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遗传和变异 ----- 生物的遗传. 安庆一中 杨卫东 2005 年 4 月 14 日 星期四. 配子 染色体 DNA 基因 蛋白质 性状. (一)杂合体生殖细胞产生配子问题. 减数分裂和受精作用遗传紧密联系. DNA DNA DNA DNA DNA DNA 或 RNA. DNA 和 RNA DNA 和 RNA DNA 和 RNA DNA 和 RNA DNA 和 RNA DNA 或 RNA. (二) 遗传的物质基础. 【 高考热点分析 】

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遗传和变异

-----生物的遗传

安庆一中 杨卫东

2005年4月14日 星期四

slide5

DNA

DNA

DNA

DNA

DNA

DNA或RNA

DNA和RNA

DNA和RNA

DNA和RNA

DNA和RNA

DNA和RNA

DNA或RNA

(二)遗传的物质基础

slide6

【高考热点分析】

噬菌体侵染细菌的实验和肺炎双球菌转化实验是证明DNA是遗传物质的两个经典实验。有关实验设计思路、实验结论的唯一性反映了科学家的科学思路和科学素养。因此这两个实验可能是命题点之一。

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例1.细菌质粒是一种环状DNA,质粒能自我复制,且能拼接到DNA中,不能从一个细胞进入另一个细胞。λ噬菌体作为①,其生活方式②,离开宿主就相电于没有生命的分子,λ噬菌体的DNA可独立存在于大肠杆菌细胞质中,也可整合E.coli(一种细菌)的DNA中,并与其一起复制。用同位素示踪法研究λ噬菌体侵染E.coli发现,λ噬菌体将其③注入到E.coli体内;由E.coli提供完整的酶系统、原料和④,以噬菌体DNA为模板合成⑤,并在E.coli的⑥上合成蛋白质。进一步研究发现,λ噬菌体没有自身特有的遗传密码,含有的基因常和E.coli的基因相同或相似,而和其他病毒的基因不同,当子代的噬菌体从E.coli释放出来后,又可继续侵染其他的E.coli。例1.细菌质粒是一种环状DNA,质粒能自我复制,且能拼接到DNA中,不能从一个细胞进入另一个细胞。λ噬菌体作为①,其生活方式②,离开宿主就相电于没有生命的分子,λ噬菌体的DNA可独立存在于大肠杆菌细胞质中,也可整合E.coli(一种细菌)的DNA中,并与其一起复制。用同位素示踪法研究λ噬菌体侵染E.coli发现,λ噬菌体将其③注入到E.coli体内;由E.coli提供完整的酶系统、原料和④,以噬菌体DNA为模板合成⑤,并在E.coli的⑥上合成蛋白质。进一步研究发现,λ噬菌体没有自身特有的遗传密码,含有的基因常和E.coli的基因相同或相似,而和其他病毒的基因不同,当子代的噬菌体从E.coli释放出来后,又可继续侵染其他的E.coli。

(1)在上述数字标号处填写恰当的生物学名词。

(2)上述研究中那些事实支持“病毒是生物”的观点,那些又与之矛盾?

(3)有一种观点认为“病毒来自细胞,是细胞分出来的部分”,上文中有那些材料支持这一观点?

slide8

(三)染色体、DNA、基因与遗传信息的传递、表达和基因传递规律(三)染色体、DNA、基因与遗传信息的传递、表达和基因传递规律

【高考热点分析】

染色体、DNA、基因的相互关系是遗传的核心关系,在遗传规律中得到具体的体现。因此在一些考题中也是命题的内容。

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复制

表达

亲代信息

子代信息

子代性状

有性生殖

个体发育

直接控制作用

结构蛋白

细胞结构

结构基因

性状

酶或激素

细胞代谢

调节基因

间接控制作用

slide10

+h

de f

a

b

基因

c

g 元素

例2.下图表示细胞中与基因有关的物质或结构,请据图分析回答:

①细胞内的遗传物质是( ),基因和b的关系是( )。

②遗传物质的主要载体是( ),基因和b的关系是( )。

③c和b的关系是( ),b被彻底水解后的产物是( )。

④基因和h的关系是( ),h合成时的直接模板来源于过程。

⑤如果基因存在于上则其遗传方式与性别相关联,这就是。这种遗传方式既遵循定律,又有特殊性。

⑥b的空间结构是,其中A .G .C. T 四种碱基中和数目越多,b的空间结构越稳定。b的功能是。

slide11

【解析】

“染色体DNA    基因   脱氧核酸”这一红线贯穿于“遗传和变异”的始终,并以本专题为基础,其中“基因”是核心环节。本题结合了与基因相关的结构、功能、计算及相互联系等方面的知识。可以说是本专题知识的小结。复习这部分知识,应对DNA双螺旋结构模型的基本要点,即:主链的构成方式、排列位置和动态变化以及连接两条主链的缄基对的构成方式、排列位置和动态变化等知识全面理解,这是进一步理解DNA的储存、复制、传递、表达遗传信息等功能的基础,况且着部分是教材中有限的分子水平的生物学知识的主体。

slide13

2.作为遗传物质必须具备的条件

①在细胞生长和繁殖的过程中能够精确的复制自己

②能够指导蛋白质合成从而控制生物的性状和新成代谢

③具有贮存巨大数量遗传信息的潜在能力

④结构比较稳定,但在特殊情况下又能发生突变,而且突变后还能继续复制,并能遗传给后代

slide14

3.现代遗传工程核心:

基因工程

细胞工程

酶工程

发酵工程

slide16

原核细胞的基因结构

能够转录为相应的信使RNA,进而指导蛋白质的合成,也就是说能够编码蛋白质的区段编码区连续(不存在外显子和内含子)

编码区

启动子

不能编码蛋白质的区域,调控遗传信息的表达

非编码区

终止子

slide18

外显子

内含子

启动子

终止子

真核细胞的基因结构

间隔的、不连续的

编码区

不能编码蛋白质的区域,调控遗传信息的表达

非编码区

slide20

例4:科学家将含人的a-抗胰蛋白酶基因的DNA片断注射到羊的受精卵中,由该受精卵发育的羊分泌含a-抗胰蛋白酶的奶。这一过程不涉及

A、DNA按照碱基互补配对原则自我复制

B、DNA以其一条链为模板合成RNA

C、RNA以自身为模板进行自我复制

D、按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质

slide21

例5:运用现代生物技术的传统育种方法,将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中,培育出转基因抗虫的菜品种。这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白,对菜青虫有显著的抗性,能大大减轻菜青虫对油菜的危害,提高油菜产量,减少农药使用,保护农业生态环境。根据以上信息,判断下列叙述正确的是例5:运用现代生物技术的传统育种方法,将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中,培育出转基因抗虫的菜品种。这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白,对菜青虫有显著的抗性,能大大减轻菜青虫对油菜的危害,提高油菜产量,减少农药使用,保护农业生态环境。根据以上信息,判断下列叙述正确的是

A Bt基因的物质属性是蛋白质

B Bt基因中会有菜青虫的遗传物质

C 转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因

D 转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物

slide22

(五)分析遗传实例的原则和切入点

1.性状是由基因控制的,基因在染色体上,且在体细胞中一般是成对存在的(伴性遗传有例外如:AaB〖即AaXBY缩写〗);

2.恰当判断相对性状的显性与隐性;

3.根据表现型初步确定基因型;

4.正确推导亲代产生的配子种类及其比例或推导某生物是由何种配子受精发育而来。

slide23

Aa

Aa

aa

④推导出该夫妇的基因型为Aa , Aa ,女孩为aa 。

示例:一对正常的夫妇,生了一个白化病的女孩,试判断正常与白化病的显、隐性关系及致病基因在性染色体还是在常染色体上?

正常

正常

①首先画其图解;

患病

②不难判断白化病为隐性;

③致病基因不可能在Y染色体,也不可能在X染色体上,应在常染色体上;

slide25

解释

拓展延伸

1、细胞质遗传的原因

表现为母系遗传,杂交后代不出现一定分离比

受精卵的细胞质主要来自卵细胞,一切受细胞质基因控制的性状,只能通过卵细胞遗传给后代。

原始生殖细胞在进行减数分裂时,细胞质中的遗传物质不能像核内的遗传物质进行有规律分离,而是随机地、不均等地分配到子细胞中去

slide26

物质基础

叶绿体、线粒体等细胞质结构中的DNA

形成原因

受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞,因为减数分裂时,细胞质中遗传物质随机、不均等分配

与细胞核遗传的关系

相对独立,相互影响

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例6.一条多肽链中有氨基酸1000个,则作为合成该多肽模板的信使RNA分子和用来转录信使RNA的DNA分子至少要有碱基:例6.一条多肽链中有氨基酸1000个,则作为合成该多肽模板的信使RNA分子和用来转录信使RNA的DNA分子至少要有碱基:

A.3000个和3000个

B .1000个和2000个

C .2000个和4000个

D .3000个和6000个

slide31

例7.某蛋白质由n条肽链组成,氨基酸的平均分子量为a,控制该蛋白质合成的基因含b个碱基对,则该蛋白质的分子量约为例7.某蛋白质由n条肽链组成,氨基酸的平均分子量为a,控制该蛋白质合成的基因含b个碱基对,则该蛋白质的分子量约为

A.2/3ab-6b+18n

B.1/3ab-6b

C.(1/3b-a)×18

D.1/3ab-(1/3b-n)×18

slide32

【例8】下表是4种遗传病的发病率比较。请分析回答:

病名 非近亲婚配子女发病率 表兄妹婚配子女发病率

甲 1∶310000 1∶8600

乙 1∶14500 1∶1700

丙 1∶38000 1∶3100

丁 1∶40000 1∶3000

(1)4种疾病中可判断属于隐性遗传病的有。

(2)表兄妹婚配子女的发病率远高于非近亲婚配子女的发病率,其原因是。

slide33

不遗传的变异

(改变)

(诱因)

表现型

=

基因型

+

环境条件

(改变)

基因突变

可遗传的变异

来源

染色体变异

基因重组

(七)生物的变异

slide34

1.基因突变的概念、特征,人工诱变在育种上的应用1.基因突变的概念、特征,人工诱变在育种上的应用

(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。

(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

③多方向性:形成一系列异质性等位基因

④多害性:往往打破生物对环境形成的适应性

⑤可逆性:正向突变与回复突变

slide35

物理因素

化学因素

(3)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

宇宙射线、Χ射线、 γ射线

紫外线、激光

诱变因素

亚硝酸、硫酸二乙酯、秋水仙素

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。

slide36

组织培养

人工诱导

杂交育种

染色体加倍

2.染色体倍性变化在育种上的应用

①单倍体育种

F1花粉

单倍体

二倍体纯系

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。

slide37

培育新品种

人工诱导

染色体加倍

杂交育种

②多倍体育种

四倍体

二倍体

slide38

染色体正常复制,不形成纺锤体

秋水仙素

③人工诱导染色体加倍的方法

染色体加倍(4n )

分裂周期细胞(2n )

多倍体组织块

萌发的种子或幼苗

slide39

提取目的基因

装入运载体

导入受体基因

筛选出符合要求的新品种

装入运载体目的基因的检测与表达

(4)选修本中有关育种

①转基因育种

原理:异源DNA(基因)重组

优点:目的性强;育种周期短;克服了远源

杂交不亲和的障碍

缺点:技术复杂,安全性问题多

应用:转基因抗虫棉等。

slide40

植物体细胞杂交:

“去壁”

“诱融”

“组培”

动物体细胞克隆育种:

核移植和胚胎移植

②细胞工程育种(原理:细胞的全能性)

克服了远源杂交不亲和的障碍;大大扩展了用于亲本杂交组合的范围。

克服了远源杂交不亲和的障碍;可应用于繁育优良动物,抢救濒危动物等。

slide41

例:看图回答问题,此图解表示8倍体小黑麦的培育过程:

普通小麦

AABBDD

黑麦

RR

P

X

配子

ABD

R

ABDR

子代

染色体加倍

小黑麦

AABBDDRR

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。

④人工诱变成多倍体的常用方法是。

⑤试从进化角度,谈谈培育成功的重要生物学意义。

3

1

4

染色体加倍

雌、雄配子

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。

slide42

⑤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。

slide43

①概率的类型

求表现型中含致病基因最多的那种基因型的概率

求最大概率:

求表现型中含致病基因最少的那种基因型的概率

最小概率:

概率:

表现型中诸基因型的综合概率

2.有关概率问题的计算

注:前几年以求前两种类型的概率较多见;但近年来,以第三种类型为普遍

slide44

例:某人患白化病,她父、母、妹妹均无此病。她的妹妹与白化病患者结婚,试问他们生育病孩的最大概率、最小概率和概率各是多少?例:某人患白化病,她父、母、妹妹均无此病。她的妹妹与白化病患者结婚,试问他们生育病孩的最大概率、最小概率和概率各是多少?

(设白化病基因为a)

解析:根据题意,妹妹表现型正常,故有两种基因型A A 、Aa且概率分别为1/3与2/3;与妹妹婚配的男子基因型是aa。

最大概率是:A a ×aa→ 1/2 Aa, 1/2 aa,最大概率aa为1/2;

最小概率是: A A×aa→ Aa,出现aa的概率为0;

概率是: 2/3A a ×aa→F1,出现aa的概率为2/3 ×1/2 ×1=1/3

slide45

②概率的提法

解概率题要注意概率的几种常见提法:

求子代的患病概率

求子代中男孩或女孩的患病概率

求生男孩或女孩的的患病概率