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第九单元 生物的变异与进化
基因突变的实例（镰状细胞贫血）
（1）直接原因：血红蛋白分子中谷氨酸缬氨酸。
（2）根本原因：基因中碱基对
（3）病理诊断：镰状细胞贫血是由于基因的一个碱基对改变引起的一种遗传病，是基因通过控制蛋白质的结构，直接控制生物性状的典例。
2. 基因突变
（1）概念：DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失从而引起基因结构的变化。
（2）时间：有丝分裂间期减数分裂前的间期。
（3）原因：DNA分子复制时偶尔发生错误，DNA的碱基组成发生改变（内因）；物理因素，如紫外线、X射线及其他辐射等；化学因素，如亚硝酸盐、碱基类似物等；生物因素，如某些病毒等（外因）。
（4）结果：可产生新的等位基因；在配子中，传递给后代；在体细胞中，一般不能通过有性生殖遗传。
3.基因突变的特点
（1）普遍性：表现在基因突变在生物界中是普遍存在的；
（2）随机性：表现在基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，发生在细胞内不同DNA分子上以及同一DNA分子的不同部位；
（3）不定向性：表现在一个基因可以产生一个以上的等位基因；
（4）低频性：在自然状态下，基因突变的频率很低。
4.基因突变的意义
（1）对生物体来说，基因突变有的是有害的，有的是有利的，还有的是中性的。
（2）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。
5.细胞的癌变
（1）原因
外因——致癌因子：
物理致癌因子：主要是辐射，如紫外线、X射线等
化学致癌因子：如石棉、砷化物、铬化物、镉化物等无机化合物，苯四氯化碳、焦油、烯环烃、亚硝胺、黄曲霉素、有机氯杀虫剂等有机化合物。
病毒致癌因子：指的是能使细胞发生癌变的病毒：致癌病毒能够引起细胞发生癌变，主要是因为它们含有致癌基因以及与之有关的核苷酸序列，它们感染人的细胞后，将其基因整合到人的基因组中，从而诱发人的细胞癌变。
内因——原癌基因和抑癌基因的突变
原癌基因或抑癌基因发生突变是导致细胞发生癌变的根本原因。细胞癌变一般是多个基因突变累积的结果。
原癌基因：主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和增殖的进程。
抑癌基因：主要抑制细胞不正常的增殖。
癌症的预防：远离致癌因子、健康的饮食和生活习惯、良好的心态。
癌细胞的特征：能够无限增殖，形态结构发生显著变化，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，细胞之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移，等等。
6.基因重组：基因重组是指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。
7.基因重组的类型
（1）交换型：减数分裂四分体时期（减数分裂Ⅰ前期），由于同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体之间的互换而发生交换，导致染色单体上的基因重组。
（2）自由组合型：减数分裂Ⅰ后期，由于非同源染色体的自由组合，使非同源染色体上的非等位基因自由组合。
（3）意义：基因重组能够产生基因组合多样化的子代，是生物变异的来源之一，对生物的进化具有重要意义。
（4）自然条件下，能发生基因重组的生物类型是进行有性生殖的真核生物，细菌等原核生物和进行无性繁殖的真核生物都不能发生基因重组。
8.染色体变异的概念：体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异。
9.染色体数量变异
类型
（1）细胞内个别染色体的增加或减少。
（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。
（3）染色体组的概念：在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
①二倍体：由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组的个体叫作二倍体。在自然界中，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。
②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。
a.特点：茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加，也存在结实率低，晚熟等缺点。
b.人工诱导（多倍体育种）
方法：用低温处理或用秋水仙素诱发等。
处理对象：萌发的种子或幼苗。
原理：能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。
实例：三倍体香蕉、四倍体马铃薯等。
③单倍体
概念：体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。
实例：蜜蜂中的雄蜂，单倍体的农作物。
特点：与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
单倍体育种的方法：
优点：单倍体育种的方法明显缩短育种年限。
10.低温诱导植物染色体数目的变化
（1）实验原理：用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞的染色体数目发生变化。
（2）实验步骤与现象
实验步骤
现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。
（3）注意事项
在显微镜下观察到的细胞已经死亡，不能观察到细胞中染色体数目的变化过程。
选材只能是分生区细胞，不能进行细胞分裂的细胞不会出现染色体数目的变化。
11.染色体结构的变异
（1）类型
图解 变化 名称 举例
染色体b片段丢失 缺失 猫叫综合征；果蝇缺刻翅的形成
染色体b片段增加 重复 果蝇棒状眼的形成
染色体的某一片段（d、g）移接到另一条非同源染色体上 易位 果蝇花斑眼的形成
同一条染色体上某一片段（a、b）位置颠倒 倒位 果蝇卷翅的形成
（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。
（3）对生物体的影响：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。
12.杂交育种
原理：基因重组。
过程
植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，自交至不发生性状分离为止。
动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。
优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。
缺点：不能创造新基因、新性状；杂交后代会出现性状分离；周期长。
13.诱变育种
原理：基因突变。
过程：选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。
优点
可以提高突变频率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。
大幅度地改良某些性状。
（4）缺点：基因突变具有低频性、不定向性、多害少利性，育种时需要处理大量材料，具有盲目性。
14.单倍体育种
（1）原理：染色体（数目）变异。
（2）过程
（3）优点：明显缩短育种年限；子代均为纯种。
（4）缺点：技术复杂。
多倍体育种
原理：染色体（数目）变异。
过程
优点：多倍体植株茎秆粗壮，叶、果实和种子比较大，营养物质含量丰富。
缺点：多倍体植株发育延迟，结实率低，多倍体育种一般只适用于植物。
15.化石
概念：化石是指通过自然作用保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹等。
作用：利用化石可以确定地球上曾经生活过的生物的种类及其形态、结构、行为等特征。因此，化石是研究生物进化最直接、最重要的证据。
分布：大部分化石发现于沉积岩的地层中。
结论：大量化石证据，证实了生物是由原始的共同祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的，而且还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。
16.当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
（1）比较解剖学证据：研究比较脊椎动物的器官、系统的形态和结构，可以为这些生物是否有共同祖先寻找证据。
（2）胚胎学证据：胚胎学是指研究动植物胚胎的形成和发育过程的学科，比较不同动物以及人的胚胎发育过程，也可以看到进化的蛛丝马迹。
17.细胞和分子水平的证据
18.事实证据
（1）无论古细菌生物还是现代生物，它们的细胞都有相似的基本结构。
（2）人和类人猿在DNA的碱基序列或基因组方面高度接近。
（3）不同生物与人的细胞色素氨基酸序列的差异。
19.基本结论
（1）生物有着共同的原始祖先。
（2）揭示当今生物种类亲缘关系的远近以及它们在进化史上出现的顺序。
20.适应的含义
（1）生物的形态、结构适合于完成一定的功能；
（2）生物的形态、结构及其功能适合于该生物在一定的环境中生存和繁殖。
21.适应具有的特点：普遍性和相对性。
22.适应是自然选择的结果
各种生物适应性特征形成的理论
（1）物种不变论的观点：各种生物都是自古以来就存在的。
（2）拉马克的观点
①观点内容
a.当今所有的生物都是由更古老的生物进化来的，各种生物的适应性特征不是自古以来就如此的，而是在进化过程中逐渐形成的。
b.适应的形成都是由于用进废退和获得性遗传。
②对拉马克观点的评价：拉马克提出的进化学说彻底否定了物种不变论，在当时具有进步意义，但他对适应形成的解释未被人们普遍接受。
（3）达尔文的自然选择学说的观点：适应的来源是可遗传的变异，适应是自然选择的结果。
23.自然选择学说的解释模型
由此可见，群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择是适应形成的必要条件。
24.自然选择学说的历史贡献
（1）使生物学第一次摆脱了神学的束缚
（2）合理解释了生物进化的原因
（3）揭示了生物界的统一性
（4）科学地解释了生物的多样性和适应性
25.局限性
（1）对遗传和变异的本质，未做出科学的解释
（2）对生物进化的解释局限于个体水平
26.达尔文以后进化理论的发展
（1）发展的原因
关于遗传和变异的研究，已经从性状水平深入到基因水平，人们逐渐认识到遗传和变异的本质。
关于适应以及物种的形成等问题的研究，已经从以生物个体为单位，发展到以种群为基本单位。
（2）发展的结果：形成了以自然选择学说为核心的现代生物进化理论。
27.种群的概念及特点
（1）概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。如一片树林中的全部猕猴或一片草地上的所有蒲公英都可以看作一个种群。
（2）特点：种群是生物进化的基本单位，种群中的雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因传给后代。种群也是生物繁殖的基本单位。
28.基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。
29.基因频率：
（1）概念：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。
（2）计算公式：基因频率=。
30.种群基因频率的变化
（1）可遗传的变异的来源：可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。基因突变和染色体变异统称为突变。
（2）可遗传变异的形成、特点和作用
①形成：a.基因突变产生新的等位基因；b.通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型。
②特点：随机的、不定向的。
③作用：只是提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
（3）变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。
31.自然选择对种群基因频率变化的影响
（1）原因：在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。
（2）结果：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。
32.物种的概念：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。
33.隔离
（1）概念：不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
（2）常见类型
类型 地理隔离 生殖隔离
概念 同一种生物由于地理上的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 不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代
特点 同种生物，地理障碍消失后仍然可以进行基因交流 永久性不能进行基因交流
举例 两个池塘中的鲤鱼 驴和马
共性 阻止了基因天然交流
34.隔离在物种形成中的作用
35.生殖隔离是形成新物种的必要条件。
36.协同进化：指生物的不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展。
37.生物与生物之间的协同进化
（1）某种兰花具有细长的花距经过共同进化→某种蛾类具有细长的吸管似的口器。
（2）羚羊的奔跑速度加快经过共同进化→猎豹的奔跑速度加快。
38.生物与环境之间的协同进化
地球上原始大气中没有氧气，所以那时生物的呼吸类型只能是无氧呼吸；当地球上出现了进行光合作用的生物以后，才使大气中有了氧气，这就为好氧生物的出现创造了前提条件。
39.协同进化的原因：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。
40.生物多样性的形成
（1）内容：遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性。
（2）三个层次之间的联系
（3）形成原因：生物的进化。
（4）研究生物进化历程的主要依据：化石。
41.生物进化历程中的几个关键事件
（1）真核生物出现以后，尤其是有性生殖方式的出现，使生物进化速度明显加快。
（2）寒武纪大爆发，形成生态系统的第三级—消费者，对植物的进化产生重要影响。
（3）原始两栖类的出现，使生物登上陆地，改变陆地环境，而陆地上复杂的环境也为生物的进化提供了条件。
（4）在进化过程中，许多物种由于不适应环境的变化而灭绝了。恐龙的灭绝为哺乳类的兴盛腾出了空间，使生物进化翻开了崭新的一页。
42.生物进化理论在发展
（1）现代生物进化理论：适应是自然选择的结果；种群是生物进化的基本单位；突变和基因重组提供进化的原材料，自然选择导致种群基因频率的定向改变，进而通过隔离形成新的物种；生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程；生物多样性是协同进化的结果。
（2）中性突变学说：大量的基因突变是中性的，决定生物进化方向的是中性突变的逐渐积累，而不是自然选择。
（3）间断平衡学说：物种形成并不都是渐变的过程，而是物种长期稳定与迅速形成新种交替出现的过程。

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