变异育种进化基础知识：.doc

二轮复习： 变异育种进化基础知识及检测
一、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． 时间：主要发生在有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期。
3． 诱发因素：物理因素、化学因素和生物因素，其中亚硝酸、碱基类似物属于化学因素。
4． 突变特点：(1)普遍性：一切生物都可以发生。
(2)随机性：生物个体发育的任何时期和部位。
(3)低频性：自然状态下，突变频率很低。
(4)不定向性：一个基因可以向不同的方向发生突变。
(5)多害少利性：有些基因突变，可使生物获得新性状，适应改变的环境。
5． 意义(1)新基因产生的途径。(2)生物变异的根本来源。(3)生物进化的原始材料。
6． 实例——镰刀型细胞贫血症形成的原因

思考　造成该病的直接原因和根本原因是什么？
提示　直接原因：血红蛋白结构异常；根本原因：控制血红蛋白的基因由突变成，发生了碱基对的替换。
二、基因重组1． 实质：控制不同性状的基因重新组合。
2． 类型(1)自由组合型：位于非同源染色体上的非等位基因自由组合。
(2)交叉互换型：四分体的非姐妹染色单体的交叉互换。
(3)人工重组型：转基因技术，即基因工程。
3． 结果：产生新的基因型，导致重组性状出现。
4． 意义：形成生物多样性的重要原因之一。
三1.分析基因结构中碱基对的增添、缺失、替换对生物的影响
碱基对
影响范围
对氨基酸的影响
替换
小
只改变1个氨基酸或不改变
增添
大
不影响插入位置前的序列，而影响插入位置后的序列
缺失
大
不影响缺失位置前的序列，而影响缺失位置后的序列
2． 讨论基因突变不一定导致生物性状改变的原因
(1)不具有遗传效应的DNA片段中的“突变”不引起基因突变，不引起性状变异。
(2)由于多种密码子决定同一种氨基酸，因此某些基因突变也不引起性状的改变。
(3)某些基因突变虽改变了蛋白质中个别位置的氨基酸种类，但并不影响蛋白质的功能。
(4)隐性突变在杂合子状态下也不会引起性状的改变。
易错警示　与基因突变有关的7个易错点
(1)无丝分裂、原核生物的二分裂及病毒DNA复制时均可发生基因突变。
(2)基因突变一定会导致基因结构的改变，但却不一定引起生物性状的改变。
(3)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。
(4)生殖细胞的突变率一般比体细胞的突变率高，这是因为生殖细胞在减数分裂时对外界环境变化更加敏感。
(5)基因突变的利害性取决于生物生存的环境条件。如昆虫突变产生的残翅性状若在陆地上则为不利变异，而在多风的岛屿上则为有利变异。
(6)基因突变≠DNA中碱基对的增添、缺失、替换。
(7)基因突变不只发生在分裂间期。 一、染色体结构的变异

[解惑]　基因突变，名义上是基因在变，其实是基因内部碱基在变，基因的数目和位置都未变；染色体变异，名义上是染色体在变，其实是染色体内部基因在变，基因的数目和位置都改变。

(1)从染色体来源看，一个染色体组中不含同源染色体。
(2)从形态、大小和功能看，一个染色体组中所含的染色体各不相同。
(3)从所含的基因看，一个染色体组中含有控制本物种生物性状的一整套基因，但不能重复。
2． 单倍体、二倍体和多倍体的判断
(1)如果生物体由受精卵(或合子)发育而成，其体细胞中含有几个染色体组，该生物就称为几倍体。
(2)如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，则无论体细胞中含有几个染色体组，都称为单倍体。
3． 完善多倍体和单倍体育种
(1)培育三倍体无子西瓜
①原理：染色体数目以染色体组的形式成倍增加。
②过程

(2)培育抗病高产植株
①原理：染色体数目以染色体组的形式成倍减少，再用秋水仙素处理，形成纯合子。
②实例：抗病高产植株(aaBB)的选育过程

易错警示　与染色体数目变异有关的4个易错提示
(1)单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理等过程，花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。
(2)通过细胞融合也可获得多倍体，如二倍体体细胞和配子细胞融合可得到三倍体。
(3)单倍体的体细胞中并非只有一个染色体组
因为大部分的生物是二倍体，所以有时认为单倍体的体细胞中只含有一个染色体组，但是多倍体的单倍体中体细胞含有不止一个染色体组。
(4)单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同
两种育种方式都出现了染色体加倍情况：单倍体育种操作对象是单倍体幼苗，通过植物组织培养，得到的植株是纯合子；多倍体育种的操作对象是正常萌发的种子或幼苗。
2． 填出变异类型与细胞分裂方式的关系
变异类型
细胞分裂方式
基因突变
可发生于无丝分裂、有丝分裂、减数分裂
基因重组
减数分裂
染色体变异
有丝分裂、减数分裂
易错警示　与变异类型有关的辨析
(1)基因突变和基因重组的判断：根据变异个体数量确定是否发生基因突变，如一群棕猴中出现一只白猴，一片红花植株中偶尔出现一株白花，即可确定是由基因突变造成的；若出现一定比例白猴或白花，则由于等位基因分离，配子经受精作用随机结合产生的但该过程不叫基因重组。
(2)基因突变和染色体结构变异的判断：染色体结构变异使排列在染色体上的“基因的数目或排列顺序”发生改变，从而导致性状的变异。基因突变是“基因结构”的改变，包括DNA分子中碱基对的替换、增添和缺失。基因突变导致“新基因”的产生，染色体结构变异未形成新的基因. (3)辨析染色体变异方式

图a为三体(个别染色体增加)；图c为三倍体(染色体组成倍增加)；图b和图f皆为染色体结构变异中的重复；图d和图e皆为染色体结构变异中的缺失。
3． 无子西瓜和无子番茄辨析
比较项目
无子西瓜
无子番茄
培育原理
染色体变异
生长素促进果实发育
无子原因
三倍体植物在减数分裂中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子而无子
未受粉，胚珠内的卵细胞没有经过受精，所以果实中没有形成种子
无子性状能否遗传
能，结无子西瓜的植株经植物组织培养后，所结西瓜仍是无子
不能，结无子番茄的植株经植物组织培养后，所结番茄有子
所用试剂
秋水仙素
生长素
人类遗传病的监测和预防 1主要手段
(1)遗传咨询：了解家庭病史→分析遗传病的传递方式→推算出后代的再发风险率→提出防治对策和建议，如终止妊娠、进行产前诊断等。
(2)产前诊断：包含羊水检查、B超检查、孕妇血细胞检查以及基因诊断等。
遗传病类型
家族发病情况
男女患病比率
单
基
因
遗
传
病
常染色体
显性
代代相传，含致病基因即患病
相等
隐性
隔代遗传，隐性纯合发病
相等
伴X染色体
显性
代代相传，男患者的母亲和女儿一定患病
女患者多于男患者
隐性
隔代遗传，女患者的父亲和儿子一定患病
男患者多于女患者
伴Y遗传
父传子，子传孙
患者只有男性
多基因
遗传病
①家族聚集现象；
②易受环境影响；
③群体发病率高
相等
染色体异
常遗传病
往往造成严重后果，甚至胚胎期引起流产
相等
易错警示　与人类常见遗传病有关的4点提示
(1)家族性疾病不一定是遗传病，如传染病。
(2)大多数遗传病是先天性疾病，但有些遗传病可在个体生长发育到一定年龄才表现出来，所以，后天性疾病也可能是遗传病。
(3)携带遗传病基因的个体不一定会患遗传病，如白化病携带者；不携带遗传病基因的个体也可能患遗传病，如染色体异常遗传病。
(4)用集合的方式表示遗传病与两类疾病的关系如下：
方法
原理
常用方法
优点
缺点
代表实例
杂交育种
基因重组
杂交
操作简单，目标性强
育种年限长
矮秆抗
病小麦
诱变育种
基因突变
辐射诱变、激光诱变等
提高突变率，加速育种进程
有利变异少，需大量处理实验材料
高产青
霉菌株
多倍
体育种
染色体变异
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
操作简单，且能在较短的时间内获得所需品种
所得品种发育迟缓，结实率低；在动物中无法开展
无子西瓜、八倍体小黑麦
单倍
体育种
染色体变异
花药离体培养后，再用秋水仙素处理
明显缩短育种年限
技术复杂，需要与杂交育种配合
“京花1号”小麦
基因
工程
育种
基因重组
将一种生物特定的基因转移到另一种生物细胞中
能定向改造生物的遗传性状
有可能引发生态危机
转基因
抗虫棉
易错警示　与杂交育种有关的4点注意
(1)杂交育种不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，则需要连续自交筛选直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要在子二代出现该性状个体即可。
(2)诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。
(3)杂交育种与杂种优势不同：①杂交育种是在杂交后代众多类型中选择符合育种目标的个体进一步培育，直到获得稳定遗传的具有优良性状的新品种；②杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定。
(4)杂交种与多倍体的比较：二者都可产生很多优良性状如茎秆粗壮、抗倒伏、产量提高、品质改良，但多倍体生长周期长，晚熟；而杂交种可早熟，故根据成熟期早晚可判定是多倍体还是杂交种。
一、现代生物进化理论
1． 达尔文的自然选择学说
(1)过度繁殖：选择的基础。
(2)生存斗争：生物进化的动力和选择的手段。
(3)遗传变异：生物进化的内因。
(4)适者生存：自然选择的结果。
2． 现代生物进化理论
(1)种群是生物进化的基本单位
①种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体。
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：一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。
④生物进化的实质：种群基因频率发生改变。
(2)突变和基因重组产生进化的原材料
①可遗传变异的来源
②生物突变的有利和有害不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。
③生物的变异是不定向的，只是产生了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
(3)自然选择决定生物进化的方向
①原因：不断淘汰不利变异的基因，积累有利变异的基因。
②结果：种群的基因频率发生定向改变。
(4)隔离导致物种形成
①隔离类型：常见的有地理隔离和生殖隔离。
②隔离实质：基因不能自由交流。
③物种形成三个基本环节：突变和基因重组、自然选择及隔离。
④新物种形成的标志：生殖隔离。
二、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)内容：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。

易错警示　与现代生物进化理论有关的3点误区
(1)把“突变”误认为就是基因突变：“突变”不是基因突变的简称，而是包括“基因突变”和“染色体变异”。
(2)把抗药个体的形成误认为是农药诱导产生的：农田喷施农药杀灭害虫，在喷施农药之前，害虫中就存在抗农药的突变个体，喷施农药仅杀灭不抗药的个体，抗药的个体存活下来，农药不能使害虫产生抗药性变异，只是对抗药性个体进行了选择。
(3)把物种误认为种群：一个物种可以形成多个种群，一个种群必须是同一物种。同一物种的多个种群间存在地理隔离. 物种的形成过程:
生物进化模型的构建
2． 比较下表中物种形成与生物进化
内容
物种形成
生物进化
标志
出现生殖隔离
基因频率改变
变化后生物与生物关系
属于不同物种
可能属于同一物种
二者关系
①生物进化的实质是种群基因频率的改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，即生物进化不一定导致物种的形成；进化是量变，物种形成是质变；
②新物种的形成是长期进化的结果
易错警示　物种形成与两种隔离的关系
物种的形成必须经过生殖隔离时期，但不一定要经过地理隔离。仅有地理隔离不能产生新的物种，生殖隔离才是物种形成的关键。
3． 遗传平衡定律(哈迪—温伯格定律)
(1)成立前提
①种群非常大；②所有雌雄个体之间自由交配；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有基因突变。
(2)计算公式
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＝p2；基因型Aa的频率＝2pq；基因型aa的频率＝q2。如果一个种群达到遗传平衡，其基因频率应保持不变。
易错警示　自交与自由交配后代的基因频率和基因型频率的变化分析：(1)杂合子连续自交时，尽管基因频率不变，但后代的基因型频率会发生改变，表现为纯合子的频率不断增大，杂合子的频率不断减小。(2)在无基因突变、各种基因型的个体生活力相同时，自由交配遵循遗传平衡定律，上下代之间种群的基因频率及基因型频率不变
同步训练：
1．[2017·山东烟台一模]编码酶X的基因中某个碱基被替换时，表达产物将变为酶Y。下表显示了与酶X相比，酶Y可能出现的四种状况，对这四种状况出现的原因判断正确的是(　　)
比较指标
①
②
③
④
酶Y活性/酶X活性
100%
50%
10%
150%
酶Y氨基酸数目/酶X氨基酸数目
1
1
小于1
大于1
A．状况①一定是因为氨基酸序列没有变化
B．状况②一定是因为氨基酸间的肽键数减少了50%
C．状况③可能是因为突变导致了终止密码位置变化
D．状况④可能是因为突变导致tRNA的种类增加
2．某林区在30年前发生过火灾，焚毁了所有林木。火灾后该地区曾引入一种外地植物，引入物种的种群基因型频率变化如下表。现有一位生态学者对该地区进行调查。下列说法错误的是(　　)
基因型
引入前，原地
引入后5年，本地
引入后8年，本地
AA
50%
54%
58%
aa
20%
24%
28%
A．该林区30年间发生了次生演替
B．外地植物在引入前后发生了进化
C．研究该地区的范围和边界、种群间的关系，属于群落水平上的研究
D．采用标志重捕法调查野兔种群密度时，个别标志物脱落会导致调查结果比实际偏大
3．如图是三种基因相应结构发生替换而产生变异的示意图，下列相关判断错误的是(　　)

A．镰刀型细胞贫血症的变异类型类似于过程①
B．过程②的变异类型为基因重组，发生在减数第一次分裂前期
C．过程③能在光学显微镜下观察到
D．杂交育种的原理是过程③
4．考古学家发现，长尾巴恐龙是目前已知体形最大的窃蛋龙，其前肢具有流苏状羽毛，头上有像母鸡一样的冠毛，拥有驼鸟般细长的双腿，前肢有尖锐的爪子，与鸟类有密切渊源，科学家戏称其为“来自地狱的鸡”。根据现代生物进化理论，下列相关叙述正确的是(　　)
A．窃蛋龙的翅膀由于长期不用而逐渐退化，形成前肢
B．窃蛋龙的基因库与鸟类的基因库存在一定的相似性
C．种群是生物进化的基本单位，不同种类的窃蛋龙应构成一个种群
D．在窃蛋龙进化历程中，基因型频率逐渐发生改变是其进化的实质
5.种群是生物进化的基本单位，下列有关种群及生物进化的叙述，正确的是(　　)
A．自然选择直接作用于个体的基因型，并决定了生物的进化方向
B．只有突变和基因重组才能导致种群的基因频率发生改变
C．被捕食者大多是年老、病弱或年幼的个体，利于种群的发展
D．研究种群间差异的关键是它们能否出现地理隔离和形成生殖隔离
6．油菜籽的含油量随世代选择的变化情况如下图所示。据图分析，选择育种对高含油量油菜籽品种的产生所起的作用的叙述正确的是(　　)

A．改变了控制产油的一对等位基因的总频率
B．淘汰部分表现型，使高含油量基因的基因频率增大
C．定向诱导了控制高含油量基因的自由组合
D．改变了油菜籽的基因库，导致新物种的产生
7．为解决二倍体普通牡蛎在夏季因产卵而出现肉质下降的问题，人们培育出三倍体牡蛎。科学家发现牡蛎的精子可与减数第二次分裂时期的卵母细胞完成受精作用，则利用普通牡蛎培育三倍体牡蛎合理的方法是(　　)
A．利用水压抑制受精卵的第一次卵裂，然后培育形成新个体
B．用被γ射线破坏了细胞核的精子刺激卵细胞，然后培育形成新个体
C．将早期胚胎细胞的细胞核植入去核卵细胞中，然后培育形成新个体
D．用化学试剂阻止受精后的次级卵母细胞释放极体，然后培育形成新个体
8．探究利用秋水仙素培育四倍体蓝莓的实验中，每个实验组选取50株蓝莓幼苗，用秋水仙素溶液处理它们的幼芽，实验结果如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．自变量是秋水仙素浓度和处理时间，所以各组蓝莓幼苗数量和长势应该相同
B．实验原理是秋水仙素能够抑制纺锤体的形成，诱导形成多倍体
C．判断是否培育出四倍体蓝莓的简便方法是让四倍体果实与二倍体果实进行比较
D．由实验结果可知用约0.2%的秋水仙素溶液处理蓝莓幼苗1d最易获得突变株
9．某大型封闭种群中基因型为AA个体占30%，A占60%(没有自然选择和突变)，则(　　)
A．自交三代后种群中A基因频率发生改变
B．随机交配三代后种群A基因频率发生改变
C．自交三代后种群中AA基因型频率发生改变
D．随机交配三代后种群中AA的基因型频率发生改变
10．将①②两个植株杂交得到③种子，再进一步做如图所示处理，则下列有关叙述中，错误的是(　　)

A．由③到④过程中产生的变异多数是不利的
B．由③到⑦的过程中涉及到减数分裂和细胞全能性的表现
C．若③的基因型为AaBbDd，则⑩植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4
D．由③到⑨过程中可能发生突变和基因重组，可为生物进化提供原材料
11．综合大熊猫化石及现存种类生活习性和生活环境等多方面的研究，传统的观点认为大熊猫的濒危是进化历程的必然。最新群体遗传学的研究表明，现存大熊猫并未走到进化历史的尽头，仍然具有进化潜力。请依据现代生物进化理论的主要观点和内容及上述资料回答以下问题。
(1)一个大熊猫种群的全部个体所含的全部基因，是这个种群的________，如果大熊猫种群仍然保持较高的遗传多样性，实际上反映了种群中基因的________。
(2)现代生物进化理论认为，种群是________的基本单位。影响种群基因频率变化的因素有多种，如自然选择和________等。
(3)突变和基因重组、________和________是物种形成和生物进化的机制。
(4)如果大熊猫种群无限大，群体内的个体随机交配，没有突变发生，没有任何形式的选择压力，那么群体中的各种基因型的比例每代保持不变。对某地一个种群随机抽样调查，测知该种群中有基因型AA、Aa、aa的个体若干只，由此可以计算出A和a的基因频率。而根据A和a的基因频率，可以推测出这个种群中Aa的频率(N)大约是(　　)
A．0≤N≤100% B．0<N≤50%
C．0≤N<50% D．N>50%
(5)下图中曲线a表示使用诱变剂前青霉菌菌株数和产量之间的关系，曲线b、c、d表示使用诱变剂后青霉菌菌株数和产量之间的关系。据图回答下列问题。

①由a变为b、c、d体现了________。
②最符合人们生产要求的变异类型是曲线________。
12．如图表示培育小麦的几种育种方式，纯种高秆抗锈病植株基因型为DDRR，纯种矮秆不抗锈病植株基因型为ddrr，两对基因分别位于两对同源染色体上。据图回答下列问题：

(1)图中植株A培育的方法是________________，将亲本杂交的目的是________________________________________。
自交的目的是_________________________________。
(2)植株B的培育运用的原理是________________________________________________________________________。
(3)植株C需要染色体加倍的原因是_________________________________________________。
诱导染色体加倍的最常用的方法是___________________________________________________。
(4)植株E培育方法的原理是_____________________，该育种方法和基因工程育种一样，都可以____________________________________________________。
1解析　状况①两种酶的活性不变，可能是因为氨基酸序列没有改变，也可能是氨基酸序列虽然改变但不影响两种酶的活性，A错误；状况②中酶Y与酶X的氨基酸数目相同，所以肽键数不变，B错误；状况③氨基酸数目减少，最可能的原因是突变导致了终止密码位置提前，C正确；基因突变不会导致tRNA种类改变，D错误。 2.答案　B解析　由题意可知，群落发生了次生演替，A正确；引入前A＝50%＋1/2×30%＝65%，a＝35%，引入后5年A＝54%＋1/2×22%＝65%，a＝35%，引入后8年A＝58%＋1/2×14%＝65%，a＝35%，因此外地植物进入本地后，种群的基因型频率发生了改变，但基因频率并未发生改变，说明生物未发生进化，B错误；研究该地区的范围和边界、种群间的关系，属于群落水平上的研究，C正确；采用标志重捕法调查野兔种群密度时，个别标志物脱落会导致调查结果比实际偏大，D正确。3.答案　D解析　镰刀型细胞贫血症的患病原因是基因突变，与过程①类似，A正确；过程②表示的是同源染色体中非姐妹染色单体之间的交叉互换，变异类型属于基因重组，发生在减数第一次分裂前期，B正确；过程③表示染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上而引起的变异，即易位，属于染色体结构变异，在光学显微镜下能够观察到，C正确；杂交育种的原理是基因重组，D错误。4.答案　B5.答案C 6.答案　B解析　一对等位基因的总频率始终为100%，A错误；逐代筛选是为了淘汰低含油量的个体，保留高含油量个体，使种群中高含油量的基因频率增大，B正确；基因发生自由组合是自然条件下就会发生，不需要定向诱导，C错误；由于油菜种群中没有出现生殖隔离，所以不存在新物种产生，D错误。
7.答案　D 8.答案　C解析　据图分析，实验的自变量是秋水仙素浓度和处理时间，因变量是多倍体的诱变率，实验过程中各组蓝莓幼苗的数量、长势应该相同，排除偶然因素对实验结果的影响，A正确；秋水仙素处理萌发的幼苗，能诱导染色体数目加倍，原理是秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，B正确；让四倍体蓝莓结出的果实与二倍体蓝莓结出的果实比较并不能准确判断是否培育出四倍体蓝莓，因为蓝莓果实的大小受到外界环境等多种因素的影响，C错误；由图中信息可知，用0.2%的秋水仙素溶液处理蓝莓幼苗1天，诱变率最高，D正确。9.答案　C10答案　C 11.答案　(1)基因库　多样性(2)生物进化　基因突变、基因重组、染色体变异(突变、基因重组)(3)自然选择　隔离(4)B　(5)①变异的不定向性　②d 12. 答案　(1)杂交育种　将位于两个亲本中的矮秆基因和抗病基因集中到F1上　通过基因重组使F2中出现矮秆抗病植株(2)基因突变(3)植株C中只有一个染色体组，不能进行减数分裂产生配子(不可育)　利用秋水仙素处理幼苗C(4)染色体数目变异　克服远缘杂交不亲和的障碍