高中生物遗传与进化单元复习资料

高中生物遗传与进化单元复习资料一、遗传的细胞基础：减数分裂与受精作用核心逻辑：减数分裂是遗传规律的细胞学基础，通过同源染色体的分离与非同源染色体的自由组合，实现基因的传递与重组；受精作用则恢复染色体数目，维持遗传稳定性。（一）减数分裂的概念与过程减数分裂是有性生殖生物产生配子（精子/卵细胞）的过程，特点是染色体复制一次，细胞分裂两次，结果是配子中染色体数目减半（由2n→n）。1.减数第一次分裂（减Ⅰ）：同源染色体分离间期：染色体复制（DNA加倍，染色体数目不变），形成姐妹染色单体。前期Ⅰ：同源染色体（形态、大小相同，一条来自父方、一条来自母方）联会，形成四分体（每对同源染色体含4条染色单体）；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）。中期Ⅰ：同源染色体排列在赤道板两侧（而非着丝点排列在赤道板上，区别于有丝分裂）。后期Ⅰ：同源染色体分离（分离定律的实质），非同源染色体自由组合（自由组合定律的实质），细胞两极各获得一组染色体。末期Ⅰ：细胞质分裂，形成2个次级精母细胞（或1个次级卵母细胞+1个极体），染色体数目减半（n）。2.减数第二次分裂（减Ⅱ）：姐妹染色单体分离前期Ⅱ：染色体散乱分布（无同源染色体）。中期Ⅱ：着丝点排列在赤道板上（类似有丝分裂）。后期Ⅱ：着丝点分裂，姐妹染色单体分离，染色体数目暂时加倍（2n→n），移向细胞两极。末期Ⅱ：细胞质分裂，形成4个精细胞（或1个卵细胞+3个极体）。3.配子形成的差异精子：精原细胞→初级精母细胞→2个次级精母细胞→4个精细胞→变形为精子（需变形，细胞质均等分裂）。卵细胞：卵原细胞→初级卵母细胞→1个次级卵母细胞+1个极体→1个卵细胞+3个极体（细胞质不均等分裂，保证卵细胞获得充足营养）。（二）减数分裂与有丝分裂的比较**项目****减数分裂****有丝分裂**分裂次数2次1次同源染色体行为联会、交叉互换、分离无联会，同源染色体不分离子细胞类型配子（精细胞/卵细胞）体细胞子细胞染色体数目减半（n）不变（2n）意义实现基因重组，保证遗传多样性维持细胞遗传稳定性（三）受精作用的意义染色体数目恢复：精子（n）与卵细胞（n）结合形成受精卵（2n），恢复体细胞染色体数目，保证物种遗传的连续性。遗传多样性：受精卵中的染色体来自父母双方，且配子的随机结合增加了后代的遗传变异。二、遗传的分子基础：DNA、基因与性状核心逻辑：DNA是遗传物质，通过复制传递遗传信息；基因是有遗传效应的DNA片段，通过转录与翻译表达性状。（一）DNA的结构与复制1.DNA的结构（双螺旋模型）基本单位：脱氧核苷酸（脱氧核糖+磷酸+含氮碱基：A、T、C、G）。结构特点：两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋；磷酸与脱氧核糖交替连接，构成基本骨架；碱基通过氢键配对（A-T，C-G），遵循碱基互补配对原则。2.DNA的复制时间：细胞分裂间期（有丝分裂/减数分裂）。场所：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体。过程：1.解旋：解旋酶破坏氢键，DNA双螺旋解开；2.配对：以解开的两条链为模板，游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则结合；3.连接：DNA聚合酶催化形成磷酸二酯键，合成新链；4.形成子代DNA：每条新链与模板链盘旋成双螺旋，形成半保留复制（子代DNA含一条母链、一条新链）。条件：模板（DNA两条链）、原料（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，保持遗传的连续性。（二）基因的表达：转录与翻译1.基因的概念基因是有遗传效应的DNA片段，是控制性状的基本遗传单位。一个DNA分子包含多个基因。2.转录（DNA→RNA）场所：细胞核（主要）。模板：DNA的一条链（模板链）。原料：核糖核苷酸（A、U、C、G）。过程：RNA聚合酶结合模板链，按碱基互补配对原则（A-U、T-A、C-G）合成RNA（mRNA：信使RNA，携带遗传信息；tRNA：转运RNA，识别密码子；rRNA：核糖体RNA，组成核糖体）。产物：mRNA（主要）、tRNA、rRNA。3.翻译（RNA→蛋白质）场所：核糖体。模板：mRNA（其上的3个相邻碱基称为密码子，决定1个氨基酸）。原料：氨基酸（20种）。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：1.mRNA与核糖体结合；2.tRNA携带氨基酸进入核糖体，反密码子与mRNA的密码子配对；3.氨基酸通过肽键连接成多肽链；4.多肽链折叠形成蛋白质。密码子的特点：通用性：所有生物共用一套密码子（说明生物起源的统一性）；简并性：一种氨基酸可由多个密码子编码（减少基因突变的影响）。（三）基因对性状的控制途径1.直接控制：基因通过控制结构蛋白的合成直接控制性状（如镰刀型细胞贫血症：基因突变导致血红蛋白结构异常）。2.间接控制：基因通过控制酶的合成，调节代谢过程间接控制性状（如白化病：基因突变导致酪氨酸酶缺乏，无法合成黑色素）。三、遗传的基本规律：孟德尔定律与伴性遗传核心逻辑：孟德尔通过豌豆杂交实验，提出分离定律（等位基因分离）与自由组合定律（非等位基因自由组合），解释了性状传递的规律；伴性遗传则是性染色体上基因的特殊传递模式。（一）分离定律：假说-演绎法的典范1.实验背景（豌豆的优势）豌豆是自花传粉、闭花受粉植物，自然状态下为纯种；具有易于区分的相对性状（如高茎与矮茎、圆粒与皱粒）。2.实验过程（高茎×矮茎）F₁：全为高茎（显性性状，由显性基因D控制）；F₂：高茎:矮茎=3:1（性状分离，隐性性状由隐性基因d控制）。3.假说-演绎法提出问题：F₂为何出现3:1的性状分离？作出假说：1.性状由遗传因子（基因）控制，成对存在（DD、Dd、dd）；2.减数分裂时，成对基因分离，配子中只含一个基因（D或d）；3.受精时，配子随机结合（F₁为Dd，产生D、d两种配子，比例1:1）。演绎推理：若假说正确，F₁（Dd）与矮茎（dd）测交，后代应为高茎:矮茎=1:1。实验验证：测交结果符合预期，假说成立。4.实质等位基因（位于同源染色体上的相同位置，控制相对性状的基因）在减数第一次分裂后期随同源染色体分离而分离。（二）自由组合定律：非等位基因的自由组合1.实验过程（黄色圆粒×绿色皱粒）F₁：全为黄色圆粒（显性性状，Y控制黄色、R控制圆粒）；F₂：黄色圆粒:黄色皱粒:绿色圆粒:绿色皱粒=9:3:3:1（性状自由组合）。2.假说与演绎假说：F₁（YyRr）产生配子时，非同源染色体上的非等位基因（Y与R、Y与r、y与R、y与r）自由组合，产生4种配子（YR、Yr、yR、yr），比例1:1:1:1。演绎推理：F₁与绿色皱粒（yyrr）测交，后代应为4种性状，比例1:1:1:1。实验验证：测交结果符合预期，假说成立。3.实质非同源染色体上的非等位基因在减数第一次分裂后期随非同源染色体的自由组合而自由组合。（三）伴性遗传：性染色体上的基因传递规律1.性染色体与性别决定人类性别由XY染色体决定：男性（XY）、女性（XX）。Y染色体短小，含少数基因（如SRY基因，决定男性性别）；X染色体较长，含多个基因（如红绿色盲基因、抗维生素D佝偻病基因）。2.伴性遗传的类型与特点**类型****实例****遗传特点****伴X隐性遗传**红绿色盲、血友病①男患者多于女患者；②交叉遗传（女患者的父亲、儿子必患病）；③隔代遗传**伴X显性遗传**抗维生素D佝偻病①女患者多于男患者；②连续遗传（男患者的母亲、女儿必患病）；③患者的双亲中至少有一方患病**伴Y遗传**外耳道多毛症①仅男性患病；②父传子、子传孙（限雄遗传）3.系谱图分析步骤第一步：判断显隐性（无中生有→隐性；有中生无→显性）；第二步：判断是否伴性（若为隐性，看女患者的父亲/儿子是否患病；若为显性，看男患者的母亲/女儿是否患病）；第三步：确定基因型，计算概率（用分离定律拆分，如伴X隐性遗传用XⁿY、XᴺXⁿ等表示）。四、生物的变异：来源与应用核心逻辑：变异是生物进化的原材料，包括基因突变（分子水平，产生新基因）、基因重组（基因重新组合，产生新基因型）、染色体变异（细胞水平，染色体结构或数目改变）。（一）基因突变：分子水平的变异1.概念DNA分子中碱基对的增添、缺失或替换，引起基因结构的改变（如镰刀型细胞贫血症：T-A替换为A-T，导致血红蛋白β链第6位氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸）。2.原因自发突变：DNA复制时碱基配对错误（低频）；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）。3.特点普遍性：所有生物都能发生（包括病毒、原核生物、真核生物）；随机性：可发生在任何时期（体细胞/生殖细胞）、任何部位（基因内部）；低频性：自然状态下突变率极低（如人类基因突变率约为10⁻⁶~10⁻⁵）；不定向性：一个基因可向不同方向突变（如A→a₁、a₂、a₃）；多害少利性：大多数突变对生物有害（如镰刀型细胞贫血症），少数有利（如抗除草剂突变）。4.意义新基因的唯一来源，生物进化的原始材料。（二）基因重组：基因的重新组合1.类型减数分裂重组：①减Ⅰ后期：非同源染色体上的非等位基因自由组合（如YyRr产生4种配子）；②减Ⅰ前期：同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换（如A与a交换，产生新基因型）。基因工程重组：通过人工方法将外源基因导入受体细胞（如转基因抗虫棉）。2.意义产生新基因型，增加后代遗传多样性，是生物进化的重要原材料。（三）染色体变异：结构与数目改变1.染色体结构变异（可通过显微镜观察）缺失：染色体某片段丢失（如猫叫综合征：5号染色体短臂缺失，表现为哭声似猫、智力低下）；重复：染色体某片段增加（如果蝇棒眼：X染色体上的16A片段重复，表现为复眼变小）；倒位：染色体某片段颠倒（如人类9号染色体倒位，可能导致流产）；易位：染色体某片段移接到非同源染色体上（如慢性粒细胞白血病：9号染色体与22号染色体易位，形成费城染色体）。2.染色体数目变异个别染色体增减：如21三体综合征（多一条21号染色体，表现为智力低下、特殊面容）；染色体组增减：染色体组：细胞中的一组非同源染色体，形态、功能各不相同，但携带该物种生长发育的全部遗传信息（如人类体细胞有2个染色体组，配子有1个染色体组）；单倍体：由配子直接发育而来的个体（如花药离体培养得到的玉米植株，含1个染色体组）；多倍体：由受精卵发育而来，体细胞含3个或以上染色体组的个体（如三倍体无子西瓜：由二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交得到，含3个染色体组，无法产生正常配子）。3.变异的应用单倍体育种：花药离体培养→单倍体→秋水仙素处理（加倍）→纯合子（优点：缩短育种年限）；多倍体育种：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗（抑制纺锤体形成，导致染色体数目加倍）→多倍体（如三倍体无子西瓜、四倍体葡萄）；诱变育种：用物理/化学因素诱导基因突变（如青霉素高产菌株的培育）。五、生物的进化：理论与证据核心逻辑：现代生物进化理论以自然选择为核心，强调种群是进化的基本单位，基因频率的改变是进化的实质，隔离导致物种形成。（一）现代生物进化理论的核心观点1.种群是进化的基本单位：种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体（如一个池塘中的所有鲤鱼），种群的基因库（全部基因的总和）是进化的基础。2.突变与基因重组是进化的原材料：突变（基因突变、染色体变异）产生新基因，基因重组产生新基因型，两者为进化提供可遗传的变异。3.自然选择决定进化的方向：自然选择保留有利变异（适应环境的性状），淘汰不利变异，使基因频率定向改变（如抗生素选择耐药菌，耐药基因频率上升）。4.隔离是物种形成的必要条件：地理隔离：种群因地理障碍（如山脉、河流）无法基因交流（如加拉帕戈斯群岛的地雀）；生殖隔离：不同物种之间无法交配或交配后无法产生可育后代（如马与驴杂交产生不育的骡子），是物种形成的标志。（二）种群基因频率的计算与变化1.基因频率的概念基因频率是指种群基因库中某基因占全部等位基因的比率（如A基因频率=A/(A+a)×100%）。2.计算方法直接计数法：若种群中AA=30%、Aa=60%、aa=10%，则A基因频率=30%+60%×1/2=60%，a基因频率=40%。哈迪-温伯格定律：若种群满足以下条件（理想状态）：①种群足够大；②无基因突变；③无自然选择；④无迁入迁出；⑤随机交配，则基因频率不变，基因型频率遵循：\(p+q=1\)（p为A基因频率，q为a基因频率）\(p^2+2pq+q^2=1\)（p²为AA基因型频率，2pq为Aa基因型频率，q²为aa基因型频率）3.基因频率的变化自然选择、基因突变、迁入迁出、非随机交配等因素会导致基因频率改变，其中自然选择是基因频率定向改变的主要原因。（三）物种形成的过程与机制1.物种形成的一般过程地理隔离→基因库差异扩大→生殖隔离→新物种形成（如加拉帕戈斯群岛的地雀，因地理隔离导致食性不同，最终形成不同物种）。2.物种形成的特殊方式多倍体形成：无需地理隔离，通过染色体数目变异直接形成生殖隔离（如四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交产生三倍体无子西瓜，三倍体无法产生正常配子，与二倍体形成生殖隔离）。（四）共同进化与生物多样性1.共同进化生物与生物（如捕食者与被捕食者：猎豹与羚羊相互选择，速度都提高）、生物与环境（如植物与土壤：植物根系分泌有机酸改良土壤，土壤肥力提高促进植物生长）之间相互影响、共同进化。2.生物多样性的层次基因多样性：物种内基因的多样性（如人类有不同的血型基因）；物种多样性：物种的丰富度（如热带雨林有更多的物种）；生态系统多样性：生态系统的类型（如森林、草原、湿地）与结构（如食物链、食物网）的多样性。六、复习策略与易错点提醒（一）构建知识网络：串联核心知识点以“基因”为核心，串联以下知识点：基因的结构（DNA双螺旋）→基因的传递（减数分裂、受精作用）→基因的表达（转录、翻译）→基因的变异（突变、重组）→基因的进化（基因频率改变、物种形成）。（二）易错点辨析：规避常见误区1.减数分裂误区：减数分裂中染色体数目减半发生在减Ⅰ后期（同源染色体分离），而非减Ⅱ；配子中的染色体是