遗传学大纲.doc

教学大纲总学时： 63 总学分： 3.5 理论学时： 63 实验学时： 0 面向专业： 生物技术、生物工程、生物科学 课程代码： BB008002 大纲执笔人： 于元杰 大纲审定人： 王洪刚 一、大纲说明 1课程的性质、地位和任务 遗传学是研究生物遗传和变异规律、探索生命起源和生物进化机理的科学，是生物学科中十分重要的基础科学。遗传学研究的任务是阐明生物遗传和变异现象及其表现的规律；探索遗传变异的原因、物质基础及其内在规律；指导动植物和微生物的改良，提高医学水平，为人民谋福利。 2课程教学的基本要求 本课程安排在学生完成植物学、生物化学等有关基础和专业基础课程之后的第四学期。内容上注意与以上课程的衔接，并避免不必要的重复，课堂教学应力求使学生掌握基本概念，弄清生物遗传物质存在的形式及其传递特点，生物产生可遗传变异的有效途径，数量性状与质量性状的特征；基因表达、调控，基因工程、基因组学等内容。在群体、个体、细胞和分子水平了解遗传变异的规律及其遗传学基础。由于该课程内容繁多，发展迅速，故授课教师在吃透教材基础上，应广泛阅读相关参考资料，紧跟本学科发展，随时补充新内容，使学生及时了解本学科的重要进展及发展动态。实验课教学作为一门课程，单独开设。 3课程简介（100字左右） 遗传学是研究生物遗传变异规律、探索生命起源的生物进化机理的科学。主要内容包括生物遗传物质存在的形式及其遗传特点，生物产生可遗传变异的有效途径，数量性状与质量性状的特征，细胞质遗传；基因表达调控，基因工程、基因组学等。在群体、个体、细胞和分子水平了解生物遗传变异的规律，及其遗传学基础。 4课程教学改革 与原教学大纲相比，理论教学由原来的54学时改为63学时；增加9学时。从讲课内容上，删掉了遗传学的分子基础有关内容，以避免与生物化学内容重复；删除了植物生活周期内容，避免与植物学内容重复；略讲孟德尔定律，避免与中学生物学的重复。新增细菌和病毒的遗传分析、微生物和动物基因工程、真核生物基因表达调控、转座因子、基因组学等内容，以便在有限的教学时间内尽可能多地传授给学生有关遗传方面的理论知识。 二、大纲内容 第一讲遗传学的意义、任务和发展（1学时） 遗传变异的概念，遗传和变异的辨证关系。遗传学的任务，提示遗传变异规律，遗传物质基础，遗传变异的调控机制，动植物品种改良的理论基础。遗传学的产生、发展及在生物科学中的地位和现代遗传学发展的趋势。 要点：遗传变异和选择在生物进化中的作用，遗传学的任务及其发展。 思考题： 1、试述遗传、变异和选择在生物进化中的作用。 2、什么是遗传学？为什么说遗传学诞生于1900年？ 3、为什么遗传物质是相对稳定的，而生物界没有两个完全相同的个体？ 第二讲遗传物质的存在形式及其传递（5学时） DNA是主要的遗传物质。肺炎双球菌的遗传转化。RNA也是遗传物质。遗传物质的存在形式，原核生物和真核生物遗传物质存在形式的异同。染色体与染色质，串珠模型假说。染色体的数目、形态和结构，巨型染色体及其形态结构特点，多线染色体、灯刷染色体和超数染色体（B染色体或副染色体）。真核生物核外遗传物质是线粒体遗传物质（mtDNA）和叶绿体遗传物质（cpDNA）。 高等生物遗传物质的传递，生物个体细胞之间遗传物质的传递，生物世代之间遗传物质的传递。 细胞有丝分裂。细胞的生命周期及其各个时期的生物学特点。DNA和染色体的复制。有丝分裂各期染色体的变化和行为特点。有丝分裂的变态。 细胞减数分裂。减数第一分裂和第二分裂及其各期染色体的行为和变化特点。 雌、雄配子及其形成。动物的配子形成。高等植物的配子形成。传粉和受精及世代间遗传物质的传递及特殊传递方式（无融合生殖举例）。直感现象。 要点：遗传物质存在的形式，染色质与染色体，有丝分裂和减数分裂过程中的染色体变化，减数分裂与配子体形成、世代交替。 思考题： 1、简述染色质与染色体间的关系。 2、简述细胞有丝分裂和减数分裂异同点及各自的遗传学意义。 3、试述高等动植物雌雄配子形成过程，并说明它们各自的特点。 第三讲孟德尔遗传及其发展（3学时） 孟德尔是遗传学的奠基人。生物遗传性状的分析，单位性状和相对性状。分离定律和自由组合定律及其细胞学基础，显性和隐性。基因型和表现型。孟德尔定律的验证，测交法（试交法），自交法。孟德尔定律的若干影响因素。适合度的估算，标准误差法，卡方（X2）法。基因间的互作。等位基因间的作用，完全显性、共显性、镶嵌显性。显性与环境，外在生存环境与显性，内在生理环境与显性。致死作用，隐性致死，显性致死。非等位基因间的作用，显性互补作用，积加作用，重叠作用，显性上位作用，隐性上位作用，抑制作用。基因互作的遗传实质。要点：分离规律和自由组合定律的实质，根据基因型推断表现型，根据表现型推断基因型。基因型的鉴定，适合度的估算。思考题：1、研究生物遗传变异规律为什么要把着眼点放在各个单位性状上，而不放在综合性状上？2、分离规律的关键是什么？选择在理论和实践上有何意义？如何加以证明？3、自由组合规律的实质是什么？为什么也称为独立分配规律？4、性状遗传的实际表现与理论推断二者之间适合度的估算在遗传研究中有何意义？5、怎样认识基因互作的遗传实质？ 第四讲连锁遗传与性别决定（6学时） 连锁遗传的基本概念。完全连锁与不完全连锁。完全连锁的特点，雄性果蝇与雌性家蚕完全连锁遗传。相引组合与相斥组合。不完全连锁的特点。不完全连锁基因重组的机理。重组率的测定，测交法，自交法及其计算公式。同源染色体非姊妹染色单体间的交换，单交换，各种形式的双交换。不完全连锁基因的定位，两点测定法，三点测定法，干扰与符合，分子标记与基因定位。不完全连锁基因F2分离的复杂性。红色面包霉的遗传分析，四分子分析。性别决定的意义。性染色体决定性别。XY型，ZW型XO型，ZO型。性别决定的其他类型，受精与性别，基因与性别。环境与性别，常染色体与性别。伴性遗传。X染色体上隐性基因的伴性遗传。X染色体上显性基因的伴性遗传。Y染色体上基因的伴性遗传。Z染色体上基因的伴性遗传。性别分化与环境条件，外在环境条件与性别分化，内在条件与性别分化。性别畸变。要点：根据表现型推断基因型。连锁遗传的重组机理，基因定位与连锁遗传图，根据连锁遗传图推断表现型。性别决定与伴性遗传。思考题：1、连锁遗传与独立遗传的区别反映在哪些方面？怎样区别它们？2、说明独立遗传、不完全连锁和完全连锁遗传的主要不同点表现在哪些方面？三者哪方面受到同样规律的制约？3、某生物个体有三对基因杂合（Aa、Bb、Dd），如三对基因为不完全连锁，或两对连锁一对独立，或三对独立时，用染色体标以基因分别图示说明减数分裂过程中各主要分裂期的染色体变化。4、分析说明不完全连锁的杂合体其测交后代为什么总是亲型个体多于重组型个体？5什么是伴性遗传？常见的伴性遗传各属哪种类型？ 第五讲基因突变（3学时） 基因突变及其发生。基因突变的基本特点。突变频率，重复性，独立性，可逆性，多方向性，平行性。基因突变的显现，二倍体植物，多倍体植物，动物、人类。基因突变的鉴定，基因自发突变和诱发突变。诱发突变包括物理诱变，化学诱变和生物诱变。诱变在生物品种改良中的应用。基因突变的分子基础。转换与颠换。移码突变。同义突变。错义突变。无义突变的抑制突变。错义突变的抑制突变。转座子与基因突变。DNA的修复，光修复、暗修复、重组修复和SOS修复。要点：基因突变及其特点，基因突变的分子机制，转座因子与基因突变，DNA修复类型及其特点。思考题：1、基因突变与有性杂交产生的变异在变异根源和表现特点上各有什么特点？2、比较性细胞与体细胞内，有性和无性繁殖下，自花和异花授粉植物中，显性与隐性突变各自的特点。3、举例说明自发突变和诱发突变、正突变和反突变。4、试述基因诱发突变的机理。5、为什么说大多数基因突变是有害的？ 第六讲染色体的结构变异（4学时） 染色体结构的变异及其发生，同体重组，异体重组。缺失染色体的意义、产生、遗传学效应及其利用。重复染色体的意义、产生及其遗传学效应。倒位染色体的意义、产生、遗传学效应及其应用。易位染色体的意义、产生、遗传学效应及其应用。要点：各类染色体结构变异的细胞学特点、遗传学意义。倒位和易位在实践中的应用。思考题：1、缺失、重复和倒位在减数第一分裂前期染色体形态上所表现的相拟性，镜检时怎样区别它们？2、微缺失和基因突变有类似的表现型，怎样对其进行正确的判定？3、倒位杂合体和易位杂合体都能产生不育配子，为什么称半不育是易位杂合体的突出特点？4、缺失、倒位和易位都能影响到重组率，在影响的机制上它们之间有何不同？ 第七讲染色体数目变异（5学时） 染色体基组。染色体数目变异的类别。整倍体与非整倍体。单倍体的意义、产生、特点及其利用。多倍体的意义。同源多倍体的意义、产生、特点及其遗传和利用，异源多倍体的意义、产生及其特点。超倍体的意义。三体和双三体的意义、产生、类别及其遗传特点。四体的意义、产生及其遗传特点。亚倍体的意义。单体的意义、产生及其遗传特点。缺体的意义、产生及其遗传特点。单体和缺体在遗传研究和品种改良中的应用。测定基因所在的染色体，有目标地进行染色体替换或附加。要点：染色体组及其意义、同源、异源多倍体的性状表现和遗传特点，非整倍体的类型及其各自的遗传特点，非整倍体的应用。思考题：1、比较染色体基组与染色体组型各自的含义。2、同源多倍体和异源多倍体是怎样形成的？3、超倍体有哪些类型？它们各自的遗传特点和实践意义如何？4、亚倍体有哪些类型？它们各自的遗传特点和实践意义如何？ 第八讲细菌和病毒的遗传（5学时） 病毒（噬菌体）及其遗传学研究的意义。噬菌体的结构和生活周期，烈性噬菌体与温和噬菌体。噬菌体的遗传分析，噬菌体的基因重组及其基因作图。转导与基因定位。细菌及其遗传学研究的意义。细菌遗传研究的特点。细菌的拟有性过程。研究细菌遗传的方法，细菌的基因突变，细菌的影印培养方法。细细的遗传分析，细菌的转化，供体与受体细菌的接合，细菌的性导，细菌的基因重组与基因作图。要点：细菌的遗传分析，基因重组和基因作图。噬菌体的遗传分析，基因重组和基因作图。思考题：1、为什么说细菌和病毒（噬菌体）是遗传学研究的好材料？2、试比较大肠杆菌和玉米的染色体组。3、试述细菌的转化过程。4、试述细菌基因作图的原理和步骤。 第九讲数量性状的遗传与杂种优势（4学时） 数量性状与质量性状、数量性状的特点。数量性状的遗传。多基因假说。控制数量性状基因数目的估算。数量性状基因效应的分析。加性效应，显性效应，互作效应，超亲变异。遗传力的概念，广义遗传力估算。狭义遗传力及其估算。显性度及其测算。近亲繁殖的遗传作用。自交的意义。杂合体自交后代的分离与纯化。基因连锁与自交纯化的关系。自交的表现型效应与遗传基础的关系。回交的意义。回交后代的分离与纯化。纯系学说。纯系的相对性。杂种优势及其表现，杂种优势的影响因素。杂种优势的衰退。杂种优势的遗传学解释，显性假说，超显性假说。杂种优势的利用及其固定。要点：数量性状及其特点。多基因假说，控制数量性状的基因效应，遗传力的估算。自交和回交的遗传学意义。纯系学说。杂种优势产生的条件。思考题：1、质量性状与数量性状各有什么特点？为什么二者之间既有着明显的区别，又无截然分开的绝对界限？2、试用多基因假说分析数量性状的遗传特点。3、试以数量性状遗传的基因效应说明F1的表现型介于双亲之间，优于双亲平均值和超高亲的原因。4、狭义遗传力的估算有助于定型品种选育的原因是什么？5、近亲交配多为不利，但在杂交育种过程中为什么必须采取自交这种极端的近亲繁殖手段？6、试比较自交和回交过程遗传学效应的异同点。 第十讲细胞质遗传（5学时） 细胞质遗传与母性影响。细胞质遗传的意义与特点。质体基因组的遗传。线粒体基因组的遗传。附加体的遗传。共生体的遗传。核外遗传体系的半自立性。胞质基因与核基因的相互作用，核基因启动胞质基因突变，核基因决定胞质基因延续，细胞器的形成决定于核、质基因的共同作用，胞质对核基因表达提供条件。雄性不育的意义。核不育的遗传及其应用。质核雄性不育的遗传及其应用。雄性不育性发生的机理。要点：细胞质遗传与母性影响的特点，植物雄性不育的类型及其特点。质核互作雄性不育的遗传特点及应用。思考题：1、细胞质遗传的特点是什么？它与母性影响有什么不同？2、植物雄性不育有几种类型？它们各自的特点是什么？3、试比较孢子体不育与配子体不育的异同点。 第十一讲基因的表达与调控（7学时） 基因概念的起源。经典基因的概念。基因是三位一体的最小遗传单位。基因是有表达活性功能的DNA片段，顺反测验，重叠基因，断裂基因，内含子，外显子。基因与性状的表达。原核生物基因的调控。转录水平的调控，正调控，负调控，乳糖操纵子调控。色氨酸操纵子的调控。阿拉伯糖操纵子的调控。真核生物的基因调控。DNA分子的改变与基因调控。基因扩增，基因重排，DNA甲基化。转录水平上的基因调控，启动子，增强子，激活子。酵母菌乳糖代谢的正调控，选择性启动子，选择性的RNA加工。翻译水平上的基因调控。要点：基因概念的发展与演变。原核生物基因的正负调控。乳糖操纵子的调控机理，弱化子的调控机理。真核生物基因的调控，DNA分子改变与基因调控、基因扩增，基因重排，增强子，启动子，激化子。思考题：1、试比较经典遗传学和分子遗传学基因概念的含义有何不同？2、试说明基因的正调控与负调控的区别。3、试比较原核生物与真核生物基因调控的异同点。4、试述乳糖操纵子调控模型。5、试述大肠杆菌色氨酸操纵子弱化作用的调控机理。 第十二讲基因工程（4学时） 基因工程的概念、意义、特点及其操作程序。基因工程所需的酶及各自的特点。基因工程所需的载体、目的基因获得的方法及基因扩增、DNA分子重组、转化、筛选及检测。目的基因的转化方法，基因工程技术在农、工、医方面取得的成就及存在的问题。要点：基因工程的原理，操作程序，目的基因获取的途径，基因转化的方法，目的基因鉴定及表达。基因工程取得的成就及存在的问题。思考题：1、什么是基因工程？它在理论和实践上有什么意义？2、试述基因工程操作的步骤。3、简述基因工程在工、农、医方面取得的成就及其发展前景。第十三讲基因组学（7学时） 基因组学的概念。基因组学包含的内容。遗传图谱的构建。图谱标记。基因标记，RFLP标记，RAPD标记，AFLP标记和SSR标记。遗传图谱的构建。人类基因组遗传图谱的构建，植物基因组遗传图谱的构建。遗传物理图谱的构建。限制性酶图谱，荧光原位杂交，序列标签位点，人类基因组物理图谱。基因组图谱的应用。基因定位，基因组比较分析，标记辅助选择，基因的克隆与分离、后基因组学。DNA微列阵、蛋白质组学，生物信息学。要点：前基因组学、基因组学和后基因组学的含义、遗传图谱构建的原理和方法。遗传物理图谱构建的原理和方法。遗传图谱的应用。思考题：1、何为基因组学？其研究目标是什么？2、构建遗传图谱的方法有哪些？各自的含义是什么？3、构建遗传物物理图谱的方法有哪些？各自的含义是什么？4、基因图谱的应用表现在哪些方面？ 第十四讲遗传与发育（3学时） 生物个体发育的两个特点。细胞核在细胞生长和分化中的作用。细胞质在细胞生长和分化中的作