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第3单元-生命系统的遗传基础-生物-新课标


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第三单元

生命系统的 遗传基础<

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专题五 专题六 专题七

遗传的细胞基础 遗传的分子基础 遗传的基本规律及应用

专题八 生物的变异与进化

第三单元

生命系统的 遗传基础

第三单元 │ 考情分析预测
考情分析预测

分析近三年课标地区高考真题,考查的侧重点是有关有丝 分裂、减数分裂、细胞分化、衰老和癌变、遗传物质探索过程、 分离定律和自由组合定律、伴性遗传、人类遗传病和突变、重 组及染色体变异。本专题题型考查分离定律和自由组合定律主 要是非选择题,难度较大,其他知识点基本上是选择题。预测 2012年非选择题考查分离定律和自由组合定律仍然是考查的重 点。具体来说就是:

第三单元 │ 考情分析预测

(1)有关细胞的生命历程考查的形式基本上是选择题,主 要有丝分裂、减数分裂和细胞分化、衰老和癌变,而其中的有 丝分裂、减数分裂和细胞分化出题较多。 (2)有关遗传、变异和进化部分除了分离定律和自由组合 定律的考查以非选择题为主,其他知识点的考查基本上是选择 题。要引起重视的是分离定律和自由组合定律、突变、重组及 染色体变异。

第三单元 │ 考情分析预测

在二轮复习时,需要着重关注以下两个方面: (1)细胞的生命历程部分:选择题当中有丝分裂、减数分裂主 要考查对图像的识别、各时期的特点以及它们的不同点和相同 点等内容。细胞分化、衰老和癌变中,以细胞分化和衰老考查 较多。 (2)遗传、变异和进化部分:遗传的基本定律、伴性遗传、 人类遗传病、突变、重组及染色体变异是历年来考查的重点, 并且考查的方向和内容比较稳定,常以非选择题的形式呈现, 并且侧重于综合分析及实验内容,其中的遗传概率的计算、遗 传方式的判断等都是有规可循的。

第三单元 │ 知识网络构建
知识网络构建

第三单元 │ 近年高考纵览
近年高考纵览

第三单元 │ 近年高考纵览

第三单元 │ 近年高考纵览

第三单元 │ 近年高考纵览

第三单元 │

近年高考纵览

第三单元 │

近年高考纵览

专题五

遗传的细胞基础

专题五

遗传的细胞基础

专题五 │ 要点热点探究
要点热点探究 ? 探究点一 有关有丝分裂与减数分裂的比较

1.有丝分裂与减数分裂的总体比较(物种为2n)

专题五 │ 要点热点探究
有丝分裂 发生分裂的细胞类 型 复制与分裂次数 子细胞数目 子细胞类型 染色体数变化 染色单体数变化 DNA分子数变化 体细胞 复制一次,细胞分裂一次 2 体细胞 2n-4n-2n 0-4n-0 2c-4c-2c 减数分裂 原始生殖细胞

复制一次,细胞连续分裂 二次
1或4 生殖细胞 2n-n-2n-n 0-4n-2n-0 2c-4c-2c-c

染色体行为
可能发生的变异

不联会、无四分体形成
基因突变(频率极低)、染 色体变异

联会后形成四分体
基因突变、染色体变异和 基因重组

专题五 │ 要点热点探究
2.有丝分裂与减数分裂核DNA数量和染色体数量变化曲线的比较

专题五 │ 要点热点探究

专题五 │ 要点热点探究

专题五 │ 要点热点探究
例 1 图 3-5-1 是某二倍体动物的几个细胞分裂示意图, 据图所做的判断正确的是( )

图3-5-1

专题五 │ 要点热点探究

①以上各细胞可能取自同一器官,在发生时间上存在乙→ 甲→丙的顺序 ②甲、乙、丙三个细胞中都含有同源染色体 ③乙细胞中含有 4 个染色体组 ④丙细胞是次级精母细胞或极体,正常情况下其分裂产生 的子细胞基因型相同 A.②④ B.②③ C.①③ D.①②

专题五 │ 要点热点探究

【解析】

C 此题考查减数分裂和有丝分裂过程,属于考纲识

记层次。甲为减数第一次分裂后期,乙为有丝分裂后期,丙为减数 第二次分裂后期,甲、乙、丙都可发生在生殖器官,先后顺序为乙 →甲→丙;甲、乙含有同源染色体对数为 2、4,丙不含同源染色体; 乙细胞含有 4 个染色体组; 甲为初级精母细胞, 丙是次级精母细胞。

专题五 │ 要点热点探究
【点评】有丝分裂的特点:通过细胞分裂使每一个母细胞分裂成两个基本 相同的子细胞,子细胞染色体数目、形状、大小一样,每一染色单体所含的 遗传信息与母细胞基本相同,使子细胞从母细胞获得大致相同的遗传信息, 使物种保持比较稳定的染色体组型和遗传的稳定性。减数分裂的特点:在精 子形成过程中,第一次分裂染色体减半;第二次分裂两条姐妹染色体分离。 细胞内减数第一次分裂结束不再存在同源染色体。在细胞第二次分裂过程 中,染色体的行为和有丝分裂过程中染色体的行为非常相似,细胞内染色体 的着丝点排列在赤道板位置后, 接着进行分裂, 于是两条姐妹染色单体分离, 分别移向细胞两极,与此同时,细胞分裂,结果生成了精子细胞。出现两种 类型的精子,即精子里的染色体数分别为:22+X 和 22+Y。

专题五 │ 要点热点探究
例 2 图 3-5-2A、B 是某动物同一器官内细胞分裂的部分 时期示意图, C 表示该动物细胞分裂时核 DNA 数量变化曲线。 图 请据图分析回答:

图3-5-2

专题五 │ 要点热点探究
(1)图 A 细胞所处的分裂时期是________,含有________ 个染色体组;图 B 细胞中的染色体中含有的脱氧核苷酸链数为 ________。 (2)图 B 细胞形成过程中发生的变异类型是______。 该细胞 中等位基因的分离发生于图 C 中的________段。 (3)若图 B 细胞完成分裂后的某一子细胞的基因组成为 dA, 则其他三个子细胞的基因组成分别为__________。 (4)图 C 所示各区段中, 染色体数与核 DNA 数之比恒为 1∶2 的区段是________。

专题五 │ 要点热点探究

【答案】 (1)有丝分裂后期 (3)dA、Da、da 或者 DA、da、da

4

16

(2)基因突变

ef

(4)ef

专题五 │ 要点热点探究
【解析】 本题考查有丝分裂、减数分裂、变异等知识,属于 考纲综合运用能力。 (1)图 A 细胞所处的分裂时期是有丝分裂后期, 含有 4 个染色体组。 B 细胞中有 8 条染色单体, 图 每条染色单体上 含有 2 个脱氧核苷酸链,共含 16 个脱氧核苷酸链。(2) 一条染色 体上含有的染色单体上基因一般是相同的, 不同的原因可能是基因 突变引起的。 等位基因的分离发生在减数第一次分裂的后期, 即图 C 中的 ef 段。(3)减数分裂产生的子细胞的基因型要么相同,要么 完全相反,故一个子细胞的基因组成为 dA,则其他三个子细胞的 基因组成分别为 dA、Da、da 或者 DA、da、da。(4)图 C 所示各区 段中,染色体数与核 DNA 数之比恒为 1∶2 的区段是 ef。

专题五 │ 要点热点探究
【点评】 减数分裂又是孟德尔遗传基本定律的理论基础。虽 然在教材中有减数分裂和有丝分裂的图像,看似直观,但要真正掌 握并非易事。下列方法,从三个递进的层面上分析总结,收到良好 效果。 ①“一查二引”:一查 DNA 含量和染色体条数,二引起两者数 量变化的因素。 引起 DNA 变化的因素有两个, 一是染色体复制时 DNA 含量增加 一倍;二是细胞分裂时 DNA 含量减少一半。 引起染色体变化的因素也有两个, 一是着丝点分裂时染色体数 目增加一倍;二是细胞分裂时染色体数目减少一半。

专题五 │ 要点热点探究
②“图文并茂”:在复习该知识点时,按照书上的细胞分裂图 理解并归纳,用文字做系统化的描述:

专题五 │ 要点热点探究

专题五 │ 要点热点探究
③“变化曲线”:DNA 分子由于复制而加倍,在图像中用上升 的斜线表示,由于细胞分裂而减少一半用下降的直线表示;反之依 曲线变化也可以看出 DNA 分子的变化情况,有丝分裂中斜线上升一 次是在间期即该时期进行复制;直线下降一次是在末期即该时期细 胞分裂。染色体数目由于着丝点分裂而加倍用上升的直线表示,由 于细胞分裂而减少一半用下降的直线表示;反之依曲线也可以看出 染色体数目变化情况,直线上升一次是在后期即该时期着丝点分 裂;直线下降一次是在末期即该时期细胞分裂,从而掌握有丝分裂 的特点。

专题五 │ 要点热点探究
? 探究点二 有关有丝分裂与减数分裂的图像的判定

专题五 │ 要点热点探究

专题五 │ 要点热点探究

专题五 │ 要点热点探究

专题五 │ 要点热点探究
特别提示:以上介绍的比较方法都是针对二倍体生物的。如 果没有限定是二倍体,就需要考虑四倍体生物的减数分裂了。例 如图 3-5-3 就有可能是二倍体生物有丝分裂后期细胞和四倍体 生物减Ⅱ后期细胞。

专题五 │ 要点热点探究
2.二倍体生物减数分裂和有丝分裂图像的鉴别方法“三 看识别法”。

专题五 │ 要点热点探究

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特别提示:图像判断中应注意的几点 (1)细胞分裂中有同源染色体的出现,也可能表示为减数分 裂第二次分裂,如四倍体生物; (2)细胞分裂中无同源染色体的出现,也可能表示为有丝分 裂如单倍体生物; (3)如果题干中有限制可确定为二倍体生物,则没有必要考 虑其他类型的生物; 若题干中出现: “如图为某高等动物的细胞 分裂图”或“假设只含某(几)对同源染色体的体细胞”等, 可确 定为二倍体; 若没有特殊说明, 应考虑多倍体或单倍体生物细胞 分裂图的可能。

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例 3 图 A 和图 B 为处于相同分裂阶段的两种动物细胞, 都含有两对同源染色体。关于它们的叙述中错误的一项是 ( )

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A. 细胞 A 的同源染色体成对排列在细胞中央 B. 细胞 A 产生的子细胞染色体数目减半 C. 联会发生在细胞 B,而不会发生在细胞 A D. 细胞 B 的染色体与亲代体细胞染色体数目相同

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【解析】 C 考查细胞分裂图像辨别知识,属分析判断 层次。图 A 对应减数第一次分裂中期,图 B 对应有丝分裂中 期。C 项错,联会应发生在细胞 A,而不会发生在细胞 B。

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【点评】本题的关键是要读懂题看懂图。特别要清楚不同时 期染色体和染色单体数目的变化,以及染色体的动态变化。有丝 分裂各期的特点如下: 前期:核内的染色质凝缩成染色体,核仁解体,核膜破裂以 及纺锤体开始形成。 中期: 中期是染色体排列到赤道板上, 纺锤体完全形成时期。 后期:后期是各个染色体的两条染色单体分开,分别由赤道 移向细胞两极的时期。 末期:为形成二子核和胞质分裂的时期。染色体解螺旋,核 仁、核膜出现,纺锤体消失。

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例 4 假设某动物精原细胞的 2 对等位基因(Aa、 Bb)分别位于 2 对同源染色体上,该细胞通过减数分裂产生精子时,可表示减 数第二次分裂后期图像的是( )

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【解析】 B 考查减数分裂知识,属考纲分析判断层次。 减数第二次分裂后期是实现姐妹染色单体分离,且姐妹染色 单体上的基因应是一样的,选项图中只有 B 项分向两极的基 因是相同的。

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【点评】 考查细胞分裂图像的比较中最常见的是 3 个中 期和 3 个后期图像的分辨,具有一定的难度,需要对分裂过 程很熟悉,关键是要抓住各个时期图像的本质特征。 (1)三个中期图的判断:

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推证步骤:①染色体着丝点是否排列在细胞中央的赤道 板上(直线上),减Ⅰ中期(否);②细胞中是否有同源染色体, 有丝分裂中期(有)、减Ⅱ中期(无)。 (2)三个后期图的判断:

专题五 │ 要点热点探究

推证步骤:①染色体是否含有染色单体,减Ⅰ后期(有); ②同极染色体中是否具有同源染色体,有丝分裂后期(有)、 减Ⅱ后期(无)。

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? 探究点三 细胞分化与细胞全能性的区别

1.细胞分化、细胞全能性及相互比较

专题五 │ 要点热点探究

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2.与细胞分裂比较,细胞分化所具有的特点 (1)分化的细胞来自于一个共同的细胞——受精卵。 这一点与细胞分裂相类似,所不同的是细胞分化形成的子细 胞在形态、结构和功能上发生差异,这是由基因的选择性表 达造成的。 (2)在个体发育中,细胞分化是不可逆的,而且是稳 定的(但在细胞培养条件下,细胞的分化又是可逆的,植物 细胞培养的脱分化,就是实例)。 (3)分化细胞对于大多数生物种类来说,虽形态各异、 功能不同,但仍保持全部基因组,这是分化细胞仍具有全能 性的基础。

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例 5 下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是 ( ) A.玉米种子萌发长成新植株 B.小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞 C.小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株 D.胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株

专题五 │ 要点热点探究
【解析】 D 本题考查细胞的分化和细胞的全能性,考查考生对 所学知识的理解和迁移能力。A 选项中,玉米种子萌发长成新植株发 生了细胞分化,但玉米种子的胚本身是一个新的个体,不能体现体 细胞的全能性;B 选项中,小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞,发 生了细胞分化,但没有形成新的个体,不能体现体细胞的全能性;C 选项中,小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株既发生了细胞分化, 也能体现细胞的全能性, 但花粉是配子, 与题干中“体细胞全能性” 不符;D 选项中,根韧皮部细胞是体细胞,经组织培养发育成新植株 的过程既发生了细胞分化,也能体现体细胞的全能性。

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【点评】 细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。 它的特点是①高度分化的植物体细胞具有全能性,植物细胞在离体的情况下,在一定营养 的物质、激素和其他适宜的外界条件下,才能表现其全能性。 ②动物已分化的体细胞全能 性受限制,但细胞核仍具有全能性。它可分为两类,即根据动物细胞全能性大小,可分为 全能性细胞(如动物早期胚胎细胞),多能性(如原肠胚细胞)、专能性(如造血干细胞);根 据植物细胞表达全能性大小排列是:受精卵、生殖细胞、体细胞;全能性的物质基础是细 胞内含有本物种全套遗传物质。一个生活的植物细胞,只要有完整的膜系统和细胞核,它 就会有一整套发育成一个完整植株的遗传基础,在一个适当的条件下可以通过分裂、分化 再生成一个完整植株,这就是所谓的植物细胞的全能性。这是植物组织培养的理论基础。 已发生分化的细胞只有处于离体状态下,将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制 的培养基上,给予适当的培养条件,诱导其产生愈伤组织、生芽,最终形成完整的植株。

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? 探究点四 细胞分裂与遗传变异的联系

1.有关细胞分裂和遗传变异的关系 真核生物的遗传物质为 DNA,在其细胞分裂时,首先要进 行 DNA 的复制, 有可能复制差错而导致基因突变。 真核生物细 胞中存在染色体,在其生长发育中,可能发生染色体变异。真 核生物中有的进行有性生殖, 在其减数分裂产生配子时, 同源 染色体的非姐妹染色单体之间可能发生交叉互换、 非同源染色 体上的非等位基因会自由组合而导致基因重组。 在基因工程中 改造酵母菌、动物、植物,为人类遗传病治疗导入健康的外源 基因等,也属于基因重组。

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2. 细胞分裂、分化、衰老、凋亡和癌变的区别和联系:

专题五 │ 要点热点探究

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例 6 图 3-5-6 是某 XY 型性别决定的二倍体生物体内的细胞分 裂过程中物质或结构变化的相关模式图。 对图的分析错误的是( )

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图3-5-6

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A.如果图甲中的细胞来自于动物的同一器官,则最可能 是来自于雄性动物的精巢 B.在图甲②所代表的细胞分裂的全过程中,通常会发生 的可遗传变异是基因重组 C.图丙中②→①的变化,对应于图甲中形成①细胞的过 程和图乙中的 C→D 段时期 D.若该动物的成熟生殖细胞中有 XY,变异通常发生在 图乙中的 BC 段所代表的时期

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【解析】 C 此题考查的是根据细胞分裂过程中染色体、DNA 的变化,判断有丝分裂和减数分裂的相关知识,属于考纲理解层 次。 根据甲图中染色体的形态位置判断: ①是有丝分裂中期细胞, ②是减数第一次分裂后期图像,而且细胞分裂均等,所以是初级 精母细胞,若与①来自于同一器官,最可能是来自于雄性动物的 精巢。②代表的是减数分裂,在这种分裂过程中,通常会发生的 可遗传变异是基因重组,包括非同源染色体上非等位基因重新组 合,也包括同源染色体上非姐妹染色单体的交叉互换。图丙中 a 是 DNA,b 是姐妹染色单体,c 是染色体数量的变化。②→①的变 化是姐妹染色单体分离成为染色体的过程,对应于图甲中①时期 之后一个时期和乙图中 C→D 段时期。 若该动物的成熟生殖细胞中 有 XY,说明是减数第一次分裂时同源染色体没有分离,对应于乙 图中的 BC 段所代表的时期。

专题五 │ 要点热点探究
例 7 下列有关细胞衰老、凋亡、坏死与癌变的说法,正 确的是( )

A.细胞凋亡受基因控制;细胞癌变不受基因控制 B.细胞衰老,代谢减弱;细胞癌变,代谢增强 C.细胞坏死,膜通透性降低;细胞癌变,膜黏着性增强 D.细胞癌变,细胞周期延长;细胞凋亡,细胞周期变短

专题五 │ 要点热点探究

【解析】 B 此题考查细胞生命历程,属于考纲识记层次。 细胞凋亡受基因控制;细胞癌变也受基因控制;细胞衰老,代谢 减弱;细胞癌变,代谢增强;细胞坏死,膜为全透性;细胞癌变, 细胞膜的糖蛋白减少, 膜黏着性降低; 细胞癌变, 细胞周期缩短; 细胞凋亡,是细胞正常死亡。

专题五 │ 要点热点探究
【点评】在个体发育过程中,大多数细胞能够正常地完成细胞 分化。但有的细胞由于受到致癌因子的作用,不能正常地完成细胞 分化,而变成了不受有机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞, 这种细胞就是癌细胞。癌症起始于一个细胞突变,但是这个突变细 胞的后代必须经过几次突变,才能形成癌细胞。癌变后细胞代谢速 率会加快,分裂所需的物质供应速率会加快,因此细胞周期会变短。 细胞凋亡是指为维持内环境稳定,由基因控制的细胞自主的有序的 死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同,细胞凋亡不是一件被动的过程, 而是主动过程,它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用, 它并不是病理条件下,自体损伤的一种现象,而是为更好地适应生 存环境而主动争取的一种死亡过程。细胞衰老是机体在退化时期生 理功能下降和紊乱的综合表现, 是不可逆的生命过程。人体是由细 胞组织起来的,组成细胞的化学物质在运动中不断受到内外环境的 影响而发生损伤,造成功能退行性下降而老化。细胞的衰老与死亡 是新陈代谢的自然现象。

专题五 │ 教师备用习题
教师备用习题
备选理由:考查有关减数分裂和有丝分裂过程,与例 1 拓展使用。 1.在荧光显微镜下观察被标记的某动物的睾丸细胞, 等位基因 A、a 被分别标记为红、黄色,等位基因 B、b 被分 别标记为蓝、绿色。①③细胞都处于染色体向两极移动的时 期。不考虑基因突变和交叉互换,下列有关推测合理的是 ( )

专题五 │ 教师备用习题
A.①时期的细胞中向每一极移动都有红、黄、蓝、绿 色荧光点,各 2 个 B.③时期的细胞中向每一极移动都有红、黄、蓝、绿 色荧光点,各 1 个 C.②时期的初级精母细胞中都有红、黄、蓝、绿色荧 光点,各 2 个 D.图中精细胞产生的原因是减数第一次分裂或减数第 二次分裂过程异常

专题五 │ 教师备用习题

专题五 │ 教师备用习题
【解析】 C 此题考查的是减数分裂和有丝分裂过程, 属于理解层次。①是有丝分裂后期,向每一极移动的四种荧 光点各一个,③是减数第二次分裂后期,向每一极移动的是 红、黄中的一个和蓝、绿中的一个,即 AB、ab 或 Ab、aB; ②时期的细胞中每条染色体上含 2 个染色单体,其基因组成 为 AAaaBBbb,因此四种荧光点各 2 个;精细胞的基因型为 ABb,说明是减数第一次分裂过程中同源染色体没有分离所 致。

专题六

遗传的分子基础

专题六

遗传的分子基础

专题六 │ 要点热点探究
要点热点探究 ? 探究点一 探究遗传物质成分的实验

1.肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌的实验

专题六 │ 要点热点探究

专题五 │ 教师备用习题
特别提示:①肺炎双球菌转化实验,证明了 DNA 是遗传物 质,蛋白质等不是遗传物质;噬菌体侵染细菌的实验证明 DNA 是遗传物质,不能证明蛋白质不是遗传物质。 ②用 S、 P 是通过标记细菌而去标记噬菌体的。这是因为 我们利用的是已经形成了的噬菌体,其体内的蛋白质和核酸是 不能被标记的。由于噬菌体是专性寄生在细胞内的,所以我们 可以利用噬菌体在标记的细菌体内繁殖产生子代噬菌体,而被 相应的同位素标记,然后再侵染未标记的细菌,通过观察放射 性进行分析判断。
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专题六 │ 要点热点探究
例 1 在研究生物遗传物质的过程中,人们做了很多的实验进行 探究,包括著名的“肺炎双球菌转化实验”。 (1)某人曾重复了“肺炎双球菌转化实验”,步骤如下。请分 析以下实验并回答问题: A.将一部分 S 型细菌加热杀死; B.制备符合要求的培养基,并分为若干组,将菌种分别接种到 各组培养基上(接种的菌种见图中文字所示。注:○为 S 型菌落,● 为 R 型菌落); C. 将接种后的培养装置放在适宜温度下培养一段时间, 观察菌 落生长情况(如图 3-6-1)。

专题六 │ 要点热点探究

图3-6-1

专题六 │ 要点热点探究
①制备符合实验要求的培养基时,除加入适当比例的水和琼脂 外,还必须加入一定量的无机盐、氮源、有机碳源、生长因子等, 并调整 pH。 ②本实验中的对照组是_______________________。 ③本实验能得出的结论是_________________。 ④从你现有的知识分析,“R 型菌变成 S 型菌”这一变异属于 ________,加热杀死的 S 型菌中的 DNA 仍有活性的原因可能是 ___________________________。

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(2)艾弗里等人通过实验证实了在上述细菌转化过程中,起转 化作用的是 DNA。请利用 DNA 酶(可降解 DNA)做试剂,选择适当的 材料用具,设计实验方案,验证“促进 R 型细菌转化成 S 型细菌的 物质是 DNA”,并预测实验结果,得出实验结论。 ①实验设计方案: 第一步:从 S 型细菌中提取 DNA。 第二步:制备符合要求的培养基,均分为三份,标号为 A、B、 C,分别作如下处理。

专题六 │ 要点热点探究

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第三步: ______________________。 第四步:将接种后的培养装置放在适宜温度下培养一段时间, 观察菌落生长情况。 ②预测实验结果: _____________________。 ③得出实验结论:DNA 分子可以使 R 型细菌转化为 S 型细菌、 DNA 结构要保持________才能完成此转化过程。

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【答案】 (1)②1、2、3 组 子)能使 R 型细菌转化成 S 型细菌 高

③S 型细菌中的某种物质(转化因 ④基因重组 DNA 对热稳定性较 第三步:

(2)①第二步:加入提取出的 S 型细菌 DNA 和 DNA 酶

将 R 型细菌分别接种到三组培养基上 只有 B 组培养基中出现 S 型细菌

②A、 组中未出现 S 型细菌; C

③完整

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【解析】 此题考查的是与证明 DNA 是遗传物质的相关实验,

属于实验评价层次。(1)通过对比可知加热杀死的 S 型细菌与 R 型 细菌混合在一起,可以产生活的 S 型细菌,说明 R 型细菌中有某 种物质能使 R 型细菌转化成 S 型细菌。(2)①第二步中要形成对比 主要体现 S 型细菌的 DNA 能发生转化,而经过 DNA 酶使 DNA 水解 而无法发生转化。②只有加入 S 型细菌的 DNA 才能发生转化成 S 型活细菌,经过 DNA 酶处理后的 S 型细菌的 DNA 经过水解失去原 有 DNA 的作用而无法发生转化。③通过对比可知只加入 R 型细菌 不会产生 S 型细菌,只有加入 S 型细菌的 DNA 能发生转化,从 S 型细菌 DNA 和 DNA 酶不能产生 S 型细菌从反面又证明使 R 型细菌 转化为 S 型细菌的物质是 DNA。

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【点评】人类对遗传物质的探索过程: (1)肺炎双球菌的转化过程 实验目的:研究 DNA 和蛋白质中谁是遗传物质。 实验原理:S 型肺炎双球菌能使人患肺炎或使小动物患败血 症;R 型肺炎双球菌对人和动物基本无影响。 (2)肺炎双球菌的体外转化实验 实验中,艾弗里等发现 DNA 的纯度越高,转化就越有效。

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(3)噬菌体侵染细菌的实验 证明了 T2 噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,DNA 才是遗传物质。 (4)烟草花叶病毒的感染和重建实验 证明了在只有 RNA 没有 DNA 的病毒中,RNA 是遗传物质。 (5)朊病毒的发现,证实在某些情况下蛋白质可以作为生物体 的遗传物质而存在。肺炎双球菌的转化实验证明 DNA 是遗传物质、 蛋白质不是遗传物质。 噬菌体侵染细菌的实验是进一步证明, 更直 接、更具有说服力。而 DNA 作为遗传物质要具备的条件是:

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①分子结构具有相对的稳定性, 但在特殊情况下又能产生可遗 传的变异; ②能自我复制,前后代保持一定的连续性; ③能指导蛋白质的合成,从而控制生物的新陈代谢和性状; ④具有存储巨大数量遗传信息的能力。

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例 2 赫尔希和蔡斯做了 T2 噬菌体侵染细菌的实验。下列有关叙 述正确的是( )

A.该实验证明了 DNA 是主要的遗传物质 B.不能用 P、 S 标记同一组 T2 噬菌体的 DNA 和蛋白质 C.T2 噬菌体在细菌中增殖时,需要利用 RNA 聚合酶、逆转录酶 等 D.用 S 标记的 T2 噬菌体侵染细菌、经离心处理,若沉淀物的 放射性较高,可能原因是培养时间过长或过短
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【解析】 B 本题考查噬菌体侵染细菌实验,属于考纲理解、 分析判断层次。该实验证明了 DNA 是遗传物质;T2 噬菌体的遗传物 质是 DNA, 不需要进行逆转录,因此不需逆转录酶。

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【点评】 T2 噬菌体是噬菌体的一个品系,属于 T 系噬菌体。 这是一类专门寄生在细菌体内的病毒,具有蝌蚪状外形,头部呈正 20 面体,外壳由蛋白质构成,头部包裹 DNA 作为遗传物质。侵染寄 主时,尾鞘收缩,头部的 DNA 即通过中空的尾部注入细胞内。进而 通过寄主体内的物质合成子代噬菌体。1952 年, 赫尔希和蔡斯等利 用 T2 噬菌体侵染实验证明了遗传物质是 DNA 而非蛋白质。见下图:

专题六 │ 要点热点探究

专题六 │ 要点热点探究
噬菌体的生理特性,是侵染寄主细胞,注入 DNA,用寄主细胞 的营养合成蛋白质, 复制 DNA, S 是蛋白质特有的而 DNA 则不含有。 所以可以用 S 标记蛋白质。同理 P 是 DNA 特有。来实现其自身的 生长和增殖。一旦离开了宿主细胞,噬菌体既不能生长,也不能复 制。被标记的物质如下:
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①标记噬菌体 培养 培养 含 35S 的培养基――→含 35S 的细菌――→蛋白质外壳含 35S 的噬 菌体
32 32 32 培养 培养 含 P 的培养基――→含 P 的细菌――→内部 DNA 含 P 的噬菌

体 ②噬菌体侵染细菌 含 35S 的噬菌体侵染细菌细菌体内没有放射性 35S ――→ 含 P 的噬菌体侵染细菌细菌体内有放射线 P ――→
32 32

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? 探究点二 DNA分子的结构和复制及碱基计算的一般规律

1.同位素示踪DNA分子复制若干代结果分析表

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例 3 已知某 DNA 分子中,G 与 C 之和占全部碱基总数的 35.8%,其中一条链的 T 与 C 分别占该链碱基总数的 32.9%和 17.1%。则在它的互补链中,T 和 C 分别占该链碱基总数的 ( ) A. 32.9%,17.1% C. 18.7%,31.3% B. 31.3%,18.7% D. 17.1%,32.9%

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【解析】 B 考查 DNA 结构相关计算, 属考纲分析推理层次。 由 “G 与 C 之和占全部碱基总数的 35.8%”可知该 DNA 中 G=C=17.9%; A=T=32.1%。一条链中 T 占该链 32.9%,则该链中 T 占整个 DNA 比 例为 16.45%,则另一条链中的 T 占整个 DNA 的 32.1%-16.45%= 15.65%,则另一条链中 T 占 31.3%,同样方法可推出另一条链中 C 占 18.7%。

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【点评】双链 DNA 碱基的计算问题要注意的是规律:嘌 呤和嘧啶的总数要相等;鸟嘌呤和胞嘧啶相等;腺嘌呤和胸 腺嘧啶相等。对于碱基计算的这类题目,关键是抓住几个基 础的关系。 只要能掌握三个关系式, 灵活运用这三个关系式, 就可解决一般的碱基计算的题目。这三个关系式分别是:

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1.如果把 DNA 的两条链分别定为Ⅰ链和Ⅱ链的话,那么根据碱 基互补配对原则,Ⅰ链上的腺嘌呤(A)一定等于Ⅱ链上的胸腺嘧啶 (T),Ⅰ链上的鸟嘌呤(G)一定等于Ⅱ链上的胞嘧啶(C),反之亦然。 可简写为:AⅠ=TⅡ,TⅠ=AⅡ,CⅠ=GⅡ,GⅠ=CⅡ。 2.根据 AⅠ=TⅡ,TⅠ=AⅡ,CⅠ=GⅡ,GⅠ=CⅡ,对于整个 DNA 分 子来说,A 的总量等于 T 的总量,C 的总量等于 G 的总量。可简写为 A 总=T 总,G 总=C 总。

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3. DNA 的Ⅰ链中 A+T 的量占Ⅰ链碱基总量的 a%, AⅠ=TⅡ、 若 由 TⅠ=AⅡ及Ⅰ链的碱基总量等于Ⅱ链的总量,可得在 DNA 的Ⅱ链中 A +T 的量也占Ⅱ链碱基总量的 a%。同理,可得 mRNA 中的 A+U 的量 占 mRNA 碱基总量的 a%。对于整个 DNA 分子来说,A 总+T 总=AⅠ+AⅡ +TⅡ+TⅠ=2(AⅠ+TⅠ), 整个 DNA 分子的碱基总量等于 2 倍Ⅰ链碱基 总量,所以 A 总+T 总的量占整个 DNA 分子碱基总量的 a%。可简写为: 若(AⅠ+TⅠ)/Ⅰ总=a%, 则(AⅡ+TⅡ)/Ⅱ总=a%, 总+T 总 )/DNA 总=a%, (A (A+U)/mRNA=a%。C+G 同样有此关系:若(CⅠ+GⅠ)/Ⅰ总=b%,则 (CⅡ+GⅡ)/Ⅱ总=b%,(C 总+G 总 )/DNA 总=b%,(C+G)/mRNA=b%。

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例 4 蚕豆根尖细胞在含 H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养 基中完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中 继续分裂至中期,其染色体的放射性标记分布情况是( A.每条染色体的两条单体都被标记 B.每条染色体中都只有一条单体被标记 C.只有半数的染色体中一条单体被标记 D.每条染色体的两条单体都不被标记 )
3

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【解析】 B 考查 DNA 复制与放射性同位素标记法的综合。由于 DNA 分子的复制方式为半保留复制,在有放射性标记的培养基中一 个细胞周期后,每个 DNA 分子中有一条链含放射性。继续在无放射 性的培养基中培养时,由于 DNA 的半保留复制,所以 DNA 分子一半 含放射性,一半不含放射性,每个染色单体含一个 DNA 分子,所以 一半的染色单体含放射性。

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【点评】 本题是一道经典实验题,即用含 H 标记物的培养基处 理蚕豆根尖细胞来观察 DNA 半保留复制。本题只在含 3H 的培养中培 养一代, 完成一次分裂后形成的每条染色体上的一个 DNA 分子两条链 中一条有放射性一条没有放射性; 再在不含放射性的培养茎中分裂至 中期每条染色体上都有放射性, 而每条染色体上的两条染色单体一条 有放射性一条没有放射性。

3

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例 5 科学家以大肠杆菌为实验对象,运用同位素示踪技 术及密度梯度离心方法进行了 DNA 复制方式的探索实验,实 验内容及结果见下表。

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请分析并回答: (1)要得到 DNA 中的 N 全部被放射性标记的大肠杆菌 B,必须经 过______________代培养,且培养液中的______________是唯一氮 源。 (2)综合分析本实验的 DNA 离心结果, 第________组结果对得到 结论起到了关键作用,但需把它与第________组和第________组的 结果进行比较,才能说明 DNA 分子的复制方式是______________。

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(3)分析讨论: ①若子Ⅰ代 DNA 的离心结果为“轻”和“重”两条密度带, 则“重 带”DNA 来自于____________代,据此可判断 DNA 分子的复制方式不是 ________________复制。 ②若将子Ⅰ代 DNA 双链分开后再离心,其结果______________(选 填“能”或“不能”)判断 DNA 的复制方式。 ③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养,子 n 代 DNA 离心的结果是: 密 度 带 的 数 量 和 位 置 ______________ , 放 射 性 强 度 发 生 变 化 的 是 ______________带。 ④若某次实验的结果中, 子Ⅰ代 DNA 的“中带”比以往实验结果的 “中带”略宽,可能的原因是新合成 DNA 单链中的 N 尚有少部分为 ________________。

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【答案】(1)多 (3)①B 半保留

15

N 或 NH4Cl ②不能

15

(2)3

1

2 轻

半保留复制 ④ N
15

③没有变化

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【解析】 本题考查以大肠杆菌为实验材料,运用同位素示踪技术,来证 实 DNA 复制是半保留复制的经典实验。 (1) 要得到 DNA 中的 N 全部被放射性标 记的大肠杆菌 B,即 2 组的结果,所以应培养多代,唯一氮源为 NH4Cl。(2) 第 3 组实验最为重要,因为 B 为 N/ N,B 的子一代为 N/ N,这就说明复制 为半保留复制。但中带只有与轻带和重带进行比较才能得出。所以它要与第 1 组和第 2 组进行比较。 这样才能说明 DNA 分子的复制方式为半保留复制。 (3)① 若子Ⅰ代 DNA 的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,说明不是半保留复 制, 而是全保留复制。 重带是原来的 B。 ②若把 DNA 双链分开, 就无法得知 DNA 的复制方式了。③当对子二代的 14N/14N、15N/14N 进行培养 n 代后,离心还是得 两个密度带,位置和原来相同,密度带的数量和位置没有变化。④当新合成 DNA 单链中的 N 含有少量 15N 时,条带会比正常情况下宽一些。
15 15 15 14 15

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【点评】以经典实验为背景,这是命题者出题时经常考虑的问题。本题模 仿科学家的经典实验——以大肠杆菌为实验材料, 运用同位素示踪技术, 来证 实 DNA 复制是半保留复制。Waston 和 Click 在提出 DNA 双螺旋结构模型时曾 就 DNA 复制过程进行过研究,他们推测,DNA 在复制过程中碱基间的氢键首先 断裂,双螺旋解旋分开,每条链分别作模板合成新链,每个子代 DNA 的一条链 来自亲代,另一条则是新合成的,故称之为半保留式复制。1958 年 Meselson 和 Stahl 进行了实验证明了 DNA 分子是以半保留方式进行自我复制。 首先让大 15 肠杆菌在以 NH4Cl 为唯一氮源的培养基中连续培养 12 代, 使所有的 DNA 分子 15 都被标记上 15N。 N-DNA 的密度比普通 14N-DNA 的大, 在氯化铯密度梯度离心 时,这两种 DNA 形成位置不同的区带。如果将有 15N 标记的大肠杆菌转移到普 通的培养基(含 14N 的氮源)中培养,经过一代之后,所有 DNA 的密度都介于 15N -DNA 和 14N-DNA 之间,即形成 15N-14N 杂合分子。两代后,14N 分子和 15N-14N 14 15 14 杂合分子等量出现。若再继续培养,可以看到 N-DNA 增多,当把 N- N 杂 合分子加热变性时,它们只形成含 15N 的重链 DNA 与只含 14N 的轻链 DNA(即单 15 14 链无 N- N 杂合)。

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? 探究点三 基因、DNA、性状和染色体相互之间的关系

1.有关基因的特点、功能和位置 (1)基因有三个特点:①是能严格地复制自己,以保 持生物的基本特征;②是基因能够“突变”,突变绝大 多数会导致疾病,另外的一小部分是非致病突变。非致 病突变给自然选择带来了原始材料,使生物可以在自然 选择中被选择出最适合自然的个体。 ③基因决定性状。 某一区段的核苷酸顺序互补地决定mRNA的核苷酸顺序, 进而专一地决定蛋白质的氨基酸顺序。所以某一基因存 在时,决定某种酶或其他蛋白质的合成,通过生理生化 过程,出现某一性状。

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(2)基因的功能:①通过复制传递遗传信息;②通过控制 蛋白质的合成表达遗传信息。 (3)基因在染色体上都有其特定的位置。在自然群体中往 往有一种占多数的(因此常被视为正常的)等位基因,称为野 生型基因;同一位置上的其他等位基因一般都直接或间接地 由野生型基因通过突变产生,相对于野生型基因,称它们为 突变型基因。

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2.染色体、DNA、基因的关系 (1)染色体与DNA的关系。染色体主要是由DNA分子和蛋白 质组成, DNA是绝大多数生物的遗传物质,主要分布在细胞 核中的染色体上,少量分布在细胞质中的线粒体、叶绿体中, 所以染色体是遗传物质DNA的主要载体。 (2)基因与DNA的关系。基因是控制生物性状的遗传物质 的结构单位和功能单位,生物的遗传物质是DNA,因此基因的 化学本质是DNA;生物的性状是多种多样的,决定性状的基因 也是种类繁多的。事实上,每个DNA分子可划分成许多片段, 具有遗传效应的DNA片段就是基因,没有遗传效应的DNA片段, 称为基因间区。

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(3)染色体与基因的关系。 ①染色体是遗传物质DNA的载体,基因是具有遗传效应的 DNA片段,所以染色体是基因的载体,基因位于染色体上,并 呈线性排列。 ②染色体行为与基因行为的平行关系 (ⅰ)基因在杂交过程中保持完整性和独立性。染色体在 配子形成和受精过程中,也有相对稳定的形态结构。 (ⅱ)在体细胞中基因成对存在,染色体也是成对的。在 配子中成对的基因只有一个,同样,成对的染色体也只有一 条。 (ⅲ)体细胞中成对的基因一个来自父方,一个来自母方。 同源染色体也是如此。 (ⅳ)非等位基因在形成配子时自由组合,非同源染色体 在减数第一次分裂后期也是自由组合的。

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③染色体组与基因组:对二倍体生物而言,生殖细胞中 的全部染色体叫一个染色体组,这套染色体的形态、大小都 不相同,是一套非同源染色体。位于这个染色体组上的全部 基因,就叫一个基因组,这些基因是一套非等位基因,它包 含有控制这个生物性状发育所需的一套遗传信息,即基因组 是形成并维持一个生物体所必需的全部基因的总和。人类由 于具有X染色体和Y染色体这两种不同的染色体,因此通常所 讲的人类基因组是包括X染色体和Y染色体及22条常染色体在 内的共24条染色体的DNA中全部的基因。

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例 6 果蝇是研究遗传学问题的良好材料,请回答: (1)果蝇体细胞中有 4 对染色体,对其基因组进行研究 应测序________条染色体。在精子的形成过程中,当染色体 第二次移向细胞两极时,细胞中有________个着丝点。 (2)红眼(A)、正常刚毛(B)和灰身(D)的果蝇经过人工诱 变可以产生基因突变的个体。下图表示该突变个体的 X 染色 体和常染色体及其上的相关基因。

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①人工诱变的物理方法有__________________(至少写出 2 种)。 ②若只研究眼色,白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交,F1 果蝇表现 型是________________。 ③基因型为 ddXbXb 和 DDXBY 的果蝇杂交得 F1,求 F1 代的基因型、 表现型及其比例。 请以遗传图解简要说明。 (3)摩尔根通过果蝇杂交实验证明了基因和染色体的关系,即 ____________________。

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【答案】 (1)5

8

(2)①各种射线辐射, 高热、 低温、 超声波或次声波等(酌 情给分) ②红眼雌果蝇和白眼雄果蝇(只写 1 个且对给 1 分) ③P:黑身、异常刚毛雌果蝇 灰身、正常刚毛雄果蝇

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P、配子、F1、×箭头均标明清楚(1 分);亲本、配子、 F1 的基因型写对(1~2 个 1 分、全对 2 分),亲本、配子、F1 的表现型写对(1~2 个 1 分、全对 2 分);F1 的比例(1 分) (3)基因在染色体上,呈线性排列

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【解析】 (1)果蝇是雌雄异体的动物,对其基因组进行 研究应测序 5 条染色体;在精子的形成过程中,当染色体第 二次(减Ⅱ)移向细胞两极时, 由于细胞中姐妹染色单体分开, 共有 8 个着丝点。 (2)①诱发基因突变的物理因素包括各种射线(如 X 射 线、γ 射线、紫外线、激光等)、高热、低温、超声波或次 声波等。

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②若只研究眼色,白眼雌果蝇 X X 与红眼雄果蝇 X Y 杂 交,F1 果蝇表现型是红眼雌果蝇和白眼雄果蝇。 ③基因型为 ddXbXb 和 DDXBY 的果蝇杂交得 F1,求 F1 代的 基因型、表现型及其比例可画出遗传图解,见答案。 (3)摩尔根通过果蝇杂交实验证明了基因位于染色体上, 基因在染色上呈线性排列;此题注意不能与萨顿的推论:基 因和染色体行为存在着明显的平等关系混淆。

b

b

B

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【点评】 平行也就是一致的意思,基因实际就是 DNA 中有遗传 效应的片段。基因在染色体上,伴随染色体的运动而运动,它的行 为当然跟染色体的一致。其实严格的说,基因不全在染色体上,细 胞质里的叶绿体、线粒体、质粒里都有基因,只是含量相对较少, 有时没有考虑。基因发生突变而染色体没有发生变化不能说明两者 行为变化的一致性。

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? 探究点四 遗传信息的传递与表达以及中心法则

1.发生过程:DNA→DNA、DNA→RNA、RNA→蛋白质 过程发生在细胞生物(真核生物、原核生物)中和以DNA为 遗传物质的病毒的增殖过程中,RNA→RNA、RNA→DNA只 发生在以RNA为遗传物质的病毒的增殖过程中,且逆转录 过程必须有逆转录酶的参与。 2.DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA复制的比较

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3.中心法则的意义 (1)遗传信息的传递的一般规律:

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(2)意义: ①中心法则是对遗传物质作用原理的高度概括。 ②中心法则是对 DNA 的两大基本功能的高度概括。体现 了遗传信息的传递功能,和遗传信息的表达功能。 ③中心法则是对遗传物质与性状关系的高度概括。基因 通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状。

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例 7 甲、乙表示真核细胞内基因表达的两个主要步骤, 请回答(括号中填编号,横线上填文字):

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(1) 图 甲 进 行 的 主 要 场 所 是 ________ , 所 需 要 的 原 料 是 ________。图乙所示过程称为________,完成此过程的细胞器是 [ ]________。 (2)图乙中⑥的名称是________,若其上的三个碱基为 UGU,则 在⑦上与之对应的三个碱基序列是________。 (3)已知某基因片段碱基排列如下图。 由它控制合成的多肽中含 有“—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—赖氨酸—”的氨基酸序列(脯氨 酸的密码子是:CCU、CCC、CCA、CCG;谷氨酸的是 GAA、GAG;赖氨 酸的是 AAA、AAG;甘氨酸的是 GGU、GGC、GGA、GGG)。

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①翻译上述多肽的 mRNA 是由该基因的________链转录的 (以图中①或②表示)。 ②若该基因片段指导合成的多肽的氨基酸排列顺序变成了 “—脯氨酸—谷氨酸—甘氨酸—赖氨酸—”。则该基因片段模 板链上的一个碱基发生的变化是:________。

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【答案】 (1)细胞核 翻译 T→C ⑧核糖体

核糖核苷酸(答“核苷酸”不给分) ACA (3)②

(2) 转 运 RNA( 或 tRNA)

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【解析】 本题考查基因的转录与翻译,属理解分析层次的考 查。(1)真核细胞的 DNA 主要位于细胞核中,转录大多在细胞核中 进行,原料是四种核糖核苷酸,翻译是在细胞质中的核糖体上进 行。(2)转运氨基酸的结构是 tRNA,其上有三个碱基(反密码子) 与⑦(mRNA)上的密码子互补,故对应的三个碱基序列是 ACA。(3) 几个脯氨酸密码子的第一个碱基都是 C, 故其模板链上相应的碱基 应为 G,翻译多肽的 mRNA 就是由该基因的②链转录而来。由题可 知,第 3 个氨基酸由谷氨酸变成为甘氨酸,其他氨基酸不变,比 较谷氨酸和甘氨酸的密码子,只有一个碱基发生改变的是 GAG→GGG,其模板链中 T 变成了 C。

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【点评】 1.转录是遗传信息由 DNA 转换到 RNA 的过程。 作为蛋白质生物合成的第一步,转录是 mRNA 以及非编码 RNA(tRNA、rRNA 等)的合成步骤。转录是通过碱基互补的原 则来生成一条带有互补碱基的 mRNA,通过它携有的密码子到 核糖体中可以实现蛋白质的合成。转录是中心法则和碱基互 补配对原则的体现,如图 2.密码子反密码子遗传信息的区别

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存在位 置 遗传信 息 密码子 反密码 子 DNA mRNA





生理作用 直接决定mRNA中碱基 排列顺序,间接决定 氨基酸的排列顺序

脱氧核苷酸(碱基对) 的排列顺序

tRNA

直接决定氨基酸的排 mRNA上3个相邻的碱基 列顺序 与密码子互补的三个 识别密码子 碱基

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3.联系 (1)遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,通过转录,使遗 传信息传递到 mRNA 的核糖核苷酸的排列顺序上。 (2)mRNA 的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序, 反 密码子则起到翻译的作用。

专题六 │ 教师备用习题
教师备用习题
备选理由:考查遗传的物质基础等有关问题,与例 1 拓展使 用。 1.下列关于遗传的物质基础的叙述,正确的是( ) A.一般情况下,同一生物个体的不同细胞 DNA 分子数均相 同 B.具有 A 个碱基对、m 个腺嘌呤的 DNA 分子片段,完成 n 次复制共需要(A-m)2n 个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 C.在一个细胞的分化过程中,核 DNA 的数量会发生变化 D.含 2 对同源染色体的精原细胞(DNA 均被 15N 标记),在供 给 14N 标记胸腺嘧啶的环境中进行减数分裂, 产生的 4 个精子中, 含 14N 的精子所占的比例为 50%

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【解析】 B 此题考查的是遗传物质的相关知识,属于考 纲综合运用层次。 同一生物个体的不同细胞 DNA 分子数会有 所不同;分化过程中,核 DNA 的数量不会发生变化;产生的 4 个精子中,含 N 的精子所占的比例为 100%。
14

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备选理由:考查的是中心法则的相关知识,与例 7 补充使用。 2.据下图所示的过程,有关说法错误的是( )

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A.正常情况下,③、④在动植物细胞中都不可能发生 B.①、③过程的产物相同,催化的酶也相同 C.逆转录病毒在宿主细胞内能够发生的过程有①②③⑤ D.①、②、⑤所需的原料分别为脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨 基酸

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【解析】 B 此题考查的是中心法则的相关知识,属于 考纲理解层次。正常情况下动植物细胞中可以发生①、②、 ⑤过程;③是逆转录产物即 DNA,需要逆转录酶,①是 DNA 自我复制形成 DNA 需要 DNA 聚合酶;逆转录病毒(HIV)在宿 主细胞内能够发生的过程有①②③⑤;①是 DNA 自我复制, 原料脱氧核苷酸,②转录原料是核糖核苷酸,⑤翻译原料是 氨基酸。

专题七

遗传的基本规律及应用

专题七

遗传的基本规律及应用

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要点热点探究 ? 探究点一 孟德尔遗传实验的科学方法及规律

1.验证基因分离定律与自由组合规律的方法

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验证基因分离 定律的方法 验证自由组合 规律的方法 F1?→四种表现 型,比例 F1?→显∶隐= 3∶1即可证明 9∶3∶3∶1证 明符合 F1×双隐性→四 F1×隐性→显∶ 种表现型,比 隐=1∶1即可 例1∶1∶1∶1 证明 证明符合

自交法

测交法

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特别提示:验证基因分离定律还有花粉鉴定法:非糯性 与糯性水稻的花粉遇碘呈现不同颜色。杂合子非糯性水稻 的花粉是减数分裂的产物,遇碘液呈现两种不同的颜色, 且比例为1∶1,从而直接证明了杂合子非糯性水稻产生的 花粉为两种:一种含显性遗传因子,一种含隐性遗传因子, 且数量均等。

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2.基因分离定律与自由组合定律的关系

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3.减数分裂与遗传基本规律间的关系 对于真核生物而言,减数分裂是遗传基本规律的基础, 基因的分离定律、基因的自由组合定律都是减数分裂过程 中,随着染色体的规律性变化,染色体上的基因亦随之进 行规律变化的结果。

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在减数分裂第一次分裂过程中,联会的同源染色体的非 姐妹染色单体之间对应片段的部分发生的交叉互换,结果 会使每条染色体上都会有对方的染色体片段,这是基因互 换的基础,后期,当同源染色体被纺锤体丝牵引移向两极 时,位于同源染色体上的等位基因,也随着同源染色体分 开而分离,分别进入到不同的子细胞,这是基因分离定律 的基础,在等位基因分离的同时非同源染色体上的非等位 基因随着非同源染色体的组合而自由组合,这是自由组合 定律的基础。

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4.自由交配与自交的区别 自由交配:各种基因型之间均可交配,子代情况应将 各自自由交配后代的全部结果一并统计。自由交配的后代 情况多用基因频率的方法计算。自交:同种基因型之间交 配,子代情况只需统计各自结果。

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例 1 果蝇体表硬而长的毛称为刚毛,由一对核基因(A、a) 控制。在一个自然繁殖多代的直刚毛果蝇种群中,偶然出现了 一只罕见的卷刚毛雄果蝇。于是,有人将该卷刚毛雄果蝇与直 刚毛雌果蝇杂交,得到 F1 代。然后,他采用假说演绎法对此进 行了如下探究: (1)假设 F1 代雌雄果蝇全为直刚毛, F1 代雌雄果蝇自由交 让 配得到 F2 代。 ①若 F2 代雌雄果蝇仍然全为直刚毛,则说明卷刚毛的出现 属于________变异。 ②若 F2 代果蝇中出现了一定比例的卷刚毛,这种遗传现象 称为________。 ③若 F2 代的表现型及比例为______________,则说明这只 罕见的卷刚毛雄果蝇的基因型很可能为 XaY。

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(2)假设 F1 代果蝇的刚毛有直刚毛和卷刚毛两种, F1 代直 让 刚毛果蝇与卷刚毛果蝇杂交得到 F2 代。 ④根据 F1 代果蝇的表现型,可以判定________刚毛为显性 性状。 ⑤若 F2 代果蝇的表现型及比例为________________,则说 明卷刚毛是由亲代生殖细胞中常染色体上的基因发生突变导 致。 ⑥后来,他经过进一步思考,发现上面第⑤小题的推导还 不够严密,其原因是在 F2 代果蝇出现了上述表现型及比例的情 况下,卷刚毛还可能是由亲代生殖细胞中________导致。 ⑦另外,他认为这只罕见卷刚毛雄果蝇的基因型也可能是 XaYA,那么若 F2 代雌雄果蝇的表现型情况为______________,则 证明此假说成立。

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【答案】 (1)①不遗传

②性状分离

③直刚毛雌果蝇∶直刚

毛雄果蝇∶卷刚毛雄果蝇=2∶1∶1 (2)④卷 ⑤雌雄果蝇卷刚毛∶直刚毛均为 1∶1 ⑥X 染色体

上的基因发生(显性)突变 毛

⑦雌果蝇全为直刚毛,雄果蝇全为卷刚

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【解析】 本题考查遗传学的假说演绎法,属于考纲分析推理层 次。 (1)假设 F1 代雌雄果蝇全为直刚毛, F1 代雌雄果蝇自由交配得 让 到 F2 代。 ①若 F2 代雌雄果蝇仍然全为直刚毛,则说明卷刚毛的出现是环 境影响的结果,果蝇遗传物质并没有改变,这属于不遗传的变异。 ②若 F2 代果蝇中出现了一定比例的卷刚毛,F1 代雌雄果蝇全为直刚 毛,则出现卷刚毛的遗传现象称为性状分离。③若这只罕见的卷刚 毛雄果蝇的基因型为 XaY,则亲代为 XaY×XAXA,F1 为 XAXa、XAY,F1 自 由交配后 F2 代的表现型及比例为直刚毛雌果蝇∶直刚毛雄果蝇∶卷 刚毛雄果蝇=2∶1∶1。

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(2)④假设偶然出现的这只罕见的卷刚毛雄果蝇为隐性性状, 则 其与直刚毛杂交后 F1 应全为直刚毛,因此根据 F1 代果蝇的表现型, 可以判定卷刚毛为显性性状。 ⑤如果是常染色体上的基因发生突变, 则亲代为 Aa、aa,F1 为 Aa、aa,F2 为 Aa∶aa=1∶1。⑥如果 X 染色 体上发生显性突变,则亲代为 X Y、X X ,F1 为 X Y、X X ,F2 为 X Y、 XaY、XAXa、XaXa,表现型也会出现雌雄果蝇卷刚毛∶直刚毛=1∶1。 ⑦如果这只罕见卷刚毛雄果蝇的基因型是 XaYA,则亲代为 XaYA、XaXa, F1 为 XaYA 、XaXa,F2 为 XaYA 、XaXa,即雌果蝇全为直刚毛,雄果蝇全 为卷刚毛。
A a a a A a A

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【点评】在观察和分析基础上提出问题以后,通过推理和想像 提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演 绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确 的,反之,则说明假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种 科学方法,叫做假说-演绎法。假说-演绎法应用举例: 如孟德尔 的豌豆杂交实验。 世纪中期, 19 孟德尔用豌豆做了大量的杂交实验, 在对实验结果进行观察、记载和进行数学统计分析的过程中,发现 杂种后代中出现一定比例的性状分离,两对及两对以上相对性状杂 交实验中子二代出现不同性状自由组合现象。他通过严谨的推理和 大胆的想象而提出假说,并对性状分离现象和不同性状自由组合现 象作出尝试性解释。

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然后他巧妙地设计了测交实验用以检验假说,测交实验不可能 直接验证假说本身,而是验证由假说演绎出的推论,即:如果遗传 因子决定生物性状的假说是成立的,那么,根据假说可以对测交实 验结果进行理论推导和预测;然后,将实验获得的数据与理论推导 值进行比较,如果二者一致证明假说是正确的,如果不一致则证明 假说是错误的。当然,对假说的实践检验过程是很复杂的,不能单 靠一两个实验来说明问题。事实上,孟德尔做的很多实验都得到了 相似的结果,后来又有数位科学家做了许多与孟德尔实验相似的观 察,大量的实验都验证了孟德尔假说的真实性之后,孟德尔假说最 终发展为遗传学的经典理论。我们知道,演绎推理是科学论证的一 种重要推理形式,测交实验值与理论推导值的一致性为什么就能证 明假说是正确的呢?原来,测交后代的表现型及其比例真实地反映 出子一代产生的配子种类及其比例,根据子一代的配子型必然地可 以推导其遗传组成,揭示这个奥秘为演绎推理的论证过程起到画龙 点睛的作用, 不揭示这个奥秘则难以理解“假说—演绎法” 的科学 性和严谨性,对演绎推理得出的结论仍停留在知其然的状况。

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例 2 [2010·全国卷] 某种自花受粉植物的花色分为白色、 红色和紫色。现有 4 个纯合品种:1 个紫色(紫)、1 个红色(红)、 2 个白色(白甲和白乙)。用这 4 个品种做杂交实验,结果如下: 实验 1:紫×红,F1 表现为紫,F2 表现为 3 紫∶1 红; 实验 2:红×白甲,F1 表现为紫,F2 表现为 9 紫∶3 红∶4 白; 实验 3:白甲×白乙,F1 表现为白,F2 表现为白; 实验 4:白乙×紫,F1 表现为紫,F2 表现为 9 紫∶3 红∶4 白。

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上述实验结果,请回答: (1) 上 述 花 色 遗 传 所 遵 循 的 遗 传 定 律 是 __________________________。 (2)写出实验 1(紫×红)的遗传图解(若花色由一对等位基因 控制,用 A、a 表示,若由两对等位基因控制,用 A、a 和 B、b 表 示,以此类推)。遗传图解为 (3)为了验证花色遗传的特点,可将实验 2(红×白甲)得到的 F2 植株自交,单收获 F2 中紫花植株所结的种子,每株的所有种子 单独种植在一起可得到一个株系,观察多个这样的株系,则理论 上,在所有株系中有 4/9 的株系 F3 花色的表现型及其数量比为 ____________________________。

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【答案】 (1)自由组合定律 (2)

(3)9紫∶3红∶4白

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【解析】 纯合品种有四种,因此这是两对相对基因控制的性 状,因此应该遵循基因的自由组合定律。熟练掌握孟德尔的基因自 由组合定律的内容,写出该遗传图解并计算。

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【点评】 两对或多对位于非同源染色体上的非等位基因遵循自 由组合规律。 但是要研究的相对性状首先必须要在同一个体上同步 表达,也就是能够同时观察到各对相对性状;其次是符合一定的分 离比,必须获得足够数量的子代个体,个体数量太少,就会出现较 大误差,第三就是必须无雌雄配子或基因致死问题,无非等位基因 的相互作用,否则其比例就不会遵循一般的比例关系。

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【高考命题者说】 本题考查考生对自由组合定律的理解能力 和实际应用能力 ,同时考查考生从题目中获取信息的能力、逻辑 推理能力和综合分析能力。 本题的难点有 3 个。第一个难点是纯合品种的性状表现相同, 但基因型不同。第二个难点是一种性状受不止一对等位基因的影 响;并且不同性状的亲本杂交,后代表现型及分离比完全相同。第 三个难点是如何通过 F2 个体自交后代的表现来验证花色的遗传, 即 如何理解株系的概念并应用其进行遗传分析。

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本题的解题思路是:在充分理解自由组合定律的基础上,认真 读题,根据题干所给的条件和杂交实验结果,结合所学的有关遗传 定律的知识,进行逻辑推理和综合分析,以便得到正确的答案。(引 自教育部考试中心,2011 课程标准实验版《高考理科试题分析第 172 页》)

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例 3 图 3-7-1 甲表示某家族中一些个体细胞分裂时两对同 源染色体(其中一对为性染色体)形态及遗传性肾炎基因在染色 体上的位置。图 3-7-1 乙为该家族遗传性肾炎(显性基因 A, 隐性基因 a)和苯丙酮尿症(显性基因 B, 隐性基因 b)遗传系谱图。 试分析回答:

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图3-7-1

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(1)图甲中 B 所示细胞中含染色体组数为__________,C 所示 细胞中染色体数和 DNA 分子数之比为________________________。 (2) 图 甲 所 示 细 胞 可 能 在 图 乙 中 Ⅰ1 体 内 存 在 的 是 ______________________。 (3)图乙中Ⅱ1 的基因型为______________________,个体 W 只患一种病的概率是________________;若已知个体 W 为苯丙酮 尿 症 女 孩 , 则 Ⅱ2 和 Ⅱ3 再 生 一 个 正 常 男 孩 的 概 率 为 ______________。

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【答案】(1)4 (2)A、C (3)bbXAY 1/2

1∶2

3/16

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【解析】 (1)图甲中 B 为有丝分裂后期,细胞中 4 对同源染色 体,一极中两条大的为一对,两条小的为一对;图 C 细胞为减数第 一次分裂后期,此时每条染色体上都含两条染色单体,含两个 DNA 分子,故染色体数和 DNA 分子数之比为 1∶2。 (2)图乙中Ⅰ1 为男性,含有一对形态不同的性染色体,而图 B 中为两个相同的 X 染色体,不可能为男性。

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(3)考虑遗传性肾炎, Ⅱ1 为男性且表现正常, 则基因型为 X Y, 考虑苯丙酮尿症Ⅱ1 为患者,则基因型为 bb,综合一下基因型为 bbX Y。只考虑遗传性肾炎,Ⅱ2 和Ⅱ3 后代患病概率为 1/2,正常概 率为 1/2,只考虑苯丙酮尿症,Ⅱ2 和Ⅱ3 后代患病概率为 1/6,正 常概率为 5/6, 则只患一种病的概率计算式为 1/2×5/6+1/2×1/6 =1/2;若已知个体 W 为苯丙酮尿症女孩,则Ⅱ2 的苯丙酮尿症基因 型确定为 Bb,则Ⅱ2 和Ⅱ3 后代患苯丙酮尿症的概率为 1/4,正常概 率 为 3/4 , 则 Ⅱ2 和 Ⅱ3 再 生 一 个 正 常 男 孩 的 概 率 的 计 算 式 为 1/2×3/4×1/2=3/16。
A A

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【点评】减数分裂与二大遗传规律的关系:减数分裂是二大遗 传定律的基础。 基因的分离定律指的是减数分裂过程中,等位基因随着同源染 色体的分离而分离。 基因的自由组合定律指的是在减数分裂的过程中,位于非同源 染色体上的非等位基因自由组合。

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? 探究点二 应用遗传的基本规律解题的常见思路

1.自由组合遗传题快速解法 方法一:分离定律法①将自由组合定律分解成分离定律;②根 据亲本的基因型或表现型推出子代基因型概率或表现型概率(或根 据子代的表现型比或基因型比推出亲本的表现型或基因型);③得 出最后结果。 方法二:基因式法①根据亲本和子代的表现型写出亲本和子代 的基因式,如基因式可表示为 A__B__,A__bb;②根据基因式推出 基因型(此方法只适用于亲本和子代表现型已知且显隐关系已知 时)。

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方法三:配子法(遗传分离比或性状分离比例法)①因为子代的 表现型比之和就是子代的组合数,所以根据子代的组合数可推出亲 本产生的可能的配子种数;②根据亲本可能的配子数可推出亲本可 能的基因型。再根据亲本相关信息最后确定亲本的基因型或表现 型。 特别提示:最好使用方法一。

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2. 不论正推还是逆推都要注意以下引起遗传分离比发生变化的情 况。 (1)非等位基因间的相互作用导致遗传分离比发生变化 例:A 基因的存在抑制 B 基因的表达;A 基因和 B 基因同时控制某 一性状的表达等等,都能导致遗传分离比发生变化。 (2)某些致死基因导致遗传分离比发生变化 例:①隐性致死:只有在纯合体中才能表达的致死,即 aa。 ②显性致死:在杂合体中一个等位基因即可导致的致死,即 Aa。 ③配子致死:指致死基因在配子时期发生作用,从而不能形成有 生活力的配子的现象。 ④合子致死:指致死基因在胚胎时期或成体阶段发生作用,从而 不能形成活的幼体或个体夭折的现象。

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例 4 已知番茄植株有茸毛(A)对无茸毛(a)是显性,红果 (B)对黄果(b)是显性。有茸毛番茄植株表面密生茸毛,具有 显著的避蚜效果,且能减轻黄瓜花叶病毒的感染,在生产上 具有重要应用价值,但该性状显性纯合时植株不能存活。假 设番茄的这两对相对性状独立遗传,请回答下列问题: (1)欲验证这两对等位基因符合自由组合定律, 可采用下 列哪些组合____________。 ①AaBb×AaBb ④AABB×aabb ② AAbb×aaBb ③ AaBb×aabb

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(2)以有茸毛杂合红果番茄为亲本进行自交,其后代植株表 现型及比例为________。 (3)甲番茄植株×乙番茄植株→有茸毛红果∶有茸毛黄果∶ 无茸毛红果∶无茸毛黄果=2∶2∶1∶1, 则亲本甲、 乙的基因型 分别是________、________。 (4)现以有茸毛纯合红果与无茸毛黄果番茄为亲本,以获取 有茸毛黄果番茄植株 (Aabb)。请你设计一个简要育种方案。

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【答案】 (1)①③ (2)有茸毛红果∶有茸毛黄果∶无茸毛红果∶无茸毛黄 果=6∶2∶3∶1 (3)AaBb Aabb(先后顺序不作要求)

(4)方案一: ①有茸毛纯合红果(AaBB)与无茸毛黄果番茄 (aabb)杂交,收获其种子 F1; ②播种 F1,性成熟时选择有茸毛植株与无茸毛黄果番茄 (aabb)杂交,收获其种子 F2; ③播种 F2,选择有茸毛黄果植株即为 Aabb

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方案二:①有茸毛纯合红果(AaBB)与无茸毛黄果番茄 (aabb)杂交,收获其种子 F1; ②播种 F1,性成熟时选择有茸毛植株自交,收获其种子 F2; ③播种 F2,选择有茸毛黄果植株即为 Aabb

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【解析】 (1)可采用通过自交或测交的方法验证这两对等位基因 是否符合基因的自由组合定律。(2)有茸毛(A)对无茸毛(a)是显性, 该性状显性纯合时植株不能存活, 故有茸毛杂合红果番茄的基因型为 AaBb, 其遗传符合基因的自由组合定律, 后代中纯合有茸毛个体不存 活, 因而自交后代表现型有茸毛红果(AaB——)∶有茸毛黄果(Aabb)∶ 无 茸 毛 红 果 (aaB——)∶ 无 茸 毛 黄 果 (aabb) = 1/2×3/4∶1/2×1/4∶1/4×3/4∶1/4×1/4=6∶2∶3∶1。(3)甲番 茄植株和乙番茄植株杂交后代中有茸毛∶无茸毛=2∶1、 红果∶黄果 =1∶1,所以可确定亲本甲、乙的基因型分别是 AaBb、Aabb。(4)有 茸毛纯合红果与无茸毛黄果番茄的基因型分别是 AaBB、aabb,可采 用二者杂交之后再测交或自交获得 Aabb 植株。

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【点评】遗传中相对性状的显隐性关系的常规判断方法:①具 有相对性状的亲本杂交, 1 杂合子的性状为显性; F ②自交后代中出现 了不同性状,则亲本性状为显性;③子二代比例为 3/4 的性状为显 性;④群体遗传中,一般占有相当大比例的性状为显性。孟德尔设 计的测交实验,实际上检验的是“推理”,也就是课本中提到的测 交实验结果所要证实的推论——验证假说。 孟德尔用 F1 和隐性个体 做了测交实验,得到了与假说演绎的测交实验相同的结果。从而证 实了自己的假说正确。这就体现了科学探究的一般方法——假说演 绎法。自由组合规律是当具有两对(或更多对)相对性状的亲本进行 杂交,在子一代产生配子时,在等位基因分离的同时,非同源染色 体上的基因表现为自由组合。

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其实质是非等位基因自由组合,即一对染色体上的等位基因与 另一对染色体上的等位基因的分离或组合是彼此间互不干扰的,各 自独立地分配到配子中去。特殊基因型致死几种情况:①致死基因 会使配子死亡,多数情况是使雄配子活性减弱或不能正常与雌配子 结合:②致死配子会使胚胎蛋白结构异常,导致胚胎不能成长成型 或发育,最终死亡;③致死配子会使幼体不能正常适应后天生活环 境,最终死亡。

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? 探究点三 遗传基本规律在遗传系谱图中的综合应用

1.有关伴性遗传与遗传规律的关系概率求解范围的确认 (1)在所有后代中求某种病的概率:不考虑性别,凡其后 代都属求解范围。 (2)只在某一性别中求某种病的概率:避开另一性别,只 求所在性别中的概率。 (3)连同性别一起求概率:此种情况性别本身也属求解范 围,应先将该性别的出生率(1/2)列入范围,再在该性别中求 概率。 伴性遗传与二大遗传定律的关系:如果是一对等位基因控 制一对相对性状的遗传,则符合分离定律。如果既有性染色体 又有常染色体上的基因控制的两对相对性状的遗传,则遵循自 由组合定律。

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2.有些遗传病不能确定的判断类型 在系谱图中有些病不能根据一般规律来判断,就只能从遗 传病的主要特征来推测: (1)由显性基因控制的遗传病,有连续遗传现象,一 般代代发病;由隐性基因控制的遗传病,有隔代遗传现象, 一般双亲无病,后代有病。 (2)由常染色体上基因控制的遗传病,男女患者患病 概率相当;由性染色体上基因控制的遗传病,男女患病的机 会不等,有明显的性别差异,其中,伴X染色体显性遗传 病——患者女性多于男性,伴X染色体隐性遗传病——患者 男性多于女性。

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3.遗传系谱图一般解题步骤 (1)确定显隐性关系(无中生有——有为隐性,有中生 无——无为隐性); (2)根据性状写出每一个相关个体的可能基因型; (3)从隐性性状入手,确定亲代或子代基因型; (4)依据遗传定律进行概率计算。

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4.遗传定律分离比的拓展 (1)分离定律之 F2 分离比 3∶1,若显性不完全,则分离比 1∶2∶1;若存在致死基因,则分离比 2∶1(显性纯合子致死)或 1∶2(隐性纯合子致死)等其他分离比(如伴性遗传中配子致死)。 (2)自由组合定律之 F2 分离比 9∶3∶3∶1, 若存在基因相互 作用会出现如 9∶7、15∶1、9∶4∶3、12∶3∶1 等分离比。 (3)位于人类一对性染色体 X、 上同源部分的等位基因不具 Y 有典型伴性遗传的特点。

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特别提示: X、Y 性染色体的同源与非同源区段含意及遗传特 点是: (1)X 染色体与 Y 染色体是一对同源染色体,存在着同源区段 (Ⅱ),同源区段控制相同性状的基因是成对的,同源区段基因控制 的遗传与常染色体遗传一样,不表现出伴性遗传的特点。 (2)X 染色体与 Y 染色体除了同源区段,还有非同源区段(Ⅰ、 Ⅲ)。非同源区段 X 染色体上的(Ⅲ)比 Y 染色体长的多,此段上基 因控制的遗传病为伴 X 染色体的遗传。Y 染色体的非同源区段很短 小(Ⅰ),此段上的基因表现典型的伴 Y 遗传,即只在男性中遗传。

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例 5[2010·海南卷] 某对表现型正常的夫妇生出了一个红绿色 盲的儿子和一个表现型正常的女儿,该女儿与一个表现型正常的男子 结婚,生出一个红绿色盲基因携带者的概率是( A.1/2 B.1/4 C.1/6 D.1/8 )

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【解析】 D 表现型正常的夫妇生出了一个红绿色盲的儿子和一 个表现型正常的女儿, 该女儿为致病基因携带者的概率为 1/2, 与一 个表现型正常的男子结婚,生出一个红绿色盲基因携带者的概率是 1/2×1/4=1/8。

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【点评】 红绿色盲遗传的方式:①如果一个色觉正常的女性纯合子和 一个男性红绿色盲患者结婚,在他们的后代中,儿子的色觉都正常;女儿 虽表现正常,但由于从父亲那里得到了一个红绿色盲基因,因此都是红绿 色盲基因的携带者。②如果女性红绿色盲基因的携带者和一个色觉正常的 男性结婚,在他们的后代中,儿子有 1/2 正常,1/2 为红绿色盲;女儿都 不是色盲,但有 1/2 是色盲基因的携带者。在这种情况下,儿子的色盲症 是从母亲那里遗传来的。③如果一个女性红绿色盲基因的携带者和一个男 性红绿色盲患者结婚,在他们的后代中,儿子有 1/2 正常,1/2 为红绿色 盲;女儿有 1/2 为红绿色盲,1/2 是色盲基因的携带者。④如果一个女性 红绿色盲患者和一个色觉正常的男性结婚,在他们的后代中,儿子都是红 绿色盲;女儿虽表现正常,但由于从母亲那里得到了一个红绿色盲基因, 因此都是红绿色盲基因的携带者。通过对以上四种婚配方式的分析,可以 看出,男性红绿色盲基因只能从母亲那里传来,以后只能传给女儿,这种 遗传特点,在遗传学上叫做交叉遗传。

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【高考命题者说】 本题主要考查考生依据遗传学基本理 论,分析伴性隐性遗传病遗传方式的能力。 依题意,①该对夫妇表现型正常,但是生出了一个红绿色盲的 A a 儿子,据此可判断该对夫妇中母亲的基因型为 X X (用 A 基因表示正 常基因,a 基因表示色盲基因,该对基因位于 X 染色体上),父亲的 基因型为 XAY。②这对夫妇所生的表现型正常女儿的基因型可能 XAXA 或 XAXa,其概率各为 1/2。③该女儿婚后生出男孩或女孩的概率各为 1/2。④题中要求计算该女儿与一个表现型正常的男子(同理可判断 其基因型为 XAY)结婚,生出一个红绿色盲基因携带者即 XAXa 的概率。 应考虑到:只有当该女儿为 XAXa 时才有可能生出红绿色盲基因携带 者子代,而且携带者必然是女性,生出携带者女儿或正常女的概率 各为 1/2。所以,题中要求的概率应等于该女儿是 XAXa 的概率×该女 儿生出女孩的概率×生出的女孩是红绿色盲基因携带者的概率, 即: 1/2×1/2×1/2=1/8。即选项 D 为正确答案。

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本题的难度在于正确审题。此类题目中,不同设问可能导致答 案不同。 本题的难度和区分度分别是 0.459 和 0.325。 (引自教育部考试中心,2011 课程标准实验版《高考理科试题 分析 278 页》)

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例 6 正常翅果蝇停飞后双翅紧贴背部,研究者发现一种变异的展 翅果蝇, 停飞后双翅仍向两侧展开。 当以展翅果蝇为亲本进行繁殖时, 其子代的雌果蝇和雄果蝇中总是出现 2/3 的展翅,1/3 的正常翅。请 回答: (1)果蝇的展翅性状是由________(显性、隐性)基因(A、a)控制 的,控制展翅性状的基因位于________染色体上。

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(2)果蝇的另一对性状灰身对黑身显性,控制其性状的基因位于 常染色体,且与控制展翅的基因不在同一对染色体上。如果 1 只灰身 展翅果蝇与 1 只黑身展翅果蝇杂交, 后代的表现型最多有________种, 理论上这几种表现型的比例为________。 (3)若干年后,此果蝇种群中,A 的频率变化趋势为________。 (4)现有一定数量的刚毛和截毛果蝇(均有雌雄),且刚毛对截毛 为显性。请设计实验来确定其基因是位于 X、Y 染色体上的同源区段, 还是在 X 染色体的非同源区段。写出你的实验设计思路,结果预测和 分析。

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【答案】 (1)显性 常 (2)4 2∶1∶2∶1(排序不做要求) (3)减小 (4)实验设计思路:用多对截毛雌果蝇与纯合刚毛雄果蝇杂交 预测和分析:若后代雄果蝇全部为截毛,则说明基因位于 X 染 色体的非同源区段 若后代雄果蝇全部为刚毛,则说明基因位于 X、Y 染色体上的同 源区段

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【解析】 此题考查的孟德尔遗传定律的应用及伴性遗传的有关 知识,属于考纲分析推断层次。(1)展翅果蝇为亲本进行繁殖时,依 据其子代的雌果蝇和雄果蝇中总是出现 2/3 的展翅,1/3 的正常翅, 确定展翅性状是显性,控制其性状的基因位于常染色体上。

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(2)1 只灰身展翅果蝇与 1 只黑身展翅果蝇杂交,后代的表现型 最多有 4 种,表现型分别是灰身展翅∶黑身展翅∶灰身正常翅∶黑 身正常翅=2∶2∶1∶1。(3)若干年后,此果蝇种群中,A 的频率变 化趋势为逐渐减少。(4)预测刚毛、截毛基因是位于 X、Y 染色体上 的同源区段,还是在 X 染色体的非同源区段,可采取用多对截毛雌 果蝇与纯合刚毛雄果蝇杂交的方法,若后代雄果蝇全部为截毛,则 说明基因位于 X 染色体的非同源区段;若后代雄果蝇全部为刚毛, 则说明基因位于 X、Y 染色体上的同源区段。

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【点评】伴性遗传中的伴 X、伴 Y 遗传还都较容易解决,如果 基因在 X、Y 的同源区段,则较麻烦,同源区段的遗传特点: ①同源区段的遗传符合孟德尔遗传定律。由于性染色体也是一 对同源染色体,所以同源区基因遗传自然符合孟德尔遗传定律只不 过其特殊在基因是在性染色体上。对于分离定律,在写表现型和统 计后代比例时一定要将性状表现与性别联系一起描述。关于基因自 由组合定律,在分析既有性染色体又有常染色体控制的两对或两对 以上的相对性状遗传时,位于性染色体上的基因控制的性状按伴性 遗传处理,位于常染色体上的基因控制的性状按基因的分离定律处 理,整体上则按自由组合定律处理。

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②同源区段的遗传与性别有关。由于基因存在于性染色体上, 所以其遗传和性别有关。有的交配方式性状分离和性别有关;有的 交配方式仅仅从性状角度来看,与性别无关,但是从基因、基因型 的角度来考虑的话,与性别有关。 ③控制某个相对性状的基因,如 A(a)位于同源区段这对性状在 后代男女个体中表型比例不一定相同。如:X X ×X Y →X X 、X Y , 后代中女性均为显性性状,男性均为隐性。
a a A a A a a a

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④同源区段的遗传,男性患病率等于女性。从 16 种交配情况分 析看无论是显性还是隐性男女发病率都是一样的。先看显性遗传, 亲代男女比例 3∶3;子代男女比例 24∶24。再看隐性遗传,亲代 1∶1;子代 8∶8。所以同源区段的遗传,男性患病率等于女性。 说明:③和④并不矛盾。③是指亲代基因型已经确定的具体情 况,属于个例,而④是从整体人群的发病率考虑的。

专题八

生物的变异与进化

专题八 生物的变异与进化

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要点热点探究 ? 探究点一 基因突变与生物性状的表现

1.当基因发生突变时,其性状未必改变 (1)当基因发生突变时,引起 mRNA 上密码子改变,但由于 密码子的简并性,改变后的密码子若与原密码子仍对应同一种 氨基酸,此时突变基因控制的性状不改变。 (2)若基因突变为隐性突变,如 AA 中的一个 A→a,此时性 状也不改变。

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(3)某些突变虽改变了蛋白质中个别氨基酸的个别位置的种 类,但并不影响该蛋白质的功能。例如:由于基因突变使不同生 物中的细胞色素 C 中的氨基酸发生改变, 其中酵母菌的细胞色素 C 肽链的第十七位上是亮氨酸,而小麦是异亮氨酸,尽管有这样 的差异,但它们的细胞色素 C 的功能都是相同的。 (4)由于性状的多基因决定,某基因改变,但共同作用于此 性状的其他基因未改变,其性状也不会改变。如:香豌豆花冠颜 色的遗传。 C 和 R 同时存在时显红花, 当 不同时存在时不显红色。 所以由 ccrr 突变成 ccRr 时也不引起性状的改变。

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(5)体细胞中某基因发生改变, 生殖细胞中不一定出现该基 因,或若为父方细胞质内的 DNA 上某个碱基对发生改变,则受 精后一般不会传给后代。 (6)性状表现是遗传基因和环境因素共同作用的结果, 在某 些环境条件下,改变了的基因可能并不会在性状上表现出来。 (7)在某些母性效应的遗传中(锥实螺螺壳旋转方向的遗 传),如果母本为 aa 者,子代基因由 aa 突变为 Aa 或者 AA,性 状也不发生改变。

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(8)在某些从性遗传中(如女性只有 AA 才表现为秃顶),某 性别的个体的基因型由 aa 突变为 Aa 时性状也不会改变。 2.有些情况下基因突变会引起性状的改变。如显性突变: 即 aa 中的一个 a 突变为 A,则直接引起性状的改变。 3.基因突变产生的具有突变性状的个体能否把突变基因稳 定遗传给后代,要看这种突变性状是否有很强的适应环境能力。 若有,则为有利突变,可通过繁殖稳定遗传给后代,否则为有 害突变,会被淘汰掉。

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4.基因突变的原因实例

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例 1 研究表明,人类多种先天性贫血是由于红细胞本身的遗传 缺陷引起的。请回答: (1)医生检查某种先天性贫血患者的血红蛋白,发现其血红蛋 白的 β 链上第 67 位氨基酸为谷氨酸(密码子为 GAA 或 GAG),而正 常人是缬氨酸(密码子为 GUU 或 GUC、GUA、GUG),该病在医学上称 为先天性高铁血红蛋白血症Ⅱ型。 ①该病的根本原因是患者有关的基因在转录中起模板作用的一 条链上的一个脱氧核苷酸发生了改变,具体变化是 ____________________________________________。

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②基因中控制血红蛋白 β 链上第 67 位氨基酸的碱基若发生改 变 , 不 一 定 会 引 发 该 遗 传 病 , 请 举 例 说 明 。 ______________________________________________。 (2)人类有一种先天性贫血症,是一种单基因遗传病,受一对 基因 B-b 控制。 ①在无该病史的家族中出现了一个患病的孩子,引起孩子致病 的可能原因__________________。 ②图 3-8-1 是该先天性贫血症遗传系谱图。则该致病基因最 可能位于________染色体,属________性遗传病。图中Ⅲ11 还同时 患有白化病,若Ⅱ7、Ⅱ8 又生了一个男孩,则这个男孩同时患有白 化病和该先天性贫血症的概率是______。

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图3-8-1

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【答案】 (1)①腺嘌呤脱氧核苷酸变为胸腺嘧啶脱氧核苷酸 GAA GAG ②如 变成 就不会改变氨基酸的种类 CTT CTC (2)①基因突变(或隐性遗传) ②X 隐 1/8

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【解析】 此题考查基因突变的机理、遗传系谱图的识别和遗 传概率的计算。 属于考纲理解、 应用能力层次。(1)分析题干可知, 该病病因是基因一条链上脱氧核苷酸发生改变,根据谷氨酸和缬 氨酸的密码子可对应出发生的变化是由腺嘌呤脱氧核苷酸变成了 胸腺嘧啶脱氧核苷酸。由于密码子存在简并性,若第 67 位氨基酸 GAA GAG 的碱基发生改变, 变成 就不会引起氨基酸种类的改变。(2) CTT CTC 家族中没有该病史,偶然出现了一个该病的孩子,可能的原因是 基因突变,或者是该病为隐性遗传,双亲都是携带者。分析系谱 图, 号与 8 号个体正常生育患病的儿子, 7 且患者中男性多于女性, 最可能为伴 X 染色体隐性遗传。若 11 号个体患有白化病,则双亲 均为携带者,故 7、8 号个体再生育男孩同时患有两种病的概率为 1/2×1/4=1/8。

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【点评】 基因突变是由于 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。 基因突变往往会引起遗传信 息的改变。基因突变与性状的关系可以归纳为: 1.引起生物性状的改变 (1)由于 DNA 碱基对替换, mRNA 的某一密码子改变, 使 由它所 编码的氨基酸不同, 往往造成蛋白质部分或全部失活, 从而表现出 突变性状。 (2)碱基对替换改变了 mRNA 上的一个密码子, 成为 3 个终止密 码 UAA、UAG 与 UGA 中的一个。如出现在基因中间,翻译到该处时, 肽链的延长停止,产生没有活性的多肽片段。

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(3)DNA 分子中添加或减少一个(或几个)碱基对,从添加或减 少一个碱基对的那个密码子开始,一直到信息的结束都会出现误 读, 产生的多肽可能会出现错乱的氨基酸顺序, 或因此误读中出现 终止密码子使翻译及早停止,形成了无活性的多肽片段。 2.不引起生物性状的改变 (1)由于多种密码子决定同样的一种氨基酸,因此某些突变不 引起性状的改变。 (2)某些突变虽然改变了蛋白质中个别氨基酸的个别位置的种 类,但并不影响该蛋白质的功能。

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(3)隐性基因的功能突变在杂合状态下也不会引起性状的改 变。如豌豆中,高茎基因(D 表示)对矮茎基因(d 表示)为显性,如 有 DD 突变为 Dd,但不会引起矮茎基因在杂合状态下得到表现。

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例 2 果蝇是遗传学实验常用的材料,一对果蝇每代可以繁殖出 许多后代。回答下列问题: Ι .果蝇中有一种突变型,其翅向两侧展开 45°。利用这种突 变型果蝇和纯合野生型果蝇做了下列杂交实验:

组合一 组合二

亲本 突变型×野 生型 突变型×突 变型

子代 突变型∶野生型= 1∶1 突变型∶野生型= 2∶1

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若上述性状是受常染色体上的一对等位基因(D、d)控制,则由 杂交组合一可知野生型为________性性状,突变型的基因型为 ______________。 在组合二中子代中出现的特殊性状分离比的原因 是______________,请用遗传图解解释组合二的遗传过程(不要求 写出配子)。

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Ⅱ.在一批纯合野生正常翅(h)果蝇中,出现少数毛翅突变体 (H),在培养过程中可能因某种原因恢复为正常翅,这些个体称为 回复体。若是由于基因 H 又突变为 h,称为真回复体;若是由于体 内另一对基因 RR 突变为 rr,从而抑制 H 基因的表达,称为假回复 体(R、r 基因本身并没有控制具体性状,只有 rr 基因组合时才会 抑制 H 基因的表达)。请分析回答: (1)毛翅果蝇的基因型可能为__________________以及 HHRr。

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(2)现获得一批基因型相同的纯合果蝇回复体 ,让这批果蝇与 __________________杂交,即可判断其基因型是 HHrr 还是 hhRR。若 实验结果表明这批果蝇为假回复体,请利用这批果蝇及纯合野生正常 翅果蝇设计杂交实验,判断这两对基因是位于同一对染色体上还是位 于不同对的染色体上。 ①实验步骤(写出要点即可): ________________________________________________________ ________________。 ②预测实验结果并得出相应结论: 若________________________,则这两对基因位于不同对的染色 体上。

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【答案】 Ⅰ.隐 P Dd 突变型 × Dd 基因型为 DD 的个体致死

突变型 Dd ↓

F1 死亡

DD

∶ Dd

∶ dd=1∶2∶1

突变型

野生型

因此子代中突变型和野生型的比例为 2:1(没有作出最后说 明也给分)

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Ⅱ.(1)HHRR、HhRR、HhRr (2)纯合野生正常翅果蝇 ①让这些果蝇与纯合野生正常翅果蝇进行杂交获得 F1;让 F1 果蝇的雌雄个体自由交配获得 F2; 观察 F2 果蝇的性状表现, 并统计 其性状分离比 ②F2 果蝇中毛翅与正常翅的比为 9∶7

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【解析】 本题考查基因分离定律和基因自由组合定律,属于 考纲分析推理、综合运用层次。 Ι .根据杂交组合二突变型与突变型杂交后代产生野生型,推 出野生型为隐性性状, 突变型为显性性状, 且突变型的基因型是 Dd, 根据组合二子代的表现型比例推出 DD 个体纯合致死。Ⅱ.(1)根据 题意得出含 H、R 基因的个体都表现为毛翅,推出毛翅果蝇的基因 型为 HHRR、HhRR、HhRr、HHRr。(2)要判断果蝇的基因型为 HHrr 或 hhRR,只要将它们与 hhRR 杂交,后代若表现为突变型那么这批 果蝇的基因型为 HHrr, 若子代表现为野生型, 则这批果蝇的基因型 为 hhRR。假回复体的基因型为 HHrr,要证明两对基因位于两对同 源染色体上, 可用两对相对性状的遗传实验来证明, 先杂交再自交, 若子代出现 9∶7 的性状分离比,说明两对基因位于两对同源染色 体上,反之则位于一对同源染色体上。

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【点评】 基因突变具有其独立性:由显性基因突变成隐性基 因叫隐性突变,由隐性基因突变成显性基因叫显性突变。绝大多数 为隐性突变。 (1)对于性细胞: 如果是显性突变, aa→Aa, 即 可通过减数分裂和受精过程传递 给后代,并立即表现出来。 如果是隐性突变,即 AA→Aa,当代不表现,只有等到第二代突 变基因处于纯合状态才能表现出来。当隐性突变性状一经显现就是 纯合个体。

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(2)对于体细胞: ①如果显性突变,当代表现,同原来性状并存,形成镶合体。 突变越早,范围越大,反之越小。果树上许多“芽变”就是体细胞 突变引起的, 一旦发现可及时扦插、 嫁接或组织培养加以繁殖保留。 ②如果是隐性突变,当代不表现。 基因突变导致原来的基因变成了它的等位基因,而且是不定向 的:即一个基因可朝着不同的方向发生突变;可以是显性突变,也 可以是隐性突变,但较多的是隐性突变。如 A→a1 或 A→a2;a→A1 或 a→A2 等。

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? 探究点二 染色体组与几倍体的区别以及诱导染色体加倍实验

1. 单倍体、二倍体和多倍体的区别 区别的方法可简称为“二看法”:一看是由受精卵还是 由配子发育成的,若是由配子发育成的个体,是单倍体;若 是由受精卵发育成的个体,二看含有几个染色体组,就是几 倍体。 2.单倍体植株、多倍体植株和杂种植株的区别 (1)单倍体植株:长得弱小,一般高度不育。 (2)多倍体植株:茎秆粗壮,叶片、果实、种子比较大, 营养物质丰富,但发育迟缓结实率低。 (3)杂种植株:一般生长整齐、植株健壮、产量高、抗虫 抗病能力强。

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3.低温或秋水仙素诱导染色体加倍实验的原理是:低温 和秋水仙素一样,处理植物分生组织细胞,能够抑制纺锤体 的形成,导致分裂后期染色体不能移向两极,细胞加大而不 分裂,着丝点分裂后的染色体仍在一个细胞中,故细胞中的 染色体数目加倍。如果用低温处理根尖,则在根尖分生区内 可以检测到大量染色体加倍的细胞,如果用低温处理植物幼 苗的芽,则可以得到染色体加倍的植株。

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例 3 下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述,正确的是 ( ) A.原理:低温抑制染色体着丝点分裂,使子染色体不能分别 移向两极 B.解离:盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离 C.染色:改良苯酚品红溶液和醋酸洋红溶液都可以使染色体 着色 D.观察:显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改 变

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【解析】 C 本题主要考查的是低温诱导植物染色体数目的变化 实验。A 项低温是抑制纺锤体的形成,但是着丝点照常会分裂,使 姐妹染色单体分裂形成子染色体。B 项解离液是由 15%的盐酸和 95% 的酒精等体积混合而成,其作用是使细胞分散开来,改变细胞膜通 透性;卡诺氏液的作用是固定细胞形态。C 项人教版必修 2 的 88 页 《低温诱导植物染色体数目的变化》实验中用改良苯酚品红溶液使 染色体着色;人教版必修 1 的 115 页《观察根尖分生组织细胞的有 丝分裂》实验中醋酸洋红溶液使染色体着色。D 项在显微镜下可以 看到大多数细胞处于间期,看不到染色体,因为间期时间较长,而 且只有少数细胞染色体会加倍,因为突变具有低频率性。

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【点评】 用低温处理植物分生组织细胞,能够抑制纺锤体的形成,以 致影响染色体被拉向两极,细胞不能分裂成两个子细胞,于是,植物细胞染 色体数目发生变化。而用秋水仙素(作用是抑制细胞分裂时纺锤体的形成, 导致染色体不能移向细胞两极)处理萌发的种子或幼苗是最常用且最有效的 方法。 解离充分是实验成功的必备条件, 解离的目的是用药液溶解细胞间质, 使组织细胞分开,卡诺氏液固定细胞形态。用改良苯酚品红染液染色,染色 的目的是使染色质或染色体着色, 便于观察到染色质(体)的形态、 数目和位 置。在制作装片的过程中,解离时就将细胞杀死了,细胞都停留在那时状态 下,不同时期的细胞个数也反映了该时期的长短(间期时间远大于分裂期, 所以看到间期细胞多),所以这也是判断细胞各个时期长短的依据。

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例 4 以下有关培育三倍体无子西瓜的常规方法和说法,正确的有 几项( )

①二倍体西瓜与四倍体西瓜的个体之间能进行杂交产生三倍体, 说明它们之间无生殖隔离 进行处理可得到四倍体植株 ②用秋水仙素或低温对二倍体西瓜幼苗 ③由于三倍体不育,所以三倍体西瓜 ④在镜检某基因型为 AaBb 父 ⑤三倍体

无子性状的变异属于不可遗传的变异

本细胞时,发现其基因型变为 AaB,此种变异为基因突变 西瓜植株细胞是通过有丝分裂增加体细胞数目的 A.一项 B.二项 C.三项 D.四项

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【解析】 B 本题主要考查必修 3 变异、遗传与进化中有关培育 三倍体无子西瓜的知识。属于考纲识记理解层次。二倍体西瓜与四 倍体西瓜的个体之间能进行杂交产生三倍体,但是三倍体不可育, 说明它们之间存在生殖隔离。由于三倍体的形成发生了染色体的变 异,所以三倍体西瓜无子性状的变异属于可遗传的变异。三倍体西 瓜植株细胞是通过有丝分裂增加体细胞数目的,用秋水仙素或低温 对二倍体西瓜幼苗进行处理可得到四倍体植株。在镜检某基因型为 AaBb 父本细胞时,发现其基因型变为 AaB,此种变异应该为染色体 变异,因为基因突变用显微镜观察不到。

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【点评】 人们常食用的西瓜是二倍体。 在二倍体西瓜的幼苗期, 用秋水仙素处理, 可以得到四倍体植株。 然后, 用四倍体植株作母本, 用二倍体植株作父本, 进行杂交, 得到的种子细胞中含有三个染色体 组。 把这些种子种下去就会长出三倍体植株。 由于三倍体植株在减数 分裂过程中, 染色体联会会发生紊乱, 因而不能形成正常的生殖细胞。 当三倍体植株开花时, 需要授给普通西瓜(二倍体)成熟的花粉, 刺激 子房发育成果实。 因为胚珠不能发育成为种子, 所以这种西瓜叫做无 子西瓜。

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? 探究点三 基因突变、基因重组和染色体变异列表比较

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例 5 下列有关生物遗传和变异的叙述正确的有( )

A.一对夫妇生了一个孩子患白化病(不考虑突变),则双亲均 为杂合子 B.在减数分裂过程中,基因突变、基因重组和染色体变异都 可能发生 C. 一个基因型为 AaBb(位于两对染色体上)的精原细胞可形成 四种精子 D.同源染色体的姐妹染色单体之间局部交换可导致基因重组

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【解析】 B 此题考查的是基因突变、基因重组和染色体 变异的相关知识,属于考纲理解层次。一对夫妇生了一个孩 子患白化病,说明双亲都含有白化病基因,但不能说明双亲 均为杂合子;在减数分裂过程中,基因突变、基因重组和染 色体变异都可能发生;一个基因型为 AaBb(位于两对染色体 上)的精原细胞只能产生两种配子; 同源染色体的非姐妹染色 单体之间局部交换可导致基因重组。

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【点评】 真核生物的遗传物质为 DNA,在其细胞分裂

时,首先要进行 DNA 的复制,有可能复制差错而导致基因突 变。真核生物细胞中存在染色体,在其生长发育中,可能发 生染色体变异。真核生物中有的进行有性生殖,在其减数分 裂产生配子时,同源染色体的非姐妹染色单体之间可能发生 交叉互换、非同源染色体上的非等位基因会自由组合而导致 基因重组。在基因工程中改造酵母菌、动物、植物、为人类 遗传病治疗导入健康的外源基因等,也属于基因重组。也就 是说,在真核生物中,可遗传的变异有三个来源:基因突变、 基因重组和染色体变异。

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? 探究点四 几种育种方法的比较

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例 6 图 3-8-2 是 3 种育种方法的示意图,请据图回答 问题:

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(1)E























__________________________________________________________ ______________。 (2)G 过程通常利用____________________(物质)除去植物细 胞壁;H 过程称为细胞的________________。

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(3)已知易倒(H)对抗倒(h)显性,抗病(T)对感病(t)显性,两 对基因位于两对同源染色体上。现有易倒抗病纯种和抗倒感病纯种 水稻,采用方法 1 培育优良品种,F2 代中抗倒抗病植株的基因型是: ______________________;F2 代中除抗倒抗病之外,其他植株的表 现型及其比例是:____________________。从 F2 中选出抗倒抗病植 株,F2 自交后代不发生性状分离的植株,占 F2 中全部抗倒抗病植株 的____________(用分数表示)。在上述培育抗倒抗病水稻的过程 中,能发生非等位基因自由组合的是________________(用图中字 母表示)。都是培育抗倒抗病水稻品种,把方法 1 改成方法 2,便具 有__________________的优点。

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【答案】 (1)秋水仙素 (2)纤维素酶和果胶酶 (3)hhTT 和 hhTt 9∶3∶1 1/3 B 脱分化

易倒抗病∶易倒感病∶抗倒感病=

能明显缩短育种年限

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【解析】 此题考查杂交育种、单倍体育种和植物体细胞杂交 育种等方式,属于考纲综合运用层次。(1)单倍体高度不育,需要 用秋水仙素或低温等处理,使其染色体数目加倍,故 E 最常用的 化学药剂是秋水仙素。(2)植物细胞壁的成分是纤维素和果胶,因 此用纤维素酶和果胶酶可将其除去;杂种细胞在植物激素的诱导 下,可以脱分化形成愈伤组织。(3)易倒抗病纯种(HHTT)和抗倒感 病纯种(hhtt)水稻,采用杂交育种方法,则 F1 代表现型为易倒抗 病,基因型为 HhTt。F1 自交,F2 代出现四种表现型:易倒抗病、 易倒感病、抗倒抗病、抗倒感病,比值为:9∶3∶3∶1。其中抗 倒抗病植株占 F2 个体比例为 1/16hhTT 和 2/16hhTt,纯合子占抗 倒抗病的 1/3。F1 经过减数分裂产生配子时,将发生等位基因的分 离,非同源染色上非等位基因的自由组合。

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? 探究点五 有关生物进化的问题

1. 现代进化论与达尔文进化论比较 (1)共同点:都能解释生物进化和生物的多样性、适应性。 (2)不同点: 达尔文进化论没有阐明遗传和变异的本质以及自 然选择的作用机理,而现代进化论克服了这个缺点。 达尔文的进化论着重研究生物个体的进化,而现代进化论强 调群体的进化,认为种群是生物进化的基本单位。 在达尔文学说中,自然选择来自过度繁殖和生存斗争,而现 代进化论中,则将自然选择归结于不同基因型差异的延续,没有 生存斗争,自然选择也在进行。

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2.改变基因频率的因素 (1)突变对基因频率的影响 从进化的角度看,基因突变是新基因的唯一来源,是自然选 择的原始材料;即使没有选择作用的存在,突变对基因频率的影 响也是巨大的。 研究突变对遗传结构的影响时,仍然假定是一个无限大的随 机婚配群体,除了突变以外没有其他因素的作用。

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(2)选择对基因频率的影响 比较适应环境的个体生育率高,可以留下较多的后代,这样 下一代群体中这一类基因型及相关基因的频率就会增加;反之, 生育率低的个体留下的后代较少,下一代中有关的基因频率就会 降低。因此,自然选择的结果总是使群体向着更加适应于环境的 方向发展。

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①完全淘汰显性基因的选择效应 若不利基因为显性, 淘汰显性性状改变基因频率的速度很快。 水稻育种中,人们总是选择半矮秆品种,淘汰高秆个体,而 高秆基因对半矮秆基因是显性。某一群体中高秆基因和半矮秆基 因的频率均为 0.5,若只选留矮秆个体,淘汰高秆个体,下一代将 全部为半矮秆, 半矮秆基因的频率由 0 迅速上升为 1, 高秆基因的 频率下降为 0。 若淘汰隐性性状,改变基因频率的速度就慢得多了。

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②完全淘汰隐性基因的选择效应 在二倍体中,一对等位基因 A、a 可以有 3 种基因型:AA、Aa 和 aa。如果显性完全,AA 和 Aa 的表现型相同,即性状相同,均 不受选择的作用,选择只对 aa 起作用。这样的选择效率是比较慢 的,即使隐性基因是致死的,而且也没有新产生的突变基因来补 偿,在自然选择压力下,隐性有害基因仍然可以在群体中保持很 多世代。

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3.物种形成和生物进化比较 区别: (1)生物进化:实质上是种群基因频率改变的过程,所以生物 发生进化的标志为基因频率改变,无论变化大小,都属于进化的 范围。 (2)物种形成:种群基因频率改变至突破种的界限,形成生殖 隔离,标志着新的物种形成,隔离是物种形成的必要条件。 联系:生物进化,并不一定形成新物种,但新物种的形成一 定要经过生物进化过程。

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例 7 下列符合现代生物进化理论的叙述是( A.物种的形成可以不经过隔离 B.生物进化过程的实质在于有利变异的保存

)

C.基因突变产生的有利变异决定生物进化的方向 D.自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率

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【解析】 D 本题考查对现代生物进化理论的理解和分析能 力。新物种的形成必须要经过隔离,隔离是物种形成的必要条件, 因此 A 错误;生物进化的实质在于种群基因频率的定向改变,因 此 B 错误;生物进化的方向是由自然选择决定而不是基因突变产 生的有利变异所决定,因此 C 错误;自然选择通过作用于个体而 影响种群的基因频率,因此 D 正确。

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【点评】 现代生物进化理论的主要内容:种群是生物进化的 基本单位,生物进化的实质是种群基因频率的改变。突变和基因 重组,自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节,通过它 们的综合作用,种群产生分化,最终导致新物种形成。在这个过 程中,突变和基因重组产生生物进化的原材料,自然选择使种群 的基因频率定向改变并决定生物进化的方向,隔离是新物种形成 的必要条件。

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例 8 某生物种群中 AA、 和 aa 的基因型频率分别为 0.3、 Aa 0.4 和 0.3,请回答: (1)该种群中 a 基因的频率为__________________。 (2)如果该种群满足四个基本条件,即种群非常大、没 有基因突变、没有自然选择、没有迁入迁出,且种群中个体 间随机交配,则理论上该种群的子一代中 aa 的基因型频率 为__________;如果该种群的子一代再随机交配,其后代中 aa 的基因型频率________________(会、不会)发生改变。

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(3)假如该生物种群中仅有 Aabb 和 AAbb 两个类型个体, 并且 Aabb∶AAbb= 1∶1, 且该种群中雌雄个体比例为 1∶1, 个体间可以自由交配,则该种群自由交配产生的子代中能稳 定遗传的个体所占比例为__________________。 (4)假定该生物种群是豌豆, 则理论上该豌豆种群的子一 代中 AA、Aa 的基因型频率分别为__________________、 __________________。

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【答案】(1)0.5

(2)0.25

不会

(3)5/8

(4)0.4

0.2

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【解析】 本题考查基因频率、基因型频率的计算和孟德尔定理, 属于考纲规定的运用层次。(1)种群中 a 基因的频率等于 aa 基因型频率 1 (0.3)+Aa 基因型频率(0.4)× =0.5。(2)如植物满足四个基本条件, 2 表明种群没有出现进化,即基因频率不变。种群个体随机交配,子一代 aa 的基因型频率等于 0.5×0.5=0.25,再随机交配一代,aa 的基因型 频率不变。(3)假如该生物种群中仅有 Aabb 和 AAbb 两个类型个体,并 且 Aabb∶AAbb=1∶1,且该种群中雌雄个体比例为 1∶1,个体间自由 交配,可利用各种配子的频率进行计算,该种群产生 Ab、ab 配子的概 3 1 率分别为 和 ,则该种群自由交配产生的子代中能稳定遗传的个体所占 4 4 3 1 5 比例为 1-杂合体的比例=1-2× × = 。(4)由于豌豆是自花传粉闭 4 4 8 1 2 花授粉的植物,子一代中 AA 占 0.3+0.4× =0.4,Aa 占 0.4× =0.2。 4 4

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【点评】 基因频率的算法主要有三种: 1.利用种群中一对等位基因组成的各基因型个体数求解 种群中某基因频率=种群中该基因总数/种群中该对等位基 因总数×100% 种群中某基因型频率=该基因型个体数 /该种群的个体数 ×100% 2.利用基因型频率求解基因频率 种群中某基因频率=该基因控制的性状纯合体频率+1/2× 杂合体频率

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3.利用遗传平衡定律求解基因频率和基因型频率 (1)遗传平衡指在一个极大的随机交配的种群中,在没有突 变、选择和迁移的条件下,种群的基因频率和基因型频率可以世 代保持不变。遗传平衡的种群中,某一基因位点上各种不同的基 因频率之和以及各种基因型频率之和都等于 1。

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(2)遗传平衡定律公式的推导和应用: 遗传平衡群体中一对等位基因 A、a 的遗传平衡定律公式: 设群体中 A 的基因频率为 p,a 的基因频率为 q。由于种群中个 体的交配是随机的,而且又没有自然选择,每个个体都为下一代提供 了同样数目的配子, 所以两性个体之间的随机交配可以归结为两性配 子的随机结合,而且各种配子的频率就是基因频率。雄性个体产生的 配子 A 频率为 p、a 配子频率为 q,雌性个体产生的配子频率 A 为 p、 a 配子频率为 q。根据基因的随机结合,用下列式子可求出子代的基 因型频率:♂(pA+qa)×♀(pA+qa)=p2AA+2pqAa+q2aa=1,即 AA 的基因频率为 p2,Aa 的基因型频率为 2pq,aa 的基因型频率为 q2。

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这一种群如果连续自交多代,它的进化趋势是没有发生变化,从 基因频率上看是没有改变, 而从基因型上看是杂合体所占比例愈来愈 小,纯合体所占比例越来越大。

专题八 │ 教师备用习题
教师备用习题
备选理由:考查了有关基因突变与性状的关系,与例 2 补充 使用。 1.一只雌鼠的一条染色体上某基因发生了突变,使野生型 变为突变型性状。该雌鼠与野生型雄鼠杂交,F1 的雌、雄中均既 有野生型,又有突变型。若要通过一次杂交实验鉴别突变基因在 X 染色体上还是在常染色体上, 选择杂交的 F1 个体最好是( A.野生型(雄)×突变型(雌) C.野生型(雌)×野生型(雄) )

B.野生型(雌)×突变型(雄) D.突变型(雌)×突变型(雄)

专题八 │ 教师备用习题
【解析】 B 本题考查生物必修 2 遗传的基本规律中有关伴性 遗传相关知识。通过杂交实验判断基因工程位置在常染色体还是 在 X 染色体,一般在不知显、隐性的情况下,常用正交反交法; 在已显、 隐性的情况下可以通过一次性杂交实验来确定基因位置, 常用方法为隐性雌的显性雄的杂交。若是伴性遗传,那么其子代 雌性都是显性性状,雄性都是隐性性状。由题意可知,一只雌鼠 的一条染色体上某基因发生了突变,使野生型变为突变型性状。 可以判断出该突变型为显性性状。那么可以选择野生型(雌)×突 变型(雄)来进行杂交即可。


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