遗传和变异 生物的变异

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遗传和变异　　生物的变异　　《知识结构》　　《重点、难点解析及知识扩展》　　本单元的重点内容有：基因突变的概念、特征、意义，人工诱变在育种上的应用。染色体组的概念，单倍体和多倍体及其特点，染色体倍性变化在育种上的应用。　　（一）基因突变　　１、基因突变的概念　　（１）某个基因内部可遗传结构的改变　　（２）实质是DNA分子片段中碱基对的置换、缺失或增添　　（３）广义上包括染色体畸变；狭义上专指点突变。　　（４）按照基因结构改变的类型分类如下类型基因结构改变特征说明碱基置换突变一个嘌呤（或嘧啶）转换成另一个嘌呤（或嘧啶）；或者一个嘌呤（或嘧啶）置换成一个嘧啶（嘌呤）一对碱基突变移码突变增加或减少一对或少数几对碱基导致该位点后面的氨基酸编码发生移位错误碱基数目改变缺失突变缺失较长的DNA片段多位点突变插入突变增添较长的DNA片段多位点突变　　２、基因突变的特征　　（１）随机性：发生突变的个体、部位、基因、时间都是随机的　　（２）稀有性：自然突变率极低，但相当稳定；不同基因的突变率差异大10 基因表型效应测定配子数突变配子数突变率1/1000RIPrSu粒色抑制颜色形成紫色非甜粒55478626539164710216787362732874492106112.4　　（３）多方向性：形成一系列异质性等位基因　　（４）可逆性：正向突变与回复突变　　（５）多害性：往往打破生物对环境形成的适应性　　３、基因突变的意义　　（１）基因突变是生物变异的主要来源　　（２）基因突变是生物进化的重要原因之一　　４、人工诱变及育种　　（１）人工诱变指利用物理或化学因素处理生物，诱发其基因突变　　　　（２）诱发突变主要是通过碱基置换和移码突变方式实现的　　（３）诱变育种的特点是：提高突变率，扩大变异幅度；大幅度改良某些性状；缩短育种年限；育种规模大。　　（二）染色体变异　　１、染色体组的概念　　（１）真核细胞内一套完整的非同源染色体。全部染色体源于同一个祖先种；染色体大小和形状各异；携带本物种的一套基因；功能上协调一致。　　（２）以n表示一个染色体组，2n和n分别代表体细胞和配子染色体组　　（３）一个染色体组的染色体数目叫做染色体基数10 　　（４）复合物种的染色体组来源于若干个祖先种，每个祖先种的基本染色体组以x表示，如普通小麦2n=2(x1+x2+x3)=2(3x)=42　　（５）数目变异类型类别名称符号染色体组示例整倍体单倍体二倍体三倍体同源四倍体异源四倍体n2n3n4n2(2x)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(WNPQ)(WNPQ)非整倍体单体缺体三体双三体四体2n-12n-2(1)2n+12n+1+12n+2(1)(ABCD)(ABC)(ABC)(ABC)(ABCD)(ABCD)(A)(ABCD)(ABCD)(AB)(ABCD)(ABCD)(AA)　　２、多倍体　　（１）体细胞中具有３个或３个以上染色体组的个体或细胞　　（２）多倍体植株的特点：器官增大趋势；代谢增强（特别是合成代谢）；发育稍有延迟；结实率降低；抗逆性增强。　　（３）常见类型及实例三倍体同源四倍体异源四倍体异源六倍体异源八倍体香蕉（３３）黄花菜（３３）无籽西瓜（３３）唐菖蒲（４５）桑（４５）水稻（２４　４８）洋葱（１６　３２）唐菖蒲（６０）槐（４６　９２）桑（３０　６０）陆地棉（５２）烟草（４８）萝卜－甘蓝（３６）普通小麦（４２）燕麦（４２）小黑麦（５６）　　３、单倍体　　（１）通常指含有本物种配子中染色体数目的细胞或个体　　（２）单倍体与一倍体的内涵不完全相同　　（３）单倍体植株瘦小，高度不育，没有经济价值，但有科学研究价值　　４、染色体倍性变化原因　　（１）单倍体来源于单性生殖　　（２）同源多倍体来源于体细胞染色体加倍　　（３）异源多倍体来源于杂种体细胞染色体加倍　　（４）异常配子融合形成多倍体　　５、倍性育种　　（１）单倍体育种10 　　（２）多倍体育种　　（３）人工诱导染色体加倍的方法　　（４）单倍体育种技术简介　　从花药培养单倍体植株需要经过三个步骤：　　①诱导花粉产生愈伤组织；　　②诱导愈伤组织分化，长出根、茎、叶；　　③使幼苗生长健壮。每个步骤需要更换不同的培养基，直至长成单倍体幼苗。　　据报道，单倍体植株一般在培养过程中往往能自然加倍。如不能自然加倍，就应用0.1%~0.2%的秋水仙素水溶液处理植株分蘖，进行人工加倍，从而获得染色体加倍的纯合体植株。　　《典型例题解析》　　１、进行有性生殖的生物其亲子之间总是存在一定差异的主要原因是　　Ａ、基因重组　　Ｂ、基因突变　　Ｃ、染色体变异　　Ｄ、生活条件改变　　［解析］　　变异是生物的基本特征之一。如果仅仅是由环境改变引起的变异不遗传，也不是变异的主要原因。故排除Ｄ。引起可遗传变异的原因由三个：基因突变、基因重组、染色体变异；其中基因突变、染色体变异均较少见，故排除Ｂ、Ｃ，而基因重组是有性生殖的生物必然发生的过程，因此基因重组是亲子之间差异的主要原因。故选Ａ。　　２、用一定剂量的61CO－γ射线照射棉花的萌动种子，长成植株的各器官形态和生理功能有明显改变，甚至引起某些个体死亡。你对上述现象的解释是___________。　　［解析］　　电离辐射可以提高突变的频率，扩大突变的范围，这是人工诱变的方法之一。但是，大多数的诱发突变对生物发育仍然是有害的，因为它破坏了生物经长期自然选择形成的与环境相适合的关系。因此，诱变育种必须处理大批量的材料，从中选择优良的变异。　　［答案］　　辐射诱变虽能提高突变的频率，但产生的突变具有多害性，大多会影响种子正常发育。10 　　３、看图回答问题，此图解表示８倍体小黑麦的培育过程：　　（１）普通小麦的雌配子含__________个基本染色体组。以黑麦做父本，雄配子中有_________个基本染色体组。　　（２）杂交一代含___________个基本染色体组，之后还必须用人工方法将_________，形成正常的__________，才能受精、结实、繁殖后代。　　（３）人工诱变成多倍体的常用方法是___________。　　（４）试从进化角度，谈谈培育成功的重要生物学意义。　　［答案］　　（１）3；１。　　（２）４；染色体加倍；雌、雄配子。　　（３）秋水仙素处理植物萌发的种子或幼苗生长点，使其染色体加倍。　　（４）小黑麦是人工创造异源多倍体成功的实例。小黑麦本来是自然界没有的物种，科学家利用远缘杂交，通过人工选择在短短的十几年就创造出这个新物种。若靠大自然的恩赐，通过自然选择形成高等植物的一个新物种需要漫长的时间。由此可见，人工选择大大加快物种的进化。　　［解析］　　解答本题的关键是运用染色体组整倍性变异的原理，联系减数分裂、受精作用、远缘杂交、秋水仙素作用机制，自然选择和人工选择等众多知识点综合分析解答。阐明有利变异为进化提供原材料，通过人工选择加快培育新物种的进程这一观点。　　《单元练习》　　１、下列变异中属于可遗传的变异的是　　Ａ、玉米由于水肥充足而长得穗大粒足　　Ｂ、晒太阳使皮肤晒黑　　Ｃ、无籽番茄　　　　　　　　　　　　　Ｄ、表现正常的双亲生了一个患白化病的男孩　　［答案］Ｄ。　　２、既是生物变异的主要来源，又对生物进化具有重要意义的是　　Ａ、环境的改变　　Ｂ、基因重组　　Ｃ、基因突变　　Ｄ、染色体变异　　［答案］Ｃ。10 　　３、基因突变是指　　Ａ、基因载体变化　　Ｂ、基因结构变化　　Ｃ、基因组合关系变化　　Ｄ、基因功能变化　　［答案］B。　　４、人类的正常血红蛋白（HbA）的b链第63位氨基酸为组氨酸（CUA），Hb-M的b－63为酪氨酸（UAU），这种突变的原因在于基因中　　Ａ、某对碱基发生置换　　Ｂ、增添或缺失１－２对碱基　　Ｃ、缺失一小段DNA　　　Ｄ、增添一小段DNA　　［答案］Ａ。　　５、大丽花的红花（C）对白花（c）是显性，一株杂种大丽花植株（Cc）盛开的许多花中，有一个分枝上的花朵全部呈白色，这可能是杂种植株哪个部位的红花基因（C）突变造成的　　Ａ、幼苗期的顶芽细胞　　　Ｂ、早期的一个叶芽细胞　　Ｃ、一个花芽的某些细胞　　Ｄ、花药组织内的花粉母细胞　　［答案］Ｂ。　　６、用糊粉层淡红色玉米（prpr）做母本，紫色玉米（PrPr）做父本，杂交果穗上籽粒应为紫色，但在100多个果穗上收获的647102个籽粒中，有７个呈粉红色的籽粒，发生这种突变的最大可能性　　Ａ、父本花粉(Pr)中混有母本花粉　　Ｂ、某些父本花粉基因Pr突变为pr　　Ｃ、某些卵细胞基因pr突变为Pr　　Ｄ、不同环境下F1(Prpr)表型不同　　［答案］Ｂ。　　７、果树的幼芽若在早期发生突变后，可以长成变异枝条，但其长势一般较弱或受到抑制，这表明基因突变具有　　Ａ、随机性　　Ｂ、稀有性　　Ｃ、多方向性　　Ｄ、多害性　　［答案］Ｄ。　　８、将基因型为AA和aa的两个植株杂交得到F1,将F1再作进一步处理。如图所示，请分析回答：　　（１）乙植株的基因型是_____________，属于______________倍体。　　（２）用乙植株的花粉直接培育成的后代属于____________倍体，其基因型及比例是___________。　　（３）丙植株的体细胞中含有__________个染色体组。　　［答案］　　（１）AAaa,四倍体。10 　　（２）二倍体，AA:Aa:aa=1:4:1。　　（３）３．在线测试窗体顶端1、下列列举几种可能诱发基因突变的原因，其中哪项是不正确的（）Ａ．射线的辐射作用　Ｂ．杂交Ｃ．激光照射　　　Ｄ．秋山仙素处理窗体底端窗体顶端2、下列与基因突变有关的叙述，不正确的是（）Ａ．突变发生于ＤＮＡ→ＤＮＡ的过程中Ｂ．突变所以能引起变异是因为它改变了基因的遗传信息Ｃ．突变可使某种性状的常态基因转变成病态基因Ｄ．突变在自然界物体中普遍存在，所以对某种物种而言，突变的频率较高窗体底端窗体顶端3、下面列举的生物性状是伴性遗传又是突变性状的是（）Ａ．豌豆的圆粒Ｂ．人的红绿色盲Ｃ．人的糖尿病Ｄ．人的白化病窗体底端窗体顶端4、用花药离体培养出马铃薯单倍植株，当它进行减数分裂时，观察到染色体两两配对形成12对，据此现象可推知产生花药的马铃薯是（）Ａ．三倍体Ｂ．二倍体Ｃ．四倍体Ｄ．六倍体窗体底端窗体顶端5、韭菜的体细胞中含有32条染色体，这32条染色体有8种形态结构，韭菜是（）Ａ．二倍体Ｂ．四倍体Ｃ．六倍体Ｄ．八倍体窗体底端窗体顶端6、下图是果蝇的染色体的图解，请回答：10 （１）根据图解鉴别，甲图是性果蝇的细胞的染色体组成，含有个染色体组。（２）根据图中的基因型分析，甲图果蝇产生的含有w基因的配子有种，乙图果蝇产生的配子有种。答案与讲解1、B2、D3、B4、C5、B6、（１）雌，体，２；（２）８，16；1、诱发突变是指利用物理的或化学的因素来处理生物，使它发生基因突变。Ａ项与Ｃ项就是用物理因素诱发突变，Ｄ项是用化学药品诱发突变。2、基因突变就是由于ＤＮＡ复制差错产生的，从而使基因中脱氧核苷酸的种类、数量、排列顺序发生改变，即遗传信息发生变化。基因突变可以改变基因的表现形式，可由A→a，也可由a→A。生物界中每一物种几乎都发生基因突变，但对于一个物种而言，发生突变的频率很低。3、Ａ、Ｃ、Ｄ三项均为常染色体遗传。只有人类的红绿色盲是由于基因突变引起的伴Ｘ隐性遗传。4、用花药离体培养得到的单倍体，其体细胞中含有本物种配子染色体数目，当它进行减数分裂时，染色体两两配对，说明细胞含有两组同源染色体，据此推知产生花药的马铃薯的体细胞中含有四组同源染色体。5、一个染色体组内的每条染色体形态大小各不相同，韭菜体细胞中含有８种形态的染色体，所以韭菜的一个染色体组有８条染色体，32÷8=4个染色体组。6、果蝇的性别决定类型为XY型，据甲、乙两图看，甲含有两条同型的性染色体，乙含有两条异型的性染色体，所以甲为雌性。因为果蝇属于二倍体生物，所以其体细胞中含有两个染色体组。果蝇甲的基因型为BbEeHhXWXw能产生2×2×2×2=16种配子，所以含w基因的配子有８种，乙图果蝇产生的配子16种（因为乙图果蝇的基因为BbEeHhXWY）。课外拓展　　1．基因突变的概念　　基因内部结构的改变，包括三种类型：　　（１）改变（取代）：一种碱基由另一种碱基所代替，一般是嘌呤取代嘌呤、嘧啶取代嘧啶为多数。　　（２）增添（插入）：指在碱基序列中插入１－n个碱基，这样会把整个或局部ＤＮＡ序列打乱，使“翻译”错误，导致蛋白质变性或个体死亡。　　（３）缺失（丢失）：碱基序列中缺少１－n个碱基。　　上述三种情况都可改变基因上脱氧核苷酸的排列顺序，从而改变了遗传信息，导致基因突变。　　2．基因突变与基因重组　基因突变基因重组本质基因的分子结构发生了改变，产生了新基因，出现了新性状。基因的重新组合，产生了新的基因型，使之性状重新组合发生时期及原因减数第一次分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体间交叉互换，非同源染色体之间自由组合。10 细胞分裂期间期ＤＮＡ分子复制时，由于碱基互补配对差错而引起，或由理化因素引起ＤＮＡ分子结构的破坏条件外界条件的剧变和内部因素的相互作用不同个体之间的杂交，有性生殖过程中减数分裂和受精作用。意义生物变异的主要来源，也是生物进化的重要因素之一。通过诱变育种可培育新品种，是基因重组的基础。是生物变异的重要因素，通过杂交育种性状的重组，可培育出新的优良品种。　　3．基因突变的特点　　（１）基础突变实际上是染色体一个位点上的基因的脱氧核苷酸的排列顺序发生了变化，例如果蝇的红眼由基因Ｗ控制，Ｗ变成w以后，红眼变成了白眼。W和w是一对同源染色体同一位点上的基因，又分别控制红眼和白眼这对相对性状，所以是一对等位基因，可见，等位基因是由基因突变产生的。　　（２）可逆性。即正常型突变型，从左到右称为正突变，从右到左称反突变。原因是基因突变并非是原有基因的丧失，而是基因化学结构发生了变化。　　（３）多向性。即一个基因可以朝着不同的方向发生突变，形成多种突变。　　如：Ａ→a1；Ａ→a2；Ａ→a3　　而且a1、a2、a3之间也可以相互转变，而a1、a2、a3……都在同一位点上，这就形成了复等位基因，但对一个二倍体个体来说，体细胞中只含有其中的一对等位基因，如人类的Ａ、Ｂ、Ｏ血型就是由三个复等位基因控制的。　　（４）基因突变有的是显性突变，有的是隐性突变。如人的并指基因就是显性突变基因，正常基因是s,由s→S，人类由正常指变成并指。再如人的白化病，是由正常基因A突变为a所致。　　（５）突变往往是有害的，有的甚至是致死的。如人类的糖尿病、血友病、色盲、白化病，水稻、玉米的白化苗等。但也有少数突变是有利的，如突变产生的植物抗病性、耐旱性、早熟、茎杆坚硬等等。　　（６）低频性。自然状态下，突变的频率是很低的，如高等动植物的突变频率是1×10-5-1×10-8,即10万到１亿个配子中，仅有１个发生基因突变。　　（７）随机性。基因突变是随机发生的。不论是对于个体、基因来讲，或对于所影响的性状来讲，突变的发生都是一个随机事件。　　4．染色体组的概念　　一般地说，动物和多数的高等植物是二倍体，即生物体细胞中含有两组同样的染色体，经过减数分裂，生殖细胞中的染色体数目减半，成为一个染色体组，这叫一个染色体组。其特点有：　　（１）在一个染色体组中，所有染色体在形态、大小方面各不相同，即不含同源染色体；　　（２）不同的生物，其染色体组数和每个染色体组所包括的染色体的数目、形态、大小都是不同的。　　染色体组与生殖细胞中的染色体：教材指出：“一般地说，生殖细胞中的这样一组染色体就叫一个染色体组。”但这并不是说所有生物都是这样。重点在“一般地说”，其意思是“大多数高等植物和几乎全部动物都是二倍体（含两个染色体组）”，例如六倍体小麦的生殖细胞就含有三个染色体组，所以要仔细的理解和领会。　　5．生物体是几倍体的判别　　由于多倍体的生殖细胞内含有不只一个染色体组，由这样的生殖细胞直接发育成的个体是单倍体，而不能根据细胞内染色体组的数目叫做几倍体。由此可见，生物几倍体的判别不能只看细胞内含有多少个染色体组，还要考虑到生物个体发育的直接来源。　　①如果生物体由受精卵或合子发育而成，生物体细胞内有几个染色体组就叫几倍体。　　②如果生物体是由生殖细胞—卵细胞或花粉直接发育而成，无论细胞内含有几个染色体组，都不能叫几倍体，而只能叫单倍体。　　6．区别单倍体与一倍体　　一倍体、二倍体、多倍体都是根据体细胞内染色体组的含量而命名的，体细胞含１个染色体组的个体叫一倍体。而单倍体是指体细胞中含本物种配子染色体数目的个体。因为不同物种所含的染色体组数不同，因而其形成的单倍体可含一至多个染色体组。　　7．杂交育种、人工诱变育种、单倍体育种、多倍体育种比较　杂交育种人工诱变育种单倍体育种多倍体育种10 依据原理基因重组得纯种或杂种基因突变染色体组成倍减少，再加倍后得到纯种染色体组成倍增加常用方法１．杂交→自交→选优→自交２．杂交→“杂种”辐射诱变激光诱变花药的离体培养，后再加倍秋水仙素处理萌发种子、幼苗优点使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上可以提高变异频率或出现新性状，加速育种进程明显缩短育种年限器官巨大型，提高产量和营养成分缺点时间长，须及时发现优良性状有利变异少，须大量处理实验材料，具有不确定性１．技术复杂一些２．须与杂交育种配合适用于植物在动物中难以开展　　8．染色体组数目的判别　　由于一个染色体组内，各染色体的形态、大小均不同，细胞内染色体组数目可按下列两种方法加以判别：　　（１）细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组，如左下图的细胞中相同的染色体有４条，此细胞有４个染色体组。　　（２）在细胞或生物体的基因型中，同一种基因出现几次，则有几个染色体组，如基因型为AAaaBBbb的细胞或生物体含４个染色体组，因为AAaaBBbb可用基因和染色体共同表示如上图。窗体底端10