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高三生物总复习可遗传变异教案-课件


可遗传变异
适用学科 适用区域 生物 人教版 基因突变的特征和原因 基因重组及意义 染色体结构变异和数目变异 生物变异在育种上的应用 低温诱导染色体加倍 杂交育种和诱变育种 现代生物进化理论 生物进化和生物多样性的形成 适用年级 课时时长(分钟) 高三 120

知识点

1. 使同学了解可遗传变异的类型和各类型的特点和意义 教学

目标 2. 让学生学会生物变异在育种上的应用 3. 使同学掌握杂交育种和诱变育种的方法,了解生物进化的理论 1. 知道可遗传变异的类型和各类型的特征 教学重点 2. 知道染色体组、基因组的概念,学会判断多倍体和单倍体 3. 掌握诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、杂交育种、基因工程育种的原理及应用

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4. 能够利用进化理论解释进化历程中的现象 5. 基因频率及基因型频率的相关计算 1. 简述可遗传变异的类型及特征 2. 能够判断多倍体和单倍体,掌握染色体组和基因组的概念和区别 教学难点 3. 几种育种方法的原理和比较 4. 基因频率和基因型频率的相关计算

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教学过程 一、课堂导入 可遗传的变异是由遗传物质的变化引起的变异,可传给下一代。可遗传的变异的来源主要分为基因重组、基因突变和染色体变异。 本 节 课 就 详 细 来 讲 授 可 遗 传 变 异 的 类 型 和 各 类 型 的 特 点 及 应 用 。

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二、复习预习 项目 基因重组 染色体变异

基因突变

生物 种类 适 用 范 围 类型 生殖 方式

所有生物

自然状态下进行有性生殖的生物

真核生物

无性生殖、 有性生殖 自然突变、诱发突变 DNA 复制 (有丝分裂间期、

有性生殖

无性生殖、有性生殖

交叉互换、自由组合 减数分裂时非同源染色体上的非等位基因 自由组合或同源染色体的非姐妹染色单体 间发生交叉互换 产生新的基因型(不改变基因的质,一般也 不改变基因的量, 但转基因技术会改变基因 的量)

染色体结构变异、染色体数目变异 内外因素影响使染色体结构出现异 常,或细胞分裂过程中,染色体的 分开出现异常 基因数目或基因排列顺序发 生改变 (不改变基因的质)

原因

减数分裂第一次分裂的 间期)过程出现差错 产生新的基因(改变基因 的质,不改变基因的量)

实质

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关系

基因突变是生物变异的根本来源,为基因重组提供原始材料。三种可遗传变异都为生物进化提供了原材料

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三、知识讲解 考点 1 基因突变

1.概念:DNA 分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,而引起的基因结构的改变。 2.部位:若发生在配子中,将遵循遗传规律传递给后代。若发生在体细胞中,一 般不能遗传。 3.原因:诱发生物发生基因突变并提高突变频率的因素可分为三类:物理因素、化学因素和生物因素。 4.特点:在生物界中是普遍存在的;基因突变是随机发生的、不定向的;在自然状态下,基因突变的 5.意义:基因突变是新基因产生的途径,是生物变异的根本来源,是生物进化的原始材料。 频率很低;

(一)基因突变的分子机制

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(二)基因突变的结果 基因突变引起基因“质”的改变,产生了原基因的等位基因,改变了基因的表现形式,如由 A→a(隐性突变)或 a→A(显性突变),但 并未改变染色体上基因的数量和位置。
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(1)基因突变与氨基酸改变的对应关系 碱基对 ①替换 影响范围 小 对氨基酸的影响 只改变 1 个氨基酸或不改变 若开始增添 1 个碱基对,则再增添 2 个,5 个即 3n+ 2 或减少 1 个、 4 个即 3n+1(n≥0, 且为整数)对蛋白 质结构影响就会小一些 对蛋白质结构的影响

②增添



不影响插入位置前的序列, 影响插入位置后 的序列

碱基对

影响范围

对氨基酸的影响

对蛋白质结构的影响

③缺失



不影响缺失位置前的序列, 影响缺失位置后 的序列

若开始 缺失 1 个碱基对,则再减少 2 个,5 个即 3n+2 或增添 1 个、4 个即 3n+1(n≥0,且为整数)对蛋白质 结构影响就会小一些

(2)基因突变与性状改变 当控制某性状的基因发生突变时,其性状未必改变,其原因如下: ①若突变发生于真核生物基因结构的内含子内,此基因转录的信使 RNA 仍未改变(但前体 RNA 改变),因而合成的蛋白质也不发生改变, 此时性状不改变。 ②若突变发生后,引起了信使 RNA 上的密码子改变,但由于一种氨基酸可对应多个密码子,若改变后的密码子与原密码子仍对应同一种
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氨基酸,此时突变基因控制的性状也不改变。 ③若基因突变为隐性突变,如 AA 中其中一个 A→a,此时性状也不改变。 易错点分析: ①基因突变是 DNA 分子水平上基因内部碱基对种类和数目的改变,基因的数目和位置并未改变。 ②基因突变发生于所有生物中,一般发生于遗传物质的复制过程中。 考点 2 基因重组

(一) 蛋白质的结构 1.概念:在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的非等位基因的重新组合。 2.类型:(1)自由组合(非同源染色体上的非等位基因)。 (2)交叉互换(同源染色体上的非等位基因)。 3.实现途径:有性生殖(减数分裂)。 4.意义:(1)为生物变异提供了极其丰富的来源。 (2)形成生物多样性的重要原因之一。 (3)对于生物的进化具有十分重要的意义。

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重组类型

同源染色体上非等位基因的 重组

非同源染色体上非等位基因间的重组

DNA 分子重组技术

发生时间

减数第一次分裂四分体时期

减数第一次分裂后期

体外与载体重组和导入细胞内与细胞 内基因重组

发生机制

同源染色体非姐妹染色单体 之间交叉互换导致染色单体 上的基因重新组合

同源染色体分开,等位基因分离,非同 源染色体自由组合,导致非同源染色体 上非等位基因间的重组

目的基因经载体导入受体细胞,导致 受体细胞中基因重组

重组类型

同源染色体上非等位基因的 重组

非同源染色体上非等位基因间的重组

DNA 分子重组技术

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图像示意

易错点分析: 基因重组是真核生物有性生殖过程中产生可遗传变异的最重要来源,是形成生物多样性的重要原因。

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考点 3

染色体变异

(一)染色体结构变异与基因突变的比较 (1)变异范围不同 ①基因突变是在 DNA 分子水平上的变异,只涉及基因中一个或几个碱基的改变,这种变异只能通过基因检测,在光学显微镜下观察不到。 ②染色体结构的变异是在染色体水平上的变异,涉及到染色体的某一片段的改变,这一片段可能含有若干个基因,这种变异在光学显微 镜下可观察到。 (2)变异的方式不同 基因突变包括基因中碱基对的增添、缺失或替换三种类型;染色体结构变异包括染色体片段的缺失、重复、倒位和易位。它们的区别可 用图示表示:

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(3)变异的结果不同 ①基因突变引起基因结构的改变,基因数目未变,生物的性状不一定改变。 ②染色体结构变异引起基因数目和排列顺序改变,从而导致生物的性状改变。

(二)染色体的结构和数目变异 项目 染色体结构的变异 染色体数目的变异

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概念

由染色体结构改变而引起的变异

由染色体数目改变而引起的变异

项目

染色体结构的变异

染色体数目的变异

类型

①缺失:染色体中某一片断缺失 ②重复:染色体中增加某一片断 ③易位:染色体某一片段移接到另一条非同源染色体上 ④倒位:染色体中某一片段位置颠倒

①个别染色体的增加或减少 ②染色体组的增加或减少

结果

使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变

使基因的数量增加或减少,性状改变幅度较大

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(三)与染色体数目变异有关的概念 1.染色体组: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,携带着控制生物的生长、发育、遗传和变异的全部遗传信息。 2.二倍体:由受精卵发育而来,体细胞中含有含有染色体组的个体。 3.多倍体 (1)概念:由受精卵发育而来,体细胞中含三个或三个以上染色体组的个体。 (2)特 点:多倍体植株茎秆粗壮,叶片、果实和种子都比较大、糖类和蛋白质等营养物质含量丰富。 (3)应用:人工诱导多倍体 ①方法:用秋水仙素和低温处理萌发的种子或幼苗。 ②原理:秋水仙素或低温处理能够抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,引起细胞内 数目加倍。 4.单倍体 (1)概念:由未受精的生殖细胞发育而来,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。 (2)特点:与正常植株相比,单倍体植株长得弱小,且高度不育。 (3)应用:单倍体育种。 易错点分析: ①染色体结构变异引起的是基因的数目或排列顺序的改变; ②染色体结构变异对生物往往是不利的,有时甚至导致生物个体死亡,染色体变化可以通过光学显微镜观察到。
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染色体

③如果生物体是由受精卵(或合子)发育形成的,其体细胞内含有几个染色体组就称为几倍体。 ④如果生物体是由生殖细胞(卵细胞或花粉)直接发育来的,不论体细胞内含有几个染色体组,都称为单倍体。 由于一个染色体组内,各染色体的形态、大小均不相同,故细胞内染色体组数目可按下列三种方法加以判别。 方法一:细胞内形态相同的染色体(同源染色体)有几条,则含有几个染色体组,如甲图所示细胞中相同的染色体有 4 条,则此细胞中有 4 个染色体组(每个染色体组含 3 条形态和功能上各不相同的染色体)。 方法二:在细胞或生物体的基因 型中,控制同一性状的同一种基因(同音字母,不分大小写)出现几次,则有几个染色体组,如乙图所示 基因型为 AAaBBb 的细胞或生物体含有 3 个染色体组。 方法三:根据染色体的数目和染色体的形态数来推算,染色体组的数目=染色体数÷染色体形态数,如果蝇体细胞中有 8 条染色体,分 为 4 种形态,则染色体组的数目为 2。

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考点 4

生物变异在育种上的应用

(一)杂交育种与诱变育种 杂交育种 诱变育种

原理

基因重组

基因突变

过程

选择具有不同优良性状的亲本,通过杂交获得 F1,F1 自交或 杂交获得 F2,筛选获得需要的类型

用射线和化合物等理化因素诱导正在分裂 发生基因突变,并选取所需要的类型

的细胞

应用

改良作物品质,提高农作物单位面积产量,选育家畜、家禽 优良品种

主要用于农作物诱变育种和微生物育种

(二)几种育种方法的比较 名称 原理 方法 优点 缺点 应用
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培育纯合子品种:杂交→自交→筛选出 符合要求的表现型,通过自交至不发生 性状分离为止 杂交 育种 基因重 组[m]

使分在同一物种不 同品种中的多个优 良性状集中于同一 个体上

①育种时间一般比较长; ②局限于同种或亲缘关系 较近的个体;③需及时发 现优良品种

用纯种高秆抗病小麦 与矮秆不抗病小麦培 育矮秆抗病小麦

培育杂合子品种:一般是选取纯合双亲 杂交产生子一代

年年制种

杂交水稻、 杂交玉米等

诱变 育种

基因 突 变

①物理: 紫外线、 X 或 γ 射线、 微重力、 提高变异频率,加快 激光等处理、 再筛选; ②化学: 亚硝酸、 育种进程,大幅度改 硫酸二乙酯处理,再选择 良某些性状

盲目性大,有利变异少, 工作量大, 需要大量的供试材料

高产青霉菌

单倍 体育 种

染色体 变异

①先将花药离体培养,培养出单倍体植 株;②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水 仙素处理获得纯合子;③从中选择优良 植株

明显缩短育种年限, 子代均为纯合子,加 速育种进程

技术复杂

用纯种高秆抗病小麦 与矮秆不抗病小麦快 速培育矮秆抗病小麦

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多倍 体育 种

染色体 变异

用一定浓度的秋水仙素或低温处理萌 发的种子或幼苗

操作简单,能较快获 得所需品种

所获品种发育延迟,结实 率低,一 般只适于植物

三倍体无子西瓜、 八倍 体小黑麦

基因 工程 育种

基因重 组

提取目的基因→基因表达载体的构建 →将目的基因导入受体细胞→目的基 因的表达与检测→筛选获得优良个体

①目的性强,育种周 期短; ②克服了远缘杂交 不亲和的障碍

技术复杂、 安全性问题多, 转基因“向日葵豆”、 有可能引 转基因抗虫棉 起生态危机

(三)基因工程 1.概念:又叫基因拼接技术或 DNA 重组技术。通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后 放到另一种生物的细胞里定向地改造生物的遗传性状。 2.原理:不同生物间的基因重组。 3.基本工具 (1)基因的剪刀:限制性内切酶。 (2)基因的针线:DNA 连接酶。 (3)基因的运载体:常用的有质粒、λ 噬菌体衍生物和动植物病毒等。
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4.操作步骤 提取目的基因 ↓ 目的基因与运载体结合 ↓ 将目的基因导入受体细胞 ↓ 目的基因的表达和检测.

5.应用 (1)作物育种:利用基因工程的方法,获得高产、稳产和具有优良品质的农作物,培育出具有各种抗逆性的作物新品种,如抗虫棉等。 (2)药物研制:利用基因工程的方法,培养转基因生物,利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品,如胰岛素、干扰素、乙肝疫 苗等。 (3)环境保护:如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物,吸收环境中的重金属,分解泄漏的石油,处理工业废水等。
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易错点分析: ①基因工程育种可按照人们的意愿定向培育新品种且可突破生殖隔离,实现不同物种间的基因重组。 ②杂种优势不同于杂交育种,杂种优势是杂交子一代所表现的优良性状。 ③基因工程可使受体获得新的基因,表现出新的性状,该技术可看作是一种广义的基因重组。

考点5

现代生物进化理论

(一)现代生物进化理论的由来 1.拉马克进化学说 (1)内容:用进废退和获得性遗传是生物不断进化的主要原因 (2)意义:否定了神创论和物种不变论,奠定了科学生物进化论的基础 (3)对拉马克的评价:第一个提出比较完整的进化学说的科学家,是生物进化论的创始人 2.达尔文自然选择学说 (1)主要内容 包括:过度繁殖、生存斗争、遗传变异和适者生存 ①过度繁殖为自然选择提供了足够的选择材料,是选择的基础 ②生存斗争是自然选择的手段,是生物进化的动力 ③遗传变异是生物进化的内因,为生物进化提供原材料
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④适者生存是自然选择的结果 (2)进步意义 ①达尔文的自然选择学说论证了生物是不断进化的,并合理地解释了生物进化的原因 ②达尔文的自然选择学说揭示了生命现象统一性的原因:所有生物都有共同的祖先。较好地解释了生物的适应性和生物的多样性 (2)进步意义 ①达尔文的自然选择学说论证了生物是不断进化的,并合理地解释了生物进化的原因 ②达尔文的自然选择学说揭示了生命现象统一性的原因:所有生物都有共同的祖先。较好地解释了生物的适应性和生物的多样性 (3)局限性 ①未对遗传和变异的本质做出科学的解释 ②对生物进化的研究解释停留在个体水平 ③强调物 种的形成是渐变的结果,不能解释物种大爆发现象 3.达尔文以后进化理论的发展 (1)遗传和变异的研究已经从性状水平深入到基因水平 (2)自然选择作用的研究已经从以个体为单位发展到以种群为单位 ( 二)现代生物进化理论 1.种群基因频率的改变与生物进化 (1)生物进化的基本单位是种群
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①种群:生活在一定区域的同事中生物的全部个体 ②基因库:一个种群中全部个体所含有的全部基因 ③基因频率 a.概念:在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比率 b.调查方法:抽样调查 (2)生物进化的原材料 ①突变:包括基因突变和染色体变异 ②基因重组 (3)生物进化的方向:由自然选择决定。在自然选择的作用下,种群的基因频率会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化 2.隔离与物种的形成 (1)物种:能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物,称为一个物种,简称种 (2)隔离①概念:不同种群间的个体,在自然条件下基因不能自由交流的现象。 ②类型 a.生殖隔离:不同物种之间一般是不能相互交配的,即使交配成功,也不能产 生可育后代的现象。 b.地理隔离:同种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群,使得种群间不能发生基因交流的现象。 ③在物种形成中的作用 隔离是物种形成的必要条件,生殖隔离的形成标志着新物种的形成
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3.共同进化与生物多样性的形成 (1)共同进化 ①概念:不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展 ②原因: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 (2)生物多样性 ①层次:基因多样性、物种多样性、生态系统多样性 ②形成原因:生物的进化 ③研究生物进化历程的主要依据:化石 (3)生物进化理论在发展

(三)基因频率和基因型频率比较及计算 1.比较 概念 定义 外延

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基因频率

一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率

进化的实质是种群基因频率的改变

基因型频率

指群体中具有某一基因型的个体所占的比例,其计算公式为:( 该基因型个体数/该种群个体 总数)×100 %

基因型频率改变,基因频率不一定改变

2.计算 (1)常染色体遗传方式 设有 N 个个体的种群,AA、Aa、aa 的个体数分别是 n1、n2、n3,A、a 的基因频率分别用 PA、Pa 表示,AA、Aa、aa 的基因型频率分别用 PAA、PAa、Paa 表示,则:

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由以上公式可得出下列结论: ①在种群中一对等位基因的频率之和等于 1,基因型频率之和也等于 1。 ②一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2 杂合子的频率。 (2)伴 X 染色体遗传方式 在一个工厂中,男女职工各 100 名,女性中,色盲基因(X )携带者为 5 人,色盲患者为 1 人;男性中色盲患者为 8 人,则 X 的基因频 率为(5+1)(2+8)/100*2+100=5% 【提示】:XY 型性别决定生物,基因在 X 染色体上,Y 染色体上无等位基因,计算时只计 X 染色体上的基因数不考虑 Y 染色体。ZW 型性 别决定也是这样。 (3)哈代—温伯格定律 ①成立前提 a.种群非常大;b.所有雌雄个体之间自由交配;c.没有迁入和迁出;d.没有自然选择;e.没有基因突变。 ②计算公式
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b b

a.当等位基因只有两个时(A、a),设 p 表示 A 的基因频率,q 表示 a 的基因频率,则基因型 AA 的频率为 p ,Aa 的频率为 2pq,aa 的频 率为 q 。 易错点分析:①物种的形成不一定要经过地理隔离,但必须要经过生殖隔离。 ②判断生物是否属于同一个物种,依据是否出现生殖隔离,即能否交配并产生可育后代。若出现生殖隔离,即不能交配或交配后产生不 可育后代,则说明不是同一物种。
2

2

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四、例题精析 【例题 1】 【题干】在白花豌豆品种栽培园中,偶然发现了一株开红花的豌豆植株,推测该红花表现型的出现是花色基因突变的结果。为了确定该 推测是否正确,应检测和比较红花植株与白花植株中( A.花色基因的碱基组成 B.花色基因的 DNA 序列 C.细胞的 DNA 含量 D.细胞的 RNA 含量 )

【答案】B 【解析】基因突变是 DNA 上的碱基对的替换、增添和缺失,而引起基因结构的改变,即 DNA 序列改变。 【例题 2】 【题干】下列关于基因重组的说法不正确的是( )

A.生物体 进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合属于基因重组 B.减数分裂四分体时期,由于同源染色体的姐妹染色单体之间的局部交换,可导致基因重组 C.减数分裂过程中,非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组 D.一般情况下,花药内可发生基因重组,而根尖则不能
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【答案】B 【解析】主要考查基因重组的概念。自然情况下,基因重组的发生有两种过程:一是在减数第一次分裂的前期即四分体时期,同源染 色体上的非姐妹染色单体的交叉互换;二是在减数第一次分裂的后期,同源染色体分开,非同源染色体自由组合。

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【例题 3】 【题干】如图所示,已知某物种的一条染色体上依次排列着 M,N,O,p,q 五个基因,下图列出的若干种变化中,不属于染色体结构变 化的是( )

【答案】D 【解析】染色体结构变异主要有 4 种:①染色体中某一片段的缺失;②染色体中增加了某一片段;③染色体中某一片段的位置颠倒了 180°;④染色体中某一片段移接到另一条非同源染色体上,而 D 属于基因突变(O→o)或交叉互换型基因重组,因此不属于染色体结构发 生变化的是 D。 【例题 4】 【题干】如下图为现代生物进化理论的概念图,以下说法正确的是( )
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A.①是生物的突变和重组 B.②是自然选择 C.③是自然选择学说 D.④是物种多样性

【答案】C 【解析】生物进化的实质是基因频率的改变;突变导致了基因频率的改变;现代进化理论的核心是自然选择学说;生物的多样性包含 三个层次,基因的多样性、物种的多样性和生态系统的多样性。因此①、②、④代表的含义叙述错误。
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【例题 5】 【题干】在调查某小麦种群时发现T(抗锈病)对t(易感染)为显性,在自然情况下该小麦种群可以自由传粉,据统计TT为20%,Tt为60%, tt为20%,该小麦种群突然大面积感染锈病,致使全部的易感染小麦在开花之前全部死亡。计算该小麦在感染锈病之前与感染锈病之后基 因T的频率分别是( A.50%和50% C.62.5%和50% ) B.5 0%和62.5% D.50%和100%

【答案】B 【解析】小麦种群中TT为20%,Tt为60%,tt为20%,所以T的频率为20%+1/2×60%=50%;感染锈病后易感染小麦在开花之前全部死亡, 不能产生后代,所以感染锈病之后基因TT、Tt的频率分别为1/4和3/4,所以感染锈病之后基因T的频率是1/4+1/2×3/4=62.5%,所以选 B 。

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课程小结

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