遗传变异和生物进化.ppt

遗传、变异和生物进化,秀州中学生物组,一、遗传的物质基础,（1）证明DNA是主要遗传物质的两个经典实验过程； （2）DNA、RNA的分子结构； （3）DNA的复制、转录和翻译过程。,1、遗传相关物质的种类及它们之间的关系图,a肺炎双球菌的转实验 （1）两种肺炎双球菌：S型： R型： （2）过程：（使用对照实验方法）。 (a) R型肺炎双球菌感染，小鼠不死亡 (b) S型肺炎双球菌感染，小鼠死亡 (c) 灭活S型肺炎双球菌感染小鼠，小鼠不死亡 (d) R型活细菌灭活S型细菌感染小鼠，小鼠死亡 （3）结论：灭活的S型菌含有“转化因子”，使R型活细菌转化成S型菌,2、肺炎双球菌转化实验,b艾弗里等人的实验 (e) R型活细菌S型细菌DNA有S型细菌 (f) R型活细菌S型细菌蛋白质只有R型细菌 (g) R型活细菌S型细菌荚膜多糖只有R型细菌 结论：DNA是使R型菌产生稳定性遗传变化的物质，所以DNA是遗传物质,c噬菌体染细菌的实验（使用了放射性同位素标记法） （1）噬菌体的结构： 外壳是 ，核心是 。（噬菌体的P主要存在于DNA分子中，蛋白质极少） （2）侵染过程： 吸附在细菌表面注入噬菌体DNA合成噬菌体DNA和蛋白质释放新的噬菌体 （3）结论： 。,d绝大多数生物的遗传物质是 ，少数生物的遗传物质是 。 综合ad，可得结论：,（ 3 ）DNA的粗提取与鉴定,a实验原理： b方法步骤 （1）制备鸡血：加柠檬酸钠溶液（防止血液凝固） （2）获得鸡血细胞：离心或静止 （3）获得鸡血细胞核物质：提取核物质溶解析出溶解析出 （4）DNA鉴定：用二苯胺（水浴加热） c实验结论：DNA是构成细胞的成分,2、DNA的分子结构和复制,（1）DNA分子的化学组成,（2）DNA分子的空间结构,（3）DNA分子结构的特点,aDNA分子是由两条反向平行的 盘绕而成的规则的 结构、 b、分子中的 与 交替连接，排列在外侧；碱基按照“碱基互补配对原则”通过 连结成对排列在内侧。 c碱基互补配对原则： 。,aDNA分子的结构具有多样性 bDNA分子具有特异性 cDNA分子结构具有相对稳定性,(4)染色体、DNA、基因之间的关系,染色质和染色体是同一物质在不同细胞时期的不同形态，二者的化学组成均为DNA和蛋白质；,基因是具有遗传效应的DNA片断，因此每个DNA分子上有许多个基因；,每条染色体上也有许多个基因，且基因在染色体呈直线排列。,a从细胞水平看：基因存在于染色体上，并且在染色体上呈 排列。 b从分子水平看：基因是具有遗传效应的 片段。 c从功能看：基因是控制 的遗传物质的结构和功能的基本单位。,(5)DNA的复制,a.概念： b时间 c场所 d条件 e过程：局部解旋（可以多点复制）复制母、子链盘绕直至形成新的DNA分子。 f原理： （1）DNA分子独特的双螺旋结构能为复制提供精确的模板；（2）碱基具有相互配对的能力 g特点：边解旋边复制，半保留复制,证明DNA半保留复制的实验,3、基因的表达,（1） DNA分子具有双重功能： 遗传信息的传递 遗传信息的表达（即转录和翻译） 一方面通过DNA的复制，遗传信息前后代间传递；另一方面在个体发育中，遗传信息以一定方式反映到蛋白质的分子结构上，使后代表现出与亲代相似的性状。,复制、转录、翻译的比较,间期,合成蛋白时,合成蛋白时,细胞核,细胞核,细胞质,细胞质,DNA双链,DNA单链,mRNA,RNA,脱氧核苷酸,核糖核苷酸,氨基酸,脱氧核苷酸,DNA,RNA,蛋白质,DNA,条件,上述过程均需相应的酶进行催化；均需ATP供能；均通过碱基互补原则实现遗传信息的从DNA到RNA精确传递，实现从DNA到RNA的精确转录，以及由RNA到蛋白质的精确翻译。,通过表达，基因实现了对蛋白质合成的控制。那么，蛋白质又是如何控制生物的性状呢？,4、基因的分离定律、自由组合定律,孟德尔是遗传学奠基人，1865年他发表了植物杂交试验论文，揭示出基因的分离定律和自由组合定律。,孟德尔获得成功的原因：选用豌豆作实验材料；一对一对相对性状进行研究；对研究的数据进行了统计学分析。,分离定律与自由组合定律的比较,一对,两对或两对以上,显性亲本性状,显性亲本性状,两种， 比例为3：1,四种， 比例为9：3：3：1,相对性状数目,F2表现型,位于一对同源染色体相同座位上,位于一对同源染色体相同座位上,等位基因位置,图解,分离定律与自由组合定律的比较（续1）,一对,两对或两对以上,无非等位基因,在非同源染色体上,等位基因分离,等位基因分离,无非等位基因,非等位基因自由组合,一种，为杂合子,一种，为杂合子,两种； 比例为1：1,四种， 比例为1：1：1：1,三种； 比例为1：2：1,九种,F1产生配子,F2基因型,分离定律与自由组合定律的比较（续2）,均为两种， 比例均为1：1,均为四种， 比例均为1：1：1：1,F1产生配子时，等位基因独立存在，等位基因随同源染色体的分开而分离，分别进入不同的配子中。,F1产生配子时，等位基因独立存在，等位基因随同源染色体的分开而分离，分别进入不同的配子中；同时，非等位基因随非同源染色体的自由组合而随机组合。,减数分裂中染色体的行为是这两个遗传定律的共同基础。通过减数分裂形成配子时，位于同源染色体上的等位基因分离，它们的行为是独立的，互不影响的；非等位基因则表现出自由组合的行为。,5、性别决定和伴性遗传,染色体组型也称核型，是指某一种生物体细胞中全部染色体的数目、大小和形态特征。,根据染色体组型可知，生物细胞中的染色体可分性别决定无关的常染色体和决定性别的性染色体。生物的性别通常由性染色体决定，决定方式有两种，一种是XY型，另一种是ZW型。,首先判定显隐性关系,1、显性遗传：后代连续遗传，患者多。,2、隐性遗传：后代隔代遗传，患者少。,1、伴性遗传：与性别有关，男女患者不均等。,2、常染色体遗传：与性别无关，男女患者均等。,判定染色体类别,位于性染色体上的基因，它的遗传方式与性别紧密联系，原因是：某些基因，如人的红绿色盲基因和血友病基因在只在X染色体上有，而Y染色体上没有其等位基因；但这些位于性染色体上的基因，其行为是符合基因的分离规律的。,6、基因突变、染色体变异,基因突变的特点：普遍、随机、不定向、有害、频率低,染色体变异包括染色体结构变异和染色数目变异，其中前者主要有缺失、增添、颠倒和易位四种方式。,注意染色体组的概念和应用,基因重组、基因突变、染色体变异的比较,有性生殖,间期,有丝分裂期,单性生殖时,减数分裂和受精作用,碱基顺序改变,分裂受阻,配子直接发育,没有产生,产生,没有产生,没有产生,杂交育种,诱变育种,多倍体育种,单倍体育种,基因突变,基因重组,发生机理,不同育种方法比较,基因自由组合定律,具有不同优良性状的两个亲本杂交,为常规育种，成功率高；但育种周期长,基因突变,用物理或化学方法处理,大幅度改良某些性状； 但突变率低,染色体数目变异,花药离体培养,育种周期短； 但过程较复杂,染色体数目变异,秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,植株茎杆粗壮，种子和果实验均较大，且营养物质含量高；但结实率低。,杂交育种,诱变育种,单倍体育种,多倍体育种,7、基因突变、基因重组、有性生殖与生物进化之间存联系,有性生殖的出现使生物的进化速度明显加快。,有性生殖还促进了有利突变在种群中的传播,其原因是：,有性生殖过程中基因的重组，从而使后代产生变异，使有性生殖产生的后代更加适应多变的环境,8、相关计算：,（1）关于碱基互补配对规律的有关计算 规律一：DNA双链中的两种互补的碱基相等；任意两个不互补的碱基之和相等，占碱基总数的50%。 例：构成DNA的碱基有四种，下列哪项碱基的数量比因生物种类不同而异？ A、AC/T+G B、A+G/T+C C、A+T/G+C D、C/G 规律二：在DNA双链中，一条链上中的A+G/C+T的比值与另一条互补链上的相同碱基的比值互为倒数；一条链中的A+T/C+G的比值等于另一条互补链上的相同碱基的比值。 例：DNA的一条链中的G+T/C+A为0.5，A+T/C+G为2，则该DNA分子中另一条链上同样的碱基比为多少？ A、0.5和2 B、2和0.5 C、0.5和0.5 D、2和2,规律三：DNA双链中，单链中的碱基A、T、C、G所占的比值，与另一条互补链相对应的碱基T、A、G、C的比值是相等的，而整个DNA分子中的A、T、C、G所占的比值为两条单链中相同碱基的比例的平均值。 例：某DNA分子的一单链中，A占20，T占30，则DNA分子中的C占全部碱基的百分之多少？ A50 B25 C20 D30 规律四：在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系：互补碱基的和如（A+T或C+G）占全部碱基的比等于其任何一条链中这两种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA的碱基的比例。 例：某一DNA分子的碱基中含有20的GC，那么由它转录成的RNA碱基中的GC应为百分之多少？ A20 B40 C60 D80,（2）DNA半保留复制的计算规律： 规律一：每次复制的子代DNA中各有一条链是其上一代DNA分子中的，即有一半被保留。一个DNA分子复制n次则形成2n个DNA，但含有最初母链的DNA分子有2个，可形成22n条脱氧核苷酸链，含有最初脱氧核苷酸链的有2条。 例：一个由15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的多少？ A1/10 B1/5 C1/16 D1/25,规律二：设一条DNA分中有某碱基数量为m，则该DNA分子复制n次后形成子代DNA分子需要游离的此碱基的数量为（2n1）m个,例如：某DNA分子中有1000个脱氧核糖，其中腺嘌呤300个，该DNA分子连续复制两次，需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 A、600个 B、800个 C、1200个 D、1600个,规律一：基因控制蛋白质合成的过程中，基因、mRNA的碱基、蛋白质中的氨基酸之间的数量计算。基因（DNA）碱基:mRNA的碱基:氨基酸6n3n1n 例：一条多肽链中有氨基酸1 000个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA和用来转录该信使RNA的基因分子分别至少有碱基多少个？ A.3 000个和3 000个 B.1 000个和3 000个 C.1 000个和4 000个 D.3 000个和6 000个,（3）基因控制蛋白质合成过程的有关计算,规律二：肽键数=脱去水分子数=氨基酸数目肽链数。,规律三：蛋白质相对分子质量氨基酸的平均分子质量氨基酸数量失去的水分子数量18,（4）遗传学基本规律解题方法综述,A、仔细审题： 明确题中已知的和隐含的条件，不同的条件、现象适用不同规律： 1、基因的分离规律：A、只涉及一对相对性状； B、杂合体自交后代的性状分离比为31；C、测交后代性状分离比为11。 2、基因的自由组合规律： A、有两对（及以上）相对性状（两对等位基因在两对同源染色体上） B、两对相对性状的杂合体自交后代的性状分离比为 9331 C 、两对相对性状的测交后代性状分离比为1111。 3、伴性遗传：A已知基因在性染色体上 B、性状表现有别、传递有别 C、记住一些常见的伴性遗传实例：红绿色盲、血友病、钟摆型眼球震颤（X-显）、佝偻病（X-显）等,b、掌握基本方法： 1、最基础的遗传图解必须掌握：一对等位基因的两个个体杂交的遗传图解（包括亲代、产生配子、子代基因型、表现型、比例各项） 例：番茄的红果R，黄果r，其可能的杂交方式共有以下六种，写遗传图解： P RR RR RR Rr RR rr Rr Rr Rr rr rr rr注意：生物体细胞中染色体和基因都成对存在，配子中染色体和基因成单存在 一个事实必须记住：控制生物每一性状的成对基因都来自亲本，即 一个来自父方，一个来自母方。 2、关于配子种类及计算： A、一对纯合（或多对全部基因均纯合）的基因的个体只产生一种类型的配子 B、一对杂合基因的个体产生两种配子（Dd D、d）且产生二者的几率相等 。C、 n对杂合基因产生2n种配子，配合分枝法 即可写出这2n种配子的基因。 例：AaBBCc产生22=4种配子：ABC、ABc、aBC、aBc 。,3、计算子代基因型种类、数目： 后代基因类型数目等于亲代各对基因分别独立形成子代基因类型数目的乘积（首先要知道：一对基因杂交，后代有几种子代基因型？） 例：AaCc aaCc其子代基因型数目？ Aaaa F是Aa和aa共2 种，CcCc F是CC、Cc、cc共3种答案=23=6种 （请写图解验证） 4、计算表现型种类： 子代表现型种类的数目等于亲代各对基因分别独立形成子代表现型数目的乘积 例：bbDdBBDd，子代表现型=12=2种 ， bbDdCcBbDdCc ，子代表现型=222=8种。,2、典型例题分析,【例1】表示用同位素分别标记噬菌体和大肠杆菌的DNA和蛋白质，然后进行“噬菌体侵染细菌的实验”，侵染后产生的子噬菌体与母噬菌体形态完全相同，而子代噬菌体的DNA分子与蛋白质分子应含有的标记元素是（ ）。 A. 31P、32P、32S B. 31P、32P、35S C. 31P、32P、32S 、35S D. 32P、32S 、35S,B,【例2】将15N标记的一个DNA分子放入含14N的培养基中，连续复制2次，其后代DNA分子中含15N的单链数与含14N的单链数的比值为（ ） A、3：1 B、4：1 C、1：3 D、1：4,C,【例3】一个DNA分子中腺嘌呤占碱基总数的30% ，由此可知该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的（ ） A、20% B、30% C、40% D、70%,C,【例4】人、噬茵体、烟草花叶病毒体内的碱基种类依次是( ) A、4、4、4 B、5、4、4 C、8、8、4 D、8、4、4,B,【例5】一条多肽链中有氨基酸500个，作为合成这条多肽链模板的信使RNA分子和用于转录信使RNA分子的DNA分子分别至少有碱基 个和 个。,1500,3000,【例6】某水稻的基因型为Aa，让它连续自交，从理论上讲，F2的基因型纯合体占总数的比例是( ) A、1/2 B、1/4 C、3/4 D、1,C,【例8】假如水稻高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗稻瘟病(R)对易感稻瘟病(r)为显性，两对相对性状独立遗传。用一个纯合易感病的矮秆品种(抗倒伏)与一个纯合抗病高秆品种(易倒伏)杂交,F2代中出现既抗病又抗倒伏类型的基因型及其比例为 ( ) AddRR,l/8 BddRr,1/16 CddRR，1/16 和 ddRr, 1/8 DDDrr,1/16 和 DdRR,1/8,C,【例9】血友病的遗传属于伴性遗传。某男孩为血友病患者.但其父母、祖父母、外祖父母都不是患者。血友病基因在该家族中传递的顺序可能是( ) A.外祖父母亲男孩 B.外祖母母亲男孩 C.祖父父亲男孩 D.祖母父亲男孩,B,例10：右图是某家族某种遗传病的系谱图，已知控制这对性状的基因是A、a，则预计6是患病女孩的几率，若6是患病女孩，3与4又生7，预计7是患病女孩的几率（ ） A.1/6，1/2 B.1/3，1/2 C.1/6，1/4 D.1/6，1/24,C,二、现代生物进化理论,1、种群是生物繁殖的单位，也是生物进化的单位,经典的自然选择理论的基础是个体选择，按照此理论，对于个体不利的利他行为应被自然选择所淘汰，那么应如何对利他行为的产生进行解释呢? 多数学者认为利他行为的产生是群体选择的结果，群体选择学说认为种群是进化单位，这就可以很好地理解利他行为的产生原因了。,2、生物进化的过程上就是种群基因频率发生变化的过程 。,基因频率是指某种基因在某个种群中出现的比例。 基因库是一个种群中全部个体含的全部基因，只要这个种群不消亡，基因库就能得以保持和发展；但基因库中某个基因的基因频率，却可由于基因突变、基因重组及自然选择等因素，总是处在不断变化之中。,3、基因突变、染色体变异和基因重组为进化提供了原始的选择材料,突变过程产生了新的基因，再通过生物的有性生殖，组合出复杂多样的基因型和表现型，为生物适应变化莫测的生存环境提供了多种选择。因为突变的不定向性，因此它不能决定生物进化的方