第十一专题 变异与进化
【知识结构】
基因结构改变
种群基因库 基因突变 杂交育种
基因在染色体
可遗传变异
上呈线性排列
非同源染色体上的
非等位基因自由组合
转基因育种
结构、数目的改变
进化的原材料 种群是进化的单位
种群基因频率变化
变大 变小
有利变异 不利变异
离
隔
生物多样性
新物种
生物适应性
【考点导引】
1、生物的变异：
（1）基因突变（概念、特点、人工诱变在育种上的应用）
（2）染色体变异：①染色体结构的变异 ②染色体数目的变异（染色体组、二倍体和多倍体、人工诱导多倍体在育种上的应用、单倍体）
2、现代生物进化理论：①种群是生物进化的单位 ②突变和基因重组是产生进化的原材料 ③自然选择决定生物进化的方向 ④隔离导致物种形成（物种的概念、隔离、物种形成）⑤自然选择学说的主要内容
【疑点解读】
1、基因突变：①实质、意义 基因突变是基因结构的改变，即基因中脱氧核苷酸的种类、数目、排列顺序发生了改变，从而导致遗传信息的变化。发生基因突变的原因是DNA在复制时因受内部 和外界因素的干扰而发生差错。突变后成为它的等位基因，由于这种变异能产生这种生物从来没有过的性状，所以基因突变是可遗传变异的根本来源，为生物进化提供最初原材料。②特点 基因突变具有普遍性、随机性、低频性、不定向性、多害少利性等。
2、基因重组：狭义的基因重组只发生在有性生殖中，具体是指减数第一次四分体时期同源染色体的交叉互换或指减数第一次后期随同源染色体分离、非同源染色体上的非等位基因自由组合。同基因突变相比，它只能产生新的基因型，而不能产生新基因，所以只能说它是生物变异重要来源之一，而不能说是根本来源。广义的基因重组还包括转基因技术。
3、染色体变异：包括染色体结构变异和染色体数目变异，由于染色体上有遗传物质DNA，所以，染色体变异也会导致生物性状的改变。其中比较有意义的是以染色体组的形式整倍增 减。染色体组的定义是以二倍体为例得出的，一个染色体组中没有同源染色体，没有等位基因，但一个染色体组中所包含的遗传信息是一套个体发育所需要的完整的遗传信息，即常说的一个基因组。不同生物染色体组中染色体的数目、形态、大小不一样；同种生物染色体组中各个染色体的大小、形态各异。染色体组是偶数的个体一般都具有生育能力，但是染色体组数是奇数的个体是高度不育的。
4、单倍体生物与多倍体生物的判断：
①从概念出发：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体是单倍体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫多倍体。
②从实质出发：单倍体生物一定是由配子直接发育而来，体细胞中不一定只含一个染色体组。如四倍体的配子含二个染色体组，这样的配子发育成的个体就是单倍体，它含有二个染色体组。同样六倍体的单倍体含三个染色体组。反过来，如果生物体是由合子发育而来的，那么，生物体细胞内含有几个染色体组就叫几倍体。
5、育种方法的比较
育种 方法 | 杂交 育种 | 诱变 育种 | 单倍体 育种 | 多倍体 育种 | 转基因 育种 | 细胞工程 育种 |
原理 | 基因重组 | 基因突变 | 染色体变异 | 染色体变异 | 基因重组 | 染色体变异 |
常用 方法 |
选择具有相对性状的亲本杂交 |
用物理或 化学因素 处理生物 |
花药的离 体培养 | 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 | 用外源基因片段整合到另一生物的DNA中 |
原生质体 的融合 |
优点 | 产生新的基因型，集中不同亲本的优良性状 | 产生新基因，可以大幅度改良某些性状 |
明显缩短 育种年限 | 器官大，营养物质含量高等 |
定向改造 生物的性状 |
克服远缘杂交 的不亲合障碍 |
实例 |
小麦、水稻等 | 高产青霉 素菌株的 培育 | 水稻的花 药培育等 |
无子西瓜 | 转基因 抗虫棉 |
白菜—甘蓝 |
育种 程序 | 甲品种×乙品种 ↓ F1 ↓ F2 人工选择↓ … 性状稳定遗 传的新品种 |
供试材料 物理或 化学 因素 多种变 异类型 人工↓选择新品种 | 甲品种×乙品种 ↓ F1 花药离↓体培养幼苗 秋水↓仙素 若干类型 人工↓选择 新品种 | 萌发的种 子或幼苗 秋水↓仙素 染色体加 倍的植株（纯合体） 人工↓选择 新品种 |
甲种生物 某基因 运载体↓插入 乙种生物 （新品种） | 甲植物细胞A 乙植物细胞B 去掉细↓胞壁 原生质体A 原生质体B 原生质↓体融合杂种细胞 植物组↓织培养 杂种植株 |
6、生物进化理论——达尔文的自然选择学说
生物的多样性是长期自然选择的结果。地球上生物生存的环境多种多样，在不同环境中生存的生物，自然选择的方向是不同的。不同的选择方向形成不同的生物类型，最后形成不同的物种。物种不同，其基因库中的基因组成也不相同，这就形成了遗传的多样性。故生物多样性主要包括：物种多样性、遗传多样性和生态环境多样性，这三个内容之间是互相联系的。保护生物的多样性，首先要保护环境的多样性，环境的多样性是生物多样性存在的前提。
7、现代生物进化理论的基本观点
种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质在于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，最终导致新物种的形成。其中突变和基因重组产生进化的原材料，自然选择使种群的基因频率发生定向的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。
8、基因频率的计算方法
（1）根据基因型计算：
设二倍体生物种群中的某染色体的某一位点上有一对等位基因，记为A和a，假设种群中被调查的个体有N个，三种类型的基因组成AA、Aa和aa在被调查对象中所占的个数分别为n1、n2和n3。设A基因频率为p、a基因频率为q，则p=，q=
（2）根据基因型频率计算：
一个等位基因的频率等于它的纯合体频率与1/2杂合体频率之和。如上题中，AA基因型频率为，Aa基因型频率为，aa基因型频率为，则p=+×=，q=+×=。
【典型例题】
[例1]某植物为同源四倍体，纯种紫花与纯种白花杂交所得的F1（AAaa）开紫花，F1代紫花植株作母本与白花植株进行人工传粉，其后代性状分离比为（ ）
A．紫花:白花=35:1 B．紫花:白花=3:1 C．白花:紫花=1:5 D．白花:紫花=1:1
【解析】解决本题的关键一是根据F1的基因型和表现型理解亲本的基因型；二是要清楚F1减数形成配子的种类及比例为AA:Aa:aa=1:4:1，因为减数形成配子时同源染色体分离，配子中应有4条同源染色体中的任意2条；白花植株只能产生一种类型的花粉aa，精子和卵细胞随机结合。
【答案】C
[例2]某同学发现他家乡的一些玉米植株比一般植株早熟、生长整齐而健壮，果实穗大粒多，你认为这些植株可能是（ ）
A．单倍体 B．多倍体 C．突变种 D．杂交种
【解析】本题主要看学生对基础知识的掌握和应用情况。多倍体一般生长健壮，果实大，子粒多，但成熟晚；单倍体一般高度不育；基因突变频率低，与题中的“一些”矛盾；而杂交种一般表现杂种优势，其成熟期较早，生长整齐，植株健壮，产量高等。
【答案】D
[例3] （多选）自然选择决定生物的进化方向，以下哪些内容不是其直接作用的对象（ ）
A．基因型 B．基因 C．多肽链 D．表现型
【解析】 达尔文把在生存斗争中，适者生存、不适者被淘汰的过程，叫自然选择。自然选择在决定淘汰还是保留某性状，主要是看此性状能否与环境相适应。生物的性状主要由基因（基因型）型决定、主要由蛋白质体现的，但自然选择的直接作用对象是性状，而不是基因（基因型），多肽链只有具有一定的空间结构后才能成为蛋白质。
【答案】A、B、C
请据图回答：
（1）曲线b和a比较，说明了_________________________。
（2）b、c、d三曲线比较，说明了______________________
_________________________________。
（3）比较三条曲线的变化，最符合人们需要的菌株是________。
从中我们可以得到什么启示? 图11-1
【解析】本题是人工诱变在生产实践中应用的问题。青霉菌分泌青霉素是它的性状之一，这种性状是由基因来控制的，性状发生改变（如分泌量的多少）是由基因突变引起的，b曲线和a曲线相比较，b使用诱变剂只需要较少的菌株数，就可与使用诱变剂前（a曲线）更多的菌株产生相同数量的青霉素，说明诱变剂的使用，使青霉菌产生了基因突变，提高了青霉素的产量。比较b、c、d可知，三条曲线在相同菌株数的情况下，突变型c的产量最低，d最多，说明了b、c、d曲线对应的菌株性状不同。因而说明基因突变是多方向的。
【答案】（1）诱变剂可以引起青霉菌发生基因突变，使青霉素的产量提高 （2）基因突变具有多方向性 （3）d曲线对应的青霉菌株。人们可以通过反复诱变，不断从诱发产生的突变中筛选出我们需要的性状。
专题训练一
1．科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子，把它注射入某生物组织中，可以通过细胞的内吞作用的方式进入细胞内，DNA被释放出来后，进入细胞核内，最终整合到细胞的染色体中并成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞染色体中的过程属于（ ）
A．基因突变 B．基因重组 C．基因互换 D．染色体变异
2．人类的正常血红蛋白（HbA）的β链第63位氨基酸为组氨酸（CAU），HЬ-M（异常血红蛋白）的β链第63为酪氨酸（UAU），这种变异的原因在于基因中 （ ）
A．G∥C A ∥T B．CAU变成了UAU
C．缺失一个碱基对 D．增添一个碱基对
3．温带地区的乔木、灌木多为落叶阔叶林，这一事实解释为 （ ）
A．变异的不定向性 B