遗传与进化 思维导图 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

DNA是主要的遗传物质 遗传物质的特点 能精确的⾃我负责 能储存⼤量遗传信息 结构稳定，但也能发⽣突变，并将其遗传给后代 能知道蛋⽩质合成，从⽽控制代谢和性状 探究历程 肺炎链球菌转化实验 肺炎链球菌 S型：有多糖类荚膜，菌落光滑，⼈、⼩⿏患肺炎，⼩⿏并发败⾎症 R型：⽆荚膜，菌落粗糙，不致病 格⾥菲斯（体内转化实验）——结论：加热杀死的S型菌中含有某种“转化因⼦” 艾弗⾥（体外转化实验） 设计思路：减法原理 过程 结论：DNA才是使R菌发⽣稳定遗传变化的物质 细菌转化实验的本质：基因重组 T2噬菌体侵染实验 T2噬菌体 结构 ⽣活史 标记⽅法：分别⽤ P和 S的培养基培养⼤肠杆菌，再⽤噬菌体侵染带标记的⼤肠杆菌 实验 S标记的噬菌体+未标记⼤肠杆菌——短时间保温、搅拌、离⼼——放射性在上清液 P标记的噬菌体+未标记⼤肠杆菌——短时间保温、搅拌、离⼼——放射性在沉淀 结果不符合原因 S组沉淀物中放射性偏⾼：搅拌不充分（噬菌体外壳仍吸附在⼤肠杆菌上） P组上清液中中放射性偏⾼：保温时间过短（未侵染）或过⻓（已释放） 烟草花叶病毒侵染实验：RNA是少数病毒的遗传物质 不同⽣物的遗传物质 含有DNA的⽣物，⼀定以DNA为遗传物质：细胞⽣物、DNA病毒（T2噬菌体） 不含DNA的⽣物以RNA为遗传物质：RNA病毒（HIV、烟草花叶病毒、、新冠病毒、SARS等 DNA的结构 探索历程 威尔⾦斯和富兰克林：获得DNA的X射线衍射图谱 查哥夫：DNA中A=T，G=C 沃森和克⾥克：提出DNA的双螺旋结构模型 结构 平⾯结构 ⽅向：两条脱氧核苷酸链反向平⾏ 基本⻣架：磷酸和脫氧核糖交替排列在外侧 内侧：碱基互补配对 空间结构：双螺旋结构 图像 特点 稳定性：G-C越多越稳定 多样性：脱氧核苷酸（碱基）的排列顺序千变万化 特异性：碱基特定的排列顺序 计算原则 DNA的复制 假说 全保留复制 半保留复制 分散复制 实验证据 材料和技术：⼤肠杆菌、同位素标记法和密度梯 度离⼼法 科学⽅法：假说-演绎法 过程 复制 时间：分裂前的间期 场所 真核⽣物：细胞核、线粒体、叶绿体 原核⽣物：拟核、质粒 过程 特点：①半保留复制②边解旋边复制 DNA能精确复制的原因 双螺旋结构提供精确模版 碱基互补配对原则 基因的表达 定义：基因控制蛋⽩质的合成，包括转录和翻译 转录 时间：任何时期（分裂的细胞主要发⽣在间期） 场所：DNA存在的部位（细胞核、线粒体、叶绿体） 过程 产物：mRNA、tRNA、rRNA（核仁中rDNA转录⽽来） 翻译 密码⼦与 反密码⼦ 密码⼦ 定义：mRNA上决定⼀个氨基酸的三个相邻碱基 种类：64种 起始密码⼦：AUG、GUG（原核⽣物中） 终⽌密码⼦：UAA、UAG、UGA（⼀般不编码氨基酸） 普通密码⼦ 特点 简并⾏：⼤部分氨基酸有两个或两个 以上的密码⼦ 增加容错性 提⾼翻译速率 通⽤性：⼏乎所有⽣物都共⽤⼀套密 码⼦ ⽣物有共同起源 基因⼯程的前提 反密码⼦ 定义：tRNA与mRNA上对应密码⼦互补配对的三个碱基 tRNA 过程 核糖体与mRNA结合，形成两个与tRNA的结合位点 从起始密码⼦开始，tRNA携带对应氨基酸进⼊位点⼀和位点⼆ 两个氨基酸之间脱⽔缩合，位点1的氨基酸转移到位点⼆的tRNA上 核糖体沿mRNA的5’—3’移动读取新密码⼦，原位点1的tRNA离开，原位点2的 tRNA移动到位点1，新的tRNA携带氨基酸进⼊位点2 条件 产物：多肽链———————蛋⽩质 基因表达和性状的关系 基因控制性状的⽅式 直接控制 机理：基因—————蛋⽩质的结构————性状 实例 囊性纤维病：CFTR蛋⽩（运输Cl ）功 能异常——⽀⽓管粘液增多 镰状细胞贫⾎：⾎红蛋⽩异常——红细胞 呈镰⼑状，易破裂 间接控制 机理：基因————酶的合成————细胞代谢————性状 实例 豌⾖皱粒：淀粉分⽀酶基因突变——淀粉分 ⽀酶异常——⽆法合成淀粉 ⽩化病：酪氨酸酶基因异常——·酪氨酸酶⽆ 活性——⽆法合成⿊⾊素 基因与性状的关系 数量关系 ⼀个基因控制⼀个性状 ⼀个基因控制多个性状，如⽔稻的GHD7影响开花、⽣⻓、发育、产量 多个基因控制⼀个性状：如身⾼ 与环境的关系：表型=基因型+环境 表观遗传 概念：⽣物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发⽣可遗传变化的现象 类型 DNA的甲基化 染⾊体上组蛋⽩甲基化、⼄酰化 实例 柳穿⻥花的形态：Lcyc基因的甲基化 ⼩⿏⽑⾊的遗传：A 基因的甲基化 同卵双胞胎的微⼩差异 蜂王和⼯蜂的差异 特点 可遗传：通过有丝或减数分裂，在细胞或个体层⾯遗传 可逆性：甲基化等修饰可被除去 不变性：碱基序列不发⽣改变 表型模拟 概念：指由于环境的影响导致表型与某种基因型的表型很相似的现象 实例：果蝇的⻓翅（V）对残翅（v）为显性。纯合的⻓翅品系（VV）的幼 ⾍，在35°C条件下培养（正常培养温度为25°C），⻓成的果蝇表现为残翅 与表观遗传 相同点：都有表型的变化，碱基序列均未发⽣改变 不同点：表观遗传可遗传，表型模拟不可遗传 基因突变 概念 DNA分⼦中发⽣碱基的替换、增添或缺失，引起的基因碱基序列的改变 影响 基因结构⼀定改变 mRNA不⼀定改变（可能发⽣在⾮编码区） 氨基酸序列不⼀定改变（密码⼦具有简并性） 蛋⽩质功能不⼀定改变（改变的氨基酸可能不影响蛋⽩质的空间结构） 性状不⼀定改变（发⽣隐性突变AA—Aa，当代不表现出来） 实例 镰状细胞贫⾎ 直接原因：⾎红蛋⽩中⼀个氨基酸发⽣替换 根本原因：⾎红蛋⽩基因中⼀个碱基对发⽣替换 细胞癌变 原因：基因累积突变 原癌基因 概念：细胞正常⽣⻓和增殖所必需 变化：基因突变或过量表达——相应 蛋⽩质活性过强 抑癌基因 概念：抑制细胞的⽣⻓和增殖，或促 进细胞的调亡 变化：基因突变⼀相应蛋⽩质活性减 弱或失去活性 特点 能⽆限增殖 形态结构发⽣显著变化 易分散、可转移（细胞膜上糖蛋⽩減少，细胞间黏着性降低） 原因 诱发突变 物理因素：X射线、紫外线及其他辐射⼀损伤细胞内DNA 化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物⼀改变核酸的碱基 ⽣物因素：某些病毒⼀影响宿主的DNA ⾃发突变：DNA复制偶尔出错 特点 普遍性：任何⽣物均可发⽣（病毒、原核⽣物、真核⽣物） 随机性 时间上：在⽣物个体发育的任何时期（主要发⽣在间期） 空间上：细胞内不同的DNA分⼦，以及同⼀个DNA分⼦的不同部位都可发⽣ 不定向性：基因可突变为任何等位基因 低频性：基因突变的频率⼀般为10 ~10 意义 对⽣物的意义 有的有害、有的有利、有的是中性的 对进化的意义 产⽣新基因的途径 ⽣物变异的根本来源 为⽣物进化提供丰富的原材料 基因重组 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（⾮等位基因）的重新组合 类型 ⾃由组合型 重组对象：⾮同源染⾊体上的⾮等位基因 时期：MI后期 交换型 重组对象：同源染⾊体上的⾮等位基因 时期：MI前期 外源基因导⼊型 （⼴义的基因重组） 意义 ⽣物变异的来源之⼀（不产⽣新基因，但产⽣新的基因组合和性状组合） 对⽣物进化有重要意义 染⾊体变异 染⾊体结构变异 原因：染⾊体发⽣断裂和重接 类型 结果：基因的数量或排列顺序发⽣改变 染⾊体数⽬变异 个别染⾊体数⽬的增加或缺失 常染⾊体：21三体综合征 性染⾊体：XO、XXY、XYY 以染⾊体组为基数成倍增加或减少 染⾊体组：⼀套完整的⾮同源染⾊体 ⼆倍体 定义：⼀般由受精卵发育⽽来，体细胞中含有2个染⾊体组的个体 举例：⼏乎全部动物和过半数的植物 多倍体 定义：⼀般由受精卵发育⽽来，体细胞中含有3个或以上染⾊体组的个体 举例：三倍体⽆⼦⻄⽠、三倍体⾹蕉、六倍体⼩⻨ 特点：通常器官较⼤、营养物质含量丰富 ⼈⼯诱导：低温或秋⽔仙素处理萌发的种⼦或幼苗 单倍体 定义：体细胞中染⾊体数⽬与本物种中配⼦相同的个体 举例：雄蜂、⼀些单倍体植物 特点：⻓得弱⼩、⾼度不育 应⽤：单倍体育种（可明显缩短育种年限） 育种 诱变育种 原理：基因突变 过程：⽤物理、化学⽅法处理⽣物，提⾼突变率，从中选择、培育优良品种 优点：产⽣新基因、新性状，加速育种进程，适⽤于所有⽣物 缺点：有利变异少，需⼤量处理实验材料（基因突变具有不定向性、随机性） 实例：⻘霉素⾼产菌株 杂交育种 原理：基因重组 过程：两个不同品种杂交——F ⾃交——选优——⾃交——选优……直⾄不发⽣性状分离 ⽬的：⼀般是为了获得优良的纯合品系；也可能为了获得杂种优势（如杂交⽔稻） 优点：集中优良性状，操作简便 缺点：育种时间⻓，不能产⽣新基因，只适合有性⽣殖⽣物，远缘杂交不亲和 单倍体育种 原理：染⾊体变异 不同品种杂交——F 花药（粉）离体培养——单倍体幼苗——秋⽔仙素加倍 优点：明显缩短育种年限 缺点：操作复杂 多倍体育种 原理：染⾊体变异 过程：通常⽤⼀定浓度的秋⽔仙素处理萌发的种⼦或幼苗 优点：植物⾦秆粗壮，叶⽚、果实、种⼦⽐较⼤，营养物质 ⽐较丰富 缺点：发育迟缓，结实率低，⼀般只适⽤于植物 进化 达 尔 ⽂ 的 进 化 论 共同由来学说 化⽯证据（最直接、最重要） 分布：（⼤部分）沉积岩 类型：遗体、遗物（如粪便、蛋、⼈类⼯具）或⽣活痕迹（如⾜迹） 进化顺序：从简单到复杂，由低等到⾼等，由⽔⽣到陆⽣ 其他证据（⽣物体上进化的印迹） ⽐较解剖学证据：如对脊椎动物同源器官的分析 胚胎学证据：研究动植物胚胎的形成和发育过程 细胞⽔平证据：细胞有共同的物质和结构基础，能代谢、⽣⻓、繁殖 分⼦⽔平证据：不同⽣物DNA的碱基序列、蛋⽩质的氨基酸序列相似 ⾃然选择学说 适应 含义 ⽣物的形态结构适于完成⼀定的功能 ⽣物的形态结构和功能适于在⼀定的环境中⽣存和繁殖 特点：普遍性、相对性（遗传物质的稳定性和环境条件的变化相互作⽤的结果） 对适应形成的解释 拉⻢克 观点：⽤进废退和获得性遗传 解释：环境诱导⽣物主动发⽣定向变异，并遗传给后代 达尔⽂ 可遗传变异⼀开始便存在，环境对变异进⾏定向选择 意义 使⽣物学第⼀次真正摆脱了神学的束缚 揭示了⽣物界的统⼀性、多样性和适应性的原因 局限性：对遗传和变异还局限于性状⽔平，不能科学解释遗传和变异 现 代 ⽣ 物 进 化 理 论 种群是⽣物进化的基本单位 种群：⽣活在⼀定区域的同种⽣物全部个体的集合 特点：进化和繁殖的基本单位（⽆地理隔离和⽣殖隔离） 基因库：⼀个种群中全部个体所含有的全部基因 基因频率：⼀个种群基因库中，某个基因占全部等位基因的⽐值 进化的实质是种群基因频率的改变 突变和基因重组为进化提供原材料（不定向的、随机的） ⾃然选择使种群的基因频率发⽣定向改变 隔离导致物种形成 物种：能够在⾃然状态下相互交配并产⽣可育后代的⼀群⽣物 隔离 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 类型：⽣殖隔离和地理隔离 物种形成的两种⽅式 协同进化与⽣物多样性的形成 协同进化 不同物种之间 种间互助：如细⻓花距的兰花与细⻓⼝器的蛾 种间⽃争：如猎豹与羚⽺（捕⻝者的存在有利于物种多样性） ⽣物与⽆机环境之间；如⽣物与⼤⽓中的氧⽓协同进化 ⽣物多样性的形成 ⽣物多样性的层次：遗传（基因）多样性、物种多样性、⽣态系统多样性 形成原因：协同进化 进化历程：