高中生物必修二知识点精讲

高中生物必修二知识点精讲引言高中生物必修二以“遗传与进化”为核心主线，连接了细胞生物学（必修一）与稳态调节（必修三），是理解生命本质的关键模块。本模块从细胞学基础（减数分裂）→分子基础（DNA与基因）→经典规律（孟德尔定律、伴性遗传）→变异来源（突变与重组）→进化理论（自然选择与现代生物进化理论），构建了完整的“遗传信息传递—变异—适应”逻辑链。学好本模块不仅能解答“生物如何遗传”“物种如何演变”等根本问题，也是后续学习遗传学、进化论的基础。一、遗传的细胞基础：减数分裂与受精作用核心问题：有性生殖中，亲子代染色体数目如何保持恒定？1.减数分裂的概念与意义定义：减数分裂是有性生殖生物在产生生殖细胞（配子）时进行的特殊分裂方式，特点是染色体复制一次，细胞连续分裂两次，结果是子细胞染色体数目减半（从2n→n）。意义：维持亲子代染色体数目恒定（减数分裂使配子染色体减半，受精作用使受精卵恢复为2n）；通过同源染色体分离与非同源染色体自由组合，产生遗传多样性（配子类型多样）。2.减数分裂的关键过程（以哺乳动物精子形成为例）时期染色体行为特点染色体数目DNA数目减数第一次分裂前期（联会期）同源染色体（形态、大小相同，一条来自父方，一条来自母方）两两配对（**联会**），形成**四分体**；四分体中的非姐妹染色单体发生**交叉互换**（基因重组的来源之一）。2n4n减数第一次分裂中期同源染色体排列在赤道板两侧2n4n减数第一次分裂后期同源染色体**分离**（分离定律的细胞学基础），非同源染色体**自由组合**（自由组合定律的细胞学基础）。2n4n减数第一次分裂末期细胞一分为二，形成两个次级精母细胞；每个次级精母细胞染色体数目减半（n）。n2n减数第二次分裂前期染色体散乱分布（无同源染色体）n2n减数第二次分裂中期染色体着丝点排列在赤道板上n2n减数第二次分裂后期着丝点分裂，姐妹染色单体分开，染色体数目暂时加倍（2n）2n2n减数第二次分裂末期细胞一分为二，形成四个精细胞；精细胞变形为精子（染色体数目n，DNA数目n）。nn3.易错提醒：有丝分裂与减数分裂的图像判断三步法：第一步：看染色体数目（奇数→减数第二次分裂；偶数→继续判断）；第二步：看同源染色体（无同源染色体→减数第二次分裂；有同源染色体→继续判断）；第三步：看同源染色体行为（联会、四分体、同源染色体分离→减数第一次分裂；无上述行为→有丝分裂）。4.受精作用的意义定义：精子与卵细胞融合形成受精卵的过程。意义：恢复亲子代染色体数目（受精卵=精子n+卵细胞n=2n）；促进遗传多样性（精子与卵细胞的随机结合，使受精卵的基因型组合多样）。二、遗传的分子基础：DNA是遗传物质核心问题：遗传信息的载体是什么？如何传递与表达？1.遗传物质的探索实验（1）肺炎双球菌转化实验（格里菲斯+艾弗里）格里菲斯实验：加热杀死的S型菌（有荚膜，有毒）能使R型菌（无荚膜，无毒）转化为S型菌，提出“转化因子”的概念。艾弗里实验：将S型菌的DNA、蛋白质、多糖等物质分离，分别与R型菌混合培养，发现只有DNA能使R型菌转化为S型菌，结论：DNA是遗传物质（蛋白质不是）。（2）噬菌体侵染细菌实验（赫尔希+蔡斯）实验设计思路：用放射性同位素标记（³²P标记DNA，³⁵S标记蛋白质），区分噬菌体的DNA与蛋白质，观察其在侵染过程中的作用。结果：³²P标记的DNA进入细菌细胞，³⁵S标记的蛋白质留在细菌外；子代噬菌体中检测到³²P，未检测到³⁵S。结论：DNA是噬菌体的遗传物质（进一步证明DNA是主要遗传物质）。2.DNA的结构与复制（1）DNA的双螺旋结构（沃森+克里克）特点：①两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋；②磷酸-脱氧核糖交替连接构成基本骨架（外侧）；③碱基排列在内侧，遵循碱基互补配对原则（A与T配对，C与G配对；A-T之间2个氢键，C-G之间3个氢键，故C-G含量越高，DNA稳定性越强）。（2）DNA的复制概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程（发生在细胞分裂间期，如有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期）。特点：①半保留复制（子代DNA分子保留亲代DNA的一条链，另一条链为新合成的；实验验证：Meselson-Stahl的¹⁵N标记实验）；②边解旋边复制（需要解旋酶解开双螺旋，DNA聚合酶催化脱氧核苷酸连接）。条件：模板（亲代DNA的两条链）、原料（四种脱氧核苷酸）、酶（解旋酶、DNA聚合酶）、能量（ATP）。意义：将遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性。3.基因的表达：转录与翻译基因的概念：有遗传效应的DNA片段（是遗传信息的基本单位）。中心法则：遗传信息的传递方向：DNA→RNA→蛋白质（少数RNA病毒可逆转录：RNA→DNA）。（1）转录（DNA→RNA）场所：细胞核（真核生物）、细胞质（原核生物）；模板：DNA的一条链（模板链）；原料：四种核糖核苷酸（A、U、C、G）；酶：RNA聚合酶（不需要解旋酶，自身能解开DNA双螺旋）；产物：mRNA（信使RNA，携带遗传信息）、tRNA（转运RNA，转运氨基酸）、rRNA（核糖体RNA，构成核糖体）。（2）翻译（RNA→蛋白质）场所：核糖体；模板：mRNA（其上的密码子：3个相邻碱基，决定1个氨基酸；共有64种密码子，其中61种编码氨基酸，3种终止密码子）；原料：20种氨基酸；工具：tRNA（一端携带氨基酸，另一端有反密码子，与mRNA的密码子互补配对）；过程：核糖体沿mRNA移动，tRNA携带氨基酸依次连接，形成多肽链（肽链折叠成蛋白质）。4.易错提醒：转录与翻译的区别比较项目转录翻译模板DNA的一条链mRNA原料核糖核苷酸氨基酸产物RNA（mRNA、tRNA、rRNA）蛋白质场所细胞核（真核）核糖体配对方式A-U、T-A、C-G、G-CA-U、U-A、C-G、G-C三、遗传的基本规律：孟德尔定律与伴性遗传核心问题：性状如何传递？基因的传递有何规律？1.孟德尔的假说-演绎法（科学研究方法的典范）步骤：观察现象（豌豆杂交实验：高茎×矮茎→F₁全高，F₂高:矮=3:1）；提出问题（为什么F₂出现3:1的性状分离？）；作出假说（①生物的性状由遗传因子（基因）控制；②体细胞中基因成对存在；③减数分裂时，成对基因分离，进入不同配子；④受精时，配子随机结合）；演绎推理（若假说成立，则F₁与矮茎测交，后代高:矮=1:1）；实验验证（测交实验结果符合预期）；得出结论（分离定律）。2.分离定律（基因的分离）实质：减数第一次分裂后期，等位基因随同源染色体的分离而分离（适用范围：真核生物、有性生殖、核基因）。常见题型：性状显隐性判断（如高茎×矮茎→全高→高茎为显性）；基因型推断（如F₂中高茎的基因型为DD或Dd，比例为1:2）；概率计算（如Dd×Dd→后代高茎概率为3/4，矮茎为1/4）。3.自由组合定律（基因的自由组合）实质：减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合（适用范围：真核生物、有性生殖、核基因、非同源染色体上的非等位基因）。解题技巧：拆分法（将多对基因拆分为单对基因，分别计算，再相乘）。例如，YyRr×YyRr→后代Yy的概率为1/2，Rr的概率为1/2，故YyRr的概率为1/2×1/2=1/4；后代黄色圆粒（Y_R_）的概率为3/4×3/4=9/16。4.伴性遗传（基因位于性染色体上的遗传）性染色体组成：人类为XY型（男性XY，女性XX）；鸟类为ZW型（雄性ZZ，雌性ZW）。常见类型：伴X隐性遗传（如红绿色盲、血友病）：特点：①男患者多于女患者（男性只要X染色体上有致病基因就患病）；②隔代交叉遗传（男患者的致病基因来自母亲，传给女儿）；③女患者的父亲和儿子都患病（母病子必病，女病父必病）。伴X显性遗传（如抗维生素D佝偻病）：特点：①女患者多于男患者（女性有两条X染色体，更容易获得致病基因）；②连续遗传（男患者的母亲和女儿都患病）；③男患者的母亲和女儿都患病（父病女必病，子病母必病）。伴Y遗传（如外耳道多毛症）：特点：①只传男不传女（Y染色体只有男性有）；②父传子，子传孙。系谱图判断技巧：第一步：判断显隐性（无中生有→隐性；有中生无→显性）；第二步：判断是否为伴性（若隐性遗传，女患者的父亲或儿子正常→常染色体隐性；若显性遗传，男患者的母亲或女儿正常→常染色体显性）。四、变异与育种：遗传多样性的来源核心问题：生物的变异从何而来？如何利用变异培育新品种？1.基因突变（分子水平的变异）定义：DNA分子中碱基对的增添、缺失或替换，导致基因结构的改变（产生新基因）。原因：自发突变（DNA复制时的错误，频率低）；诱发突变（物理因素：紫外线、X射线；化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物；生物因素：病毒）。特点：①普遍性（所有生物都能发生）；②随机性（可发生在任何时期、任何细胞）；③低频性（突变频率低）；④不定向性（可产生多个等位基因）；⑤多害少利性（大多数突变对生物有害）。意义：新基因的产生途径（生物进化的原始材料）。2.基因重组（基因水平的变异）定义：生物体进行有性生殖时，控制不同性状的基因重新组合（不产生新基因，产生新基因型）。类型：自由组合（减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合）；交叉互换（减数第一次分裂前期，同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换）；基因工程（人工将目的基因导入受体细胞，属于定向重组）。意义：产生遗传多样性的主要原因（使后代出现新的性状组合）。3.染色体变异（细胞水平的变异）定义：染色体结构或数目发生改变（可通过显微镜观察到）。类型：结构变异：①缺失（染色体片段丢失，如猫叫综合征，5号染色体缺失）；②重复（染色体片段增加，如果蝇的棒眼）；③倒位（染色体片段颠倒，如人类9号染色体倒位）；④易位（染色体片段移到非同源染色体上，如慢性粒细胞白血病，22号染色体与9号染色体易位）。数目变异：①个别染色体增减（如21三体综合征，21号染色体多了一条）；②染色体组增减（如多倍体、单倍体）。关键概念：染色体组：细胞中的一组非同源染色体，形态和功能各不相同，携带着控制生物生长发育的全部遗传信息（如人类的染色体组有23条染色体）。多倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的生物（如三倍体无子西瓜、四倍体马铃薯）；特点：茎秆粗壮、叶片大、果实大、营养丰富（但结实率低）。单倍体：由配子发育而来，体细胞中含有本物种配子染色体数目的生物（如蜜蜂的雄蜂、单倍体玉米）；特点：植株矮小、高度不育（但可通过秋水仙素处理，获得纯合二倍体）。4.育种方法总结育种方法原理优点缺点例子杂交育种基因重组操作简单，可集中优良性状育种周期长，不能产生新基因高产抗倒伏小麦诱变育种基因突变提高突变频率，产生新基因突变不定向，需大量筛选高产青霉素菌株多倍体育种染色体数目变异果实大，营养丰富结实率低，需人工诱导三倍体无子西瓜单倍体育种染色体数目变异缩短育种周期，获得纯合子技术复杂，需组织培养矮秆抗病小麦基因工程育种基因重组（定向）定向改造性状，克服远缘杂交不亲和技术复杂，可能有生态风险转基因抗虫棉五、生物进化：从自然选择到现代生物进化理论核心问题：物种如何形成？生物多样性如何产生？1.达尔文的自然选择学说主要内容：过度繁殖（生物具有很强的繁殖能力，超过环境承载力）；生存斗争（生物与生物、生物与环境之间的斗争）；遗传变异（生物具有遗传和变异的特性，变异是不定向的）；适者生存（具有有利变异的个体存活下来，不利变异的个体被淘汰）。意义：解释了生物进化的原因（自然选择）和适应性（适者生存）。局限性：未解释遗传变异的本质（当时不知道基因）；未强调种群是进化的基本单位。2.现代生物进化理论（核心：自然选择）主要内容：种群是进化的基本单位（种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体；基因库：种群中全部个体的全部基因；基因频率：某基因在种群基因库中的比例）；突变和基因重组产生进化的原材料（突变包括基因突变和染色体变异，是不定向的；基因重组是定向的吗？不，基因重组也是不定向的，只是增加了基因型的多样性）；自然选择决定生物进化的方向（自然选择使有利变异的基因频率增加，不利变异的基因频率减少，导致生物向适应环境的方向进化）；隔离导致物种的形成（隔离：种群间不能进行基因交流的现象；类型：地理隔离（如加拉帕戈斯群岛的地雀）、生殖隔离（如马和驴杂交产生不育的骡子）；物种形成的标志：生殖隔离的形成）。3.基因频率的计算公式：基因频率=（该基因的数目/该基因及其等位基因的总数）×100%例子：某种群中，AA个体占30%，Aa个体占60%，aa个体占10%，则A的基因频率=（30×2+60×1）/（100×2）×100%=60%，a的基因频率=40%。哈迪-温伯格定律（遗传平衡定律）：适用条件：种群大、随机交配、无突变、无选择、无迁入迁出；公式：p²+2pq+q²=1（p为显性基因频率，q为隐性基因频率；p²为AA的基因型频率，2pq为Aa的基因型频率，q²为aa的基因型频率）。例子：若A的基因频率为60%，a的基因频率为40%，则AA的基因型频率=60%×60%=36%，Aa=2×60%×40%=48%，aa=40%×40%=16%。4.共同进化与生物多样性共同进