生物的變異與進(jìn)化（教學(xué)案）公開課

專題08生物的變異與進(jìn)化

1.由五年的考頻可以看出本專題在全國(guó)卷中考查的主要內(nèi)容是基因頻率，基因突變和染色體變異。

2.在命題形式上，題目信息主要以文字形式呈現(xiàn)，考查學(xué)生對(duì)各類變異特點(diǎn)的理解和基因頻率的計(jì)算。

3.本專題知識(shí)以理解為主。基因突變、基因重組、染色體變異、現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的復(fù)習(xí)應(yīng)注重理解,

對(duì)育種的復(fù)習(xí)要聯(lián)系遺傳和變異的原理。

、重點(diǎn)知識(shí)梳理

一、生物變異的類型、特點(diǎn)及判斷

1.生物變異的類型

不可遺傳的變異

表現(xiàn)型=基因型（改變）+環(huán)境條件（改變）

fI\廠基因突變-i*

可遺傳的變異后|一基因重組［一」

L染色體變異」

2.三種可遺傳變異的比較

項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異

適生物自然狀態(tài)下能進(jìn)行有

所有生物真核生物

用種類性生殖的生物

范生殖

無性生殖、有性生殖有性生殖無性生殖、有性生殖

圍方式

染色體結(jié)構(gòu)變異、染色體

類型自然突變、誘發(fā)突變交叉互換、自由組合

數(shù)目變異

減/數(shù)分裂時(shí)非同源染

內(nèi)外因素影響使染色體

DNA復(fù)制（有絲分裂間期、色體上的非等位基因

結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，或細(xì)胞分

原因減數(shù)分裂第一次分裂的間自由組合或同源染色

裂過程中，染色體的分開

期）過程出現(xiàn)差錯(cuò)體的非姐妹染色單體

出現(xiàn)異常

間發(fā)生交叉互換

產(chǎn)生新的基因（改變基因的產(chǎn)生新的基因型（不改基因數(shù)目或基因排列順

實(shí)質(zhì)

質(zhì)，不改變基因的量）變基因的質(zhì)，一般也不序發(fā)生改變（不改變基因

改變基因的量，但轉(zhuǎn)基的質(zhì)）

因技術(shù)會(huì)改變基因的

量）

基因突變是生物變異的根本來源，為基因重組提供原始材料。三種可遺傳變異

關(guān)系

都為生物進(jìn)化提供了原材料

1）理清基因突變相關(guān)知識(shí)間的關(guān)系（如下圖）

(1)

低頻性一

誘變因素

廠堿基對(duì)（增添、缺失、替換）

隨機(jī)性一復(fù)制差錯(cuò)

基

I因

堿基序列（局部改變）

基因結(jié)構(gòu)突

普遍性一

（改變）變

-遺傳信息（局部改變）

多害性

突變基因（a）一

不定向性（等位基因）一新的基因型

進(jìn)化的原始材料新的性狀新的表現(xiàn)型

（2）基因突變對(duì)性狀的影響

突變間接引起密碼子改變，最終表現(xiàn)為蛋白質(zhì)功能改變，影響生物性狀。由于密碼子的簡(jiǎn)并性、隱形

突變等情況也可能不改變生物的性狀。

（3）基因突變對(duì)子代的影響

若基因突變發(fā)生在有絲分裂過程中，則一般不遺傳，但有些植物可以通過無性生殖將突變的基因傳遞

給后代。如果發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，則可以通過配子傳遞給后代。

4、理清基因重組相關(guān)知識(shí)間的關(guān)系（如下圖）。

5、染色體變異

（1）在光學(xué)顯微鏡下可以看到，染色體結(jié)構(gòu)變異的四種類型可以通過觀察減數(shù)分裂的聯(lián)會(huì)時(shí)期染色體

的形態(tài)進(jìn)行判斷

(2)其中相互易位與四分體時(shí)期的交叉互換要注意區(qū)分，易位發(fā)生在兩條非同源染色體之間，交叉互

換發(fā)生在一對(duì)同源染色體之間。

染色體數(shù)目變異發(fā)生在細(xì)胞分裂過程中，也可以在光學(xué)顯微鏡下看到，選擇中期細(xì)胞觀察。

(3)染色體組數(shù)的判定

染色體組是指真核細(xì)胞中形態(tài)和功能各不相同，但是攜帶著控制一種生物生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳和變異的全

部信息的一組非同源染色體。要構(gòu)成一個(gè)染色體組應(yīng)具備以下幾條：

A、一個(gè)染色體組中不含同源染色體，但源于同一個(gè)祖先種。

B、一個(gè)染色體組中所含的染色體形態(tài)、大小和功能各不相同。

C、一個(gè)染色體組中含有控制該種生物性狀的一整套基因，但不能重復(fù)

6、染色體組和基因組

a.有性染色體的生物其基因組包括一個(gè)染色體組的常染色體加上兩條性染色體。

b.沒有性染色體的生物其基因組與染色體組相同。

7、單倍體和多倍體的比較

單倍體是指體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體。多倍體由合子發(fā)育而來，體細(xì)胞中含有三個(gè)

或三個(gè)以上染色體組。對(duì)于體細(xì)胞中含有三個(gè)染色體組的個(gè)體，是屬于單倍體還是三倍體，要依據(jù)其來源

進(jìn)行判斷：若直接來自配子，就為單倍體；若來自受精卵，則為三倍體。

二、生物變異在育種中的應(yīng)用

常見的幾種育種方法的比較

項(xiàng)目雜交育種誘變育種單倍體育種多倍體育種

原理基因重組基因突變?nèi)旧w變異染色體變異

常用①雜交一自交一輻射誘變等花藥離體培養(yǎng)，秋水仙素處理萌

方法選優(yōu)f自交；②然后用秋水仙素發(fā)的種子或幼苗

雜交f雜種處理使其加倍，

得到純合體

優(yōu)點(diǎn)使位于不同可提高變異明顯縮短育器官巨大，

個(gè)體的優(yōu)良性狀頻率或出現(xiàn)新的種年限提高產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)

集中在一個(gè)個(gè)體性狀，加速育種成分

上進(jìn)程

缺點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)，需有利變異①技術(shù)復(fù)適用于植

及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性少，需大量處理雜；②與雜交育物，在動(dòng)物中難

狀實(shí)驗(yàn)材料，具有種相結(jié)合于開展

不定向性

1、育種的根本目的是培育具有優(yōu)良性狀(抗逆性好、生活力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良)的新品種，以便更

好地為人類服務(wù)。

①若要培育隱性性狀個(gè)體，可用自交或雜交，只要出現(xiàn)該性狀即可。

②有些植物如小麥、水稻等，雜交實(shí)驗(yàn)較難操作，其最簡(jiǎn)便的方法是自交。

③若要快速獲得純種，可用單倍體育種方法。

④若要提高品種產(chǎn)量，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，可用多倍體育種。

⑤若要培育原先沒有的性狀，可用誘變育種。

⑥若實(shí)驗(yàn)植物為營(yíng)養(yǎng)繁殖，如土豆、地瓜等，則只要出現(xiàn)所需性狀即可，不需要培育出純種。

2、動(dòng)、植物雜交育種中應(yīng)特別注意語言敘述：

植物雜交育種中純合子的獲得一般通過逐代自交的方法；而動(dòng)物雜交育種中純合子的獲得一般不通過

逐代自交，而通過雙親雜交獲得F“&雌雄個(gè)體間交配，選F2與異性隱性純合子測(cè)交來確定基因型的方法。

三、基因頻率及基因型頻率的計(jì)算和現(xiàn)代生物進(jìn)化理論

1、基因頻率與基因型頻率的相關(guān)計(jì)算

(1).定義法：根據(jù)定義，基因頻率是指在一個(gè)種群基因庫(kù)中某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比率

基因頻率=該基因W霞皤i的總數(shù)3100%

(2).不同染色體上基因頻率的計(jì)算

若某基因在常染色體上，則：

基因頻率=溫燃瓷X100%

若某基因只出現(xiàn)在X染色體上，則：

基因頻率=2X女性焉鬻事矗個(gè)體數(shù)X1°。％

(3)通過基因型頻率計(jì)算基因頻率

(1)在種群中一對(duì)等位基因的頻率之和等于1,基因型頻率之和也等于1。

(2)一個(gè)等位基因的頻率=該等位基因純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻率。

(3)已知AA或aa的基因型頻率，求A或a的頻率經(jīng)常用到開平方的方法。

即：A(a)=(對(duì)于XY型性別決定的生物，雄性的伴性遺傳除外)

(4)根據(jù)遺傳平衡定律計(jì)算

設(shè)一對(duì)等位基因?yàn)锳和a,其頻率分別為P與q(p+q=l)?親代AA和aa自然交配后F1具有AA、Aa、aa

三種基因型，其頻率如下列公式：p(A)+q(a)=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa),即AA的基因型頻率為p2,Aa的

基因型頻率為2pq,aa的基因型頻率為q2,產(chǎn)生A配子頻率為：p2+1/2X2pq=p2+pq=p(p+q)=p,產(chǎn)生a配

子頻率為：q2+l/2X2pq=q2+pq=q(p+q)=q?？芍狥l的基因頻率沒有改變。上式揭示了基因頻率與基因型頻

率的關(guān)系，使用它時(shí)，種群應(yīng)滿足以下5個(gè)條件：種群大；種群個(gè)體間的交配是隨機(jī)的；沒有突變發(fā)生；

沒有新基因加入；沒有自然選擇。滿足上述5個(gè)條件的種群即處于遺傳平衡。

2、種群是生物進(jìn)化的基本單位

(1)一個(gè)種群所含有的全部基因，稱為種群的基因庫(kù)?；驇?kù)代代相傳，得到保持和發(fā)展。

(2)種群中每個(gè)個(gè)體所含有的基因，只是基因庫(kù)中的一個(gè)組成部分。

(3)不同的基因在基因庫(kù)中的基因頻率是不同的。

(4)生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的定向改變。

3、突變和基因重組是產(chǎn)生進(jìn)化的原材料

(1)可遺傳的變異來源于基因突變、基因重組以及染色體變異。其中染色體變異和基因突變統(tǒng)稱為突變。

(2)基因突變產(chǎn)生新的等位基因，這就可能使種群的基因頻率發(fā)生變化。

(3)突變的頻率雖然很低，但一個(gè)種群往往由許多個(gè)體組成，而且每一個(gè)個(gè)體中的每一個(gè)細(xì)胞都含有成

千上萬個(gè)基因，所以在種群中每一代都會(huì)產(chǎn)生大量的突變。

(4)生物的變異是否有利取決于它們的生存環(huán)境，同樣的變異在不同的生存環(huán)境中可能有利，也可能有

害。

(5)突變是不定向的，基因重組是隨機(jī)的，只為進(jìn)化提供原材料，而不能決定生物進(jìn)化的方向。

4、自然選擇決定生物進(jìn)化的方向

(1)種群中產(chǎn)生的變異是不定向的。

(2)自然選擇淘汰不利變異，保留有利變異。

(3)自然選擇使種群基因頻率發(fā)生定向改變，即導(dǎo)致生物朝一個(gè)方向緩慢進(jìn)化。

5、隔離與物種的形成

種群物種

概念生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體；種能夠在自然狀態(tài)下相互交

群是生物進(jìn)化和繁殖的單位。配，并且產(chǎn)生可育后代的一群

生物

范圍較小范圍內(nèi)的同種生物個(gè)體由分布在不同區(qū)域的同種

生物的許多種群組成

判斷種群具備“兩同”，即同一地點(diǎn)，同一物種；主要是形態(tài)特征和能否自

標(biāo)準(zhǔn)同一物種的不同種群不存在生殖隔離，交配能產(chǎn)由交配產(chǎn)生可育后代，不同物

生可育后代種間存在生殖隔離

聯(lián)系一個(gè)物種可以包括許多種群，如同一種立于可以生活在不同的池塘、湖泊中，

形成一個(gè)個(gè)彼此唄陸地隔離的種群；同一物種的多個(gè)種群之間存在地理隔離，長(zhǎng)期

發(fā)展下去可能成為不同的亞種(或品種)。進(jìn)而形成多個(gè)新物種。

6、生物多樣性之間的關(guān)系：

根本原因轉(zhuǎn)錄、翻卻直接原因一?物種多樣性

基因(遺傳信息)\、蛋白質(zhì)的多樣性

“俞前直接［定向選擇*

變異的不定向性,無機(jī)環(huán)境多樣性一?生態(tài)系統(tǒng)多樣性

四、基因突變與生物性狀的表現(xiàn)

1.當(dāng)基因發(fā)生突變時(shí)，其性狀未必改變

(1)當(dāng)基因發(fā)生突變時(shí)，引起mRNA上密碼子改變，但由于密碼子的簡(jiǎn)并性，改變后的密碼子若與原密

碼子仍對(duì)應(yīng)同一種氨基酸，此時(shí)突變基因控制的性狀不改變。

(2)若基因突變?yōu)殡[性突變，如AA中的一個(gè)A-a,此時(shí)性狀也不改變。

(3)某些突變雖改變了蛋白質(zhì)中個(gè)別氨基酸的個(gè)別位置的種類，但并不影響該蛋白質(zhì)的功能。例如：由

于基因突變使不同生物中的細(xì)胞色素C中的氨基酸發(fā)生改變，其中酵母菌的細(xì)胞色素C肽鏈的第十七位上

是亮氨酸，而小麥?zhǔn)钱惲涟彼幔M管有這樣的差異，但它們的細(xì)胞色素C的功能都是相同的。

(4)由于性狀的多基因決定，某基因改變，但共同作用于此性狀的其他基因未改變，其性狀也不會(huì)改變。

如：香豌豆花冠顏色的遺傳。當(dāng)C和R同時(shí)存在時(shí)顯紅花，不同時(shí)存在時(shí)不顯紅色。所以由ccrr突變成ccRr

時(shí)也不引起性狀的改變。

(5)體細(xì)胞中某基因發(fā)生改變，生殖細(xì)胞中不一定出現(xiàn)該基因，或若為父方細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的DNA上某個(gè)堿基

對(duì)發(fā)生改變，則受精后一般不會(huì)傳給后代。

(6)性狀表現(xiàn)是遺傳基因和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，在某些環(huán)境條件下，改變了的基因可能并不會(huì)在

性狀上表現(xiàn)出來。

（7）在某些母性效應(yīng)的遺傳中（錐實(shí)螺螺殼旋轉(zhuǎn)方向的遺傳），如果母本為aa者，子代基因由aa突變?yōu)?/p>

Aa或者AA,性狀也不發(fā)生改變。

（8）在某些從性遺傳中（如女性只有AA才表現(xiàn)為禿頂），某性別的個(gè)體的基因型由aa突變?yōu)锳a時(shí)性狀

也不會(huì)改變。

2.有些情況下基因突變會(huì)引起性狀的改變。如顯性突變：即aa中的一個(gè)a突變?yōu)锳,則直接引起性狀

的改變。

3.基因突變產(chǎn)生的具有突變性狀的個(gè)體能否把突變基因穩(wěn)定遺傳給后代，要看這種突變性狀是否有很

強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境能力。若有，則為有利突變，可通過繁殖穩(wěn)定遺傳給后代，否則為有害突變，會(huì)被淘汰掉。

4.基因突變的原因?qū)嵗?/p>

復(fù)制

野生型野生型基因r溫度驟變

基因

短波輻射

誘變因素V化學(xué)污染

復(fù)某些病毒、細(xì)菌

制I代謝異物

「堿基對(duì)（增添、缺失或改變）

曹鬻堿上序列｛黛蠹鬻

構(gòu)變化[I部分密碼移位

7遺傳信息改變

突變型基因

新性狀

野生型I

性狀變異

實(shí)例：假設(shè)“一只雌鼠的一條染色體上某基因發(fā)生了突變，使野生

型性狀變?yōu)橥蛔冃托誀睿葱滦誀睿?，可知突變基因?yàn)轱@性基因

可設(shè)野生型為顯性A,突變型為隱性a,則野生型AA的一條突變

即一個(gè)A變?yōu)閍,最終是Aa,可知還是野生型性狀。所以不成立；

再設(shè)野生型為隱性a,突變型為顯性A,則野生型aa的一個(gè)a突變

為A,最終得到Aa的基因型就是突變性狀。所以基因突變后，若

性狀發(fā)生了改變,則突變?yōu)轱@性突變

五、染色體組與幾倍體的區(qū)別以及誘導(dǎo)染色體加倍實(shí)驗(yàn)

1.單倍體、二倍體和多倍體的區(qū)別

區(qū)別的方法可簡(jiǎn)稱為“二看法”：一看是由受精卵還是由配子發(fā)育成的，若是由配子發(fā)育成的個(gè)體，

是單倍體；若是由受精卵發(fā)育成的個(gè)體，二看含有幾個(gè)染色體組，就是幾倍體。

2.單倍體植株、多倍體植株和雜種植株的區(qū)別

(1)單倍體植株：長(zhǎng)得弱小，一般高度不育。

(2)多倍體植株：莖稈粗壯，葉片、果實(shí)、種子比較大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，但發(fā)育遲緩結(jié)實(shí)率低。

(3)雜種植株：一般生長(zhǎng)整齊、植株健壯、產(chǎn)量高、抗蟲抗病能力強(qiáng)。

3.低溫或秋水仙素誘導(dǎo)染色體加倍實(shí)驗(yàn)的原理是：低溫和秋水仙素一樣，處理植物分生組織細(xì)胞，能

夠抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致分裂后期染色體不能移向兩極，細(xì)胞加大而不分裂，著絲點(diǎn)分裂后的染色體仍

在一個(gè)細(xì)胞中，故細(xì)胞中的染色體數(shù)目加倍。如果用低溫處理根尖，則在根尖分生區(qū)內(nèi)可以檢測(cè)到大量染

色體加倍的細(xì)胞，如果用低溫處理植物幼苗的芽，則可以得到染色體加倍的植株。

六、基因突變、基因重組和染色體變異列表比較

項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異

自然狀態(tài)下.只發(fā)

所有生物(包括病

適生物生在其核生物的真核生物細(xì)胞增

毒)均可發(fā)生，具

用種類有性生殖過程中，殖過程均可發(fā)生

有普遍性

范細(xì)胞核遺傳

圍無性生殖、無性生殖、

生殖有性生殖

有性生殖有性生殖

可分為自然突變

染色體結(jié)構(gòu)的改

和誘發(fā)突變，也可自由組合型、

類型變、染色體數(shù)目的

分為顯性突變和交叉互換型

變化

隱性突變

有絲分裂間期和減數(shù)1前期和減

發(fā)生時(shí)間細(xì)胞分裂期

減數(shù)I間期數(shù)I后期

產(chǎn)生新的基因（產(chǎn)產(chǎn)生新的基因型，

不產(chǎn)生新的基因，

生了它的等位基但不可以產(chǎn)生新

產(chǎn)生結(jié)果但會(huì)引起基因數(shù)

因）、新的基因型、的基因和新的性

目或順序變化

新的性狀狀

光鏡下均無法檢出,可根據(jù)是否有新

鏡檢光鏡下可檢出

性狀或新性狀組合確定

基因的分子結(jié)構(gòu)原有基因的重新

染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)

發(fā)生改變，產(chǎn)生了組合?產(chǎn)生了新的

目發(fā)生改變，沒有

新的基因，改變了基因型，使性狀重

本質(zhì)產(chǎn)生新的基因.基

基因的“質(zhì)”，出現(xiàn)新組合，但未改變

因的數(shù)量可發(fā)生

了新性狀，但沒有基因的“質(zhì)'’和

改變

改變基因的“量”“量”

不同個(gè)體間的雜

外界條件劇變和

交，有性生殖過程存在染色體的真

條件內(nèi)部因素的相互

中的減數(shù)分裂和核生物

作用

受精作用

普遍性、隨機(jī)性、

原有基因的重新

特點(diǎn)不定向性、低頻率存在普遍性

組合

性、多害少利性

新基因產(chǎn)生的途是生物產(chǎn)生變異

對(duì)生物的進(jìn)化有

徑，生物變異的根的來源之一，是生

意義一定的意義，如形

本來源，也是生物物進(jìn)化的重要因

成多倍體新物種

進(jìn)化的原材料素之一

發(fā)生可能性小，突變頻非常普遍，產(chǎn)生的

可能性較小

可能性率低變異類型多

雜交育種、基因工單倍體育種、多倍

應(yīng)用誘變育種

程、細(xì)胞工程體育種

產(chǎn)生配子種類多、

生物產(chǎn)生新的基因,豐

組合方式多.受精變異種類多

多樣性富了基因文庫(kù)

卵多

果蠅的白眼、鐮刀無子西瓜的培育

實(shí)例豌豆雜交等

型細(xì)胞貧血癥等等

①三者均屬于可遺傳的變異,都為生物的進(jìn)化提供了原

材料；②基因突變產(chǎn)生新的基因,為進(jìn)化提供了最初的

原材料,是生物變異的根本來源；基因突變?yōu)榛蛑亟M

提供大量可供自由組合的新基因,基因突變是基因重組

聯(lián)系

的基礎(chǔ)；③基因重組的變異頻率高.為進(jìn)化提供了廣泛

的選擇材料,是形成生物多樣性的重要原因之一；④基

因重組和基因突變均產(chǎn)生新的基因型,可能產(chǎn)生新的表

現(xiàn)型

七、幾種育種方法的比較

在雜交育種中應(yīng)用最為普遍的是品種間雜交（兩個(gè)或多個(gè)

品種間的雜交），其次是遠(yuǎn)緣雜交（種間以上的雜交）。在

雜交育種時(shí)，應(yīng)采用基因純合體作親本?正確識(shí)別表現(xiàn)型

雜交育種

和基因型的區(qū)別。對(duì)雜種來說，表現(xiàn)型相同的個(gè)體，基因

型卻不一定相同。純合體不再分離，而雜合體后代繼續(xù)出

現(xiàn)分離。掌握了這個(gè)原理.就能有效地指導(dǎo)育種工作

指用物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)植物的遺傳特性發(fā)生變異，再?gòu)?/p>

誘變育種變異群體中選擇符合人們某種要求的植株，進(jìn)而培育成新

的品種或種子的育種方法

目前人工誘導(dǎo)產(chǎn)生多倍體的方法有物理及化學(xué)兩類辦法。

物理方法包括溫度驟變、離心力處理、機(jī)械創(chuàng)傷刺激及X

多倍體

射線處理等；化學(xué)方法為利用化學(xué)物質(zhì)處理，例如秋水仙

育種

素、咖啡堿、蔡并乙烷及三氯甲烷等,其中以秋水仙素效果

較好、采用較多

先選擇親本,進(jìn)行有性雜交?再用人工方法獲得單倍體，常

用方法是花藥離體培養(yǎng)（花藥離體培養(yǎng)法就是取E代的

單倍體花藥置于特定的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，利用細(xì)胞的全能性，誘導(dǎo)

育種花粉長(zhǎng)成植株）然后經(jīng)過人工誘導(dǎo)（秋水仙素處理）使其染

色體數(shù)目加倍。加倍后的植株不僅正常可育，而且完全純

合，最后選擇所需要的類型

利用根據(jù)人類所需，選擇某些生物特定基因或DNA片段用轉(zhuǎn)

“基因基因的手段導(dǎo)入其他生物細(xì)胞中，定向改變生物體的遺傳

工程”物質(zhì)（基因型）.使其在性狀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等方面向人類所需

育種的目標(biāo)轉(zhuǎn)變

植物

體細(xì)用來自兩個(gè)不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)

利用胞雜胞,并且把雜種細(xì)胞培育成新植物體的方法

“細(xì)胞交

工程”

細(xì)胞

育種把一種生物的細(xì)胞核移植到另一種生物的去核卵

核移

細(xì)胞中，再把該細(xì)胞培育成一個(gè)新的生物個(gè)體

植

八、有關(guān)生物進(jìn)化的問題

1.現(xiàn)代進(jìn)化論與達(dá)爾文進(jìn)化論比較

（1）共同點(diǎn)：都能解釋生物進(jìn)化和生物的多樣性、適應(yīng)性。

（2）不同點(diǎn)：達(dá)爾文進(jìn)化論沒有闡明遺傳和變異的本質(zhì)以及自然選擇的作用機(jī)理，而現(xiàn)代進(jìn)化論克服了

這個(gè)缺點(diǎn)。

達(dá)爾文的進(jìn)化論著重研究生物個(gè)體的進(jìn)化，而現(xiàn)代進(jìn)化論強(qiáng)調(diào)群體的進(jìn)化，認(rèn)為種群是生物進(jìn)化的基

本單位。

在達(dá)爾文學(xué)說中，自然選擇來自過度繁殖和生存斗爭(zhēng)，而現(xiàn)代進(jìn)化論中，則將自然選擇歸結(jié)于不同基

因型差異的延續(xù)，沒有生存斗爭(zhēng)，自然選擇也在進(jìn)行。

2.改變基因頻率的因素

(1)突變對(duì)基因頻率的影響

從進(jìn)化的角度看，基因突變是新基因的唯一來源，是自然選擇的原始材料；即使沒有選擇作用的存在,

突變對(duì)基因頻率的影響也是巨大的。

研究突變對(duì)遺傳結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，仍然假定是一個(gè)無限大的隨機(jī)婚配群體，除了突變以外沒有其他因素

的作用。

(2)選擇對(duì)基因頻率的影響

比較適應(yīng)環(huán)境的個(gè)體生育率高，可以留下較多的后代，這樣下一代群體中這一類基因型及相關(guān)基因的

頻率就會(huì)增加；反之，生育率低的個(gè)體留下的后代較少，下一代中有關(guān)的基因頻率就會(huì)降低。因此，自然

選擇的結(jié)果總是使群體向著更加適應(yīng)于環(huán)境的方向發(fā)展。

①完全淘汰顯性基因的選擇效應(yīng)

若不利基因?yàn)轱@性，淘汰顯性性狀改變基因頻率的速度很快。

水稻育種中，人們總是選擇半矮稈品種，淘汰高稈個(gè)體，而高稈基因?qū)Π氚捇蚴秋@性。某一群體

中高稈基因和半矮稈基因的頻率均為0.5,若只選留矮稈個(gè)體，淘汰高稈個(gè)體，下一代將全部為半矮稈，半

矮稈基因的頻率由0迅速上升為1,高稈基因的頻率下降為0o

若淘汰隱性性狀，改變基因頻率的速度就慢得多了。

②完全淘汰隱性基因的選擇效應(yīng)

在二倍體中，一對(duì)等位基因A、a可以有3種基因型：AA、Aa和aa。如果顯性完全，AA和Aa的表現(xiàn)型

相同，即性狀相同，均不受選擇的作用，選擇只對(duì)aa起作用。這樣的選擇效率是比較慢的，即使隱性基因

是致死的，而且也沒有新產(chǎn)生的突變基因來補(bǔ)償，在自然選擇壓力下，隱性有害基因仍然可以在群體中保

持很多世代。

3.物種形成和生物進(jìn)化比較

區(qū)別：

(1)生物進(jìn)化：實(shí)質(zhì)上是種群基因頻率改變的過程，所以生物發(fā)生進(jìn)化的標(biāo)志為基因頻率改變，無論變

化大小，都屬于進(jìn)化的范圍。

(2)物種形成：種群基因頻率改變至突破種的界限，形成生殖隔離，標(biāo)志著新的物種形成，隔離是物種

形成的必要條件。

聯(lián)系：生物進(jìn)化，并不一定形成新物種，但新物種的形成一定要經(jīng)過生物進(jìn)化過程。

基因頻率的算法主要有三種：

1.利用種群中一對(duì)等位基因組成的各基因型個(gè)體數(shù)求解

種群中某基因頻率=種群中該基因總數(shù)/種群中該對(duì)等位基因總數(shù)X100%

種群中某基因型頻率=該基因型個(gè)體數(shù)/該種群的個(gè)體數(shù)X100%

2.利用基因型頻率求解基因頻率

種群中某基因頻率=該基因控制的性狀純合體頻率+1/2X雜合體頻率

3.利用遺傳平衡定律求解基因頻率和基因型頻率

(1)遺傳平衡指在一個(gè)極大的隨機(jī)交配的種群中，在沒有突變、選擇和遷移的條件下，種群的基因頻率

和基因型頻率可以世代保持不變。遺傳平衡的種群中，某一基因位點(diǎn)上各種不同的基因頻率之和以及各種

基因型頻率之和都等于1。

(2)遺傳平衡定律公式的推導(dǎo)和應(yīng)用：

遺傳平衡群體中一對(duì)等位基因A、a的遺傳平衡定律公式：

設(shè)群體中A的基因頻率為p,a的基因頻率為q。由于種群中個(gè)體的交配是隨機(jī)的，而且又沒有自然選

擇，每個(gè)個(gè)體都為下一代提供了同樣數(shù)目的配子，所以兩性個(gè)體之間的隨機(jī)交配可以歸結(jié)為兩性配子的隨

機(jī)結(jié)合，而且各種配子的頻率就是基因頻率。雄性個(gè)體產(chǎn)生的配子A頻率為p、a配子頻率為q,雌性個(gè)體

產(chǎn)生的配子頻率A為p、a配子頻率為q。根據(jù)基因的隨機(jī)結(jié)合，用下列式子可求出子代的基因型頻率：&(pA

+qa)X(pA+qa)=p2AA+2pqAa+q2aa=1,即AA的基因頻率為p*Aa的基因型頻率為2pq,aa的基因型

頻率為q%

這一種群如果連續(xù)自交多代，它的進(jìn)化趨勢(shì)是沒有發(fā)生變化，從基因頻率上看是沒有改變，而從基因

型上看是雜合體所占比例愈來愈小，純合體所占比例越來越大。

卜高頻考點(diǎn)突破

考點(diǎn)一生物的變異

例1.(2017年江蘇卷，27)研究人員在柑橘中發(fā)現(xiàn)一棵具有明顯早熟特性的變異株，決定以此為基礎(chǔ)

培育早熟柑橘新品種。請(qǐng)回答下列問題:

育種方法①育種方法②育種方法③

(1)要判斷該變異株的育種價(jià)值，首先要確定它的物質(zhì)是否發(fā)生了變化。

(2)在選擇育種方法時(shí)，需要判斷該變異株的變異類型。如果變異株是個(gè)別基因的突變體，則可采用

育種方法①，使早熟基因逐漸，培育成新品種1。為了加快這一進(jìn)程，還可以采集變異株

的進(jìn)行處理，獲得高度純合的后代，選育成新品種2,這種方法稱為育種。

(3)如果該早熟植株屬于染色體組變異株，可以推測(cè)該變異株減數(shù)分裂中染色體有多種聯(lián)會(huì)方式，由

此造成不規(guī)則的，產(chǎn)生染色體數(shù)目不等、生活力很低的因而得不到足量

的種子。即使得到少量后代，早熟性狀也很難穩(wěn)定遺傳。這種情況下，可考慮選擇育種方法③，其不足之

處是需要不斷制備,成本較高。

(4)新品種1與新品種3均具有早熟性狀，但其他性狀有差異，這是因?yàn)樾缕防边x育過程中基因發(fā)

生了多次,產(chǎn)生的多種基因型中只有一部分在選育過程中保留下來。

【答案】(1)遺傳

(2)純合花藥單倍體

(3)染色體分離配子組培苗

(4)重組

【解析】(1)具有育種價(jià)值的變異屬于可遺傳變異，需先確定遺傳物質(zhì)是否發(fā)生了變化。

(2)變異株是個(gè)別基因的突變體，則利用雜交肓種，通過連續(xù)自交、選育，使早熟基因逐漸純合，培

育成新品種。加快育種進(jìn)程，縮短育種年限，則采用單倍體育種，即采集變異株的花藥進(jìn)行處理，獲得單

倍體，然后用秋水仙素處理單倍體幼苗，誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍，獲得純合子。

(3)染色體組變異株中染色體組發(fā)生了變化，則減數(shù)分裂中染色體有多種聯(lián)會(huì)方式，染色體分離時(shí)不

規(guī)則，就會(huì)形成染色體數(shù)目不等、生活力很低的配子，結(jié)果不能完成受精作用，得不到足量的種子。育種

③是植物組織培養(yǎng)，需不斷制備組培苗，成本較高。

（4）新品和7的形成是通過雜交育種培育形成，屬于有性生殖，是基因重組的結(jié)果，新品種3是植物

組織培養(yǎng)的結(jié)果，屬于無性繁殖，基因沒有重組，所以前者產(chǎn)生的多種基因型中只有一部分保留下來，后

者全部保留下來。

【變式探究】（2016?高考天津卷）枯草桿菌野生型與某一突變型的差異見下表:

枯草核糖體S12蛋白第55鏈霉素與核在含鏈霉素培養(yǎng)基中的

桿菌—58位的氨基酸序列糖體的結(jié)合存活率（盼

野生型…-P-國(guó)-K-P-…能0

突變型…?P-國(guó)P-…不能100

注P：脯氨酸；K：賴氨酸；R：精氨酸

下列敘述正確的是（）

A.S12蛋白結(jié)構(gòu)改變使突變型具有鏈霉素抗性

B.鏈霉素通過與核糖體結(jié)合抑制其轉(zhuǎn)錄功能

C.突變型的產(chǎn)生是由于堿基對(duì)的缺失所致

D.鏈霉素可以誘發(fā)枯草桿菌產(chǎn)生相應(yīng)的抗性突變

【答案】A

1解析】據(jù)表可知，核糖體S12蛋白結(jié)構(gòu)改變后，突變型枯草桿菌的核糖體不能與捱毒素結(jié)合，而在

含捱毒素培養(yǎng)基中的存活率為100%,說明突變型枯草桿菌對(duì)璉毒素具有抗性，A項(xiàng)正確；捱毒素通過與核

糖體結(jié)合抑制其翻浮功能，B項(xiàng)錯(cuò)誤；突變型是因?yàn)镾12蛋白第56位的賴氨酸替換為精氨酸所致，該基因

突變屬于堿基對(duì)的替換，C項(xiàng)錯(cuò)誤；鏈霉素不能誘發(fā)基因突變，只是對(duì)枯草桿菌起選擇作用，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【變式探究】（2016?高考江蘇卷）下圖中甲、乙兩個(gè)體的一對(duì)同源染色體中各有一條發(fā)生變異（字母表

示基因）。下列敘述正確的是（）

A.個(gè)體甲的變異對(duì)表型無影響

B.個(gè)體乙細(xì)胞減數(shù)分裂形成的四分體異常

C.個(gè)體甲自交的后代，性狀分離比為3：1

D.個(gè)體乙染色體沒有基因缺失，表型無異常

【答案】B

【解析】據(jù)圖可知個(gè)體甲的變異是缺失，個(gè)體乙的變異是倒位，均會(huì)導(dǎo)致表型異常，A和D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

個(gè)體甲自交，后代可能出現(xiàn)缺失染色體純合個(gè)體致死現(xiàn)象，后代性狀分離比不一定是3：I,C項(xiàng)錯(cuò)誤。個(gè)

體乙細(xì)胞減數(shù)分裂形成的四分體異常，B項(xiàng)正確。

考點(diǎn)二生物的育種

例2.（2017年北京卷，30）玉米（2n=20）是我國(guó)栽培面積最大的作物，近年來常用的一種單倍體育

種技術(shù)使玉米新品種選育更加高效。

（1）單倍體玉米體細(xì)胞的染色體數(shù)為______,因此在—分裂過程中染色體無法聯(lián)會(huì)，導(dǎo)致配子中

無完整的。

（2）研究者發(fā)現(xiàn)一種玉米突變體（S）,用S的花粉給普通玉米授粉，會(huì)結(jié)出一定比例的單倍體籽粒（胚

是單倍體；胚乳與二倍體籽粒胚乳相同，是含有一整套精子染色體的三倍體。見圖1）

①根據(jù)親本中某基因的差異，通過PCR擴(kuò)增以確定單倍體胚的來源，結(jié)果見圖2。

M1234M：標(biāo)準(zhǔn)DNA片段

I：突變體S（父本）

2：普通玉米（母本）

3：F,單倍體胚

4：F,二倍體胚

Si圖2

從圖2結(jié)果可以推測(cè)單倍體的胚是由—發(fā)育而來。

②玉米籽粒顏色由A、a與R、r兩對(duì)獨(dú)立遺傳的基因控制，A、R同時(shí)存在時(shí)籽粒為紫色，缺少A或R

時(shí)籽粒為白色。紫粒玉米與白粒玉米雜交，結(jié)出的籽粒中紫：白=3：5,出現(xiàn)性狀分離的原因是o

推測(cè)白粒親本的基因型是。

③將玉米籽粒顏色作為標(biāo)記性狀，用于篩選S與普通玉米雜交后代中的單倍體，過程如下

P?忤通玉米x&突變體S

白粒aarr?（紫粒.AARR）

F|二倍體籽粒單倍體籽粒

請(qǐng)根據(jù)R籽粒顏色區(qū)分單倍體和二倍體籽粒并寫出與表型相應(yīng)的基因型_______。

（3）現(xiàn)有高產(chǎn)抗病白粒玉米純合子（G）、抗旱抗倒伏白粒玉米純合子（H）,欲培育出高產(chǎn)抗病抗旱抗

倒伏的品種。結(jié)合（2）③中的育種材料與方法，育種流程應(yīng)為：；將得到的單倍體進(jìn)行染色體加倍

以獲得純合子；選出具有優(yōu)良性狀的個(gè)體。

【答案】（1）10減數(shù)染色體組

（2）①卵細(xì)胞

②紫粒親本是雜合子aaRr/Aarr

③單倍體籽粒胚的表現(xiàn)型為白色，基因型為ar；二倍體籽粒胚的表現(xiàn)型為紫色，基因型為AaRr；二者

籽粒胚乳的表現(xiàn)型為紫色，基因型為AaaRrr。

（3）用G和H雜交，將所得以為母本與S雜交；根據(jù)籽粒顏色挑出單倍體

【解析】（1）單倍體玉米體細(xì)胞染色體數(shù)目與本物種配子染色體數(shù)目相同，為20/2=10。單倍體細(xì)胞中

無同源染色體，減數(shù)分裂過程中染色體無法聯(lián)會(huì)，染色體隨機(jī)分配，導(dǎo)致配子中無完整的染色體組。（2）①

由圖可以看出，單倍體子代PCR結(jié)果與母本完全相同，說明單倍體的胚由母本的卵細(xì)胞發(fā)育而來。②A、a

與R、工獨(dú)立遺傳，共同控制籽粒的顏色，紫粒玉米與白粒玉米雜交出現(xiàn)性狀分離的原因是紫粒親本是雜合

子，兩對(duì)等位基因各自相互分離后，非等位基因發(fā)生了自由組合；根據(jù)紫：白=3：5的性狀分離比，紫粒占

3/8,由“3/8=3/4Xl/2”可推出親本中紫粒玉米的基因型為雙雜合，白粒玉米的基因型為單雜合+隱形基

因，即aaRr/Aarr?③根據(jù)圖中的親本的基因型可知，二倍體籽粒的顏色應(yīng)為紫色，基因型為AaRr;單倍

體籽粒由母本的配子發(fā)育而來，所以其基因型為aro胚乳都是由一個(gè)精子（基因組成AARR）和兩個(gè)極核（基

因組成都為ar）結(jié)合后發(fā)育而來，基因型為AaaRrro（3）按照（2）③中的方法，可將G和H雜交，得到

F”再以F,為母本授以突變體S的花粉，根據(jù)籽粒顏色挑出單倍體；將得到的單倍體進(jìn)行染色體加倍以獲得

純合子；選出具有優(yōu)良性狀的個(gè)體。

【變式探究】下列關(guān)于生物育種的敘述，正確的是（）

A.單倍體育種與多倍體育種均涉及植物組織培養(yǎng)技術(shù)

B.雜交育種利用基因重組的原理，從而產(chǎn)生新的物種

C.秋水仙素可應(yīng)用于誘變育種和多倍體育種，且作用的細(xì)胞分裂時(shí)期相同

D.單倍體育種可縮短育種年限，雜交育種可獲得雜種優(yōu)勢(shì)的個(gè)體

【答案】D

【解析】多倍體育種不涉及植物組織培養(yǎng)技術(shù)，故A錯(cuò)誤；雜交育種只能獲得新品利,,不能獲得新物

種，故B錯(cuò)誤；秋水仙素在誘變育種中誘發(fā)細(xì)胞發(fā)生突變，作用于分裂間期，在多倍體育種中抑制細(xì)胞中

紡錘體的形成，作用于細(xì)胞分裂的前期，故C錯(cuò)誤；單倍體育種的優(yōu)點(diǎn)是明顯縮短育種年限，雜交育種除

得到重組類型純合子外，另一個(gè)重要的應(yīng)用是獲得具有雜種優(yōu)勢(shì)的個(gè)體，故D正確。

【變式探究】將①②兩個(gè)植株雜交得到③種子，再進(jìn)一步做如圖所示處理，則下列有關(guān)敘述中，錯(cuò)誤

的是

幼

選育

株

射?④植

線

長(zhǎng)

處自然生

理

③