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1、专题复习四 遗传的分子和细胞学基础及遗传规律,一、遗传的分子基础,1遗传物质的主要载体染色体,染色体是遗传物质的主要载体，因为绝大部分的遗传物质（DNA）是在染色体上的。也有少量的DNA在线粒体和叶绿体中，所以线粒体和叶绿体被称为遗传物质的次要载体。,2DNA是遗传物质的证据 最直接的证据：（1）细菌转化实验 （2）噬菌体侵染细菌的实验等。 3DNA的结构、复制及基因控制蛋白质的生物合成,步骤,方 法,现象,结 论,活,R型活菌无毒,S型活菌有毒,加热杀死的S型菌无毒,S型死细菌中存在“转化因子”,肺炎双球菌转化实验,S型活细菌,多糖 脂质 蛋白质 DNA DNADNA水解酶,分别与R型活细菌
2、混合培养,艾弗里的肺炎双球菌体外转化,噬菌体的结构,噬菌体侵染细菌过程,吸附,注入,合成,组装,释放,同位素标记法,蛋白质的组成元素： DNA的组成元素：,C、H、O、N、S,C、H、O、N 、P,（标记32P）,（标记35S ）,标记噬菌体方法：,在分别含有放射性同位素32P 和35S的培养基中培养细菌。,分别用上述细菌培养T2噬菌体，制备含32P的噬菌体和含35S的噬菌体,噬菌体侵染细菌实验,（放射性同位素标记）,DNA是 遗传物质,放射性很高,DNA中 有32P标记,放射性很低,外壳蛋白 无35S标记,基因是有遗传效应的DNA片段,基因在染色体上,萨顿,基因在染色体上,证据,现象,假说,
3、演绎推理,实验论证,结论,类比推理,摩尔根实验,基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。,两个阶段 1、转录（mRNA的合成） 2、翻译（蛋白质的合成）,基因控制生物性状,基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。,DNA 转录形成 RNA 的过程,在细胞核内，以 DNA 的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则合成 RNA ，使 DNA 上的遗传信息传递到 mRNA 上。,碱基配对原则 DNA RNA A U G C C G T A,边解旋边转录,RNA 翻译形成蛋白质的过程,在细胞质中，以 mRNA 为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。,中心法则,信息流：遗传信息的流动方向,基因对性状
4、的控制,基因 酶 代谢过程 性状 基因 蛋白质分子结构 性状,正常红细胞 镰刀型红细胞,表现型=基因型 + 外界环境,豌豆： 1.具有易于区分的相对性状 2.是自花传粉植物，而且是闭花受粉，能避免外来花粉混杂 3.豌豆能产生较多的种子，便于收集数据进行,遗传学常用的实验材料及原因,果蝇： （1）易培养。 （2）生活史短，繁殖力强。在短时间内可获得大量的子代，便于遗传分析。 （3）染色体数少，唾液腺染色体制片容易，横纹清晰，适做细胞学观察和研究。 （4）变异性状多，且多数为形状突变，便于通过性状遗传杂交实验及杂交后代的观察和分类统计，验证遗传学的基本规律。,二、遗传的基本规律与自然选择,遗传的基
5、本规律主要有3个： 1.基因的分离规律； 2.基因的自由组合规律； 3.基因的连锁互换规律（不作要求）。,判断基因在性染色体还是在常染色体上,设计思路： 1、亲本纯合：用具有相对性状的亲本多对进行正反交试验，比较正交和反交后代的表现型。,2、一次杂交实验：隐雌 X 显雄 （对于XY型生物） 观察子代表现型： 若子代雄性全为隐性性状，则基因在X的非同源区段 若子代雄性有显性性状也有隐性性状，则基因在X与Y的同源区段或在常染色体上。 限雄遗传则基因在Y染色体上。,人类遗传病的5种遗传方式及其特点,变异的种类,不遗传的变异,可遗传的变异,基因突变：DNA碱基对的增添、缺失或改变,基因重组：（自由组合
6、和交叉互换）,染色体变异,染色体结构的变异,染色体数目的变异,非整倍的变异,整倍的变异,单倍体,多倍体,生物的变异,基因突变,概念：由于 DNA 分子中发生碱基对的增添，缺失或改变，而引起的基因结构的改变，叫基因突变。,例子：色盲、白化病、糖尿病,原因：由于在 DNA 复制过程中，由于各种原因（内，外因）而发生差错，导致分子结构改变（碱基种类、数量、排列顺序等发生局部改变）,意义：生物变异的根本来源，为进化提供最初原材料。,（ 1 ）普遍性 任何生物都可以见到突变产生的性状。 （ 2 ）随机性 在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞都可以发生基因突变。 （ 3 ）低频率性 在自然界，各物种
7、的突变频率很低，高等生物中，大约十万到一亿个配子，仅有一个发生基因突变。 （ 4 ）多害少利性 大多数基因突变会破坏生物长期进化达到的相对协调和平衡，不利于生长和发育。 （ 5 ）不定向性 显性基因可以突变成隐性基因，隐性基因可以突变成显性基因，一个基因可以产生一个以上的等位基因。,发生在生殖细胞中的突变，可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变常常引起当代生物个体性状发生变化，一般是不能遗传给下一代的。,基因突变的特点,基因突变是有利还是有害取决于环境。,在个体发育过程中，基因突变的发生的时间越早，生物体表现的突变部分越大,人工诱变在育种上的应用,诱变意义：是创造动、植物新品种和
8、微生物新类型的重要方法,优点：提高突变频率，加速育种进程,缺点：诱发产生的突变，有利的个体往往不多，需处理大量材料。,有性生殖中非常普遍,突变频率低，但普遍存在。,发生可能,生物变异的来源之一，是形成生物多样性的重要原因。通过杂交育种性状的重组，培育出新的优良品种。,生物变异的根本来源，为进化提供原材料。通过诱变育种可培育新品种。,意义,有性生殖过程中减数分裂形成生殖细胞,外界条件的剧变和内部因素的相互作用。,条件,减数第一次分裂 非同源染色体上非等位基因自由组合，同源染色体的非姐妹染色单体间交叉互换。,细胞分裂间期，DNA分子复制时，由于外界理化因素或自身生理因素引起的碱基对的替换、增添或缺
9、失,发生时间及原因,不同基因重新组合，不产生新基因，而是产生新基因型，使不同性状重新组合。,基因分子结构改变，产生新基因，出现新性状。,本质,基因重组,基因突变,基因突变与基因重组的区别,染色体数目变异,染色体组的概念,雄果蝇产生的配子,细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组，也称为基因组。,2、染色体组为单位成倍的改变（整倍变异）,识别染色体组的方法,1、细胞内形态相同的染色体有几条，就含有几个染色体组。如：此细胞有四个染色体组 。 2、在细胞和生物体的基因型中，同一种基因有几个，就有几个
10、染色体组。如：若细胞的基因型为AaaaBBbb，任一种基因各有四个，则该生物含有四个染色体组。,雄蜂是由卵细胞不经过受精直接而来的。,单倍体的概念,雄蜂 蜂王 工蜂,通过单性生殖产生的个体，都只含有本物种配子中的染色体数目，这样的个体叫做单倍体。,单倍体和多倍体的比较,单倍体育种,F1花粉,单倍体,二倍体（或多倍体）纯系,组织培养,人工诱导 染色体加倍,利用单倍体植株培育新品种，只需要两年时间，就可以得到一个稳定的纯系品种。与常规的杂交育种方法相比，明显缩短了育种年限。,人工诱导多倍体在育种上的应用,抑制纺锤体的形成,分裂前期,无籽西瓜等,秋水仙素,萌发的种子或幼苗,为什么秋水仙素的作用对象是
11、萌发的种子或幼苗，若对象是已经成熟的植物好不好？为什么？,1、原理 ： 杂交育种：基因重组 人工诱变育种： 基因突变 单倍体育种和多倍体育种 ：染色体变异 基因工程育种：引入外源基因然后基因重组。,生物变异在育种上的应用,杂交育种产生新的基因型， 人工诱变育种产生新基因， 单倍体育种花粉离体培养，然后秋水仙素处理幼苗，短时间得到纯合品种， 多倍体育种秋水仙素处理幼苗得到， 基因工程引入外源基因。 细胞工程育种应归入杂交育种，只不过利用融合技术，促进亲缘关系远的物种很快融合，得到新品种。,2、特点：,（一）种群是生物进化的单位,基因库和基因频率 （1）概念 （2）基因频率的计算 （3）基因频率与
12、基因型频率 （4）基因频率改变的原因： 生物进化的实质 种群基因频率的改变,基因突变、 基因重组、 自然选择,1908年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别提出关于基因频率稳定性的见解。 哈迪温伯格定律 一个种群如果符合下列条件 （1）种群必须无限大 （2）个体间交配是随机的 （3）没有突变产生 （4）种群间不存在个体的迁移和基因交流 （5）没有自然选择 这个种群的基因频率、基因型频率可以保持恒定。,（二）突变和基因重组产生进化的原材料,1、突变指基因突变和染色体变异。,2、突变的有害和有利取决于生物的生存环境。,3、突变和基因重组只产生生物进化的原材料， 不能决定生物进化的方向。,种群中基因
13、突变的特点：突变数大，不定向 种群中基因重组的结果：产生更多的变异，不定向,原因：淘汰不利变异基因， 积累有利变异基因。 结果：使基因频率定向改变。,自然选择使基因频率发生定向改变， 导致生物朝着一定的方向不断进化。,（三）自然选择决定了生物进化的方向,物种的概念 隔离：不同种群间的个体，在自然条件下不能发生基因交流 的现象。 地理隔离:地理隔离在物种形成中起着促进性状分歧的作用。 生殖隔离：如 a生态隔离； b季节隔离； c杂种不活； d杂种不育 由地理隔离发展到生殖隔离是大多数物种形成的方式。 多倍体的形成不需经地理隔离。 生殖隔离是物种形成的标志。,二、隔离导致物种的形成,地理隔离 阻断
14、基因交流 在不同的突变基因重组和自然选择作用下 基因频率向不同方向发生改变 种群的基因库出现差异 差异进一步加大 生殖隔离 新物种形成,1、物种形成的方式有多种，经过长期地理隔离而达到生殖隔离是比较常见的方式。,2、小麦的二倍体与四倍体是同一物种吗?,进化的基本单位是种群。 进化的实质是种群基因频率的改变。 物种形成的基本环节是： 突变和基因重组提供进化的原材料； 自然选择基因频率定向改变， 决定进化的方向； 隔离物种形成的必要条件,现代生物进化理论的基本观点,共同进化与生物多样性,1物种形成与生物进化 判断生物是否属于同一个物种，依据是是否出现生殖隔离，即能否交配并产生可育后代。,2共同进化与生物进化的大致过程,（1）共同进化 在生物与生物之间的相互选择和生物与无机环境之间的相互影响中不断进化和发展。 （2）生物进化的历程 生物进化的趋势： 从原核生物到真核单细胞生物，再到真核多细胞生物； 从异养生物到自养生物； 从厌氧生物到需氧生物； 从无性生殖到有性生殖； 从低等到高等； 从水生到陆生。,（3）生物多样性层次,遗传多样性：指遗传信息的总和、包括地球上所有动植物、微生物个体的基因。 物种多样性：地球上生物有机体的多样性。 生态系统多样性：生物圈中生态环境、生物群落和生态过程的多样性。 生物多样性成因：生物与环境共同进化的结果。,