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第七单元　生物的变异与进化
一、基因突变
1.概念:DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失,而引起的基因碱基序列的改变。
2.时间:可发生在生物个体发育的任何时期,但主要发生在DNA分子复制过程中,如:真核生物,主要发生在细胞分裂前的间期。
3.原因
(1)物理因素:紫外线、X射线及其他辐射。
(2)化学因素:亚硝酸盐、碱基类似物。
(3)生物因素:某些病毒。
4.特点
(1)普遍性:在生物界是普遍存在的。
(2)随机性:时间上,可以发生在生物个体发育的任何时期;部位上,可以发生在细胞内不同的DNA分子上和同一个DNA分子的不同部位。
(3)低频性:自然状态下,基因突变频率很低。
(4)不定向性:一个基因可以发生不同的突变,产生一个以上的等位基因。
5.意义:基因突变是产生新基因的途径,是生物变异的根本来源,为生物的进化提供了丰富的原材料。
二、细胞的癌变
1.癌细胞的特征:无限增殖,形态结构发生变化,细胞膜上的糖蛋白等物质减少。
2.人和动物细胞中的DNA上本来就存在与癌变相关的基因:原癌基因和抑癌基因。
(1)原癌基因表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的,这类基因一旦突变或过量表达而导致相应蛋白质活性过强,就可能引起细胞癌变。
(2)抑癌基因表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖,或者促进细胞凋亡,这类基因一旦突变而导致相应蛋白质活性减弱或失去活性,也可能引起细胞癌变。
三、基因重组
1.概念:在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。
2.基因重组的类型
(1)自由组合型:减数分裂Ⅰ后期位于非同源染色体上的非等位基因的自由组合。
(2)染色体互换型:减数分裂Ⅰ前期(四分体时期)位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的互换而发生交换。
3.结果和意义:产生新的基因型,是生物变异的来源之一。产生基因组合多样化的子代,其中一些子代可能会含有适应某种变化的、生存所必需的基因组合。对生物的进化具有重要的意义。
四、染色体变异
1.染色体结构的变异
(1)类型
类型 图像 联会异常 实例
缺失 果蝇缺刻翅、 猫叫综合征
重复 果蝇棒状眼
易位 果蝇花斑眼
倒位 果蝇卷翅
(2)结果:染色体结构的改变,会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变,导致性状的变异。大多数染色体结构变异对生物体是不利的,有的甚至会导致生物体死亡。
2.染色体数目的变异
(1)类型
①细胞内个别染色体的增加或减少,如21三体综合征。
②细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少,如多倍体、单倍体。
(2)染色体组
①概念:细胞中的一组非同源染色体,在形态和功能上各不相同,但又互相协调,共同控制生物的生长、发育、遗传和变异,这样的每套非同源染色体,叫作一个染色体组。
②组成:如图为某雄果蝇的染色体组成,其染色体组可表示为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。
3.单倍体、二倍体和多倍体
(1)单倍体:体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
(2)二倍体:由受精卵发育而来,体细胞中含有两个染色体组的个体。
(3)多倍体:由受精卵发育而来,体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
五、生物育种的方法
项目 杂交育种 诱变育种 多倍体育种 单倍体育种
处理 杂交 辐射、射线、 化学药剂 秋水仙素 花药离 体培养
原理 基因重组 基因突变 染色体变异
优点 可集中两个亲本的优良性状 大幅改良某些性状 果大、营养丰富 明显缩短育种年限
缺点 时间长 有利的不多,需大量处理原材料 发育迟、结实率低 植株弱小,高度不育
六、生物的进化
1.生物有共同祖先的证据
(1)化石是研究生物进化最直接、最重要的证据。化石证据揭示出生物由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生的进化顺序。
(2)当今生物体上进化的印迹:比较解剖学证据、胚胎学证据、细胞和分子水平的证据。
2.自然选择与适应的形成
(1)适应包括的含义:一是指生物的形态结构适合于完成一定的功能;二是指生物的形态结构及其功能适合于该生物在一定环境中生存和繁殖。
(2)适应的特点:普遍性和相对性。
(3)适应是自然选择的结果。达尔文自然选择学说的主要内容:过度繁殖、生存斗争、遗传变异、适者生存。达尔文认为适应的来源是可遗传的变异,适应是自然选择的结果。
3.现代生物进化理论的主要内容
(1)种群是生物进化的基本单位。
①种群
a.概念:生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
b.特点:不仅是生物繁殖的基本单位,而且是生物进化的基本单位。
②种群的基因库:一个种群中全部个体所含有的全部基因构成了该种群的基因库。
③基因频率与基因型频率的计算
项目 基因频率 基因型频率
公式 某基因频率=该基因的数目÷该基因与其等位基因的总数×100% 某基因型频率=该基因型的个体数÷该种群个体总数×100%
外延 生物进化的实质是种群基因频率的改变 基因型频率改变,基因频率不一定改变
(2)突变和基因重组提供了生物进化的原材料。突变包括基因突变和染色体变异。
(3)自然选择决定生物进化的方向
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。生物进化的实质是种群基因频率的改变,而不是种群基因型频率的改变。
(4)突变和基因重组、自然选择和隔离是物种形成和生物进化机制。
①物种:把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。
②隔离
a.概念:不同群体间的个体,在自然条件下基因不能自由交流的现象。
b.地理隔离:同种生物由于地理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。
c.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。
③物种形成与生物进化的关系
判断生物是否进化了,就要看它的基因频率是否发生改变;判断新物种是否形成了,就要看它与原生物是否出现了生殖隔离。
4.生物多样性与协同进化
(1)生物多样性的层次:遗传多样性(基因多样性)、物种多样性和生态系统多样性。
(2)生物多样性形成的原因:生物多样性是协同进化的结果。
(3)协同进化: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。

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