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第3节 遗传和变异
浙教版 九年级上
第1课时
新知导入
两只大狗生了四只小狗，这四只小狗长得与双亲很相似但又有所不同，小狗与小狗之间也是如此。这种现象在自然界普遍存在吗？科学家是如何解释这种现象的？
生物体的形态结构、生理和行为等特征统称为性状 。
新知讲解
遗传和变异现象
例如，豌豆花的颜色是一种性状，其具体表现形式有紫花和白花两种，称为相对性状。
同一种性状的不同表现形式，就是相对性状。
探索活动：
1. 指定一名同学，按表4.3-1所列的各种性状，确定每种性状的具体表现。看看全班有几名同学的这些性状与该同学完全相符。
2. 为什么不同的人所有性状都相同的可能性很小？
3. 人的ABO血型是一种性状，它的表现形式有哪些？
4. 将自己与父母、父母的父母作比较，这些性状是否相同？这种现象说明了什么？
通过观察发现，不同的人性状差异较大，亲缘关系近的人性状相似度高。由此推测性状来源于遗传，两个人获得遗传组合的种类很多，完全相同的可能性几乎为零。
人的ABO血型是一种性状，它的表现形式有A型、B型、AB型和O型。
将自己与父母、父母的父母作比较，会发现有些性状与父母相同，有些性状与父母的父母相同，有些性状与他们都不相同，这说明遗传和变异是普遍存在的。
每个人的性状都与父母比较相似，但又不完全一样，说明遗传和变异是普遍存在的。子女像父母、像祖辈……不断往前追溯，与很久以前的祖先相比就不像了，这说明遗传只是相对于某个特定时期而言的。而变异则是绝对的，自然界中找不到两个完全相同的个体。
遗传是指生物体亲子代之间性状的相似性，
变异是指亲子间及子代个体间性状的差异性。
科学阅读：
关于遗传现象的早期研究
18世纪前，人们并不知道生物性状是由什么决定的，也不清楚性状的遗传是否有规律可循。“精源论”者认为，子代的性状是由父方的精子所决定的。 “卵源论”者认为子代的性状是由母方的卵子所决 定的。当时还盛行“融合遗传”，即子代会表现出介 于双亲之间的中间性状，如红花与白花杂交的子代为粉红花。
根据“融合遗传”，后代变异类型会越来越少，这个观点不支持达尔文的自然选择理论。于是，达尔文提出了“泛生论”，认为生物体细胞中有能自身繁殖的微粒，称为“微芽”，可随体内循环进入双亲生殖细胞并传递给子代，使子代表现出双亲的性状。当时也有学者提出了“颗粒遗传”的观点，认为生物性状是由细胞内的某种“颗粒”状物质所决定的。
遗传物质的传递
精子
卵子
受精的实质
精子和卵细胞中的细胞核相互融合的过程
研究对象的选择。
为什么生物体会表现出亲子代间性状相似的遗传现象呢？
人们对此进行了广泛的研究。生活在奥地利一所修道院的孟德尔（G. J. Mendel）分析了前人的研究，从豌豆杂交现象出发，试图发现隐藏的遗传规律。
孟德尔花了两年时间，从34个不同品系的豌豆中确定了7对差异显著、容易识别的相对性状进行实验。蕊在成熟前剪去，再进行人工授粉。
豌豆花是两性花，但自然状态下，豌豆不能进行异花传粉，因为它在花瓣打开前就已完成自花传粉，所以通常豌豆的性状在后代中可以稳定遗传，如紫花豌豆的后代都开紫花。
若要将两株不同的豌豆进行杂交，需要先将作为母本的那株豌豆的雄蕊在成熟前剪去，再进行人工授粉。
严格控制变量。
孟德尔决定将 F1紫花豌豆进行自花传粉（自交），继续观察子二代 （F2）的性状表现。结果发现 F2中白花又出现了，紫花与白花的比例约为3∶1。这些白花的出现是巧合吗？
孟德尔用了另外6对相对性状重复了这个实验，发现每组的F1都只呈现出一种性状，但是F2都出现了两种性状，且比例均接近3∶1。这一结果是融合遗传观点无法解释的。
孟德尔每次实验只研究一对相对性状。例如，他挑选能稳定遗传的纯系紫花和白花豌豆杂交，结果发现，子一代（符号为F1）全为紫花，白花这一性状消失了，如图所示。
提出遗传因子分离假说。
孟德尔根据实验结果，提出了“遗传因子分离假说”，并成功解释了豌豆杂交实验的结果。孟德尔将控制性状的物质称为遗传因子，他认为F1均表现为紫花的原因是其细胞内控制紫花性状的遗传因子（A）和控制白花性状的遗传因子（a）没有融合，相互独立，但A 对a显性使F1表现为紫花。F1在形成生殖细胞时，成对的遗传因子（A和a）彼此分离，产生数量均等的A和a两种类型的生殖细胞，并随机结合，导致 F2出现了紫花和白花两种性状，且比例接近3∶1。
演绎推理。
孟德尔认为，如果假说正确，那么紫花豌豆F1（Aa）将产生数量均等的 A 和 a 两种类型的生殖细胞，而白花豌豆（aa）只能产生 a 一 种类型的生殖细胞。如果让F1 （Aa）与白花豌豆（aa）杂交，理论上子代会出现紫花∶白花＝1∶1的结果，如图所示。
实验验证，得出结论。
孟德尔根据演绎推理的实验方案进行了多次实验，得到的实验结果与他预期的结果完全一致，表明他提出的假说是正确的。
1866年，他发表了题为《植物杂交实验》的论文，正式提出了著名的遗传因子分离定律。孟德尔的研究方法不是简单的观察和总结，而是首先分析问题和提出假说，再通过实验加以验证，由此揭示了遗传规律。
在观察和分析的基础上提出问题，通过推理和想象提出解释问题的假说，再根据假说进行演绎推理，设计实验方案并预测结果，通过实验来检验。如果实验结果与预测相符，就可以认为假说是正确的，反之，则可以认为假说是错误的。这是现代科学研究中常用到的假说—演绎法。
由于孟德尔的理论过于超前，当时并没有被学术界所重视，直至他去世数十年以后，其理论的价值才被重新发现，他的遗传理论也受到了学术界的广泛认可。孟德尔因此被公认为遗传学的奠基人。
假说—演绎法
方法与技能：
思考与讨论：
孟德尔提出了什么假说来解释一对相对性状豌豆杂交实验的结果？孟德尔采用了怎样的研究方法？
孟德尔提出了遗传因子分离假说来解释一对相对性状豌豆杂交实验的结果。孟德尔采用了假说—演绎的研究方法。
神秘的“遗传因子”究竟是什么物质？存在于细胞的什么结构中？
随着细胞分裂的发现，科学家关注到亲子代生物体细胞内的染色体种类和数量保持着高度的稳定性。由此推测：生物遗传现象与染色体有关。随后，人们认识到染色体主要由脱氧核糖核酸和蛋白质组成，并进一步证明了DNA是主要的遗传物质。
1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型，这是对DNA结构探索划时代的伟大发现，使人们对DNA的认识进入到分子水平。从此开启了分子生物学时代。
在自然界，1 个 DNA 分子的碱基可达数亿个，它们的不同排列使得DNA分子具有多样性。
一个DNA分子上有成百上千个基因，它们决定着生物的不同性状。
生物个体能通过精子或卵子将自身的基因传递给子代，子代具备了父母双方的基因，所以表现出与双亲相似的遗传性状，但与双亲中的任何一方又不会完全相同。科学家通过一系列实验证明“遗传因子”就是基因。
我们把DNA分子上包含了特定遗传信息的片段称为基因。
探索活动：
如图所示，DNA 分子呈双螺旋结构，每条长链可包含上亿个基本组成单位 — 脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸都是由脱氧核糖、碱基和磷酸组成的。
1. 若将DNA分子结构比作一个双螺旋上升的楼梯，则楼梯的“扶手”是由__________和_______连接而成，中间的“踏脚”就是_________。
2. 不同DNA分子所含脱氧核苷酸的_________和_________不同。
脱氧核糖
磷酸
碱基
数量
排列顺序
早期人们认为男性和女性这一性状也是由基因决定的。随着对染色体研究的深入，科学家发现，人的性别由一对特殊的染色体决定，称为性染色体。
女性的性染色体组成为XX，男性则为XY，如图所示。自然界中有一部分生物（如果蝇等）也是由XY性染色体决定性别的。
一般来说，若母亲的卵细胞与父亲含有X染色体的精子结合，受精卵的性染色体组成是XX，此受精卵发育成的孩子是女孩。若母亲的卵细胞与父亲含有Y染色体的精子结合，受精卵的性染色体组成是XY，此受精卵发育成的孩子是男孩。
思考与讨论：
1.人体细胞中有几条染色体？有何共同特点？
2.男性与女性细胞中的染色体有何区别？
人体细胞中有46条染色体，它们都由DNA和蛋白质组成，并且都是成对存在的。
男性与女性细胞的染色体中，22对常染色体是相同的，1对性染色体是不同的。
科学·技术·社会·环境
人的头发、皮肤或血液中都包含有DNA，可以用于制作一个DNA指纹带，类似于商品的条形码。这种遗传学上的“指纹”可以用于亲子鉴定、犯罪嫌疑人确认、野外的尸骨识别等。
不同的DNA样本有着不同的条带模式，可以用于鉴定DNA分子。
DNA 指纹
课堂小结
遗传和变异（一）
染色体主要是由蛋白质和DNA组成，在遗传中起重要作用
每个染色体上有一个DNA分子
DNA是主要遗传物质
每个DNA分子上有许多基因
基因是有遗传效应的DNA片段
每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸
脱氧核苷酸是DNA分子的基本单位
不同基因的脱氧核苷酸的碱基排列顺序不同，则不同的基因就含有不同的遗传信息
脱氧核苷酸
基因
DNA
染色体
课堂练习
1、有的人是单眼皮，有的人是双眼皮，有的人色觉正常，有的人却是色盲患者，在生物学上这些形态、生理特征叫做（　　）
A．基因 B．性状 C．遗传 D．变异
B
性状是指生物体所有特征的总和。遗传学中把生物个体所表现的形态结构、生理特征和行为方式等统称为性状。
任何生物都有许许多多性状。有的是形态结构特征（如豌豆种子的颜色，形状，人的眼皮单双），有的是生理特征（如人的ABO血型，色觉正常与色盲，植物的抗病性，耐寒性），有的是行为方式（如狗的攻击性，服从性），等等。
基因是DNA分子上决定生物性状的小单位；
遗传是亲子间的性状上的相似性；
变异是亲子间和子代个体间的差异。
2、现在有些家庭大门开始使用指纹锁，这是生物识别技术应用的一个实例。研究表明，即使是同卵双胞胎，其指纹也只是相似而非完全相同。以下有关说法错误的是（　　）
A．指纹是人体的一种性状 B．指纹的形成不受环境影响
C．指纹的形成主要由基因控制 D．指纹的特征因人而异
B
3、下列是染色体及构成染色体的DNA、蛋白质、基因之间的关系示意图，其中正确的是（　　）
C
A
B
C
D
4、如图为染色体与DNA的关系示意图。下列有关叙述中，不正确的是（ 　）
A．①主要存在于细胞质中
B．①上具有特定的遗传信息的片段叫作基因
C．③通常分布于细胞核中
D．正常人体细胞中，③的数量全部为23对
①是DNA ②是蛋白质 ③是染色体
A
5、若一个体细胞有16条染色体，经过三次连续的细胞分裂，产生8个第三代子细胞，那么第三代子细胞中的染色体数目是( )
A. 16条 B. 8条 C. 4条 D. 2条
A
谢谢
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