遗传与进化-知识结构整理-教师版.doc

4e8379b36357b62d18bab5cadab31fa7.pdf2010版高考生物知识结构整理第二部分 遗传与进化一 遗传的细胞基础减数分裂与染色体行为（II）、配子的形成（I）减数分裂是指有性生殖的生物在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。在这个过程中染色体只复制一次，而细胞分裂两次。人及其他哺乳动物的精子是在睾丸中形成，卵子是在卵巢中形成的。染色单体：细胞分裂间期，染色体经过复制成由一个着丝点连着的两条姐妹染色单体。同源染色体：指形态、大小一般相同，一条来自母方，一条来自父方，且能在减数第一次分裂过程中可以联会的一对染色体。一个四分体=一对同源染色体=2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子。交叉互换：指四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间发生缠绕，并交换部分片段的现象。有染色单体时，染色单体数=DNA分子数；没有染色单体时，染色体数=DNA分子数。间期开始间期结束减I前减I中减I后减II前减II中减II后减II末DNA分子数488884442染色体数444442242染色单体数088884400和有丝分裂的间期类似，减数第一次分裂前的间期也进行DNA的复制和相关蛋白质的合成。减I前期同源染色体彼此联会，形成四分体，有交叉互换的现象；减I中期同源染色体平行排列在赤道板两侧；减I后期随着同源染色体分开，非同源染色体自由组合；减II前期细胞内没有同源染色体，染色体数是体细胞的一半；减II中期，着丝点排布在赤道板上；减II后期姐妹染色单体彼此分开，染色体数目暂时加倍。染色体数目的减半发生在减I期；同源染色体分开发生在减I期；减数第一次分裂结果：染色体数目和DNA分子数目减半、同源染色体分开；减数第二次分裂特点：无同源染色体，结果：染色体数目不变，DNA分子数目减半。在精子形成的过程中，经过了减I期，一个初级精母细胞变成了两个次级精母细胞；经过减II期最终形成精细胞，还要经过变形，才能最终形成精子。在卵子形成的过程中，经过了减I期，一个初级卵母细胞变成了一个次级卵母细胞和一个第一极体；经过减II期最终形成一个卵细胞和3个第二极体。受精作用（I）有性生殖包括减数分裂和受精作用两个阶段，对于维持生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异，有着重要的意义。受精作用是精子卵子相互识别并融合成受精卵的过程，其实质是精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，使彼此的染色体汇合在一起。通常精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。精子里面线粒体（细胞器）含量较多。在形成的受精卵中，来自细胞核中的染色体一半来自于父亲，一半来自于母亲，但细胞质中遗传物质几乎全部来自于母亲。一个精原细胞经过减数分裂形成4个2种精细胞，一个卵原细胞经过减数分裂形成1个1种卵细胞。二 遗传的基本规律基因的分离定律（II）孟德尔选择豌豆作为遗传学的研究对象，其原因包括：（1）豌豆是自花传粉植物，且是闭花授粉的植物；（2）豌豆花较大，易于人工操作；（3）豌豆具有易于区分的相对性状。杂种后代中，同时出现显性性状和隐性性状的现象称为性状分离。在DDdd 杂交试验中，F1（Dd）表现出来的性状称为显性性状，未显现出来的性状称为隐性性状。验证显性性状个体是纯合子还是杂合子的方法：自交法和测交法，杂合子自交或测交后，后代会出现性状分离现象。杂合子自交的性状分离比为3：1，测交的性状分离比为1：1.基因的分离定律是研究一对等位基因的遗传规律，其实质就是在形成配子时，等位基因随减数第一次分裂后期同源染色体的分开而分离，分别进入到不同的配子中。（验证分离定律的方法测交法）基因的自由组合定律（II）亲本为YYRRyyrr时，F1自交，得到的F2中，有9种基因型，4种表现型，比例9：3：3：1，其中纯合子所占比例为4/16，重组性状所占的比例为6/16；亲本为YYrryyRR时，F2中重组类型所占比例为10/16。AaBbCc产生的配子种类数8种；AaBbCcAaBBCc，后代基因型数为18种；AaBbCcAabbCc，后代表现型数为8种。YyrryyRr后代的性状分离比为：1：1：1：1；YyRrYyrr后代的性状分离比为：3：1：3：1；YyRRyyrr后代的性状分离比为：1：1。基因的自由组合定律研究的是两对或两对以上等位基因的遗传规律，并且不同的等位基因要位于不同的同源染色体上。其实质是在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。只有核基因的遗传才可能符合基因的分离和自由组合定律，细胞质基因的遗传方式为母系遗传。性别决定和伴性遗传（II）性别决定：动物的性染色体决定性别分为两种，其中，人类和果蝇是XY型，雄性个体基因型为XY，雌性个体基因型为XX；鸟类为ZW型，雄性为ZZ，雌性为ZW型。伴X染色体隐性遗传病：如人类红绿色盲症、血友病、先天性白内障等）特点：男性患者多于女性患者；交叉遗传，即男性女性男性；一般为隔代遗传。女性患者的父、子一定为患者；正常男性的母、女一定正常 伴X染色体显性遗传病：如抗维生素D佝偻病特点：女性患者多于男性患者；连续遗传；男性患者的母、女一定为患者；正常女性的父、子一定正常。伴Y遗传：如外耳道多毛症特点：患者的父亲和儿子一定患病；患者全为男性，连续遗传 控制羽色的基因在Z染色体上，B（芦花）对b（非芦花）为显性，如果F1代中的雄鸡都是芦花鸡，雌鸡都是非芦花鸡，那么亲代中雄鸡的基因型为ZbZb，雌鸡的基因型为ZBW。遗传系谱图分析：第一步：确定或排除伴Y遗传第二步：确定显隐性，无中生有为隐性，有中生无为显性第三步：确定是常染色体遗传还是伴性遗传。隐性遗传看女患者，父子中有不患病的排除伴性遗传；显性遗传看男患者，母女中有不患病的排除伴性遗传第四步：确定相关个体基因型，并计算相应个体婚配后代的患病概率（每种遗传病单独计算，最后使用乘法原理计算各种可能的组合发生概率）。人类遗传病及其预防（II）常染色体显性遗传：多指、并指、软骨发育不全常染色体隐形遗传：白化病、先天性聋哑、苯丙酮尿症、镰刀型细胞贫血症多基因遗传病：青少年型糖尿病，原发性高血压，冠心病、哮喘病染色体异常遗传病：21三体综合征、性腺发育不全、猫叫综合症通过遗传咨询和产前诊断等手段，对遗传病进行监测和预防，在一定程度上能够有效地预防遗传病的产生和发展。基因、环境因素与性状的关系（II）性状由基因和环境共同决定，一般来说基因型相同的个体（如同卵双胞胎）如果在生长发育过程中所处环境不同，也可能会导致表现型（性状）出现差异。基因的实质是有遗传效应的DNA片段基因与DNA的关系：；每个DNA分子包含许多个基因。基因与染色体的关系：基因在染色体上呈线性排列；染色体是基因的主要载体，此外，线粒体和叶绿体中也有基因分布。基因与脱氧核苷酸的关系：脱氧核苷酸（A、T、C、G）是构成基因的单位；基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。基因与性状的关系：基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位；基因对性状的控制通过控制蛋白质分子的合成来实现。DNA与染色体的关系：DNA是染色体的主要组成成分之一；染色体是DNA的主要载体遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性，而碱基的特异排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性。三 遗传的分子基础遗传物质的证据（I）1.肺炎双球菌的转化实验（1）体内转化实验：1928年由英国科学家格里菲思等人进行。结论：加热杀死的S型细菌中含有转化因子。（2）体外转化实验：1944年由美国科学家艾弗里等人进行。结论：DNA是使R型细菌转化为S型细菌的转化因子。2.噬菌体侵染细菌的实验实验思路：将DNA和蛋白质分开，单独观察其作用。结论：进一步确认DNA是遗传物质。3.烟草花叶病毒感染烟草实验 结论：RNA是RNA病毒的遗传物质。绝大多数生物（细胞结构的生物和DNA病毒）的遗传物质是DNA，只有RNA病毒的遗传物质是RNA。所以说DNA是主要的遗传物质。DNA的结构（II）1.DNA分子的结构基本单位-脱氧核糖核苷酸（简称脱氧核苷酸）2.DNA分子特点: 稳定性、多样性和特异性。3.DNA双螺旋结构的特点：DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。DNA分子外侧是脱氧核糖和磷酸交替连接而成的基本骨架，碱基排列于内侧。DNA分子两条链的内侧的碱基按照碱基互补配对原则配对，并以氢键互相连接。一条脱氧核苷酸长链上相邻的两个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连。4.相关计算（1）A=T C=G (碱基互补配对原则)（2）A+ C/T+G= 1或A+G / T+C = 1 任意两种非互补碱基的和等于所有碱基数量的一半（3）如果A1+C1 /T1+G1=b 那么A2+C2/T2+G2=1/b （非互补碱基之间的关系）（4） (A+ T) / ( C +G)=(A1+ T1)/ ( C1 +G1)= (A2 + T2)/ (C2+G)= a （互补碱基之间的关系）DNA的复制（II）一、DNA分子复制的过程概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程复制时间：有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期复制方式：半保留复制复制条件 （1）模板：亲代DNA分子两条脱氧核苷酸链（2）原料：4种游离的脱氧核苷酸 （3）能量：ATP （4）解旋酶、 DNA聚合酶等复制特点：边解旋边复制复制场所：主要在细胞核中，线粒体和叶绿体也存在。复制结果：1个DNA2个子代DNA复制意义：保持了遗传信息的连续性。复制的保障：独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；碱基互补配对保证了复制准确无误。二、与DNA复制有关的碱基计算1.一个DNA连续复制n次后，DNA分子总数为：2n2.第n代的DNA分子中，含原DNA母链的有2个，占1/(2n-1)3.若某DNA分子中含碱基T为a，(1)则连续复制n次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a(2n-1)(2)第n次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a2n-1遗传信息的转录与翻译（I）基因指导蛋白质的合成转录：在细胞核内（场所），以DNA一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。条件：模板、能量（ATP水解提供）、酶（解旋酶和RNA聚合酶等）、原料（游离的4种核糖核苷酸）碱基配对：AU CG TA翻译：在细胞质中（场所），以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。条件：模板、能量（ATP水解提供）、酶、原料（20种氨基酸）碱基配对：AU CG RNARNA有三种：信使RNA（mRNA） 转运RNA（tRNA） 核糖体RNA（rRNA）RNA与DNA的不同点是：五碳糖是 核糖 ，碱基组成中有尿嘧啶（U）而没有T(胸腺嘧啶)；从结构上看，RNA一般是 单链 。mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸，称为1个密码子 。密码子有64个，但可以对应氨基酸的密码子只有61个，因为有3个是终止密码子，不对应氨基酸。蛋白质合成的“工厂”是 核糖体，搬运工是 转运RNA（tRNA ） 。每种tRNA能转运并识别 1 种氨基酸，其一端是携带氨基酸 的部位，另一端有3个碱基，称为 反密码子。在基因指导蛋白质合成的过程中，DNA中的碱基数；mRNA上的碱基数：合成的氨基酸个数=6：3：1写出中心法则：DNADNA：DNA的自我复制；DNARNA：转录；RNA蛋白质：翻译；RNARNA：RNA的自我复制；RNADNA：逆转录。DNADNA RNARNADNARNA 细胞生物（生物类型） 病毒（生物类型）RNA蛋白质 RNADNA基因、蛋白质与性状的关系间接控制：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。直接控制：基因能够通过控制蛋白质的结构控制生物体的性状。基因型与表现型的关系，基因的表达过程中或表达后的蛋白质也可能受到环境因素的影响。生物体性状的多基因因素：基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间多种因素存在复杂的相互作用，共同地精细地调控生物的性状。四 遗传变异变异的类型 不遗传的变异：由环境因素导致的变异，其遗传物质没有发生改变可遗传的变异：基因突变；基因重组；染色体变异 基因重组（II）基因重组：生物体进行有性生殖的过程中，控制不同形状的基因的重新组合类型：减数第一次分裂过程中非同源染色体上非等位基因的自由组合；减数第一次分裂过程中四分体时期的交叉互换；DNA重组技术。基因重组的意义：是生物变异的主要来源。（亲代和子代的差异主要来自于基因重组）基因突变（II）基因突变：DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。基因突变的外因：物理因素、化学因素和生物因素。基因突变的特点普遍存在；随机发生；不定向；突变频率低；大多有害。基因突变发生在整个生命进程中，但主要发生在DNA复制的过程中。镰刀型细胞贫血症病因：基因中的碱基替换 直接原因：血红蛋白分子结构的改变 根本原因：控制血红蛋白分子合成的基因结构的改变基因突变的意义：是新基因产生的途径；生物变异的根本来源；是生物进化的原始材料基因突变和基因重组的区别：突变产生新基因，重组只产生新基因型染色体变异（II） 染色体结构变异：缺失、增加、移接、颠倒（猫叫综合征-5号染色体部分缺失）染色体变异 染色体组成倍的增加或减少：二倍体、单倍体、三倍体 染色体数目变异 多倍体等 个别染色体数目的增加或减少（21三体综合征-先天愚型）染色体组：二倍体生物配子中所含染色体为一个染色体组。单倍体：由配子直接发育来的个体，无论有几个染色体组，都叫单倍体。二倍体和多倍体：由受精卵发育来的个体，有几个染色体组，就是几倍体。生物变异在育种上的应用（II）杂交育种（原理：基因重组）将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，经过选择和培育，获得新品种的方法。优点：操作简单缺点：育种年限长，工作量大诱变育种（原理：基因突变）利用物理因素（如X射线、射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变，获得新品种的方法。优点：提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。单倍体育种（原理：染色体变异）萌发人工诱导使染色体加倍组织培养 单倍体筛选花粉 植 株 纯合体 种子 植株 种子 花药离体培养 单倍体育种 育种过程中经花药离体培养得到的植株为单倍体，需经秋水仙素处理才能使染色体数恢复到正常体细胞水平，因此最终得到的植株与正常植株的染色体数相同。优点：快速获得纯合子，大大缩短育种年限。多倍体育种（原理：染色体变异）人工诱导多倍体的方法很多，如低温处理等，单常用且最有效的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到多倍体植株。多倍体植株的果实、种子都比较大，糖类和蛋白质等含量都有所增加，但发育延迟，结实率低。转基因生物及其安全性（II）用一分为二的观