专题六生物的变异与进化.ppt

专题六 生物的变异与进化 考纲要求 内容要求 生物的变异 （1）基因重组及其意义 （2）基因突变的特征和原因 （3）染色体结构变异和数目变异 （4）生物变异在育种上的应用 （5）转基因食品的安全性 生物的进化 现代生物进化理论的主要内容 生物进化与生物多样性的形成 应试策略 生物的变异主要包括基因突变、基因重组和染 色体变异。基因突变发生在 DNA 复制过程中,可以联 系有丝分裂和减数分裂进行理解与掌握；基因重组和 染色体变异则发生在减数分裂和受精作用过程中；生 物工程中的基因工程和细胞工程等也可以使生物出现 变异。 关于生物进化的内容,由于考查的相对较少,一般 不做重点内容准备,可以通过掌握相关概念扩展到生 物进化的内容和实质。这一部分知识与前面相联系的 内容是基因频率和基因型频率,熟练掌握这两个知识 点,将有助于解决一些遗传方面的计算题。 生物变异的类型 基因突变可能有利,可能有害,但也可能既 无利也无害,即是中性的。 基因突变具有普遍性、随机性和不定向性 等特点。 基因重组是生物变异的来源之一,是形成生 物多样性的重要原因之一。 生物的变异可能导致遗传物质的增加、减 少或重新排列。变异可能发生在形成生殖细胞 中,也可能发生在体细胞中,并不是所有的变异 都能遗传给下一代。在有性生殖的生物中,只有 那些发生在生殖细胞形成中的变异才能够遗传 下去。 基因突变是指 DNA 分子中发生碱基对的替换、增添 或缺失,而引起基因结构发生的改变。如果蛋白质的一个 氨基酸发生了改变,蛋白质的结构、性质和功能就可能发 生变化。不是所有的基因突变都会使蛋白质发生改变,因 为 mRNA 上3个碱基组成一个密码子,编码一个氨基酸,由 于简并,不同的密码子可以编码相同的氨基酸。 镰刀型细胞贫血症是由于控制血红蛋白基因中的一 个碱基发生了改变,导致血红蛋白中的一个氨基酸发生改 变而引起的遗传病。镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白 分子结构与正常人的血红蛋白分子结构不同,正是由于这 种不同,患者的红细胞不是呈圆饼状而呈镰刀状,这样的 红细胞容易破裂,使人患溶血性贫血,严重的会导致人死 亡。 生物变异的比较 可遗传的变异 不遗传的 变异 基因变异染色体变异 基因突变基因重组 结构变异 数目变异 变异的 本质 基因结构 改变 基因重新 组合 染色体结 构异常 染色体数 目异常 环境改变 （遗传物 质不改变 ） 遗传情 况 按一定方式遗传和表现不遗传 鉴别方 法 观察、杂交、测交观察、染色体检查 改变环境 条件 意义 产生新基 因，为 基因重 组和进 化提供 素材 产生新基 因型 产生新品 种 关系人 类遗传 健康 关系人 类遗传 健康。 植物多 倍体能 改良植 物性状 改变环 境条件 ，也能 影响性 状 应用 价值 诱变育 种 遗传病筛 查 杂交育种 遗传病筛 查 遗传健康 遗传病筛 查 单倍体育 种 多倍体育 种 改变环 境条件 ，获得 优质高 产 续表 联系 基因 性状 环境 相互作用 不遗传的变异（直接影响） 基因重组 基因突变 染色体变异 诱因（间接影响） 可遗传的变异 表达 续表 几种育种方法的比较 从杂交育种到基因工程 , 育种技术是随着人 类对遗传和变异规律认识的逐步深入而不断发展 的 , 但不同方法有各自的优点和局限性。 杂交育种是通过杂交将亲本的基因进行重新 组合 , 将两个或多个品种的优良性状通过交配 集中在一起， 从而选育新品种的育种方法。 原理：运用分离定律、自由组合定律进行人工育 种。 缺点：育种年限较长。 人工诱变育种是利用物理因素或化学因素来 处理生物 , 诱发基因突变 , 提高突变率 , 创 造新基因类型 , 有利于加速育种进程。但诱发 突变的方向是不定向的。 原理：用物理、化学方法处理生物，使基因结 构发生改变。 优点：变异频率高，稳定较快，可缩短育种进 程。 缺点：需处理大量材料。 单倍体育种 原理：花粉粒直接培育出单倍体植株，经过人 工诱导使染色体加倍，形成纯合体。 优点：明显缩短育种年限。 基因工程育种 原理：利用DNA重组技术，引入目的基因， 培育新品种。 实例：抗虫棉。 作物空间技术育种 将农作物种子带到太空，种子受太空辐射及 微重力等多种空间因素的综合作用，种子内 遗传物质发生改变，产生新变异。 原理：基因突变。 实例：太空椒。 杂交育种 亲代 DDRR ddrr (高秆抗锈病) （矮秆不抗锈病） 杂交 杂种第一代 DdRr 自交 第二代 D_R_ ddR_ D_rr ddrr 高抗 矮抗 高不抗 矮不抗 连续自交 选择纯种的矮秆抗病的品种作为种子 多倍体是指生物体的体细胞中含有三个或三个以上染 色体组的生物个体。多倍体在动物中极少见,但在植物中很 常见。自然界中的多倍体动物多指雌雄同体的动物 ( 这些 动物既具有雄性生殖器官，也具有雌性生殖器官 ), 如扁 形动物和蚯蚓。多倍体大多数发生在植物界。很多蕨类植 物为多倍体,大约有47%的开花植物为多倍体。 人类有 46 条 ( 23 对 ) 染色体,分别是 44 条常染 色体和两条性染色体。男性的两条性染色体分别为 X 和 Y, 女性的两条性染色体都为X。如果减数分裂形成生殖细 胞时出现异常,男性中的 X 和 Y 染色体或者女性中的两条 X 染色体不能正常分离,就会在生殖细胞中出现性染色体异 常的情况。异常的生殖细胞经过受精作用形成受精卵,发育 成的个体常常具有各种各样的综合征。例如,只有一条 X 染色体的女性就会出现性腺发育不良症状,这种病称为特纳 氏综合征。 基因工程是人们按照自己的意愿,把一种生 物的某种基因 ( 目的基因 ) 提取出来,加以 修饰改造,然后通过载体放到另一种生物的细 胞里,定向地改造生物的遗传性状,迅速培育出 生物新品种或新性状。 基因工程常用的工具包括限制酶(切割DNA 分子)、连接酶 (“缝合”DNA片段)和运载体( 如质粒)。 基因工程定向地改造生物的遗传性状。基 本操作步骤： 1. 目的基因的获取。 2. 基因表达载体的构建。 3. 将目的基因导入受体细胞并培养。 4. 目的基因的检测和鉴定。 现代生物进化理论 种群是生物进化的基本单位。 突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形 成过程的三个基本环节。 突变和基因重组提供了生物进化的原材料。 自然选择使种群的基因频率定向改变，并决 定生物进化的方向。 隔离是新物种形成的必要条件。 现代生物进化理论图解： 自然选择可以通过两种机制来影响基因的频率。一种 情况是,当纯合子中的一种类型 ( 如aa ) 适应性不如其 他两种基因型( 如 Aa 或 AA ),不利的等位基因的频率 将会逐渐下降直至最后被淘汰。在某些情况下,也可能是 两种纯合子 (AA和aa)的适应性都不如杂合子,即杂合子 表现出杂种优势, 在这样的种群中,两种等位基因都会处 于相对稳定的共存状态,在疟疾流行的地区,杂合体镰刀 型细胞贫血症患者不易感染疟疾就充分说明了这种情况 。 小种群 新物种 原种群 地理隔离 基因频率定 向改变 生殖隔离 自然选择 遗传变异 哈代温伯格平衡是一个简单的数学公式,该 公式可以用来表示种群基因库中基因的平衡状态 ,也可用于计算种群中的基因和基因型的频率,特 别是作为一种研究基因变化和衡量其变化速率的 计算工具。 如果一个群体满足以下条件： 个体数量足够大。 交配是随机的。 没有突变、迁移和遗传漂变。 没有新基因加入。 没有自然选择。 那么这个群体中的各等位基因频率和基因型 频率在一代一代的遗传中保持平衡（不变）。 哈代温伯格平衡公式表示如下： AAAa aAaa A a A a 种群中基因型为AA 的频率用p 2来表示 基因型为aa的频率 用q 2来表示 杂合子Aa和aA的频 率为2pq （p+q) 2=p2+2pq+q2=1 基因型频率 P 2=显性纯合子的频率 2pq=杂合子的频率 q 2=隐性纯合子的频率 基因频率 P=基因A的频率 q=基因a的频率 利用q2来计算q的值。 用1减去q以求得p的值（即p=1q）。 求p2(p2=pp)的值。 计算杂合子的值（2pq）。 细胞分裂产生新细胞 细胞分化产生新细胞类型 基因突变产生新基因 基因重组产生新基因型 生殖隔离产生新物种 你知道吗？ 例1 基因型为AaBBccDD的二倍体生物，可产 生不同基因型的配子种类数是（ ） A.2 B.4 C.8 D.16 A 例2 用豌豆进行遗传试验时，下列操作错误的 是（ ） A.杂交时，须在开花前除去母本的雄蕊 B.自交时，雌蕊和雄蕊都无需除去 C.杂交时，须在开花前除去母本的雌蕊 D.人工授粉后，应套袋 C 例3 下列关于人类遗传病的叙述，错误的是（ ） A.单基因突变可导致遗传病 B.染色体结构的改变可以导致遗传病 C.近亲婚配可增加隐性遗传病的发病风险 D.环境因素对多基因遗传病的发病无影响 D 例4 下表有关基因表达的选项中，不可能的是 （ ） 基因表达的细胞表达产物 A细菌抗虫蛋 白基因 抗虫棉叶肉 细胞 细菌抗虫 蛋白 B人酪氨酸酶 基因 正常人皮肤 细胞 人酪氨酸 酶 C动物胰岛素 基因 大肠杆菌工 程菌细胞 动物胰岛 素 D兔血红蛋白 基因 兔成熟红细 胞 兔血红蛋 白 D 例5 自然状况下，鸡有时会发生性反转，如 母鸡逐渐变为公鸡。已知鸡的性别由性染色 体决定。如果性反转公鸡与正常母鸡交配， 并产生后代，后代中母鸡与公鸡的比例是（ ） A.10 B.11 C.21 D.31 C 例6 人的i、IA、IB基因可以控制血型。在一般情 况下，基因型ii表现为O型血，IAIA或IAi为A型血， IBIB或IBi为B型血，IAIB为AB型血。以下有关叙述 中，错误的是（ ） A.子女之一为A型血时，双亲至少有一方一定是A 型血 B.双亲之一为AB型血时，不能生出O型血的孩子 C.子女之一为B型血时，双亲之一有可能是A型血 D.双亲之一为O型血时，子女不可能是AB型血 A 例7 红眼雌果蝇与白眼雄果蝇交配，子代雌雄 果蝇交配产生的后代中，红眼雄果蝇占1/4，白 眼雄果蝇占1/4，红眼雌果蝇占1/2。下列叙述 错误的是（ ） A.红眼对白眼为显性 B.颜色遗传符合分离定律 C.眼色和性别表现自由组合 D.红眼和白眼基因位于X染色体上 C 例8 金鱼草的红花（A）对白花（a)为不完 全显性，红花金鱼草与白花金鱼草杂交得到 F1 , F1自交产生F2,F2中红花个体所占的比例 为（ ） A.1/4 B.1/2 C.3/4 D.1 A 例9 据下图，下列选项中不遵循基因自由组 合规律的是（ ） A. B. C. D. A D a B d C B c A a D d B B A a A a C c c CD d A 例10 Rh血型由一对等位基因控制。一对夫 妇的Rh血型都是Rh阳性，已生3个孩子中有一 个是Rh阳性，其他两个是Rh阴性，再生一个 孩子是Rh阳性的概率是（ ） A.1/4 B.1/3 C.1/2 D.3/4 D 例11 血液正常凝固因子H对不易凝固因子h为显 性，则下图中甲、乙的基因分别为（ ） 甲 乙 不易凝固 男 正常凝固 男 正常凝固 女 A.XHY，XHXH B.XHY，XHXh C.XhY，XHXh D.XhY，XHXH C 例12 玉米