高中生物核心概念高考复习课件—生物变异.ppt

生物变异,生物变异的类型：,不遗传变异：遗传物质没有改变，仅由环境引起。 非等位基因自由组合 狭义基因重组 基因重组 等位基因互换 广义基因重组：见后叙述 可遗传变异 基因突变 突 变 染色体结构变异 染色体变异 染色体数目变异,生物变异,基因重组 基因重组是指一个基因的DNA序列是由两个或两个以上的亲本DNA组合起来的。基因重组是遗传的基本现象，病毒、原核生物和真核生物都存在基因重组现象。 减数分裂或体细胞有丝分裂均有可能发生基因重组。基因重组的特点是双DNA链间进行物质交换。真核生物，重组发生在减数分裂期同源染色体的非姊妹染色单体间，细菌可发生在转化或转导过程中。 人为条件下可以在基因工程中实现。,关于基因突变,自然界生物性状突变的现象：,果蝇眼色,猫眼色的变异,花色体细胞突变,柑桔体细胞突变,1.基因突变广泛存在：,不同皮色的老鼠,关于基因突变,基因突变的时期：,生物个体发育的任何时期中均可发生突变，即体细胞和性细胞均能发生突变。 性细胞的突变率高于体细胞：性细胞在减数分裂末期对外界环境条件的敏感性较大；性细胞发生的突变可以通过受精过程直接传递给后代。 突变后的体细胞常竞争不过正常细胞，会受到抑制或最终消失 需及时与母体分离 无性繁殖 经有性繁殖传递给后代。 许多植物的“芽变”就是体细胞突变的结果：发现性状优良的芽变 及时扦插、压条、嫁接或组织培养 繁殖和保留。 芽变在农业生产上有着重要意义，不少果树新品种就是由芽变选育成功的，如：温州密桔温州早桔。但芽变一般只涉及某一性状，很少同时涉及很多性状。,关于基因突变,基因突变的时期：,体细胞基因突变通常独立发生： 某一基因位点的一个等位基因发生突变时，不影响另一个等位基因，即等位基因中两个基因一般不会同时发生突变(AA，aa)。 隐性突变：AA Aa 为隐性突变，当代不表现，F2表现。 a a Aa 为显性突变，当代即能表现。 显性突变：aa Aa，当代即能表现，与原性状并存，形成镶嵌现象或嵌合体。 突变早，镶嵌范围大，如叶芽发生突变 突变枝。 突变迟，镶嵌范围小，突变范围局限于一个花朵或果实，甚至仅限于它们的一部分。 如：番茄果肉、苹果的半红半黄现象。 观赏桃花，一朵花上有不同颜色。,关于基因突变,基因突变的一般特征：,1.重复性：同一生物不同个体间可以多次发生同样的突变。 2.可逆性：象许多生化反应过程一样是可逆的。显性基因A通过正突变形成的隐性基因 a 又可经过反突变又形成显性基因A。 3.基因突变的方向不定，可多方向发生。 复等位基因：指位于同一基因位点上各个等位基因的总体。复等位基因并不存在于同一个体中 (同源多倍体除外)，而是存在于同一生物群内。复等位基因的出现增加生物多样性提高生物的适应性提供育种工作更丰富的资源使人们在分子水平上进一步了解基因内部结构。 4.突变的有害性：多数突变对生物的生长和发育往往是有害的。 某一基因发生突变 长期自然选择进化形成的平衡关系就会被打破或削弱 进而打乱代谢关系 引起程度不同的有害后果 一般表现为生育反常或导致死亡。,关于基因突变,基因突变的一般特征：,4.突变的有害性：多数突变对生物的生长和发育往往是有害的。 有害性可能是致死的，即导致个体死亡的突变。 致死基因（lethal alleles）：指可以导致个体死亡 的基因，包括隐性致死基因（recessive lethal alleles）和显性致死基因（dominant lethal alleles）。 (1)植物：最常见的为隐性白化突变。 这种白化苗不能正常形成叶绿素，当子叶或胚乳中养料耗尽时，幼苗死亡。 (2)动物： . 纯合显性致死(小鼠毛色遗传)：黑色 黄色，但无黄色纯合体。 杂合显性致死突变：显性致死突变在杂合状态时即可死亡。不会产生纯合体。 纯合隐性致死突变：人的“异染白痴脑病”由aa基因控制（隐性纯合致死）。 伴性致死突变：致死突变可发生在常染色体上，也能发生在性染色体上，致死突变发生在性染色体上可引起伴性致死。 突变有害性的相对性：高秆 矮秆：有害性：矮秆株在高秆群体中受光不足、发育不良；有利性：矮秆株在多风或高肥地区有较强抗倒伏性、 生长茁壮。 禾谷类作物的落粒性对生物有利、对人类无益。水稻、玉米、高粱雄性不育对生物不利、对人类有益，可以省去制种时的去雄麻烦。,例：高秆 矮秆，其原因： 由基因突变而引起； 因土壤瘠薄或遭受病虫为害而生长不良等。 鉴定方法：可将变异体与原始亲本在同一栽培条件下比较。 矮秆 后代为高秆，则不是突变，由环境引起。 后代仍为矮秆，则是基因突变引起的。,关于基因突变,基因突变的鉴定（举例）: 、突变发生的鉴定: 经诱变产生的变异是否属于真实的基因突变，是显性突变还是隐性突变、突变频率的高低，都应进行鉴定。 由基因发生某种化学变化而引起的变异是可遗传，而由一般环境条件导致的变异是不遗传的。,关于基因突变,基因突变的鉴定（举例）: 、显、隐性的鉴定: 显性突变和隐性突变的区分，可利用杂交试验加以鉴定。如： 突变体矮秆株原始品种(高) F1高秆 F2有高秆、也有矮秆， 说明该突变属于隐性突变。,关于基因突变,基因突变的分类：,转换：同型碱基对替换T,颠换：异型碱基对替换A,倒位：ATCGAT,碱基缺失：ATCGAT,碱基插入：ATCGAT,关于基因突变,自然条件下各种动、植物发生基因突变频率不高，可保持生物种性的相对稳定性。但不利于动、植物育种。 穆勒和斯特德勒（1927）用X射线研究人工诱变， 证实人工诱发基因突变可以大大提高突变率。 一、物理因素诱变: 物理因素 各种电离辐射非电离辐射。,1电离辐射诱变：诱变中常用的射线,关于基因突变,2非电离辐射诱变：主要是紫外线照射，其波长较长(3800150)、穿透力弱，一般应用于微生物或高等生物的配子诱变。 3综合效应诱变：在太空中进行的空间诱变是一项有效的人工诱变技术。 太空中大量存在着各种物理射线可诱发突变，其它诸如失重、超净、无地球磁场影响以及卫星发射和返回时的剧烈震动等因素也是产生诱变的重要原因。上述诱变因素的共同作用也会影响诱变效果。,关于基因突变,二、化学因素诱变: 1. 妨碍DNA某一成分的合成，引起DNA变化：妨碍合成嘧啶：5-氨基尿嘧啶、8-乙氧基咖啡碱；妨碍嘌呤合成：6-巯基嘌呤。 2. 碱基类似物替换：如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-溴去氧尿核苷(5-BudR)、2-氨基嘌吟(2-AP)； 诱变原理：化学药物分子结构与DNA碱基相似，在不妨碍基因复制的情况下能渗入到基因分子中。在DNA复制时引起碱基配对差错，最终导致碱基对的替换，引起突变。 3. 直接改变DNA某些特定的结构：DNA诱变剂与DNA起化学反应并改变碱基氢键特性的物质。 4. 引起DNA复制的错误：诱变剂：2-氨基吖啶、吖啶橙、ICR-170等。 能嵌入DNA双链中的碱基之间，引起单一核酸的缺失或插入，造成突变。 5 抗生素：如重氮丝氨酸、链霉素和丝裂霉素C等。 抗生素的诱变作用：破坏基因分子结构,造成染色体的断裂而引起突变。,关于染色体变异染色体结构变异,一、缺失染色体的某一区段丢失。,缺失杂合体中，联会时形成环状或瘤状突起(见下图)，但易与重复相混淆。,关于染色体变异染色体结构变异,一、缺失染色体的某一区段丢失。,缺失对个体的生长和发育不利： 缺失纯合体很难存活； 缺失杂合体的生活力很低； 含缺失染色体的配子一般败育； 缺失染色体主要是通过雌配子传递。,猫叫综合症（第5号染色体短臂缺失）：婴儿啼哭如猫叫，一般伴随有小头症和智力迟钝。,关于染色体变异染色体结构变异,二、重复染色体多了与自己相同的某一区段。,在杂合体中，重复区段会突出环或瘤；不能同缺失杂合体的环或瘤相混淆(染色体长度不同)。 扰乱基因的固有平衡体系 引起表现型变异（如果蝇的棒眼遗传）,关于染色体变异染色体结构变异,三、倒位 染色体某一区段的正常顺序颠倒了。,倒位染色体的联会和鉴定： . 很长倒位区段：倒位区反转过来与正常染色体的同源区段进行联会，倒位区段以外的部分只有保持分离。 .较短倒位区段：倒位杂合体联会在倒位区段内形成“倒位圈”。,关于染色体变异染色体结构变异,倒位杂合体形成败育的交换配子 臂间倒位杂合体产生大量缺失和重复染色单体 臂内倒位杂合体产生双着丝点染色单体， 随着出现后期桥,关于染色体变异染色体结构变异,臂内倒位杂合体产生双着丝点染色单体，随着出现后期桥,臂间倒位杂合体产生大量缺失和重复染色单体,关于染色体变异染色体结构变异,四、易位 染色体一个区段移接在非同源的另一个染色体上。,关于染色体变异染色体结构变异,四、易位 染色体一个区段移接在非同源的另一个染色体上。,易位染色体的联会,关于染色体变异染色体数目变异,一、染色体的整倍数变异,1染色体组：维持生物体生命活动所需的最低限度的一套基本染色体，或称为基因组，以X表示。 2、染色体组的基本特征：各染色体形态、结构不同，其上携带基因不同； 染色体组是一个完整而协调的体系，缺少一个就会造成不育或性状的变异。 3不同种属染色体组的染色体数： 一个染色体组所包含的染色体数，不同种属间可能相同，也可能不同。 例：大麦属X=7 稻属X=12 烟草属X=12 茶属X=15 小麦属X=7 棉属X=13 高梁属X=10 葱属X=8 4二倍体生物：2n=2X，n=X,关于染色体变异染色体数目变异,一、染色体的整倍数变异,5.整倍体的同源性和异源性： (1) 同源多倍体：指增加的染色体组来自同一物种，一般是由二倍体的染色体直接加倍产生的。 (2) 异源多倍体：指增加的染色体组来自不同物种，一般是由不同种属间的杂交种染色体加倍形成。 设：三个二倍体种，染色体组(X)分别以A、B、E表示,X=3 2n2X2A(a1a2a3)(a1a2a3)a1a1a2a2a3a36 2n2X2B(b1b2b3)(b1b2b3)b1b1b2b2b3b36 2n2X2E(e1e2e3)(e1e2e3)e1e1e2e2e3e36 同源四倍体： AAAA 2n4X4AAAAA12 BBBB 2n4X4BBBBB12 EEEE 2n4X4EEEEE12 同源三倍体： AAAAAA AAA 2n3X3AAAA9 BBBBBB BBB 2n3X3BBBB9 EEEEEE EEE 2n3X3EEEE9,关于染色体变异染色体数目变异,一、染色体的整倍数变异,关于染色体变异染色体数目变异,一、染色体的整倍数变异,异源四倍体、同源异源八倍体： AA BB 加倍 AB AABB（2n4XAABB12） 加倍 AAAABBBB (同源异源八倍体) 2n=8X=24 异源六倍体： AABB EE 加倍 ABE AABBEE（ 2n6XAABBEE18） 如：六倍体小麦（2n6XAABBDD42）,关于染色体变异染色体数目变异,一、染色体的整倍数变异,关于染色体变异染色体数目变异,二、染色体的非整倍数变异,比该物种中正常合子染色体数(2n)多或少一个至几个染色体的个体。 超倍体：染色体数 2n，多倍体、二倍体中均能发生。 亚倍体：染色体数 2n，通常在多倍体中发生。 遗传学上有代表性的非整倍体只有以下几种： 三 体：2n+1a1a1a2a2a3a3a37 双三体：2n+1+1a1a1a2a2a2a3a3a38 四 体：2n+2a1a1a2a2a3a3a3a38 单 体：2n-1a1a1a2a2a35 双单体：2n-1-1a1a1a2a34 缺 体：2n-2a1a1a2a24,关于染色体变异染色体数目变异,三、单倍体,1.概念：单倍体指具有配子染色体数(n)的个体。 二倍体植物：n=X 单倍体水稻、玉米的单倍体就是一倍体(n=X=12、10)。 多倍体生物：nX 普通烟草的单倍体含二个染色体组(n=2X=TS=24)； 普通小麦的单倍体含三个染色体组(n=3X=ABD=21)。 单倍体表现出高度不育： 在单倍体植株内，染色体都是成单的，表现为高度不育，几乎不能产生种子。,关于染色体变异染色体数目变异,三、单倍体,2.单倍体的形成： 高等生物中所有单倍体几乎都来源于不正常的生殖过程。 如：孤雌生殖、孤雄生殖。 自然界：大部分单倍体是孤雌生殖所形成的。 组培技术：花药培养、小孢子培养产生的。,关于染色体变异染色体数目变异,四、同源多倍体的形态特征： 巨大性：染色体倍数越多核和细胞越大器官越大。 .外形：叶片、花朵、花粉粒、茎粗和果实等器官都随着染色体组(X)数目的增加而递增。 染色体组的倍数是否越高越有利呢？ 染色体组的倍数性有一定限度，超过限度其器官和组织就不再增大，甚至导致死亡。如：甜菜最适宜的同源倍数是三倍（含糖量、产量）；玉米同源八倍体植株比同源四倍体短而壮，但不育； . 气孔和保卫细胞：气孔和保卫细胞大于二倍体，单位面积内的气孔数小于二倍体。,关于染色体变异染色体数目变异,五、同源三倍体在农业上的应用： 同源三倍体具有高度不育的特性。 例：无籽西瓜（X=11） 二倍体(2n=2X=22) 加倍 同源四倍体 二倍体 (2n=4X=44) 同源三倍体西瓜(无籽) 2n=3X=33 人工创造的同源三倍体： 葡萄、香蕉等。,关于染色体变异染色体数目变异,六、普通小麦的演化过程 一粒小麦 拟斯卑尔脱山羊草 2n=AA=14 2n=BB=14 F1 2n=2X=AB=14 加倍 二粒小麦的异源四倍体 方穗山羊草 2n=4X=AABB=28 2n=2X=DD=14 F1 2n=3X=ABD=21 加倍 异源六倍体 2n=6X=AABBDD=42 基因突变、长期演化 普通小麦 2n=6X=AABBDD=42,关于染色体变异染色体数目变异,中国农科院鲍文奎先生育成的异源八倍体小黑麦，具有穗大、粒大、抗病和抗逆性强的特点。 普通小麦 黑麦 2n=AABBDD=42 2n=RR=14 F1 2n=ABDR 不育 加倍、选育 异源八倍体小黑麦(Triticale) 2n=8X=AABBDDRR=56 云贵种植有一定的增产效果。,利用蚕豆根尖微核技术探究环境污染情况的实验,实验原理 微核是指独立于细胞核外的圆形、椭圆形或无规则的小核，其直径小于细胞核的1/3，可以是染色体断片，也可以是整条染色体。自然状态下，生物体产生微核的概率很小，在某些有害理化因素的影响下，微核的产生率会大大增加。当这些有害因素损伤真核细胞的遗传物质时细胞核中的染色体会发生断裂时，这些染色体片段不能随有丝分裂进入子细胞，留在细胞质中，就构成了微核。,利用蚕豆根尖微核技术探究环境污染情况的实验,利用蚕豆根尖微核技术探究环境污染情况的实验,微核是常见的遗传毒理学指标之一，指示染色体或纺锤体的损伤。由于这种损伤会因细胞受到的外界诱变因子作用的加剧而加剧，而微核产生的数量又可与诱变因子剂量的多少呈正相关，因此可用微核出现的频率来评价环境诱变因子对生物遗传物质的损伤程度。通常计算微核数目的多少用微核千分率MCN(平均每千个细胞出现微核的细胞个数)来表示。蚕豆根尖微核实验具有准确、快速、操作简便、有明显剂量-效应关系、适合大批量样品检测等优点，在环境监测中应用广泛。,利用蚕豆根尖微核技术探究环境污染情况的实验,实验材料 微核实验通常使用蚕豆做实验材料, 实验选大小均匀、饱满、表面光滑的个体。 选用培养的洋葱根尖也可（见教材）。,利用蚕豆根尖微核技术探究环境污染情况的实验,实验过程 蚕豆萌发 蚕豆于24用自来水浸泡36h, 湿纱布包裹催芽36h。选已发芽的蚕豆放入垫有湿脱脂棉的培养皿中培养36h。其间每12h 用水冲洗1 次, 换水培养。在发芽良好的种子中间选择根长整齐一致, 根长约1.52.0 cm 的蚕豆随机分组。,利用蚕豆根尖微核技术探究环境污染情况的实验,实验过程 诱变剂配制 用蒸馏水将四氯乙烯（污水中常见的一种持久性有机污染物）分别配制成0.1mg/L、1mg/L、 10mg/L、100 mg/L 的溶液。 蚕豆根尖细胞微核试验 把选好的蚕豆幼苗根部插入打孔的塑料板孔