状（A_）；最早在子二代中观察到该隐性突变的性状（aa）；显性纯合子和隐性纯合子均出现于子二代，且隐性纯合子一旦出现，即可确认为纯合，从而可直接分离出来，而显性纯合子的分离，却需再令其自交一代至子三代，若不发生性状分离方可认定为纯合子，进而分离出来。

答案　

（1）少　

（2）染色体　（3）一　二　三　二

3．（2014·全国课标Ⅰ，32）现有两个纯合的某作物品种：

抗病高秆（易倒伏）和感病矮秆（抗倒伏）品种。

已知抗病对感病为显性，高秆对矮秆为显性，但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少。

回答下列问题。

（1）在育种实践中，若利用这两个品种进行杂交育种，一般来说，育种目的是获得具有________优良性状的新品种。

（2）杂交育种前，为了确定F2代的种植规模，需要正确预测杂交结果。

若按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果，需要满足3个条件：

条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；其余两个条件是__________________________________________________________________。

（3）为了确定控制上述这两对性状的基因是否满足上述3个条件，可用测交实验来进行检验，请简要写出该测交实验的过程。

__________________________________________________________________

________________________________________________________________。

解析　

（1）杂交育种的目的是获得集多种优良性状于一身的纯合新品种，从题意知，抗病与矮秆（抗倒伏）为优良性状。

（2）孟德尔遗传定律研究的是真核生物细胞核基因的遗传特点。

两对基因分别位于两对同源染色体上，才遵循基因的自由组合定律。

（3）先由纯合的抗病高秆和感病矮秆杂交得到抗病高秆的杂合子，再与感病矮秆（隐性纯合子）杂交，如果后代出现抗病高秆∶感病高秆∶抗病矮秆∶感病矮秆＝1∶1∶1∶1的性状分离比，则可说明这两对基因的遗传遵循基因的自由组合定律。

答案　

（1）抗病矮秆　

（2）高秆与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；控制这两对相对性状的基因位于非同源染色体上　（3）将纯合抗病高秆与感病矮秆植株杂交，产生F1，让F1与感病矮秆植株杂交

高考多以选择题形式直接考查三种可遗传变异的特点，以非选择题形式考查三类变异的产生原因、特点及相关实验分析。

近几年课标卷对确认基因突变类型的遗传实验考查频度较高。

1．突破生物变异的4大问题

（1）关于“互换”问题

同源染色体上非姐妹染色单体的交叉互换，属于基因重组——参与互换的基因为“等位基因”；非同源染色体之间的互换，属于染色体结构变异中的易位——参与互换的基因为“非等位基因”。

比较

易位

交叉互换

交换对象

非同源染色体，非等位基因

同源染色体，等位基因

图示

（2）关于“缺失”问题

DNA分子上若干“基因”的缺失属于染色体变异；基因内部若干“碱基对”的缺失，属于基因突变。

（3）涉及基因“质”与“量”的变化

①基因突变——改变基因的质（基因结构改变，成为新基因），不改变基因的量。

②基因重组——不改变基因的质，也不改变基因的量，但改变基因间组合搭配方式，即改变基因型（注：

转基因技术可改变基因的量）。

③染色体变异——不改变基因的质，但会改变基因的量或改变基因的排列顺序。

（4）关于变异的“水平”问题

基因突变和基因重组是分子水平的变异，在光学显微镜下观察不到；染色体变异是细胞水平的变异，在光学显微镜下可以观察到。

2．育种方案的选择

（1）欲获得从未有过的性状——诱变育种，如对不抗旱的玉米诱变处理获得抗旱品种。

（2）欲将分散于不同品系的性状集中在一起（优势组合）——杂交育种。

（3）欲增大原品种效应（如增加产量、增加营养物质含量等）——多倍体育种。

（4）欲缩短获得“纯合子”的时间——单倍体育种（常针对优良性状受显性基因控制者）

（5）欲实现外源基因的定向表达——基因工程育种。

命题点1　变异类型及其特点

典例

　某生物基因组成及基因在染色体上的位置关系如图所示。

该生物性原细胞经减数分裂形成了如下图所示的几种配子。

下列关于这几种配子形成过程中所发生的变异的说法中不正确的是（　　）

A．配子一的变异属于基因重组，发生在减数第一次分裂过程中

B．配子二发生了染色体变异，最可能发生在减数第二次分裂过程中

C．配子三发生了染色体易位，原因可能是基因b转移到非同源染色体上

D．配子四的变异属于基因突变，原因可能是染色体复制发生错误导致基因A或a缺失

[慧眼识图·获取信息]

答案　D

对点小练

1．（2017·吉林调研）下列有关生物变异的说法，不正确的是（　　）

A．DNA分子中碱基对的增添、缺失和替换，一定导致基因突变

B．基因重组是生物变异的重要来源，一般发生在有性生殖的过程中

C．多倍体育种可以打破物种间的生殖隔离，产生可育后代

D．染色体结构变异会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变

解析　基因中碱基对的增添、缺失和替换导致基因突变，DNA中不属于基因的部分如两基因之间的非基因片段发生碱基对的改变不会导致基因突变，A错误；基因重组通常发生在减数分裂过程中，因此一般发生在有性生殖过程中，B正确；多倍体育种可以打破生殖隔离，使不同物种之间杂交产生可育后代，如八倍体小黑麦的产生，C正确；染色体结构变异如缺失、重复、易位都可以导致染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，D正确。

答案　A

2．（2017·遵义期中）下列关于基因突变和基因重组的说法中，正确的是（　　）

A．mRNA分子中碱基对的替换、增添、缺失现象都可称为基因突变

B．基因重组只发生在有丝分裂过程中

C．非同源染色体上的非等位基因发生自由组合属于基因重组

D．基因型为DdEE的个体自交，子代中一定会出现基因突变的个体

解析　基因是有遗传效应的DNA片段，所以只有发生在基因上的碱基对的增添、缺失或替换才叫基因突变，A错误；基因突变和基因重组都可发生在减数分裂过程中，基因重组不能发生在有丝分裂过程中，B错误；通常情况下基因重组是指两对或两对以上的非同源染色体上的非等位基因自由组合，C正确；基因型为DdEE的个体只含有一对等位基因，其自交导致子代出现性状分离的原因是在减数分裂过程中等位基因随同源染色体分离而分开，又基因突变具有低频性，所以子代中不一定会出现基因突变的个体，D错误。

答案　C

1．易位≠交叉互换

（1）易位：

发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异。

（2）交叉互换：

发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于基因重组。

2．两类缺失与两类变异类型辨析

下图为某DNA分子中a、b、c三个基因的分布状况，图中Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的序列。

3．掌握两类“判断方法”

（1）基因突变和基因重组的判断方法

（2）基因突变类型及判定方法

①类型

②判定方法：

a．选取突变体与其他已知未突变体杂交，据子代性状表现判断。

b．让突变体自交，观察子代有无性状分离而判断。

命题点2　变异原理在育种实践中的应用

典例

　假设a、B为玉米的优良基因，现有AABB、aabb两个品种，控制两对相对性状的基因位于两对同源染色体上，实验小组用不同方法进行了实验（如图）。

（1）过程①的育种方法是________，其原理是________，最大的优点是能__________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

（2）过程②→③→④的育种方法是________，其原理是基因重组，基因型为aaB_的类型经④后子代中aaBB所占比例是________。

（3）过程②→⑤的育种方法是________，过程⑤使用的试剂是________，它可作用于正在分裂的细胞，抑制纺锤体的形成。

（4）过程②→⑥→⑦的育种方法是________，其原理是染色体变异，最大的优点是________________。

[慧眼识图·获取信息]

答案　

（1）诱变育种　基因突变　提高突变率，在短时间内获得更多的优良变异类型　

（2）杂交育种　1/2

（3）多倍体育种　秋水仙素　（4）单倍体育种　明显缩短育种年限

对点小练

1．（2017·太原期末）现有基因型为AaBbDd（三对基因独立遗传）的玉米幼苗，希望获得基因型为AAbbDD的个体，要短时间内达到育种目标，下列育种方案最合理的是（　　）

A．通过多次射线处理，实现人工诱变

B．通过连续自交，逐代筛选获得

C．先用花药离体培养，再用秋水仙素处理

D．先用秋水仙素处理，再用花药离体培养

解析　将AaBbDd所产生的配子进行花药离体培养，再对AbD单倍体幼苗进行秋水仙素处理，则可在最短时间内获得AAbbDD目标品系。

答案　C

2．（2017·经典高考）研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株，决定以此为基础培育早熟柑橘新品种。

请回答下列问题：

（1）要判断该变异株的育种价值，首先要确定它的________物质是否发生了变化。

（2）在选择育种方法时，需要判断该变异株的变异类型。

如果变异株是个别基因的突变体，则可采用育种方法①，使早熟基因逐渐________，培育成新品种1。

为了加快这一进程，还可以采集变异株的________进行处理，获得高度纯合的后代，选育成新品种2，这种方法称为________育种。

（3）如果该早熟植株属于染色体组变异株，可以推测该变异株减数分裂中染色体有多种联会方式，由此造成不规则的________，产生染色体数目不等、生活力很低的________，因而得不到足量的种子。

即使得到少量后代，早熟性状也很难稳定遗传。

这种情况下，可考虑选择育种方法③，其不足之处是需要不断制备________，成本较高。

（4）新品种1与新品种3均具有早熟性状，但其他性状有差异，这是因为新品种1选育过程中基因发生了多次________，产生的多种基因型中只有一部分在选育过程中保留下来。

解析　

（1）只有遗传物质发生改变的“变异”方可遗传给后代，才具备育种价值。

（2）新品种1由“自交”选育而成，自交可提高变异基因的纯度。

为加速育种进程，可采集变异株的花药，通过“单倍体育种法”获得高度纯合的后代。

（3）发生染色体组变异后，可致减数分裂时染色体联会紊乱，进而导致同源染色体分离不规则，并产生染色体数目不等，生活力低的配子，因而难以形成足量的受精卵；图示育种方法③利用了植物组织培养技术，其最大优点是可保持遗传性状稳定性，但不足之处是需不断制备组培苗，育种成本相对较高。

（4）与新品种3的育种方法相比，新品种1培育过程中可发生“基因重组”，从而产生了多种基因型，由此导致多种性状差异。

答案　

（1）遗传　

（2）纯合　花药　单倍体　（3）染色体分离　配子　组培苗　（4）重组

育种方法的选择应特别关注“最简便”、“最准确”、“最快”、“产生新基因、新性状”或“新的性状组合”等育种要求

考点二　生物的进化

1．（2016·全国课标卷Ⅰ，6）理论上，下列关于人类单基因遗传病的叙述，正确的是（　　）

A．常染色体隐性遗传病在男性中的发病率等于该病致病基因的基因频率

B．常染色体显性遗传病在女性中的发病率等于该病致病基因的基因频率

C．X染色体显性遗传病在女性中的发病率等于该病致病基因的基因频率

D．X染色体隐性遗传病在男性中的发病率等于该病致病基因的基因频率

解析　根据哈代—温伯格定律，满足一定条件的种群中，等位基因只有一对（Aa）时，设基因A的频率为p，基因a的频率为q，则基因频率p＋q＝1，AA、Aa、aa的基因型频率分别为p2、2pq、q2。

基因频率和基因型频率关系满足（p＋q）2＝p2＋2pq＋q2，若致病基因位于常染色体上，发病率与性别无关。

常染色体上隐性遗传病的发病率应为基因频率的平方（即q2），A错误；常染色体上显性遗传病的发病率应为AA和Aa的基因型频率之和，即p2＋2pq，B错误；若致病基因位于X染色体上，发病率与性别有关，女性的发病率计算方法与致病基因位于常染色体上的情况相同，X染色体显性遗传病在女性中的发病率为p2＋2pq，C错误；因男性只有一条X染色体，故男性的发病率即为致病基因的基因频率，D正确。

答案　D

2．（2015·课标卷Ⅰ，32）假设某果蝇种群中雌雄个体数目相等，且对于A和a这对等位基因来说只有Aa一种基因型。

回答下列问题：

（1）若不考虑基因突变和染色体变异，则该果蝇种群中A基因频率∶a基因频率为________。

理论上，该果蝇种群随机交配产生的第一代中AA、Aa和aa的数量比为________，A的基因频率为________。

（2）若该果蝇种群随机交配的实验结果是第一代中只有Aa和aa两种基因型，且比例为2∶1，则对该结果最合理的解释是________________________。

根据这一解释，第一代再随机交配，第二代中Aa和aa基因型个体数量的比例应为________。

解析　

（1）由题干可知种群中只有Aa一种基因型个体，因此种群中A∶a＝1∶1，产生的配子中A配子∶a配子＝1∶1，配子随机结合，后代中基因型AA频率为

×

＝

、Aa频率为2×

×

＝

、aa基因型频率为

×

＝

。

A基因频率为AA基因型频率＋

Aa基因型频率＝

＋

×

＝

。

（2）该种群随机交配后，由于后代只有Aa和aa两种基因型，说明AA基因型个体死亡，且Aa和aa两种基因型比例为2∶1，这时种群中产生的配子比例为1/3A、2/3a，依据遗传平衡定律，求得AA频率为1/9、Aa频率为4/9、aa频率为4/9，其中AA个体死亡，Aa和aa的比例为1∶1。

答案　

（1）1∶1　1∶2∶1　0.5　

（2）A基因纯合致死　1∶1

高考考查重点包括自然选择学说、现代生物进化理论、基因频率的计算、物种形成环节及共同进化等，题目难度不大，灵活寻找切入点，强化记忆及全面把握各种类型基因频率计算方法是解题关键。

1．理清生物进化知识脉络

2．现代生物进化理论中的“三、三、两、两”

命题点1　生物进化与物种形成

1．（2017·经典高考）下列关于生物进化的叙述，错误的是（　　）

A．某物种仅存一个种群，该种群中每个个体均含有这个物种的全部基因

B．虽然亚洲与澳洲之间存在地理隔离，但两洲人之间并没有生殖隔离

C．无论是自然选择还是人工选择作用，都能使种群基因频率发生定向改变

D．古老地层中都是简单生物的化石，而新近地层中含有复杂生物的化石

解析　种群中每个个体只含有这个物种的部分基因，不可能含有全部基因，A错误；亚洲与澳洲之间存在地理隔离，但两洲人之间仍可婚配产生可育后代，二者之间并没有生殖隔离，B正确；无论是自然选择还是人工选择作用，都会淘汰部分个体，从而使种群的基因频率发生定向改变，C正确；生物进化是从简单到复杂，因此越古老地层中生物越简单，越新近的地层中生物的结构越复杂，D正确。

答案　A

2．如图表示小鼠原种进化为某种小鼠新种的过程。

下列说法正确的是（　　）

A．Y使该种群基因型频率发生定向改变，并决定生物进化的方向

B．若图中X、Y、Z1、Z2表示物种形成中的基本环节，则Z1是形成小鼠新种的必要条件

C．根据达尔文的观点可认为，X来源于突变和基因重组

D．某个小鼠有利变异的产生不一定引起该小鼠种群的进化

解析　解答此题识图是关键，根据是否可以进行基因交流判断是否产生了生殖隔离。

分析题图可知，Y是自然选择，可引起种群基因频率的定向改变，从而决定生物进化的方向，A错误；Z1为地理隔离，图示中由于地理隔离形成的小鼠新品种与小鼠原种间可以进行基因交流，故没有形成新物种，而Z2为生殖隔离，为新物种形成的必要条件，B错误；X表示可遗传的变异，来源于突变和基因重组，这是现代生物进化理论的观点，不是达尔文的观点，C错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，某个小鼠有利变异的产生不一定改变种群的基因频率，D正确。

答案　D

“新物种”必须具备两个条件

（1）与原物种间已形成生殖隔离（不能杂交或能杂交但后代不育）。

（2）物种必须是可育的。

如三倍体无子西瓜、骡均不可称“物种”，因为它们均是“不育”的，而四倍体西瓜相对于二倍体西瓜则是“新物种”，因它与二倍体西瓜杂交产生的子代（三倍体西瓜）不育，意味着二者间已产生生殖隔离，故已成为另类物种。

命题点2　基因频率与基因型频率的计算

1．现有两个非常大的昆虫种群，个体间随机交配，没有迁入和迁出，无突变，自然选择对A基因和a基因控制的性状没有作用。

种群1的A基因频率为80%，a基因频率为20%；种群2的A基因频率为60%，a基因频率为40%。

假设这两个种群大小相等，不存在地理隔离，两个种群完全合并为一个可随机交配的种群，则下一代中Aa的基因型频率是（　　）

A．75%B．50%

C．42%D．21%

解析　由于两个种群的个体数相同，因此两个种群合成一个种群后，该种群的A基因频率为（80%＋60%）÷2＝70%，a基因频率为（20%＋40%）÷2＝30%，由题意知，该种群非常大、个体间随机交配，没有迁入和迁出，无突变，自然选择对A基因和a基因控制的性状没有影响，因此遵循遗传平衡定律，所以两个种群完全合并为一个可随机交配的种群，则下一代中Aa的基因型频率是2×70%×30%＝42%。

答案　C

2．调查某校学生中某基因型为XBXB（42.32%）、XBXb（7.36%）、XbXb（0.32%）、XBY（46%）、XbY（4%），则该校学生中XB和Xb的基因频率分别是（　　）

A．6%、8%B．92%、8%

C．78%、92%D．8%、92%

解析　伴性遗传的基因频率计算，只计数等位基因所存在的染色体，即男性只统计一个基因，女性统计两个基因，故该校学生中Xb的基因频率为

×100%＝8%，则XB的基因频率为92%。

答案　B

1．通过基因型频率计算基因频率

若已知AA、Aa、aa的基因型频率，求A（a）的基因频率，则：

A%＝AA%＋

×Aa%；a%＝aa%＋

×Aa%；或A%＝

×100%；a%＝

×100%。

2．根据纯合子所占比率计算基因频率

a＝

　A＝

3．根据遗传平衡定律计算

若A%＝p，a%＝q，则：

AA%＝p2，aa%＝q2，Aa%＝2pq。

4．X染色体上显性基因频率＝（雌性显性纯合子个体数×2＋雄性显性个体数＋雌性杂合子个体数）/（雌性个体数×2＋雄性个体数×1）

注：

（1）已知人群中，伴X染色体隐性遗传病男性中患者的比例为p，则可认为这个人群中此基因频率为p，由此可计算女性中患病的频率为p2。

如色盲男性中发病率为7%，女性中发病率为（7%）2≈0.5%。

（2）自交和自由交配时基因（型）频率变化不同

①自交：

种群个体自交时，子代中纯合子增多，杂合子减少，基因型频率发生改变，但自交过程不改变基因频率。

②自由交配：

在无基因突变、各种基因型的个体生活力相同时，处于遗传平衡的种群自由交配遵循遗传平衡定律，上下代之间种群的基因频率及基因型频率不变（若一个种群尚未处于遗传平衡状态则自由交配不改变基因频率，但改变基因型频率）。

3．舞蹈症属于常染色体上的隐性遗传病，人群中每2500人就有一个患者。

一对健康的夫妇，生了一个患此病的女儿，两人离异后，女方又与另一个健康的男性再婚，这对再婚的夫妇生一个患此病的孩子的概率约为（　　）

A.

B.

C.

D.

解析　若把舞蹈症的致病基因记作a，则女方的基因型为Aa，女方（Aa）与另一男性结婚，如果也生一患此病的孩子，则该男性的基因型也应为Aa。

根据题意，假设a的基因频率为