(十九) 生物的變異與進化

《重點、難點解析及知識擴展》本單元的重點內容有：基因突變的概念、特徵、意義，人工誘變在育種上的應用。染色體組的概念，單倍體和多倍體及其特點，染色體倍性變化在育種上的應用。現代生物進化的基本理論。一、生物的變異（一）基因突變⒈基因突變的概念⑴某個基因內部可遺傳結構(外元)的改變⑵實質是DNA分子片段中鹼基對的置換、缺失或增添⑶廣義上包括染色體畸變；狹義上專指點突變。⑷按照基因結構改變的類型分類如下2、基因突變的特徵⑴隨機性：發生突變的個體、部位、基因、時間都是隨機的⑵稀有性：自然突變率極低，但相當穩定；不同基因的突變率差異大基因表型效應測定配子數突變配子數突變率1/1000RIPrSu粒色抑制顏色形成紫色非甜粒554 786265 391647 1021 678 7362732874492106112.4⑶多方向性：形成一系列異質性等位基因⑷可逆性：正向突變與回復突變⑸多害性：往往打破生物對環境形成的適應性3、基因突變的意義⑴基因突變是生物變異的主要來源⑵基因突變是生物進化的重要原因之一4、人工誘變及育種⑴人工誘變指利用物理或化學因素處理生物，誘發其基因突變

⑵誘發突變主要是通過鹼基置換和移碼突變方式實現的⑶誘變育種的特點是：提高突變率，擴大變異幅度；大幅度改良某些性狀；縮短育種年限；育種規模大。（二）染色體變異1、染色體組的概念⑴真核細胞內一套完整的非同源染色體。全部染色體源於同一個祖先種；染色體大小和形狀各異；攜帶本物種的一套基因；功能上協調一致。⑵以n表示一個染色體組，2n和n分別代表體細胞和配子染色體組⑶一個染色體組的染色體數目叫做染色體基數⑷複合物種的染色體組來源於若干個祖先種，每個祖先種的基本染色體組以x表示，如普通小麥2n=2(x1+x2+x3)=2(3x)=42數目變異類型 　 類　 別　 名　 稱　 符號整倍體單倍體*二倍體三倍體同源四倍體異源四倍體n2n3n4n2(2x)非整倍體單　體缺　體三　體雙三體四　體2n-12n-2(1)2n+12n+1+12n+2(1)2、多倍體⑴體細胞中具有3個或3個以上染色體組的個體或細胞⑵多倍體植株的特點：器官增大趨勢；代謝增強(特別是合成代謝)；發育稍有延遲；結實率降低；抗逆性增強。⑶常見類型及實例三 倍 體　同源四倍體異源四倍體異源六倍體　異源八倍體香蕉　 　(33)黃花菜　 (33)無籽西瓜 (33)唐菖蒲　 (45)桑　　　 (45)水稻　　 (24 48)洋蔥　　 (16 32)唐菖蒲　 (60)槐　　　 (46 92)桑　　　 (30 60)陸地棉　　 (52)煙草　　　 (48)蘿蔔-甘藍　(36)普通小麥　(42)燕麥　 　 (42) 小黑麥　 (56)3、 單倍體⑴通常指含有本物種配子中染色體數目的細胞或個體⑵單倍體與一倍體的內涵不完全相同⑶單倍體植株瘦小，高度不育，沒有經濟價值，但有科學研究價值4、染色體倍性變化原因⑴單倍體來源於單性生殖⑵同源多倍體來源於體細胞染色體加倍⑶異源多倍體來源於雜種體細胞染色體加倍⑷異常配子融合形成多倍體5、倍性育種⑴單倍體育種

⑵多倍體育種

⑶人工誘導染色體加倍的方法

⑷單倍體育種技術簡介從花藥培養單倍體植株需要經過三個步驟：（1）誘導花粉產生愈傷組織；（2）誘導愈傷組織分化，長出根、莖、葉；（3）使幼苗生長健壯。每個步驟需要更換不同的培養基，直至長成單倍體幼苗。據報道，單倍體植株一般在培養過程中往往能自然加倍。如不能自然加倍，就應用0.1％～0．2％的秋水仙素水溶液處理植株分櫱，進行人工加倍，從而獲得染色體加倍的純合體植株。二、生物的進化㈠達爾文的自然選擇學說⒈主要內容⑴過度繁殖——生物繁殖能力超越環境承受力⑵遺傳變異——生物繁殖後代有微小的不定向變異；微小有利變異通過遺傳得到逐代積累和加強。⑶生存鬥爭——導致生物個體大量死亡和少量生存。⑷適者生存——在生存鬥爭中，適者生存，不適者淘汰（自然選擇）⒉生物進化的原因

⑴遺傳和變異是生物進化的內因⑵生存鬥爭是生物進化的動力⑶定向選擇作用決定進化的方向⑷多樣性和適應性是自然選擇的結果㈡現代生物進化理論的基本觀點⒈種群是生物進化單位⑴種群基因庫代代相傳⑵基因頻率和基因型頻率的恆定的條件基因頻率　 A + a = 1　　　　p + q = 1基因型頻率AA + 2Aa + aa = 1　　 p2 + 2pq + q2 = 1在有性生殖的自然種群中，在符合以下五個條件的情況下。各等位基因的頻率和基因型頻率在一代代遺傳中是穩定不變的，或者說是保持基因平衡的，這5個條件是：種群足夠大；種群中個體間的交配是隨機的；沒有突變發生；沒有新基因的加入；沒有自然選擇（哈迪——溫伯格定律），事實上，這5個條件是永遠不能滿足的，因為基因頻率總要變化。⑶ 生物進化過程的實質是種群基因頻率發生變化的過程⒉生物進化的機制⑴突變和基因重組產生生物進化的原材料①突變是基因頻率變遷的動因②基因重組形成多種多樣的基因型③遷移、遺傳漂變能引起基因平衡的偏移⑵自然選擇使基因頻率定向改變，決定著生物進化方向⑶隔離——物種形成的必要條件地理隔離使種群間出現交配障礙生殖隔離斷絕基因交流

⒊物種形成過程（以加拉帕戈斯群島的地雀為例）㈢生物進化的過程

①原始生命形式可能為異養型、厭氧型。②生物進化過程可分為原核生物、真核單細胞生物、真核多細胞生物三個階段。③ 細胞結構、代謝方式和生殖機制的完善和發展直接推動生物的進化④生物進化的總趨勢是由簡單到複雜、由低等到高等、由水生到陸生《典型例題解析》1、進行有性生殖的生物其親子之間總是存在一定差異的主要原因是A 基因重組B 基因突變C 染色體變異D 生活條件改變[解析]變異是生物的基本特徵之一。如果僅僅是由環境改變引起的變異不遺傳，也不是變異的主要原因。故排除D。引起可遺傳變異的原因有三個：基因突變、基因重組、染色體變異；其中基因突變、染色體變異均較少見，故排除B、C，而基因重組是有性生殖的生物必然發生的過程，因此基因重組是親子之間差異的主要原因。[答案] A。2、大麗花的紅花（C）對白花（c）是顯性，一株雜種大麗花植株（Cc）盛開的許多花中，有一個分枝上的花朵全部呈白色，這可能是雜種植株哪個部位的紅花基因（C）突變造成的A 幼苗期的頂芽細胞B 早期的一個葉芽細胞C 一個花芽的某些細胞D 花藥組織內的花粉母細胞[解析]根據基因突變具有隨機性的特點，發生的部位不同，造成的影響也就不同。 如果是幼苗期的頂芽細胞發生突變，則整個植株的花朵都應該是白色的；如果是早期的一個葉芽細胞，由於它將來會發育成一個枝條，因此這一分枝上的花朵全部呈白色。[答案] B。3、某地區一些玉米植株比一般玉米植株早熟、生長整齊而健壯，果穗大、籽粒多，因此這些植株可能是A 單倍體　　　　　　　　　　 B 三倍體C 四倍體　　　　　　　　　　 D 雜交種[解析]單倍體植株瘦小，高度不育。多倍體的特點是：莖桿粗壯，葉片、果實和種子都比較大，糖類和蛋白質等營養物質的含量都有所增加。但多倍體常常具有成熟期延遲、結實率降低等特點。因此本題中的玉米植株不可能是單倍體，也不是多倍體。[答案] D。4、減數分裂的哪一異常變化將可能出現先天愚型的後代A 第5對染色體部分缺失B 第21號染色體著絲點分開但不分離C 第3號染色體的著絲點不分開D 第21號染色體部分顛倒[解析]先天愚型又叫21三體綜合征，是由於患者比正常人多了一條21號染色體，而這時親代在產生兩性生殖細胞的減數分裂過程中，21號染色體著絲點分開但沒有分離導致的。[答案] B。5、某個嬰兒不能消化乳類，經檢查發現他的乳糖酶分子有一個氨基酸改換而導致乳糖酶失活，發生這種現象的根本原因是A 缺乏吸收某種氨基酸的能力B 不能攝取足夠的乳糖酶C 乳糖酶基因有一鹼基改換了D 乳糖酶基因有一個鹼基缺失了[解析]某個嬰兒不能消化乳類，經檢查發現他的乳糖酶失活，而乳糖酶的失活是由於乳糖酶分子有一個氨基酸改換，既不是缺乏吸收某種氨基酸的能力，也不是不能攝取足夠的乳糖酶，因為酶是由活細胞合成的；根據基因突變的原理可推斷應該是乳糖酶基因有一鹼基改換導致一個氨基酸的改變，不會是乳糖酶基因有一個鹼基缺失了，因為乳糖酶基因有一個鹼基缺失會造成遺傳密碼的解讀偏移，造成多個氨基酸的改變。[答案] C。6、科學家用納米技術製造出一種「生物導彈」，可以攜帶DNA分子。把它注射入組織中，可以通過細胞的內吞作用的方式進入細胞內，DNA被釋放出來，進入到細胞核內，最終整合到細胞染色體中，成為細胞基因組的一部分，DNA整合到細胞染色體中的過程，屬於A　 基因突變　 　B　 基因重組　　　C　 基因互換　　D　 染色體變異[解析]該過程並未產生新的基因，因此不屬於基因突變；也沒有涉及到染色體的結構、數目變異； 該過程改變的是基因間的相互關係，因此屬於基因重組。[答案] B。7、在一個種群中發現兩種突變性狀，其中一種性狀無論繁殖幾代都不變，而另一突變性狀繁殖到第三代又有37.5%的性狀回復到原有性狀，以上突變分別屬於A 隱性突變和顯性突變　　　　　　 B 顯性突變和隱性突變C 人工誘變和染色體變異　　　 　　D 都是顯性突變或者都是隱性突變[解析]兩種突變性狀，其中一種性狀無論繁殖幾代都不變，說明能夠穩定遺傳，應該屬於隱性突變；另一突變性狀繁殖到第三代又有37.5%的性狀回復到原有性狀，說明出現了性狀分離，因此突變性狀本身屬於顯性性狀，屬於顯性突變。[答案] 　A 。8、下列關於現代生物進化理論的敘述，其中不正確的是A 種群是生物進化的基本單位B 自然選擇學說是現代生物進化理論的核心C 生物進化過程的實質在於種群基因頻率的改變D 生物進化過程的實質在於有利變異的保存[解析］現代生物進化理論是以達爾文的自然選擇學說為基礎，是從生物進化的單位（宏觀）方面和遺傳變異的（微觀）的實質方面豐富和完善達爾文的自然選擇學說。達爾文認為遺傳和變異是生物進化的內在原因，現代生物進化理論則認為，生物進化的實質在於種群基因庫變遷。因此，本題的答案為D。[答案] D。9、下列哪一項不是生物進化的材料？A 基因突變　　　　　　　　　 B 基因重組C 環境引起的變異　　　　　　 D 染色體變異［解析］不定向的可遺傳變異為生物進化提供了原材料。可遺傳的變異包括基因突變、基因重組、染色體變異。如果環境引起的變異沒有引起生物遺傳物質的改變，為不可遺傳的變異。[答案]C。10、下列哪一項不是自然選擇對生物進化的作用？A 自然選擇作用於生物的變異，使有利的變異得到保存，不利的變異被淘汰B 自然選擇使生物種群的基因頻率發生定向改變C 自然選擇可誘導生物的變異發生定向改變D 自然選擇是物種形成的基本環節之一［解析］適者生存、不適者被淘汰的過程為自然選擇。生物變異是不定向的，自然選擇決定了生物進化的方向，因為自然選擇定向改變種群的基因頻率。現代生物進化理論認為：新物種形成是突變和基因重組、選擇和隔離綜合作用的結果。[答案]C。11、農業生產中長期使用某種殺蟲劑後，害蟲的抗藥性增強，殺蟲效果下降，原因是A 殺蟲劑誘發了害蟲抗藥性基因的產生B 殺蟲劑對害蟲具有選擇作用，使抗藥性害蟲的數量增加C 殺蟲劑能誘導害蟲分解藥物的基因大量表達D 抗藥性強的害蟲所產生的後代都具有很強的抗藥性[解析]根據現代生物進化理論：基因突變是不定向的，害蟲抗藥基因的產生是不定向突變中自然產生的，抗藥性強的害蟲所產生的後代不一定都具有很強的抗藥性；殺蟲劑對害蟲具有選擇作用，使害蟲種群中具有抗藥性的基因頻率定向增加，從而使抗藥性害蟲的數量增加；而不是殺蟲劑誘發了害蟲抗藥性基因的產生、或殺蟲劑能誘導害蟲分解藥物的基因大量表達。[答案] B。12、用一定劑量的60CO—γ射線照射棉花的萌動種子，長成植株的各器官形態和生理功能有明顯改變，甚至引起某些個體死亡。你對上述現象的解釋是________。[解析]電離輻射可以提高突變的頻率，擴大突變的範圍，這是人工誘變的方法之一。但是，大多數的誘發突變對生物發育仍然是有害的，因為它破壞了生物經長期自然選擇形成的與環境相適合的關係。因此，誘變育種必須處理大批量的材料，從中選擇優良的變異。[答案] 輻射誘變雖能提高突變的頻率，但產生的突變具有多害性，大多會影響種子正常發育。13、在某一地區的遺傳學調查發現，該地區男性色盲占該地區男性總人口的7%，問該地區的女性色盲占該地區女性人口的比例是_______？該地區中的男性XB和Xb的基因頻率是_______？女性個體中XBXb的頻率是_______？[解析］男性色盲的基因型為XbY，由於男性色盲患者在該地區男性人口中佔7%，而男性的X染色體來自女性，說明女性中產生Xb配子的概率為7%。由於男性色盲佔7%，則男性產生的X配子中，Xb的概率為7% 。女性色盲的基因型為XbXb,則女性色盲患者在該地區佔7%×7%，約為0.5%。該地區男性人口的基因型及比例為XBY(93%),XbY（7%），在男性人口中XB和Xb的基因頻率分別為93%和7%。XBXb的概率為2×93%×7%=13.12%。答案依次為：0.5%　 93%　 7%　 13.02%

XB(93%)Xb（7%）YXB(93%)XB XB(86.49%)XB Xb（6.51%）XBY(93%)Xb（7%）XB Xb（6.51%）Xb Xb（7%）XbY（7%）14、看圖回答問題，此圖解表示8倍體小黑麥的培育過程：

（1）普通小麥的雌配子含_________個基本染色體組。以黑麥做父本，雄配子中有 _______ 個基本染色體組。（2）雜交一代含 _________個基本染色體組，之後還必須用人工方法將________， 形成正常的________，才能受精、結實、繁殖後代。（3）人工誘變成多倍體的常用方法是________。（4）試從進化角度，談談培育成功的重要生物學意義。[解析]解答本題的關鍵是運用染色體組整倍性變異的原理，聯繫減數分裂、受精作用、遠緣雜交、秋水仙素作用機制，自然選擇和人工選擇等眾多知識點綜合分析解答。闡明有利變異為進化提供原材料，通過人工選擇加快培育新物種的進程這一觀點。[答案]⑴ 3；1。⑵ 4；染色體加倍；雌、雄配子。⑶ 秋水仙素處理植物萌發的種子或幼苗生長點，使其染色體加倍。⑷ 小黑麥是人工創造異源多倍體很成功的實例。小黑麥本來是自然界沒有的物種，科學家利用遠緣雜交，通過人工選擇在短短的十幾年就創造出這個新物種。若靠大自然的恩賜，通過自然選擇形成高等植物的一個新物種需要漫長的時間。由此可見，人工選擇大大加快物種的進化。
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