2013高考生物二轮复习专题九 生物的变异和进化

2013高考生物二轮复习专题九 生物的变异和进化

2013 高考生物二轮复习：专题九 生物的变异和进化 专题概述： 本单元内容考查的知识点主要包括基因突变、基因重组、染色体变异，基因突变的原因以及 在育种工作中的应用。本部分内容在育种上市高考考查的重点，特别是与太空育种，杂交育 种，基因工程育种，组织培养等育种方案结合在一起，可以出一些大型的 信息综合题目。 在高考中，选择题的考察主要内容有基因突变、基因重组、染色体组、二倍体、多倍体、单 倍体等概念的理解及判断。在非选择题方面，通常以育种为背景，综合考查几种育种方案。 人类的遗传病和伴性遗传是历年高考考查的热点，出题方向主要以推理和判断遗传病的方式 为重点考察。在二轮复习中，要掌握几种变异的产生原因以及在生产实践中的应用，学会判 断推理遗传病的方法。并搜集生产生活中的社会热点，用所学的知识进行解释。 考纲要求： （1）基因重组及其意义 Ⅱ （2）基因突变的特征和原因 Ⅱ （3）染色体结构变异和数目变异 Ⅰ （4）生物变异在育种上的应用 Ⅱ （5）转基因食品的安全 Ⅰ （6）现代生物进化理论的主要内容 Ⅱ （7）生物进化与生物多样性的形成 Ⅱ 考点分析： 考点一、三种可遗传变异的比较 具体考点： 1．生物变异的类型 2．三种可遗传变异的比较 项目 基因突变 基因重组 染色体变异 适 用 范 围 生物 种类 所有生物 自然状态下能进 行有性生殖的生物 真核生物 生殖 方式 无性生殖、有性生殖 有性生殖 无性生殖、有性生殖 类型 自然突变、诱发突变 交叉互换、自由组合 染色体结构变异、染 色体数目变异 原因 DNA 复制（有丝分裂间 期、减数分裂第一次分裂的 间期）过程出现差错 减/数分裂时非同 源染色体上的非等位 基因自由组合或同源 染色体的非姐妹染色 单体间发生交叉互换 内外因素影响使染 色体结构出现异常，或细 胞分裂过程中，染色体的 分开出现异常 实质 产生新的基因（改变基 因的质，不改变基因的量） 产生新的基因型 （不改变基因的质，一 般也不改变基因的量， 但转基因技术会改变 基因的量） 基因数目或基因排 列顺序发生改变（不改变 基因的质） 关系 基因突变是生物变异的根本来源，为基因重组提供原始材料。三种可遗传 变异都为生物进化提供了原材料 3.理清基因突变相关知识间的关系(如下图) （1） （2）基因突变对性状的影响 突变间接引起密码子改变，最终表现为蛋白质功能改变，影响生物性状。由于密码子的 简并性、隐形突变等情况也可能不改变生物的性状。 （3） 基因突变对子代的影响 若基因突变发生在有丝分裂过程中，则一般不遗传，但有些植物可以通过无性生殖将突 变的基因传递给后代。如果发生在减数分裂过程中，则可以通过配子传递给后代。 4、理清基因重组相关知识间的关系(如下图)。 5、染色体变异 （1）在光学显微镜下可以看到，染色体结构变异的四种类型可以通过观察减数分裂的 联会时期染色体的形态进行判断 （2）其中相互易位与四分体时期的交叉互换要注意区分，易位发生在两条非同源染色 体之间，交叉互换发生在一对同源染色体之间。 染色体数目变异发生在细胞分裂过程中，也可以在光学显微镜下看到，选择中期细胞观 察。 （3）染色体组数的判定 染色体组是指真核细胞中形态和功能各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗 传和变异的全部信息的一组非同源染色体。要构成一个染色体组应具备以下几条： A、一个染色体组中不含同源染色体，但源于同一个祖先种。 B、一个染色体组中所含的染色体形态、大小和功能各不相同。 C、一个染色体组中含有控制该种生物性状的一整套基因，但不能重复 6、染色体组和基因组 a.有性染色体的生物其基因组包括一个染色体组的常染色体加上两条性染色体。 b.没有性染色体的生物其基因组与染色体组相同。 7、单倍体和多倍体的比较 单倍体是指体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。多倍体由合子发育而来，体细 胞中含有三个或三个以上染色体组。对于体细胞中含有三个染色体组的个体，是属于单倍体 还是三倍体，要依据其来源进行判断：若直接来自配子，就为单倍体；若来自受精卵，则为 三倍体。 典例精析： 例 1. 下列哪种是不可遗传的变异( ) A．正常夫妇生了一个白化儿子 B．纯种红眼果蝇的后代出现白眼果蝇 C．对青霉菌进行 X 射线照射后，培育成高产菌株 D．用生长素处理得到无子番茄 解析：生物的变异主要包括可遗传的变异和不可遗传的变异。其中不可遗传的变异 是指仅由环境因素变化引起的变异，其遗传物质并未发生改变。用生长素处理得到无子番茄， 染色体及其上的遗传物质未发生变化，而是利用生长素促进果实发育的原理，故该种变异是 不能遗传的。 答案：D 例 2.下图为人 WNK4 基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。已知 WNK4 基因发生一种突变，导致 1 169 位赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是( ) A．①处插入碱基对 G－C B．②处碱基对 A－T 替换为 G－C C．③处缺失碱基对 A－T D．④处碱基对 G－C 替换为 A－T 解析:由题干可知在 WNK4 基因发生了突变，导致 1169 位赖氨酸变为谷氨酸，而赖氨 酸的密码子为 AAA、AAG，谷氨酸的密码子为 GAA、GAG，因此可能的变化为密码子由 AAA →GAA 或者为 AAG→GAG 而在基因的转录链对应的变化为 TTT→CTT 或者是 TTC→CTC，由 题干中 WNK4 的基因序列可知，应为 TTC→CTC，因此基因应是由 A－T 替换为 G－C，故 应选 B。 答案:B 例 3.图中①和②表示某精原细胞中的一段 DNA 分子，分别位于一对同源染色体的两 条非姐妹染色单体的相同位置上。下列相关叙述中，正确的是( ) A．①和②所在的染色体都来自父方 B．③和④的形成是由于染色体易位 C．③和④上的非等位基因可能会发生重新组合 D．③和④形成后，立即被平均分配到两个精细胞中 解析:①和②位于一对同源染色体的两条非姐妹染色单体的相同位置上，所以①和② 必定是一个来自父方，一个来自母方。③和④是由一对同源染色体的两条非姐妹染色单体交 换了对等的片段形成的，属于基因重组的范畴。③和④形成后，先分配到两个次级精母细胞 中，经减数第二次分裂再分配到精细胞中。 答案:C 例 4. 在细胞分裂过程中出现了甲、乙 2 种变异，甲图中英文字母表示染色体片段。 下列有关叙述正确的是 ( ) ①甲图中发生了染色体结构变异，增加了生物变异的多样性 ②乙图中出现的这种变异属于染色体变异 ③甲、乙两图中的变化只会出现在有丝 分裂中 ④甲、乙两图中的变异类型都可以用显微镜观察检验 A．①②③ B．②③④ C．①②④ D．①③④ 解析:由甲图染色体上的基因排序变化可知，染色体发生了结构变异，该变异既可以 发生在减数分裂过程，也可以在有丝分裂过程中。乙图是发生在有丝分裂后期，染色体没有 平均分配而导致的染色体数目变异。染色体结构变异和数目变异均可在显微镜下直接观察 到。 答案:C 例 5.下列均属于单倍体的一组是 ( ) ①蜜蜂中的雄蜂 ②香蕉 ③无子西瓜 ④具有三个染色体组的普通小麦 ⑤具有 一个染色体组的玉米 ⑥具有两个染色体组的马铃薯 A．①④⑤⑥ B．②③④⑤ C．①③④⑥ D．①②④⑥ 解析:单倍体是指体细胞中含有本物种配子染色体数的个体。蜜蜂中的雄蜂是由未受 精的卵细胞发育而成；香蕉、无子西瓜均为三倍体；普通小麦为六倍体，其配子中有三个染 色体组；玉米是二倍体，其配子中有一个染色体组；马铃薯是四倍体，其单倍体中含有两个 染色体组。 答案:A 考点二、变异与育种 具体考点： 1.常见的几种育种方法的比较 项目 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种 原理 基因重组 基因突变 染色体变异 染色体变异 常用 方法 ①杂交→自 交→选优→自 交；②杂交→杂 种 辐射诱变等 花药离体培 养，然后用秋水 仙素处理使其加 倍，得到纯合体 秋水仙素处 理萌发的种子或 幼苗 优点 使位于不同 个体的优良性状 集中在一个个体 上 可提高变异 频率或出现新的 性状，加速育种 进程 明显缩短育 种年限 器官巨大， 提高产量和营养 成分 缺点 时间长，需 及时发现优良性 状 有利变异 少，需大量处理 实验材料，具有 不定向性 ①技术复 杂；②与杂交育 种相结合 适用于植 物，在动物中难 于开展 2、育种的根本目的是培育具有优良性状(抗逆性好、生活力强、产量高、品质优良)的 新品种，以便更好地为人类服务。 ①若要培育隐性性状个体，可用自交或杂交，只要出现该性状即可。 ②有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，其最简便的方法是自交。 ③若要快速获得纯种，可用单倍体育种方法。 ④若要提高品种产量，提高营养物质含量，可用多倍体育种。 ⑤若要培育原先没有的性状，可用诱变育种。 ⑥若实验植物为营养繁殖，如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出 纯种。 3、动、植物杂交育种中应特别注意语言叙述： 植物杂交育种中纯合子的获得一般通过逐代自交的方法；而动物杂交育种中纯合子的获 得一般不通过逐代自交，而通过双亲杂交获得 F1，F1 雌雄个体间交配，选 F2 与异性隐性纯合 子测交来确定基因型的方法。 典例精析： 例 1.某生物的基因型为 AaBB，通过下列技术可以分别将它转变为以下基因型的生物： ①AABB；②aB；③AaBBC；④AAaaBBBB。则以下排列正确的是 ( ) A．诱变育种、转基因技术、花药离体培养、细胞融合 B．杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种 C．花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术 D．多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术 解析:某生物的基因型为 AaBB，可通过杂交育种获得基因型为 AABB 的生物；通过单倍 体育种可获得基因型为 aB 的生物；通过转基因技术可获得基因型为 AaBBC 的生物；通过多 倍体育种可获得基因型为 AAaaBBBB 的生物。 答案:B 例 2．假设 A、b 代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有 AABB，aabb 两 个品种，为培育出优良品种 AAbb，可采用的方法如图所示。请根据图回答问题： (1)由品种 AABB、aabb 经过①②③过程培育出新品种的育种方式称为________，其原 理是________。用此育种方式一般从________才能开始选 育 AAbb 个体，是因为________。 (2)若经过过程②产生的子代总数为 1 552 株，则其中基因型为 AAbb 的植株在理论上有 ________株 。基 因 型为 Aabb 的 植株 经 过过 程 ③ ， 子代 中 AAbb 与 aabb 的 数量 比 是 __________________。 (3)过程⑤常采用________技术得到 Ab 个体。与过程①②③的育种方法相比，过程⑤⑥ 的优势是________。 (4)过程⑦的育种方式是________，与过程⑦比较，过程④的明显优势是________。 解析：本题以图解的形式考查考生的识图、析图能力，并且涉及了相关计算。根据孟德 尔自由组合定律，F2 中基因型为 AAbb 的植株占 1/16，所以共 97 株。Aabb 自交后代 AAbb 和 aabb 的比例为 1∶1。⑤⑥过程是单倍体育种，包括了花药离体培养和秋水仙素诱导染色体 加倍两个步骤。可以明显缩短育种年限。⑦是利用射线，属于诱变育种。过程④与⑦相比， 其具有的明显优势是能定向地改造生物的遗传性状。 答案：(1)杂交育种 基因重组 F2 从 F2 开始出现 AAbb 个体(或从 F2 开始出现性状分 离) (2)97 1∶1 (3)花药离体培养 明显缩短了育种年限 (4)诱变育种过程 ④产生的变异是定向的(或基因工程育种转入的基因是已知的，用基 因工程手段产生的变异是定向的) 考点三、生物进化 具体考点： 1、基因频率与基因型频率的相关计算 （1）．定义法：根据定义，基因频率是指在一个种群基因库中某个基因占全部等位基因 数的比率 （2）．不同染色体上基因频率的计算 若某基因在常染色体上，则： 若某基因只出现在 X 染色体上，则： （3）通过基因型频率计算基因频率 (1)在种群中一对等位基因的频率之和等于 1，基因型频率之和也等于 1。 (2)一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的基因型频率+1/2 杂合子的基因型频率。 (3)已知 AA 或 aa 的基因型频率，求 A 或 a 的频率经常用到开平方的方法。 即：A(a)=(对于 XY 型性别决定的生物，雄性的伴性遗传除外) （4）根据遗传平衡定律计算 设一对等位基因为 A 和 a，其频率分别为 p 与 q(p+q=1)。亲代 AA 和 aa 自然交配后 F1 具有 AA、Aa、aa 三种基因型，其频率如下列公式：p(A)+q(a)=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)，即 AA 的基因型频率为 p2，Aa 的基因型频率为 2pq，aa 的基因型频率为 q2，产生 A 配子频率为： p2+1/2×2pq=p2+pq=p(p+q)=p，产生 a 配子频率为：q2+1/2×2pq=q2+pq=q(p+q)=q。可知 F1 的基因频率没有改变。上式揭示了基因频率与基因型频率的关系，使用它时，种群应满 足以下 5 个条件：种群大；种群个体间的交配是随机的；没有突变发生；没有新基因加入； 没有自然选择。满足上述 5 个条件的种群即处于遗传平衡。 2、种群是生物进化的基本单位 (1)一个种群所含有的全部基因，称为种群的基因库。基因库代代相传，得到保持和发 展。 (2)种群中每个个体所含有的基因，只是基因库中的一个组成部分。 (3)不同的基因在基因库中的基因频率是不同的。 (4)生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。 3、突变和基因重组是产生进化的原材料 (1)可遗传的变异来源于基因突变、基因重组以及染色体变异。其中染色体变异和基因 突变统称为突变。 (2)基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化。 (3)突变的频率虽然很低，但一个种群往往由许多个体组成，而且每一个个体中的每一 个细胞都含有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变。 (4)生物的变异是否有利取决于它们的生存环境，同样的变异在不同的生存环境中可能 有利，也可能有害。 (5)突变是不定向的，基因重组是随机的，只为进化提供原材料，而不能决定生物进化 的方向。 4、自然选择决定生物进化的方向 (1)种群中产生的变异是不定向的。 (2)自然选择淘汰不利变异，保留有利变异。 (3)自然选择使种群基因频率发生 定向 改变，即 导致生物朝一个方向缓慢进化。 5、隔离与物种的形成 种群 物种 概念 生活在一定区域的同种生物的全部个体；种群是 生物进化和繁殖的单位。 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 范围 较小范围内的同种生物个体 由分布在不同区域的同种生物 的许多种群组成 判断 标准 种群具备“两同”，即同一地点，同一物种；同 一物种的不同种群不存在生殖隔离，交配能产生 可育后代 主要是形态特征和能否自由交 配产生可育后代，不同物种间 存在生殖隔离 联系 一个物种可以包括许多种群，如同一种立于可以生活在不同的池塘、湖泊中，形成 一个个彼此呗陆地隔离的种群；同一物种的多个种群之间存在地理隔离，长期发展 下去可能成为不同的亚种（或品种）。进而形成多个新物种。 6、生物多样性之间的关系： 典例精析： 例 1．下列对现代生物进化理论的理解，正确的是 ( ) A．环境改变使生物产生的定向变异，为进化提供原材料 B．自然选择使种群基因频率发生改变，决定生物进化的方向 C．地理隔离使种群间基因不能交流，必然导致生殖隔离 D．共同进化就是物种间在相互影响中不断发展和进化 解析：变异是不定向的，而自然选择是定向的；经过长期的地理隔离往往形成生殖 隔离，这是新物种形成的一般途径，但地理隔离不一定导致生殖隔离；共同进化包括物 种间的进化，同时也包括物种和环境之间的共同进化。 答案：B 例 2．根据现代生物进化理论，下列说法正确的是 ( ) A．自然选择决定了生物变异和进化的方向 B．生物进化的实质是种群基因型频率的改变 C．种群内基因频率的改变在世代间具有连续性 D．种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小 解析：根据现代生物进化理论可知，变异是不定向的，自然选择决定了生物进化的 方向；生物进化的实质是种群基因频率的改变，而不是基因型频率的改变；基因突变、 染色体变异和自然选择均可改变基因频率，基因频率的改变与种群大小没 有一定的关系；种群内基因频率的改变在世代间具有连续性，故 C 正确。 答案：C 例 3．某植物种群中，AA 个体占 16%，aa 个体占 36%，该种群随机交配产生的后代 中 AA 个体百分比、A 基因频率和自交产生的后代中 AA 个体百分比、A 基因频率的变化依次 为 ( ) A．增大，不变；不变，不变 B．不变，增大；增大，不变 C．不变，不变；增大，不变 D．不变，不变；不变，增大 解析：由哈代—温伯格定律得知，随机交配后代的基因频率不会改变；连续自交产生 的后代中纯合子会越来越多，导致种群中纯合子比例增大，但基因频率不会发生改变。AA 占 16%，aa 占 36%，所以 Aa 占 48%，A＝0.4，a＝0.6。由于不存在自然选择作用，因此种群 的基因频率不变。在随机自由交配的情况下，根据基因平衡公式(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2，其 中 p2 代表 AA 的基因型频率，q2 代表 aa 的基因型频率。后代 AA＝0.4×0.4＝16%，Aa＝2 ×0.4×0.6＝48%，aa＝0.6×0.6＝36%。 16%AA——→16%AA,48%Aa——→48%(1/4AA＋1/2Aa＋1/4aa)，AA＝16%＋12%＝28%。 答案：C 例 4.某生物种群中 AA、Aa 和 aa 的基因型频率分别为 0.3、0.4 和 0.3，请回答： (1)该种群中 a 基因的频率为________。 (2)如果该种群满足四个基本条件，即种群非常大、没有基因突变、没有自然选择、没 有迁入迁出，且种群中个体间随机交配，则理论上该种群的子一代中 aa 的基因型频率为 ________；如果该种群的子一代再随机交配，其后代中 aa 的基因型频率________(会、不会) 发生改变。 (3)假如该生物种群中仅有 Aabb 和 AAbb 两个类型个体，并且 Aabb∶AAbb＝1∶1，且该 种群中雌雄个体比例为 1∶1，个体间可以自由交配，则该种群自由交配产生的子代中能稳 定遗传的个体所占比例为________。 (4)假定该生物种群是豌豆，则理论上该豌豆种群的子一代中 AA、Aa 的基因型频率分别 为______、______。 解析：(1)一等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2×杂合子的频率。(2)题 干条件下符合哈代——温伯格定律，子代 aa 基因型频率为 0.5×0.5＝0.25。(3)Aabb、AAbb 产生的配子中 Ab∶ab＝3∶1，故自由交配产生的子代中能稳定遗传的个体 AAbb＋aabb＝ 3/4×3/4＋1/4×1/4＝5/8。(4)豌豆是严格自交生物，子代中 AA 概率为：0.3＋0.4×1/4 ＝0.4，Aa 概率为：0.4×1/2＝0.2。 答案：(1)0.5 (2)0.25 不会 (3)5/8 (4)0.4 0.2