第七单元 生物的变异与进化（教师用书）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅰ一轮总复习

第七单元|生物的变异与进化 第1讲　生物的变异 【学习目标】　1.概述碱基的替换、增添或缺失会引发基因中碱基序列的改变，并有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化；　 2.描述癌变的原理及癌细胞的特征；　 3.阐明基因重组的类型和意义；　 4.举例说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变甚至死亡。 建构知识体系 　 第一课时　基因突变和基因重组 主题研习(一)　基因突变与细胞的癌变(深化·提能型) (一)基因突变的实例 1．镰状细胞贫血 (1)患者贫血的直接原因是血红蛋白异常，根本原因是发生了基因突变，碱基对由A—T替换成T—A。 (2)用光学显微镜(填“能”或“不能”)观察到红细胞形状的变化。 2．细胞癌变 (1)细胞癌变的机理 (2)癌细胞的特征 ①能够无限增殖。 ②形态结构发生显著变化。 ③细胞膜上的糖蛋白等物质减少，细胞之间黏着性显著降低，容易在体内分散和转移。 (二)基因突变的概念、发生时间和原因 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：主要发生于有丝分裂前的间期或减数分裂前的间期。 3．诱发基因突变的因素(连线) (三)基因突变的特点和意义 1．特点 普遍性 一切生物都可以发生 随机性 可以发生在生物个体发育的任何时期、细胞内不同的DNA分子上和同一个DNA分子的不同部位 低频性 自然状态下，突变频率很 不定向性 一个基因可以产生一个以上的等位基因 2.意义 产生新基因的途径(基因的数目和位置不变)；生物变异的根本来源；为生物的进化提供了丰富的原材料。 一基因突变的原理和概念理解 1．图解基因突变的原因及其与进化的关系 (1)基因突变的原因 (2)基因突变与进化的关系 2．基因突变的“一定”和“不一定” (1)“DNA分子结构改变”不一定是基因突变 ①基因片段中发生碱基序列的改变，属于基因突变，如图中基因1、2、3。 ②非基因片段中发生碱基序列的改变，不属于基因突变，如图中片段a、b。 (2)基因突变一定会使基因中碱基改变，一定引起基因碱基序列的改变。 (3)基因突变不一定产生等位基因(原核细胞基因、细胞质基因、病毒基因不存在等位基因)。 (4)基因突变不一定能遗传给后代(体细胞突变或有丝分裂过程中的基因突变一般不能传递给后代，发生在减数分裂过程中的突变，可以通过配子传递给后代)。 [例1]　(2024·长沙模拟)科研人员对水稻细胞核中一个DNA片段进行研究，发现其上有三个片段：基因A、基因b和基因间的片段M，现将某外来DNA片段(m)插入该DNA片段。下列有关叙述错误的是(　 ) A．若m为有效片段(有遗传效应)且插入M片段中，则发生基因重组 B．若碱基替换发生在基因b中，则属于基因突变 C．基因A和基因b所携带的遗传信息不可能同时得到执行 D．若m为无效片段(无遗传效应)且插入基因A中，则发生基因突变 [解析]　若m为有效片段且插入M片段中，则控制不同性状的基因进行了重新组合，即发生基因重组，A正确；基因突变是指基因中碱基的增添、缺失或替换，而引起基因碱基序列的改变，若碱基替换发生在基因b中，则属于基因突变，B正确；基因的选择性表达有可能使基因A和基因b所携带的遗传信息同时得到执行，C错误；m虽然为无效片段但插入基因A中，改变了基因A的碱基序列，则发生基因突变，D正确。 [答案]　C 二基因突变对蛋白质与性状的影响 |情|境|探|究| (1)原核生物中某一基因的编码区起始端插入了一个碱基对。在插入位点的附近，再发生下列哪种情况有可能对其编码的蛋白质结构影响最小？阐述理由。 ①置换单个碱基对　②缺失3个碱基对 ③缺失4个碱基对　④增加4个碱基对 (2)如果DNA分子发生突变，导致编码正常血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被另一个碱基替换，但未引起血红蛋白中氨基酸序列的改变，其原因可能是____________________。 (3)某种昆虫野生型为黑体圆翅，现有3个纯合突变品系，分别为黑体锯翅、灰体圆翅和黄体圆翅。基因测序结果表明，3个突变品系与野生型相比，均只有1个基因位点发生了突变，并且与野生型对应的基因相比，基因长度相等。因此，其基因突变最可能是由基因中碱基对发生________导致。 答案：(1)③。因为在原核生物中某一基因的编码区插入一个碱基对，再在插入位点的附近缺失4个碱基对，可能只会导致蛋白质中缺少一个氨基酸，而在①②④情况下，可能导致多个氨基酸发生变化。　(2)遗传密码具有简并性　(3)替换 |认|知|生|成| 1．基因突变对氨基酸序列的影响 碱基 影响范围 对氨基酸序列的影响 替换 小 只改变1个氨基酸或不改变氨基酸序列 增添 大 不影响增添位置前的序列而影响增添位置后的序列 缺失 大 不影响缺失位置前的序列而影响缺失位置后的序列 注：若增添或缺失了3n(n为正整数)个碱基，影响范围一般较小，增添或缺失位置可能增加或减少n个氨基酸。 2．基因突变对生物性状的影响及原因 (1)改变性状的原因 ①基因突变可能引发肽链不能合成； ②肽链延长(终止密码子推后)； ③肽链缩短(终止密码子提前)； ④肽链中氨基酸种类改变。 (2)未改变性状的原因 ①突变部位位于基因的非编码区； ②密码子的简并性； ③隐性突变：如AA中其中一个A→a； ④有些突变改变了蛋白质中个别氨基酸，但该蛋白质的功能不变。 [例2]　(2024·兰州二模)如图表示人体内原癌基因转化为癌变基因的三种途径。下列有关说法错误的是(　 ) A．人的卵细胞和精子中存在原癌基因和抑癌基因 B．途径一中可能发生了碱基的增添、缺失或替换 C．途径二中基因种类未变化，没改变人的遗传物质 D．途径三说明基因位置的改变会影响基因的表达 [解析]　人的卵细胞和精子中存在原癌基因和抑癌基因，原癌基因负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的过程，抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖，A正确；途径一发生的变异为基因突变，可能发生了碱基的增添、缺失或替换，B正确；途径二中，基因多拷贝后，基因数量增多，改变了人的遗传物质，C错误；途径三基因移到新的位置，导致正常蛋白过量表达，从而导致癌变，说明基因位置的改变会影响基因的表达，D正确。 [答案]　C |认|知|生|成|　图解细胞癌变的机理 (1)抑癌基因与原癌基因共同对细胞的生长和增殖起调节作用。 (2)癌变是由原癌基因和抑癌基因发生突变，导致细胞异常分裂，机体对这种异常分裂无法阻止而造成的。 题点(一)　基因突变及其与性状的关系 1．(2024·滨州期末)研究人员利用60Co­γ射线处理某品种花生，获得了高油酸花生突变体。研究发现，该突变与花生细胞中的M基因有关，含有MA基因的花生油酸含量与原花生品种无显著差异，含有MB基因的花生油酸含量较高，如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．利用60Co­γ射线处理花生可提高突变率，创造新品种 B．MA基因和MB基因中的嘧啶碱基所占比例不同 C．M基因可以突变为MA、MB说明基因突变具有不定向性 D．M基因中碱基的替换、插入都可以导致基因碱基序列的改变 解析：选B　60Co­γ射线处理花生的方法属于人工诱变，其原理是基因突变，人工诱变可在短时间内提高突变率，并可产生新基因，创造新品种，A正确。根据题意可知，MA基因和MB基因都是通过基因突变形成的，双链DNA分子中，嘧啶碱基和嘌呤碱基互补配对，都是各占一半，故两基因中的嘧啶碱基所占比例相同，B错误。一个基因可以朝多个方向突变，产生一个以上的等位基因，说明基因突变具有不定向性，C正确。基因突变是DNA分子中发生碱基的增添、缺失或替换而引起的基因碱基序列的改变，M基因中碱基对的替换、插入都可以导致基因碱基序列的改变，D正确。 2．(2024·惠州模拟)酪氨酸酶基因(A)有3种隐性突变基因(a1、a2、a3)，均能使该基因失效导致白化病。如图为3种突变基因在A基因编码链(与转录模板链互补)对应的突变位点及碱基变化。下列叙述错误的是(　 ) A．酪氨酸酶基因突变具有不定向性，三种突变基因之间互为等位基因 B．a2和a3基因都只替换一个碱基对，表达的产物只有一个氨基酸差异 C．a1基因与A基因的表达产物相比，多一个甘氨酸而其他氨基酸不变 D．对白化病患者父母(表型正常)进行基因检测，可含其中三种基因 解析：选B　图中A基因突变为a1、a2、a3三种基因，这三种基因是控制同一性状不同表现形式的基因，属于等位基因，A正确。a2 CGA变为TGA，DNA分子转录的模板链是ACT，转录形成的mRNA上的密码子为UGA，是终止密码子，所以如果发生a2突变，则编码的蛋白质少了多个氨基酸；同理，A基因突变成a3基因后，表达产物的氨基酸由色氨酸变成亮氨酸，只改变了一个氨基酸，B错误。a1是在A基因编码链的GAG的G、A之间插入了GGG，编码链变为GGGGAG，相比以前多了三个碱基GGG，所以其模板链多了CCC，转录形成了mRNA多了GGG，因此多了一个甘氨酸，而其他氨基酸不变，C正确。白化病患者父母表型正常，但有患白化病的后代，说明其父母均携带患病基因，基因型可能为Aa1×Aa2等类型，因此对白化病患者父母进行基因检测，可含其中三种基因(1种正常基因，2种不同的突变基因)，D正确。 题点(二)　细胞癌变的原理、特点及防治 3．(2023·广东高考)中外科学家经多年合作研究，发现circDNMT1(一种RNA分子)通过与抑癌基因p53表达的蛋白结合诱发乳腺癌，为解决乳腺癌这一威胁全球女性健康的重大问题提供了新思路。下列叙述错误的是(　 ) A．p53基因突变可能引起细胞癌变 B．p53蛋白能够调控细胞的生长和增殖 C．circDNMT1高表达会使乳腺癌细胞增殖变慢 D．circDNMT1的基因编辑可用于乳腺癌的基础研究 解析：选C　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，可能引起细胞癌变，A、B正确；由题干信息可知，circDNMT1通过与抑癌基因p53表达的蛋白质结合诱发乳腺癌，推测circDNMT1高表达会使乳腺癌细胞增殖加快，C错误；通过编辑circDNMT1的基因可抑制其表达，进而降低乳腺癌的发生概率，D正确。 4．(2024·潍坊模拟)结肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤，c­myc、h­ras、p53、ing1等基因的改变能导致结肠癌的发生。研究发现，c­myc基因与细胞的生长分裂密切相关，患者的c­myc基因较健康人表达过量；ing1基因能够抑制细胞生长，促进细胞凋亡，患者ing1基因的mRNA较健康人呈低表达量状态。下列说法错误的是(　 ) A．结肠癌发生的根本原因是基因突变 B．细胞癌变是多个基因改变后产生累积效应的结果 C．患者c­myc基因过量表达，致相应蛋白质作用过强 D．患者ing1基因表达量低是由于该基因的甲基化程度低 解析：选D　结肠癌发生的根本原因是多个与癌变相关的基因发生突变，A正确；细胞癌变的发生并不是单一基因突变的结果，是多个基因突变的累积效应，B正确；c­myc基因与细胞的生长分裂密切相关，c­myc基因过量表达，会使相应的蛋白质活性过强，C正确；ing1基因能够抑制细胞生长，促进细胞凋亡，患者ing1基因表达量低一般是由于该基因的甲基化程度高，抑制了表达，D错误。 主题研习(二)　基因重组(基础·自学型) 　　　　　　　　　　　　　　　 1．概念 2．类型 类型 变化实质 图示 互换型 同源染色体的非姐妹染色单体发生片段互换(发生在减数分裂的四分体时期) 自由组合型 位于非同源染色体上的非等位基因自由组合(发生在减数分裂Ⅰ后期) 基因工程重组型 将外源DNA人为导入受体细胞，人为有目的进行的不同种生物间的基因组合 3．结果：产生新的基因型，导致重组性状出现。 4．意义 (1)是生物变异的来源之一。 (2)为生物进化提供材料。 (3)是形成生物多样性的重要原因之一。 5．应用：进行杂交育种(将双方亲本中的优良性状集中在一起)。 [微点判断] (1)雌雄配子随机结合产生不同于亲本类型的子代个体属于基因重组。(×) (2)原核生物不存在基因重组，而真核生物的受精过程中可进行基因重组。(×) (3)非同源染色体上的非等位基因和同源染色体上的非等位基因都可能发生基因重组。(√) (4)同胞兄妹间的遗传差异与父母生殖细胞形成过程中的基因重组有关。(√) (5)基因型为Aa的个体自交，基因重组导致子代发生性状分离。(×) (6)基因重组只能产生新基因型和重组性状，不能产生新基因和新性状。(√) (7)R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌属于基因重组。(√) 1．下列过程中未发生基因重组的是(　 ) A．黑色家鼠和白化家鼠杂交，F1 全为黑鼠，F2 中黑鼠∶淡黄鼠∶白鼠＝9∶3∶4 B．灰身长翅果蝇和黑身残翅果蝇杂交，F1 全为灰身长翅，F1 的测交后代出现四种表型，比例为42∶42∶8∶8 C．表型正常的双亲生下患苯丙酮尿症的孩子 D．将人胰岛素基因导入大肠杆菌，利用大肠杆菌生产人胰岛素 解析：选C　黑色家鼠和白化家鼠杂交，F1全为黑鼠，F2中黑鼠∶淡黄鼠∶白鼠＝9∶3∶4，为“9∶3∶3∶1”的变式，说明这对相对性状受两对等位基因的控制，且这两对等位基因的遗传遵循基因的自由组合定律，该过程中发生了基因重组，A不符合题意；灰身长翅果蝇和黑身残翅果蝇杂交，F1全为灰身长翅，F1的测交后代出现四种表型，比例为42∶42∶8∶8，说明F1能产生四种配子，但与测交后代1∶1∶1∶1不符，说明两对基因位于一对同源染色体上，并且发生了互换，导致非等位基因自由组合，从而产生了四种配子，即该过程中发生了基因重组，B不符合题意；苯丙酮尿症是单基因遗传病，表型正常的双亲生下患苯丙酮尿症的孩子，这是由于发生了基因分离，而且这里仅涉及一对等位基因，因此不会发生基因重组，C符合题意；将人胰岛素基因导入大肠杆菌，利用大肠杆菌生产人胰岛素，这需要采用基因工程技术，其原理是基因重组，D不符合题意。 2．基因型为AaBb(两对基因独立遗传)的某二倍体生物有以下几种细胞分裂图像(不考虑图中染色体颜色)，下列说法正确的是(　 ) A．甲图中基因a最可能来源于染色体的互换 B．乙图中基因a不可能来源于基因突变 C．丙产生的子细胞发生的变异属于染色体结构变异 D．丁图中基因a的出现最可能与基因重组有关 解析：选D　甲图是有丝分裂后期图像，基因a出现的原因是基因突变，A错误；乙图中基因a出现的原因可能是染色体互换，也可能是基因突变，B错误；丙细胞产生的2个子细胞中，一个多一条染色体，一个少一条染色体，属于染色体数目变异，C错误；丁图是减数分裂Ⅱ后期图像，基因a出现的原因可能是染色体互换，也可能是基因突变，基因突变的频率很低，则最可能的原因是减数分裂Ⅰ前期发生了染色体互换，导致基因重组，D正确。 1．归纳概括基因重组的四个关注点 (1)基因重组只是原有基因间的重新组合。 (2)自然条件下基因重组发生在配子形成过程中，而不是发生在受精作用时。 (3)基因重组一般发生于有性生殖产生配子的过程中，无性生殖的生物不发生，有性生殖的个体体细胞增殖时也不会发生。 (4)杂合子(Aa)自交产生的子代出现性状分离，不属于基因重组的原因是A、a控制的性状是同一性状的不同表型，而非不同性状。 2．姐妹染色单体上等位基因来源的判断方法 (1)一看亲子代基因型 ①如果亲代基因型为BB或bb，则引起姐妹染色单体上B与b不同的原因是基因突变； ②如果亲代基因型为Bb，则引起姐妹染色单体上B与b不同的原因是基因突变或基因重组(互换型)。 (2)二看细胞分裂方式 ①如果是有丝分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，则一般认为是基因突变； ②如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，可能发生了基因突变或基因重组(互换型)。 (3)三看细胞分裂图 ①如果是有丝分裂后期的图像，两条子染色体上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图1所示； ②如果是减数分裂Ⅱ后期的图像，两条子染色体(同白或同黑)上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图2所示； ③如果是减数分裂Ⅱ后期的图像，两条子染色体(颜色不一致)上的两基因不同，则为互换(基因重组)的结果，如图3所示。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、考教衔接——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修2 P81“正文”拓展分析)下列关于基因突变的叙述，正确的是(　 ) A．DNA分子中碱基的缺失、增添或替换都会导致基因突变 B．血友病、色盲、多指、白化病等致病基因的出现说明基因突变具有不定向性 C．分裂间期较分裂期更易发生基因突变，主要是因为间期持续的时间长 D．基因突变形成新的等位基因，其控制合成的蛋白质结构可能不变 解析：选D　DNA分子包括基因片段和非基因片段，基因突变指的是基因中碱基的缺失、增添或替换导致基因结构的改变，A错误；血友病、色盲、多指、白化病等致病基因的出现说明基因突变具有随机性，B错误；分裂间期由于进行DNA复制易发生基因突变，与其持续的时间长无关，C错误；由于密码子具有简并性，基因突变产生的新基因控制合成的蛋白质结构可能不变，D正确。 2．(必修2 P84“正文”拓展分析)交换是基因重组的基础，A、B两基因交换的3种模式图如下。下列相关叙述正确的是(　 ) A．甲和乙的交换都会产生新的重组类型配子Ab B．乙和丙的交换都会产生新的重组类型配子aB C．甲、乙和丙的交换都发生在减数分裂Ⅰ前期 D．甲、乙和丙的交换都能导致新物种的产生 解析：选C　甲的交换产生的新的重组配子有Ab、aB，乙的交换不会产生与题图基因相关的新的配子，丙的交换产生的新的重组配子有aB、Ab，A、B错误；甲、乙和丙的交换都发生在减数分裂Ⅰ前期同源染色体联会时，C正确；甲、乙和丙的交换可以产生新的基因型，并不一定出现生殖隔离，因此不一定导致新物种的产生，D错误。 (二)科学思维“融会通” 3．(必修2 P80“图5­1”拓展分析)基因突变是分子水平的变化，一般不能(填“能”或“不能”)借助光学显微镜观察，镰状细胞贫血是分子水平基因突变造成的，能否借助显微镜进行诊断？并说明理由：能；原因是可借助显微镜观察红细胞的形态是圆饼状还是镰刀状来诊断。 4．(必修2 P83“正文”关键点提炼)基因突变的频率很低，而且基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，而对生物体有害，还有些基因突变是中性的，但为什么它仍可为生物进化提供原材料？请说明理由：对于生物个体而言，发生自然突变的频率是很低的。但是，一个物种往往是由许多个体组成的，就整个物种来看，在漫长的进化历程中产生的突变还是很多的，其中有些突变是有利突变，对生物的进化有重要意义。环境改变后，原本的有害变异或中性变异可能变成有利变异，因此，基因突变能够为生物进化提供原材料。 5．(必修2 P84“正文”深化理解)基因重组的类型之一是“同源染色体上非姐妹染色单体的互换”，二倍体生物同源染色体的非姐妹染色单体间不一定(填“一定”或“不一定”)能发生互换，原因是二倍体生物进行有性生殖产生生殖细胞的过程中(减数分裂时)，在四分体时期，可能会有一定数量的同源染色体的非姐妹染色单体间发生互换。 二、应用创新——新情境问题的建模训练 1．(2024·南阳模拟)无义突变是指由于某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子突变为终止密码子，从而使肽链合成提前终止。“遗传补偿”是指基因在突变失活后，可以通过上调与此基因序列同源的相关基因的表达来弥补其功能，无义突变是激活遗传补偿效应的必要条件。下列说法错误的是(　 ) A．遗传补偿效应有利于突变个体的正常发育和存活 B．在某mRNA中创建提前出现终止密码子可能触发遗传补偿效应 C．各种基因突变均可通过遗传补偿效应维持生物体性状不变 D．“遗传补偿”分子机制的发现为遗传病的治疗提供了新的思路 解析：选C　遗传补偿效应是生物的一种容错机制，有利于突变个体的正常发育和存活，A正确；无义突变是激活遗传补偿效应的必要条件，在某mRNA中创建提前出现终止密码子会形成无义突变，可能触发遗传补偿效应，B正确；根据题意可知，只有无义突变才会激活遗传补偿效应，基因突变不一定属于无义突变，C错误；某些遗传病与基因突变引起的蛋白质功能异常有关，“遗传补偿”分子机制的发现为遗传病的治疗提供了新的思路，D正确。 2．(2024·怀仁一模)研究表明，系统性红斑狼疮(SLE)与X染色体上TLR7基因的Y264H位点发生突变有关。该位点发生碱基对的替换导致TLR7蛋白更容易与鸟苷发生结合并变得更加活跃，这增加了免疫细胞的敏感性，使它们错误地将健康组织识别为外来组织或受损组织并对其发起攻击。SLE在女性中的发病率较高。下列叙述正确的是(　 ) A．SLE在女性中的发病率较高与女性有两条X染色体有关 B．Y264H位点发生碱基对的替换，TLR7基因中四种碱基的比例保持不变 C．Y264H位点发生碱基对的替换，基因的碱基序列和遗传信息不改变 D．Y264H位点发生碱基对的替换，不改变TLR7基因结构和DNA结构 解析：选A　女性有两条X染色体，TLR7基因的Y264H位点突变概率更大，因此SLE在女性中发病率较高，A正确；Y264H位点发生碱基对的替换，TLR7基因中四种碱基的比例可能发生改变，B错误；遗传信息是指DNA分子中核苷酸(碱基对)的排列顺序，Y264H位点发生碱基对的替换，基因的碱基序列和遗传信息均发生改变，C错误；Y264H位点发生碱基对的替换，改变了TLR7基因的结构，D错误。 3．(2024·宁德模拟)MFSD1是哺乳动物体内的一种蛋白质，研究小组在小鼠体内制造了缺乏这种蛋白质的癌细胞。没有这种蛋白质，癌细胞的移动速度要快得多；含有MFSD1的癌细胞在机械压力下很快死亡，而没有这种蛋白质的癌细胞往往保持完好；实验测试了癌细胞对“饥饿”的抵抗力，缺乏MFSD1的癌细胞存活时间更长。下列选项错误的是(　 ) A．癌细胞对“饥饿”和机械压力的反应由蛋白质MFSD1引起，这是MFSD1通过影响位于癌细胞表面的特定受体来实现的 B．相对于正常细胞，癌细胞的快速移动与细胞膜上的糖蛋白等物质减少有关 C．细胞癌变，其代谢增强，细胞周期变短 D．寻找编码MFSD1蛋白的基因，可能为癌症临床治疗带来新的突破口 解析：选A　由题干信息可知，MFSD1可能是位于癌细胞细胞膜上的糖蛋白，其可能是癌细胞膜上接收“饥饿”和机械压力反应的特定受体，即癌细胞对“饥饿”和机械压力的反应可能不是MFSD1影响癌细胞表面特定受体实现的，A错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．基因突变和基因重组都是分子水平产生的变异，下列关于两者的描述，正确的是(　 ) A．基因突变对生物体一定有害，基因重组对生物体一定有利 B．基因突变发生在细胞分裂过程中，基因重组发生在受精作用过程中 C．基因突变具有低频性，基因重组可能使子代出现一定比例的重组类型 D．基因突变是生物变异的来源之一，基因重组是生物变异的根本来源，二者都能为进化提供原材料 解析：选C　基因突变和基因重组对生物体而言，有害或有利并不是绝对的，要依据其生存环境来判断，A错误；基因突变主要发生在细胞分裂前的间期，基因重组发生在减数分裂时期，B错误；基因突变具有低频性，基因重组可能使子代出现一定比例的重组类型，C正确；基因突变是生物变异的根本来源，D错误。 2．(2024·深圳一模)有研究表明，胃癌的产生和发展与表皮生长因子受体(EGFR)相关基因的过量表达有密切关系。下列叙述正确的是(　 ) A．EGFR相关的基因很可能是一种抑癌基因 B．抑制EGFR的功能是胃癌治疗的一种思路 C．EGFR的增多就表明细胞一定发生了癌变 D．环境因素与EGFR量的变化及表达无关系 解析：选B　据题意可知，EGFR相关的基因很可能是一种原癌基因，抑制EGFR的功能是胃癌治疗的一种思路，A错误，B正确；胃癌的产生和发展与EGFR相关基因的过量表达有密切关系，但EGFR的增多并不能说明细胞发生了癌变，C错误；环境因素(如X射线等)会影响EGFR量的变化和EGFR相关基因的表达(转录和翻译)，D错误。 3．(2024·苏州一模)当M基因的启动子序列发生碱基的增添、缺失或替换时，个体的性状会发生一些变化。下列有关叙述正确的是(　 ) A．这种变异可发生在个体发育的任何时期，体现了普遍性 B．基因编码区的碱基序列不变，M蛋白的数量可能减少或增加 C．细胞中M基因的启动子序列发生碱基替换时，M蛋白的空间结构一定也会发生变化 D．这种改变为生物进化提供了原材料，是新物种形成的必要条件 解析：选B　M基因的启动子序列发生碱基的增添、缺失或替换属于基因突变，可发生在个体发育的任何时期，体现了随机性，A错误；当M基因的启动子序列发生碱基的增添、缺失或替换时，可能会影响基因的表达次数以及是否表达，即影响M蛋白的数量，B正确；启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因的转录，但启动子部位不进行转录，故启动子序列发生碱基替换时，不影响相应蛋白质的空间结构，C错误；基因突变可为生物进化提供原材料，但新物种形成的必要条件是隔离，D错误。 4．(2024·武汉模拟)细胞中的USP15酶在维持基因组稳定和在人体中抑制乳腺癌和胰腺癌细胞产生中扮演关键角色，因而有望帮助开发治疗乳腺癌和胰腺癌的新型疗法。下列相关叙述错误的是(　 ) A．乳腺癌细胞的DNA与正常细胞的相比一定发生了碱基的改变 B．USP15酶可能通过修复DNA来维持基因组稳定 C．乳腺癌和胰腺癌细胞中的USP15基因表达增强 D．治疗癌症要促进癌细胞凋亡和抑制癌细胞分裂 解析：选C　癌变与基因突变有关，因此乳腺癌细胞的DNA与正常细胞的相比一定发生了碱基的改变，A正确；USP15酶可能通过修复DNA来维持基因组稳定，B正确；USP15酶能抑制乳腺癌和胰腺癌细胞的产生，因此乳腺癌和胰腺癌细胞中的USP15基因表达减弱，C错误；治疗癌症要促进癌细胞凋亡和抑制癌细胞分裂，D正确。 5．(2024·柳州模拟)DELLA蛋白能抑制植物体生长。现有两个DELLA基因突变个体，突变体1表现植株疯长，突变体2表现植株矮小。下列有关突变体的推测错误的是(　 ) A．两个突变体中DELLA基因的碱基数量可能相同 B．若两个突变体中的DELLA蛋白结构相同，则突变体1中的DELLA基因表达量显著高于突变体2 C．突变体1中的DELLA蛋白可能由于空间结构改变而丧失原有功能 D．突变体2中的DELLA蛋白可能由于空间结构改变而难以被降解 解析：选B　两个突变体可能是因为碱基对的替换引起的，则两个突变体中DELLA基因的碱基数量可能相同，A正确；蛋白质的结构决定其功能，DELLA蛋白能抑制植物体生长，突变体1植株高于突变体2，可能是突变体1中的DELLA基因表达量显著低于突变体2，B错误；DELLA蛋白能抑制植物体生长，若DELLA蛋白空间结构改变而丧失原有的抑制功能，则突变体植株长得更高，符合题中突变体1的情况，C正确；若DELLA由于空间结构改变而难以被降解，则原有的抑制功能增强，则突变体植株长得更矮，符合题中突变体2的情况，D正确。 6．某原核生物的体色深绿色(R)为野生型，浅绿色(r)为突变型。蛋白R和蛋白r分别是基因R和基因r的表达产物，其部分氨基酸(用字母表示)序列如图所示，字母上方的数字表示氨基酸在序列中的位置，①②③表示突变位点。下列说法错误的是(　 ) A．基因R突变为基因r时发生过碱基的替换 B．基因R突变为基因r时在第408位碱基后增加了三个碱基 C．控制该性状的基因遗传时符合基因的分离定律 D．该基因中发生了三处变化，说明基因突变具有高频性 解析：选D　蛋白r与蛋白R相比，第12和38位氨基酸只改变了氨基酸的种类，则说明基因R突变为基因r，发生了碱基的替换，A正确；蛋白r与蛋白R相比，第136位氨基酸后增加了一个氨基酸，则说明基因R突变为基因r时在第408位碱基后增加了三个碱基，B正确；控制蛋白R与蛋白r的基因是等位基因，则遗传时符合基因的分离定律，C正确；该基因中发生了三处变化，说明基因突变具有随机性，D错误。 7．(2024·娄底模拟)波尔黑山羊(F1)是利用波尔山羊和我国的黑山羊通过杂交选育得到的优良品种。该品种既具有波尔山羊生长快、体形大的特征，又有我国当地黑山羊肉质好、瘦肉率高、适于在当地环境生长的特性。下列叙述正确的是(　 ) A．F1个体在形成配子时，同源染色体上等位基因的分离导致基因重组 B．F1个体在形成配子时，基因重组可发生在减数分裂的四分体时期 C．基因重组是山羊产生新基因的重要途径，为生物进化提供原材料 D．波尔山羊的配子与黑山羊的配子随机结合过程中会发生基因重组 解析：选B　减数分裂Ⅰ后期，同源染色体分开，等位基因分离，非同源染色体自由组合，导致非同源染色体上非等位基因自由组合，形成基因重组，A错误；减数分裂的四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体的互换可导致基因重组，B正确；基因重组不能产生新基因，C错误；基因重组不发生在受精作用过程中，而是配子的形成过程中，发生在减数分裂Ⅰ后期和四分体时期，D错误。 8．(2024·北京大兴区模拟)为研究人的基因Myc和Ras的功能，科学家构建了三组转基因小鼠(Myc、Ras及Myc＋Ras，基因均过量表达)，发现这些小鼠随时间进程，体内会出现肿瘤(如图)。下列叙述错误的是(　 ) A．上述两种基因均为原癌基因 B．三组小鼠的肿瘤细胞均有无限增殖的能力 C．两种基因在人体细胞内编码结构异常的蛋白质 D．两种基因大量表达对小鼠细胞癌变有累积效应 解析：选C　转入Myc、Ras及Myc＋Ras的小鼠，这两类基因均过量表达，随着时间推移，肿瘤小鼠比例逐渐增大，说明这两种基因过量表达可促进肿瘤形成，因此是原癌基因，A正确；细胞癌变后具有无限增殖的特点，B正确；正常的细胞中也需要原癌基因和抑癌基因发挥作用，原癌基因的正常表达对于细胞正常的生长和分裂是必需的，题中Myc和Ras基因在人体细胞内可以编码功能正常的蛋白质，C错误；同时转入Myc和Ras两种基因的肿瘤小鼠比例大于只转入Myc或Ras的小鼠，说明两种基因大量表达对小鼠细胞癌变有累积效应，D正确。 9．(2024·齐齐哈尔模拟)错配修复系统是指DNA分子在复制的过程中，由碱基的插入、缺失等引起碱基错配时采用的一种修复系统。在原核细胞中，若DNA出现碱基错配，首先错配修复系统特异性识别错配碱基，然后由相关酶将含错配碱基的一条链上对应的核苷酸序列切除，再以另一条链为模板合成新的DNA单链片段，最后由DNA连接酶完成修复。下列相关叙述正确的是(　 ) A．DNA中由碱基的插入、缺失等引起的碱基错配一定会改变基因的结构和功能 B．由DNA连接酶完成修复后的DNA与原DNA相比，嘌呤碱基所占比例发生改变 C．DNA作为原核生物的主要遗传物质，在复制的过程中遵循碱基互补配对原则 D．新合成的DNA单链片段中相邻碱基是通过“─脱氧核糖─磷酸─脱氧核糖─”进行连接的 解析：选D　DNA中碱基的插入、缺失等若发生在非编码区域中，则可能不会改变基因的功能，且碱基错配可被修复，A错误；DNA为双链结构，其中嘌呤碱基数目等于嘧啶碱基数目，修复前后嘌呤碱基所占比例不变，B错误；DNA是原核生物的遗传物质，不是主要遗传物质，C错误；新合成的DNA单链片段中相邻碱基是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”进行连接的，D正确。 10．研究表明，普通白菜中的青梗菜持绿突变体nye的持绿性(衰老后叶片仍然保持绿色的特性)由隐性核基因Brnyel控制。其产生的机理是其正常基因的第二外显子(编码蛋白质的基因序列)中插入了一段40 bp的DNA片段(图中“↑”所示位置)，导致了移码突变，致使翻译提前终止，从而使叶绿素降解酶功能异常，不能催化叶绿素降解。下列叙述错误的是(　 ) A．Brnyel基因转录时以β链为模板，需要RNA聚合酶的参与 B．正常基因中发生碱基对的增添可以借助光学显微镜直接观察 C．移码突变导致叶绿素降解酶的结构异常，是基因间接控制性状的一种表现 D．青梗菜突变体nye持绿性基因的突变可增强其对环境的适应性 解析：选B　碱基序列AUG可为起始密码子，结合题图可知，β链为转录的模板链，A正确；正常基因中发生碱基对的增添属于分子水平的变化，无法借助光学显微镜直接观察，B错误；基因可以通过控制酶的合成控制细胞代谢进而间接控制生物的性状，移码突变导致叶绿素降解酶的结构异常，是基因间接控制性状的一种表现，C正确；青梗菜突变体nye持绿性基因突变，可以延长青梗菜的光合作用时间，提高有机物含量，延缓衰老，增强其对环境的适应性，D正确。 二、非选择题 11．(2024·北京昌平区二模)肿瘤细胞的典型特征是代谢发生改变，为探究低温对肿瘤细胞代谢的影响，研究者进行了相关实验。 (1)多数肿瘤细胞通过无氧呼吸主要产生ATP和________。由于肿瘤细胞膜上的________等物质减少，使其在体内容易分散和转移。 (2)研究者将结肠癌细胞(CRC)植入小鼠的皮下组织构建皮下荷瘤小鼠，将其置于不同温度条件下培养，实验结果如图及表，由此分析低温影响肿瘤生长的机制是_______________。 研究者将CRC植入小鼠肝脏，并重复上述实验，测量肿瘤体积，从而排除________对皮下肿瘤的直接影响。 CRC所处时期 细胞占比/% 4 ℃ 30 ℃ 死细胞 0.16 0.78 静止期＋DNA合成前期 80.94 69.72 DNA合成期 8.7 16.2 DNA合成后期＋分裂期 10.2 13.3 (3)将18F­FDG(18F为放射性核素、FDG为葡萄糖类似物)注射皮下荷瘤小鼠静脉，一段时间后发现：30 ℃条件下，18F­FDG主要聚集在肿瘤组织中；4 ℃条件下，18F­FDG主要聚集在棕色脂肪组织(BAT)中。据此推测，低温通过____________________________________，进而抑制肿瘤的生长。 (4)为验证上述推测，研究者检测皮下荷瘤小鼠体内肿瘤细胞中葡萄糖运载体(GLUT4)基因表达水平，若4 ℃条件下，GLUT4基因表达水平低于30 ℃条件下，则上述推测正确。请修正该实验方案并写出预期结果。 ____________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 答案：(1)乳酸　糖蛋白　(2)低温通过抑制CRC中DNA的复制从而抑制CRC的增殖　低温　(3)促进BAT细胞对葡萄糖摄取从而减少肿瘤细胞对葡萄糖的摄取　(4)实验方案：增加BAT细胞中GLUT4基因表达水平的检测；预期结果：4 ℃条件下，BAT细胞中GLUT4基因表达水平高于30 ℃条件下，肿瘤细胞中则相反 第二课时　染色体变异 主题研习(一)　染色体数目变异和结构变异(深化·提能型) 　　　　　　　　　　　　　　 (一)染色体数目的变异 1．类型及实例 2．染色体组分析(根据果蝇染色体组成图归纳) (1)从染色体来源看，一个染色体组中不含同源染色体。 (2)从形态、大小和功能看，一个染色体组中所含的染色体各不相同。 (3)从所含的基因看，一个染色体组中含有控制本物种生物性状的一整套基因，但不能重复。 (二)单倍体、二倍体和多倍体 类型 单倍体 二倍体 多倍体 定义 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 由配子结合发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体 由配子结合发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 染色体组 ≥1 2 ≥3 特点 ①植株长得弱小；②高度不育 正常表现(对照) ①茎秆粗壮；②叶片、果实、种子较大； ③营养物质的含量有所增加 形成原因 自然原因 单性生殖 正常的有性生殖 外界环境条件剧变(如低温) 人工诱导 花药离体培养 秋水仙素处理单倍体幼苗 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 举例 蜜蜂的雄蜂 自然界中，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体 多倍体在植物中很常见，在动物中极少见，如香蕉是三倍体植物 (三)染色体结构的变异 1．类型及实例 类型 图解 显微观察的联会异常 说明 缺失 缺失b片段 重复 增加b片段 易位 d、e、f片段移接到另一条非同源染色体上 倒位 b、c、d、e片段位置颠倒 2．结果和影响 结果 使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异 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 [典例]　(2024·合肥四校联考)如图是四种不同生物体细胞的染色体组成情况，有关叙述错误的是(　 ) A．图a含有2个染色体组，图b含有3个染色体组 B．由图b细胞组成的个体是单倍体或者三倍体 C．图c有2个染色体组，每个染色体组有3条染色体 D．由图d细胞组成的个体可能是由配子发育而来的 [解析]　图a着丝粒分裂，染色体数目暂时加倍，处于有丝分裂后期，含有4个染色体组，图b含有3个染色体组，A错误。图b中含有三个染色体组，若由受精卵发育而来，则是三倍体；若由配子直接发育而来，则是单倍体，B正确。图c有2个染色体组，每个染色体组有3条染色体，C正确。图d细胞只有一个染色体组，由图d细胞组成的个体可能由配子发育而来，D正确。 [答案]　A |认|知|生|成|　判定染色体组的三种方法 1．根据染色体形态判定 细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。 2．根据基因型判定 在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因(包括同一字母的大、小写)出现几次，则含有几个染色体组。如果某一细胞中的染色体存在染色单体，不能根据控制同一性状的基因的数目判断染色体组的数目。 3．根据染色体数和染色体的形态数推算 染色体组数＝染色体数/染色体形态数。如雌果蝇体细胞中有8条染色体，分为4种形态，则染色体组的数目为2。 |情|境|探|究| 1．下图表示细胞内发生的变异，请判断生物变异的类型。 图1是______________，图2是______________，图3是________，图4是________。 答案：染色体片段重复　染色体数目变异　互换　易位 2．如图1表示果蝇某细胞内的相关染色体行为，1、2代表两条未发生变异的染色体，3、4代表两条正在发生变异的染色体，图中字母表示染色体上的不同片段。 (1)正常情况下，1与2是非同源染色体，图1 A中发生碱基的增添、缺失或替换________(填“一定”或“不一定”)属于基因突变。 (2)请将图2中联会过程补充完整。 答案：(1)不一定　(2)如图所示 |认|知|生|成| 1．染色体结构变异与基因突变的区别 2．易位与互换的区别 项目 易位 互换 图解 区 别 位置 发生于非同源染色体之间 发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间 原理 染色体结构变异 基因重组 观察 可在光学显微镜下观察到 在光学显微镜下观察不到 |情|境|探|究| (1)如图甲是某二倍体生物体细胞染色体模式图，图乙、丙、丁、戊是发生变异后的不同个体的体细胞中的染色体组成模式图。请据图辨析属于三体、三倍体、单体和单倍体的分别是哪一个？ (2)同源四倍体(基因型为AAaa)产生配子时染色体以图示的情况进行组合，从而形成不同基因型的配子。 根据上述推导过程，请思考回答下列问题： ①若同源四倍体的基因型为Aaaa，则产生的配子类型及比例：__________________。 ②若同源四倍体的基因型为AAAa，则产生的配子类型及比例：________________。 ③若同源四倍体的基因型为AAaa，则产生的配子类型及比例：______________________。 (3)某三体雄性果蝇的性染色体组成为XXY，若三条性染色体任意两条联会概率相等，则XXY个体产生的配子及比例为__________________________。 答案：(1)单倍体　单体　三体　三倍体　(2)①Aa∶aa＝1∶1　②AA∶Aa＝1∶1　③AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1　(3)X∶Y∶XY∶XX＝2∶1∶2∶1 |认|知|生|成| 几种常考变异类型产生配子的分析方法 分析三体产生的配子类型时，为了避免混淆，可以进行标号，如AAa，可以记为A1A2a，则染色体的三种分离方式为1A1A2、1a,1A1、1A2a,1A2、1A1a，最后把A合并即可得到各种配子的比例。 题点(一)　染色体组与染色体数目的变异 1．如图所示为不同生物体细胞中所含的染色体数目情况，下列叙述正确的是(　 ) A．图a细胞正在进行减数分裂，细胞中含有4个染色体组 B．图b代表的生物自交能产生可育后代 C．图c含有两个染色体组，该生物一定是二倍体 D．图d代表的生物一定是单倍体 解析：选D　图a细胞含有同源染色体，且着丝粒分裂，处于有丝分裂后期，该细胞含有4个染色体组，A错误；图b含有3个染色体组，其代表的生物自交不能产生可育后代，B错误；图c细胞含有2个染色体组，如果图c代表由受精卵发育成的生物的体细胞，则该生物是二倍体，但如果是配子发育而来，则是单倍体，C错误；图d中含有1个染色体组，代表的生物一定是单倍体，D正确。 [反思·收获] “两看法”判断单倍体、二倍体和多倍体 题点(二)　个别染色体数目变异 2．(2024·德州二模)人类9号染色体三体(T9)分为嵌合型T9和完全型T9，前者部分细胞为9号染色体三体，后者所有体细胞为9号染色体三体。嵌合型T9可分为两种：一种是三体自救型，即完全型T9的部分细胞丢失第三条染色体，形成正常细胞；一种是分裂错误型，即由于早期胚胎部分细胞分裂过程中一条9号染色体不分离，形成只含一条9号染色体的细胞和三体细胞，只有三体细胞存活，与正常细胞形成嵌合型。某嵌合型T9胎儿的父母表型均正常，基因型为Aa(位于9号染色体上，不考虑基因突变和染色体片段互换)。下列说法正确的是(　 ) A．若该胎儿为三体自救型，则其体内可能存在aaa和Aa两种体细胞 B．若该胎儿为分裂错误型，则其体内可能存在AAa和aa两种体细胞 C．该嵌合型T9胎儿的体内可能同时存在三种基因型的体细胞 D．该胎儿胚胎发育早期只有部分细胞分裂时能发生等位基因的分离 解析：选C　若该胎儿为三体自救型，且其体内存在基因型为aaa的体细胞时，则其丢失第三条染色体所形成的正常体细胞的基因型应该是aa，而不是Aa，即三体自救型胎儿体内不会同时存在aaa和Aa两种体细胞，A错误。若该胎儿为分裂错误型，且其体内存在基因型为AAa的体细胞时，可知未分开的两条染色体为含A的染色体，故其正常体细胞的基因型应为Aa，而不是aa，即分裂错误型胎儿体内不会同时存在AAa和aa两种细胞，B错误。若该胎儿是三体自救型的嵌合型T9，且其三体细胞的基因型为AAa或Aaa，部分细胞丢失的第三条染色体是含A的，部分三体细胞丢失的染色体是含a的，此时胎儿体内可能出现三种基因型的细胞：AAa、Aa、AA或Aaa、Aa、aa，C正确。胎儿发育早期细胞进行有丝分裂，不发生等位基因的分离，D错误。 题点(三)　染色体结构的变异 3．(2024·江苏模拟)精原细胞中发生臂内倒位(如图)将导致染色体桥和断片的形成，已知有缺失或重复的染色单体产生的配子不育。下列说法不正确的是(　 ) A．臂内倒位发生于减数分裂Ⅰ前期的同源染色体非姐妹染色单体间 B．断片由于不含着丝粒，分裂末期将游离于主核之外 C．染色体桥断裂后，最后只能形成一个含正常染色体的精子 D．发生该现象的精原细胞产生的配子将有一半以上不可育 解析：选D　据题图可知，白色是正常染色体，黑色是发生倒位的染色体，臂内倒位发生于联会时期，即减数分裂Ⅰ前期同源染色体非姐妹染色单体间发生了倒位，A正确；断片由于不含着丝粒，分裂末期不能移向细胞两极，则将游离于主核之外，B正确；该精原细胞经减数分裂形成4个精子，其中只有一个含正常染色体，其余三个均含异常染色体，C正确；已知有缺失或重复的染色单体产生的配子不育，据C项分析可知，形成的4个精子中，有一个含正常染色体(可育)，还有一个黑色染色体仅发生倒位但没有发生缺失或重复，表现可育，所以一半的精子不育，D错误。 4．(2024·宁德模拟)一对外表和智力均正常的夫妇，母亲怀了一个异常的胎儿，对染色体检查发现，丈夫染色体正常，妻子和胎儿的18号染色体组成分别如图1和图2。下列相关叙述正确的是(　 ) A．妻子与胎儿均发生了染色体结构变异，且胎儿细胞中染色体数目也改变 B．妻子18号染色体某一片段位置颠倒，使基因的数目和排列顺序发生改变 C．胎儿异常染色体是减数分裂过程同源染色体非姐妹染色单体互换的结果 D．胎儿的18号染色体部分基因可能会出现过量表达，导致相关疾病的产生 解析：选D　胎儿染色体发生了缺失和重复，为染色体结构变异，细胞中染色体数目未改变，A、C错误；妻子18号染色体发生了倒位，所以基因排列顺序发生改变，但基因数目没有改变，B错误；胎儿18号染色体发生的变异可能使A基因过量表达，导致相关疾病的产生，D正确。 [反思·收获]　判断生物变异类型的三种方法 据生物类型 病毒、原核生物→基因突变(一般)；真核生物→基因突变、基因重组、染色体变异 据细胞 分裂方式 无丝分裂、二分裂→基因突变；有丝分裂→基因突变、染色体变异；减数分裂→基因突变、基因重组、染色体变异 据变异水平 染色体水平：同源染色体的非姐妹染色单体间的互换→基因重组；非同源染色体间的交换→易位 DNA分子水平：DNA分子上若干基因的增加或减少→重复或缺失；DNA分子中若干个碱基的增加或缺失→基因突变 主题研习(二)　低温诱导植物细胞染色体数目的变化(实验·探究型) 1．实验原理 低温抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，于是染色体数目加倍。 2．实验步骤(以洋葱为例) 3．实验中的试剂及其作用 试剂 使用方法 作用 卡诺氏液 将诱导后的根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h 固定细胞形态 体积分数为95%的酒精 冲洗用卡诺氏液处理过的根尖 洗去卡诺氏液 质量分数为15%的盐酸 二者等体积混合，作为解离液，室温下解离3～5 min 解离根尖细胞，使组织中的细胞相互分离开来 清水 浸泡解离后的根尖细胞约10 min 漂洗根尖，去除解离液 甲紫溶液(或醋酸洋红液) 把漂洗干净的根尖放进盛有相应溶液的玻璃皿中染色3～5 min 使染色体着色 　 　[思考探究] 1．观察时是否所有细胞中染色体均已加倍？为什么？ 提示：不是。因为大部分细胞处于间期，所以只有少部分细胞实现“染色体加倍”，大部分细胞仍为二倍体分裂状况。 2．秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍，这两种方法在原理上有什么相似之处？ 提示：秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍，可能都与抑制纺锤体的形成有关，着丝粒分裂后没有纺锤丝的牵引作用，因此不能将染色体拉向细胞的两极，导致细胞中的染色体数目加倍。 1．下列关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验的叙述，正确的是(　 ) A．原理：低温和秋水仙素诱导染色体数目加倍的原理相同，都是抑制染色体着丝粒分裂 B．解离：盐酸酒精混合液可以使蒜根尖解离 C．冲洗：用卡诺氏液固定细胞形态后，用清水冲洗2次 D．观察：显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变，少数细胞染色体数目不变 解析：选B　低温和秋水仙素都是抑制纺锤体的形成，从而使染色体数目加倍，A错误；盐酸酒精混合液可以使蒜根尖解离，B正确；用卡诺氏液固定细胞形态后，用体积分数为95%的酒精冲洗2次，C错误；显微镜下可以看到少数细胞的染色体数目发生改变，大多数细胞染色体数目不变，D错误。 2．(2024·青岛模拟)某研究小组开展了“用秋水仙素诱导培育四倍体草莓”的实验。选取二倍体草莓 幼苗若干，随机分组，每组30株，用不同浓度的秋水仙素溶液处理幼芽，得到实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是(　 ) A．实验的自变量是秋水仙素溶液浓度和处理时间 B．秋水仙素能抑制细胞内纺锤体的形成，进而影响细胞的正常分裂 C．高倍镜下观察草莓芽尖细胞的临时装片，发现分裂中期染色体数目均为28 D．用0.2% 的秋水仙素溶液处理草莓幼苗的幼芽1天，诱导成功率较高 解析：选C　分析题图可知，该实验的自变量为秋水仙素溶液浓度和处理时间，A正确；秋水仙素处理幼芽能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，进而影响细胞的正常分裂，B正确；高倍镜下观察草莓芽尖细胞的临时装片，发现分裂中期染色体数目有的为28，有的仍为14，C错误；从题图中可以看出，用0.2% 的秋水仙素溶液处理草莓幼苗的幼芽1天，诱导成功率较高，D正确。 主题研习(三)　变异与育种(深化·提能型) 　　　　　　　　　　　　　　　　 一掌握不同育种方法的原理和过程 1．杂交育种(以培育显性纯合子植物品种为例) 操作流程 特点分析 (1)原理：基因重组 (2)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起 (3)缺点：①育种周期长 ②局限于同种或亲缘关系较近的物种 2．诱变育种 操作流程 特点分析 (1)原理：基因突变 (2)优点：①可以提高突变频率 ②大幅度地改良某些性状 ③加速育种进程 (3)缺点：有利变异少，工作量大，需处理大量材料，具有盲目性 3．单倍体育种与多倍体育种 项目 单倍体育种 多倍体育种 原理 染色体(数目)变异 染色体(数目)变异 方法 花药离体培养，用秋水仙素处理单倍体幼苗 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗形成多倍体 优点 明显缩短育种年限 对品种性状“增大”或“加强”，提高营养物质含量 局限性 技术含量高，不易操作 发育延迟，结实率低 (二)明晰育种方法的选择和育种程序的设计 |情|境|探|究| (1)现有长穗、不抗稻瘟病(HHBB)和短穗、抗稻瘟病(hhbb)两种水稻种子，欲通过杂交育种方法选育长穗、抗稻瘟病的纯合水稻。请用遗传图解写出简要选育过程。 (2)已知普通青椒的果实肉薄且不抗病，基因型为ddtt，而现有果实肉厚且抗病的太空椒的基因型为DdTt。若要在最短时间内培育出纯合的果实肉厚且抗病的太空椒，请写出育种思路。 答案：(1) (2)种植果实肉厚且抗病的太空椒(DdTt)，取其花粉离体培养获得单倍体，用秋水仙素处理单倍体幼苗获得二倍体植株，挑选出果实肉厚且抗病的植株即为符合要求的纯合品种。 |认|知|生|成| 1．据不同育种目标选择不同育种方案 2．杂交育种的不同操作程序 (1)培育杂合子品种 选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)。 (2)培育隐性纯合子品种 选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1F2→选出表型符合要求的个体种植并推广。 (3)培育显性纯合子品种 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，连续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 题点(一)　生物育种原理和过程 1．人类目前所食用的香蕉均来自三倍体香蕉植株，如图所示是三倍体香蕉的培育过程。下列相关叙述正确的是(　 ) A．无子香蕉的培育过程主要运用了基因重组的原理 B．图中染色体数目加倍的主要原因是有丝分裂前期纺锤体不能形成 C．二倍体与四倍体杂交能产生三倍体，它们之间不存在生殖隔离 D．若图中无子香蕉的基因型均为Aaa，则有子香蕉的基因型可以是AAaa 解析：选B　无子香蕉培育的方法为多倍体育种，其原理是染色体变异，A错误；用低温或秋水仙素诱导细胞中染色体数目加倍的原理均是抑制细胞分裂时纺锤体的形成，因此图中染色体加倍的主要原因是有丝分裂前期纺锤体不能形成，B正确；二倍体与四倍体杂交虽然能产生三倍体，但三倍体不育，所以它们之间仍然存在生殖隔离，C错误；若有子香蕉的基因型是AAaa，则其产生的配子基因型为AA、Aa、aa，则与该有子香蕉杂交的野生芭蕉的基因型无论是AA或Aa，还是aa，产生的无子香蕉的基因型都不可能均为Aaa，D错误。 2．玉米(2N＝20)是重要的粮食作物之一。已知玉米的高秆易倒伏(D)对矮秆抗倒伏(d)为显性，抗病(R)对易感病(r)为显性，控制上述两对性状的基因位于两对同源染色体上。为获得纯合矮秆抗病玉米植株，研究人员采用了如图所示的方法。根据材料分析下列叙述正确的是(　 ) A．过程①产生的F2若在无人工选择条件下自由交配2代，得到的F4中纯合矮秆抗病植株占1/64 B．经过程②的育种方法在染色体加倍阶段，常用秋水仙素或低温处理其种子或幼苗 C．过程③得到的转基因植株自交，后代中有1/4的个体是符合要求的玉米植株 D．过程④发生的变异类型可能是基因突变或基因重组或染色体变异 解析：选C　F1(DdRr)自交产生的F2若在无人工选择条件下自由交配2代，自由交配过程中基因频率不变，在F2中DD∶Dd∶dd＝1∶2∶1，则d的基因频率为1/2，RR∶Rr∶rr＝1∶2∶1，则R的基因频率为1/2，故得到的F4中矮秆植株(dd)所占比例为1/4，纯合抗病植株(RR)占1/4，则F4中纯合矮秆抗病植株占1/16，A错误；根据题图分析可知，过程②为单倍体育种，单倍体植株高度不育，不能产生种子，常用秋水仙素处理单倍体植株的幼苗，使染色体数目加倍，B错误；过程③得到的转基因植株是杂合子(ddROrr)，自交后代符合要求的玉米植株是纯合子(ddRRrr)，占1/4，C正确；由种子发育形成植株的过程为有丝分裂，不会出现基因重组，D错误。 题点(二)　生物育种方案的设计 3．(2020·全国卷Ⅲ，有改动)普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程，如图所示(其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组，每个染色体组均含7条染色体)。在此基础上，人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题： (1)在普通小麦的形成过程中，杂种一是高度不育的，原因是____________________。 已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体，普通小麦体细胞中有__________条染色体。一般来说，与二倍体相比，多倍体的优点是________________________(答出2点即可)。 (2)若要用人工方法使植物细胞染色体加倍，可采用的方法有________________(答出1点即可)。 (3)现有甲、乙两个普通小麦品种(纯合体)，甲的表型是抗病易倒伏，乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种，请简要写出实验思路。 解析：(1)杂种一(AB)含有一粒小麦的一个染色体组(A)和斯氏麦草的一个染色体组(B)，由于杂种一无同源染色体，不能进行正常的减数分裂，故其高度不育。普通小麦(AABBDD)有6个染色体组，结合题干信息“A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组，每个染色体组均含7条染色体”可知，普通小麦体细胞中有42条染色体。一般来说，与二倍体植株相比，多倍体植株茎秆粗壮，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增加。(2)人工诱导多倍体的方法有用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，低温处理等。(3)若要以甲(抗病易倒伏)和乙(易感病抗倒伏)小麦纯种为实验材料，获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种，可通过杂交育种或单倍体育种的方法来实现。方法一：甲、乙两个品种杂交，F1自交，选取F2中既抗病又抗倒伏且自交后代不发生性状分离的植株；方法二：甲、乙两个品种杂交，对F1进行花药离体培养，得到单倍体幼苗，然后用秋水仙素处理得到二倍体植株，从中筛选抗病抗倒伏的小麦植株。 答案：(1)无同源染色体，不能进行正常的减数分裂　42　营养物质含量高、茎秆粗壮　(2)秋水仙素处理　(3)甲、乙两个品种杂交，F1自交，选取F2中既抗病又抗倒伏且自交后代不发生性状分离的植株。(合理即可) 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、考教衔接——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修2 P87“图5­5”拓展分析)玉米的B染色体是独立于20条常规染色体(A染色体)以外的一类特殊染色体，如图所示。B染色体是由不同的A染色体部分片段断裂后重新拼接形成的，其在减数分裂时不与任何A染色体配对，且含有B染色体的精子更容易与卵细胞融合。下列说法正确的是(　 ) A．B染色体上的基因一定遵循孟德尔遗传规律 B．同一个体的细胞中的B染色体数目相同 C．B染色体携带的基因不容易遗传给后代 D．图示中的玉米发生了染色体数目的变异 解析：选D　B染色体在减数分裂时不与任何A染色体配对，联会紊乱，不遵循孟德尔遗传规律，A错误；由于B染色是由不同的A染色体部分片段断裂后重新拼接形成的，而同一个体的不同细胞中A染色体是否发生重新拼接及拼接的染色体数目不一定相同，则同一个体的细胞中的B染色体数目不一定相同，B错误；含有B染色体的精子更容易与卵细胞融合，B染色体携带的基因容易遗传给后代，C错误；图示中的玉米多了B染色体，发生了染色体数目的变异，D正确。 (二)科学思维“融会通” 2．(必修2 P88“正文”关键点提炼)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，前者操作对象是单倍体幼苗；后者操作对象为正常的幼苗或萌发的种子。 3．(必修2 P89“与社会的联系”素材分析)单倍体育种能缩短育种年限，原因是采用花药(或花粉)离体培养获得的单倍体植株，经人工诱导染色体数目加倍后，植株细胞内每对染色体上成对的基因一般是纯合的，自交后代不会发生性状分离。 4．(必修2 P91“拓展应用T2”探究思考)三倍体西瓜一般不能产生种子，但有时也可以看到三倍体西瓜中有少量发育不成熟的种子，原因是三倍体植株一般不能进行正常的减数分裂形成正常的生殖细胞，因而不能产生种子，而果实能正常发育。但三倍体植株在进行减数分裂时，有可能形成正常的生殖细胞，产生正常的受精卵，形成种子，但概率极小。 二、应用创新——新情境问题的建模训练 1．实现基因重组的方式之一是染色体互换。科学家用性染色体构型如图所示的果蝇作亲本，进行了杂交实验。已知Y染色体不携带图示基因，不考虑其他变异，下列叙述错误的是(　 ) A．减数分裂Ⅰ后期也会发生基因重组 B．图示雌果蝇的两条X染色体均发生了结构变异 C．若亲本果蝇未发生染色体互换，则F1雄果蝇X染色体构型均异常 D．若F1中出现两种性状均为野生型的个体，则亲代果蝇发生了染色体互换 解析：选D　减数分裂过程中发生基因重组的时期：减数分裂Ⅰ后期(同源染色体分离，非同源染色体自由组合)、减数分裂Ⅰ前期(同源染色体的非姐妹染色单体发生互换)，A正确；图示雌果蝇一条X染色体存在片段缺失，另一条X染色体存在来自Y染色体的附加臂，均发生了染色体结构变异，B正确；亲本雌果蝇两条X染色体均异常，F1雄果蝇的X染色体来自雌果蝇，故其X染色体构型异常，C正确；亲代果蝇不发生染色体互换时，F1基因型及表型为XBdXbd(棒状淡红眼雌)、XBdY(棒状淡红眼雄)、XbDXbd(野生型雌)、XbDY(野生型雄)，其中XbDXbd、XbDY两种性状均为野生型，D错误。 2．(2024·滨州二模)在细胞分裂时，着丝粒在水平方向上发生断裂，染色体的两个臂分开，会形成两条等臂染色体，如图为人类X染色体的两种等臂形态。已知决定身高的基因位于X染色体的短臂，而控制卵巢功能的基因位于X染色体的短臂和长臂中。人类中的特纳综合征患者只有45条染色体，其染色体简式记为45，X，O，因缺少一条X染色体，表现为身材矮小、性腺发育不全。X等臂染色体患者——46，X，i(Xq)患者与46，X，i(Xp)患者也表现了特纳综合征的某些特征。下列说法正确的是(　 ) A．母亲有丝分裂出错不可能生出X等臂染色体患者 B．X等臂染色体患者某细胞中可能出现6个等位基因 C．46，X，i(Xq)患者性腺发育正常 D．46，X，i(Xp)患者身材矮小 解析：选B　母亲的卵原细胞有丝分裂产生新卵原细胞时如出错，形成含等臂染色体的卵原细胞，这样的卵原细胞减数分裂会形成含等臂染色体的卵细胞，可能生出X等臂染色体患者，A错误；X等臂染色体患者某些等位基因存在3个，在有丝分裂后期的细胞中可能出现6个等位基因，B正确；46，X，i(Xq)患者含有一条等臂X染色体(长臂)，控制卵巢功能的基因位于X染色体的短臂和长臂中，该患者一条X染色体缺乏短臂上的控制性腺发育的基因，其性腺发育不正常，C错误；46，X，i(Xp)患者含有一条等臂X染色体(短臂)，决定身高的基因位于X染色体的短臂，其身材正常，D错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．(2024·南宁一模)某动物一对染色体上部分基因及其位置如图所示，该动物通过减数分裂产生的若干精细胞中，出现了6种异常精子。下列相关叙述正确的是(　 ) 异常 精子 ①AB CD　　 ②Ab D　　③Ab Cd ④Ab CC D　⑤Ab DC　 ⑥ab CD A.若不考虑基因突变，①和⑥属于同一变异类型，发生于减数分裂Ⅰ后期 B．②④⑤同属于染色体结构变异，都一定发生了染色体片段断裂 C．③发生的变异一般不改变碱基序列，是变异的根本来源 D．只有②④发生的变异改变了染色体上DNA的碱基数量 解析：选B　若不考虑基因突变，①和⑥异常精子形成的原因均是减数分裂Ⅰ的四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了互换，A错误；②发生了染色体片段缺失、④发生了染色体片段重复、⑤发生了染色体片段倒位，三者都属于染色体结构变异，染色体结构变异的基础是染色体片段断裂，B正确；③中d基因出现的原因一定是基因突变，基因突变是指基因中碱基的替换、增添或缺失，故在基因中一定存在碱基顺序的改变，C错误；③(基因突变)发生的过程中碱基的数量也可能发生改变，D错误。 2．(2024·苏州模拟)下列关于变异和育种的叙述，正确的是(　 ) A．改良某种缺乏抗病性的水稻品种可采用单倍体育种 B．用秋水仙素处理植物的叶肉细胞即可获得多倍体植株 C．茎尖分生区细胞经植物组织培养可获得抗病毒植物 D．杂交育种获得的优良品种可能是纯合子也可能是杂合子 解析：选D　缺乏抗病性的本质是本水稻品种缺乏相应的抗病基因，单纯使用单倍体育种不能使本品种获得抗病基因，A错误；叶肉细胞是高度分化的细胞，不具有分裂能力，秋水仙素作用机理是在细胞分裂前期抑制纺锤体形成，使染色体数目加倍，所以处理植物的叶肉细胞不能获得多倍体植株，需要处理幼苗或萌发的种子，B错误；植物茎尖细胞的病毒极少，甚至没有病毒，故茎尖分生区细胞经植物组织培养可获得脱毒植物，而非抗病毒植物，C错误；杂交育种是指将不同亲本的优良性状集中到一个个体上的技术，可以培育纯合子或杂合子，D正确。 3．(2024·厦门模拟)如图是某精原细胞内两对同源染色体发生的结构变化，染色体上的字母表示基因。下列有关叙述正确的是(　 ) A．图中所示的变异只能发生在减数分裂过程中 B．染色体结构改变后，B基因与N基因成为等位基因 C．该精原细胞进行减数分裂时，在光学显微镜下不能观察到联会异常 D．该精原细胞减数分裂形成的精子可能含有一套完整的遗传信息 解析：选D　图中所示的变异为染色体结构变异中的易位，既可发生在减数分裂过程中，也可发生在有丝分裂过程中，A错误；等位基因控制相对性状，B 基因与 N 基因控制不同性状，不属于等位基因，B错误；该精原细胞进行减数分裂时，在光学显微镜下能观察到联会异常的现象，C错误；当AB所在的染色体和dn所在的染色体进入一个精细胞时，该精子含有一套完整的遗传信息，D正确。 4．(2024·南阳模拟)某两性花二倍体植株的基因型为AaBb，A/a、B/b基因位于两对同源染色体上，其在自然条件下，既可进行自花传粉也可进行异花传粉。有少数花朵存在异常的减数分裂，可通过自花传粉形成四倍体植株，过程如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．图示过程中产生的异常配子的基因型一定是AaBb B．在自然条件下，该植株也可能产生三倍体子代植株 C．图示产生的四倍体植株与原二倍体植株杂交，一般不能产生可育后代 D．若环境改变，基因型为AABB的植株更适应环境，则该种群会发生进化 解析：选A　异常配子的染色体数和体细胞相同，都含有2个染色体组，若是减数分裂Ⅰ同源染色体未分离，减数分裂Ⅱ姐妹染色单体正常分离，则产生异常配子的基因型为AaBb；若是减数分裂Ⅰ正常，减数分裂Ⅱ姐妹染色单体未分离，产生的异常配子的基因型可能为AABB或aabb或AAbb或aaBB，A错误。在自然条件下，产生的异常配子可能和正常配子受精，形成三倍体子代植株，B正确。图示四倍体植株与二倍体植株杂交产生的三倍体植株会因联会紊乱难以产生正常配子而高度不育，C正确。生物进化的实质是种群基因频率的改变，若环境改变，基因型为AABB的植株更适应环境，则A和B的基因频率会升高，该种群会发生进化，D正确。 5．(2024·十堰模拟)果蝇的唾腺染色体编号为16A的区段(含有多个基因)与复眼的表型有关，两者之间的关系如图所示，由此可见复眼小眼数的变异属于(　 ) 　 A．染色体结构变异中的重复 B．基因突变中的碱基对增添 C．染色体数目的个别增加 D．基因突变中的碱基对替换 解析：选A　16A的区段含有多个基因，因此它的重复属于染色体结构变异，A符合题意。 6．(2024·济南调研)水稻(2n＝24)单体比正常个体少一条染色体，缺体比正常个体少一对同源染色体，假设单体和缺体均可育。正常籽粒的颜色为白色，如图表示带有蓝粒基因标记的单体，可用其选育能稳定遗传的可育缺体。下列说法错误的是(　 ) A．单体或缺体来源于染色体变异 B．理论上可分别产生12种染色体组成不同的单体和缺体 C．蓝粒单体自交可产生4种染色体组成不同的后代 D．单体水稻可用于判断隐性突变基因位于哪一条染色体上 解析：选C　单体比正常个体少一条染色体，缺体比正常个体少一对同源染色体，都属于染色体数目变异，A正确。水稻含有24条染色体，2个染色体组，即有12对同源染色体，单体比正常个体少一条染色体，可以少一个染色体组中任何一条染色体，故水稻共有12种单体；缺体比正常个体少一对同源染色体，可以少12对同源染色体中的任何一对，故水稻共有12种缺体，B正确。蓝粒单体水稻4号染色体缺少一条染色体，染色体组成可表示为22W＋E，由于E染色体不能配对，只考虑该染色体，可产生含E和不含E两种配子，故后代包括22W＋E、22W＋EE、22W三种不同染色体组成，C错误；让隐性突变个体和各种单体杂交，若某种单体的子代中出现隐性突变类型，则此基因可能在相应的染色体上，D正确。 7．(2024·赤峰二模)野生型马铃薯大多自交不亲和。研究者培育DMP基因突变的马铃薯，开展如下杂交实验。下列叙述错误的是(　 ) A．分析种子中双亲的特异性DNA序列可确定其染色体来源 B．DMP基因突变可使父本来源染色体全部或部分消失 C．杂交实验过程中获得的单倍体幼苗由种子发育而来 D．经秋水仙素处理即可获得具有母本优良性状的植株 解析：选D　染色体的主要成分是DNA和蛋白质，且DNA具有多样性和特异性，分析种子中双亲的特异性DNA序列可确定其染色体来源，A正确；结合题图“筛选并鉴定仅有母本来源染色体的种子”可知，DMP基因突变可使父本来源染色体全部或部分消失，B正确；结合题图可知，杂交实验过程中获得的单倍体幼苗由仅有母本来源染色体的种子发育而来，C正确；经秋水仙素处理，染色体成功加倍后，通过筛选可获得具有母本优良性状的植株，D错误。 8．(2024·嘉兴二模)一定浓度的秋水仙素处理能使更多的细胞处于有丝分裂中期，从而有利于染色体核型分析(对染色体在显微镜下所有可测定的表型特征进行定量和定性表述)。染色体核型分析过程如图所示。 下列叙述错误的是(　 ) A．盐酸解离有利于染料进入细胞 B．秋水仙素处理能促进细胞分裂 C．进行核型分析时，着丝粒的位置是染色体归类依据之一 D．选择分裂中期细胞进行核型分析的原因之一是染色体缩短到最小程度 解析：选B　盐酸解离能使生物膜失去选择透过性，从而有利于染料进入细胞，A正确；一定浓度的秋水仙素处理能抑制纺锤体的形成，抑制细胞分裂，使更多的细胞处于有丝分裂中期，B错误；进行核型分析时，着丝粒的位置是染色体归类依据之一，C正确；选择分裂中期细胞进行核型分析的原因之一是染色体缩短到最小程度，形态固定、数目清晰，D正确。 9．(2024·沈阳模拟)在细胞分裂过程中，染色体的着丝粒异常横裂，使染色体的两个臂分开，从而形成两条“等臂染色体”，如图所示。某基因型为Aa的二倍体生物的一个体细胞进行有丝分裂时，A、a所在的染色体中有一条形成了“等臂染色体”，并正常移到细胞两极，不考虑其他变异，下列有关该细胞的叙述，错误的是(　 ) A．该细胞中等臂染色体形成于有丝分裂后期 B．等臂染色体的形成属于染色体结构变异 C．其子细胞中染色体的数目未发生改变 D．其产生的子细胞基因型为AA或aa 解析：选D　该“等臂染色体”是着丝粒异常横裂形成的，有丝分裂过程中着丝粒分裂发生在后期，因此该结构形成于有丝分裂后期，A正确；等臂染色体的形成改变了原来染色体结构，属于染色体结构变异，B正确；由于形成的两条子染色体能移到细胞两极，所以其子细胞中染色体的数目不会发生改变，C正确；由于A、a所在的染色体中有一条形成了“等臂染色体”，所以该二倍体细胞基因型为Aa时，可能会产生基因型为Aaa、A或AAa、a的子细胞，D错误。 10．(2024·郑州期末)家蚕(2n＝28)的性别决定方式为ZW型，一般进行有性生殖，也能进行没有雄性参与的孤雌生殖。通过构建家蚕某品种的纯系，可发现并淘汰隐性致死基因和其他不良基因，育种途径如图所示，b育种途径中的热处理能抑制同源染色体分离，不考虑Z、W同源区段。下列分析正确的是(　 ) A．a过程为减数分裂，基因重组主要发生在d过程中 B．b育种途径得到的子代的基因型与父本的相同 C．c育种途径得到f依据的遗传学原理是基因重组 D．e与f交配，得到的子代中的Z染色体上的隐性性状都能表现 解析：选D　一般情况下，基因重组的过程发生在减数分裂过程中，a过程为减数分裂过程，能发生基因重组，d过程为受精过程，不发生基因重组，A错误；由于家蚕能够进行没有雄性参与的孤雌生殖，b育种途径得到的子代的基因型与母本的相同，B错误；c育种途径得到f依据的遗传学原理是染色体数目变异，C错误；由图可知e与f交配，得到的子代基因型为ZZ或ZW，Z染色体上的隐性性状都能表达，D正确。 11．(2024·深圳高三期末)某二倍体植物(2n＝6)的A、a基因位于3号染色体上，该植株的正常个体和三种突变体甲、乙和丙的染色体组成如下图所示。假设各种突变体均能正常进行减数分裂(同源染色体为3条时，其中2条正常联会，余下的1条随机分配)，产生的各种配子可育且活性相同。下列有关叙述正确的是(　 ) 　 A．三种突变体均为染色体变异，其中乙和丙均有3个染色体组 B．利用显微镜可以观察到突变体甲的染色体数目及其上分布的基因 C．正常个体与突变体乙杂交，所得子代中基因型为Aaa个体的比例为1/3 D．正常个体用秋水仙素处理得到四倍体植株再与正常个体杂交，得到突变体丙的比例为5/12 解析：选D　三种突变体均为染色体变异，只有突变体丙有3个染色体组，A错误；利用显微镜可以观察到突变体甲的染色体数目，观察不到基因，B错误；将基因型为Aa的植株与基因型为Aaa的植株杂交，由于Aaa产生的配子及比例为A∶a∶Aa∶aa＝1∶2∶2∶1，所以理论上子代的基因型及其比例为AA∶Aa∶aa∶AAa∶Aaa∶aaa＝1∶3∶2∶2∶3∶1，所得子代中基因型为Aaa个体的比例为1/4，C错误；正常个体用秋水仙素处理后得到的四倍体基因型为AAaa，将基因型为AAaa的植株与基因型为Aa的植株杂交，由于AAaa产生的配子及比例为AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，所以理论上后代的基因型及其比例为AAA∶AAa∶Aaa∶aaa＝1∶5∶5∶1，得到突变体丙的比例为5/12，D正确。 二、非选择题 12．(2024·重庆模拟)家蚕的性别决定方式是ZW型。与雌蚕相比，雄蚕产丝多且质量高。科学家利用诱变技术，使蚕卵孵出来的都是雄蚕。部分育种过程如下：①应用电离辐射，得到两种Z染色体上具有显性基因(A、B)的雄蚕品系P1和P2，如图1所示。②利用γ射线诱变得到雌蚕品系P3，使Z染色体的一个片段移接到W染色体上，该片段上带有a和b基因，如图2所示。③选择合适的亲本杂交。回答以下问题： (1)以上育种过程涉及的变异类型有______________________________。 (2)萨顿依据基因和染色体的行为存在________关系，推测出________________。 (3)A为红体色基因，a为体色正常基因，B为痕迹翅基因，b为正常翅基因。A或B在雄蚕受精卵中有2个会使胚胎致死，而在雌蚕受精卵有1个显性基因且没有其等位基因就会使胚胎致死，其他情况均正常。 ①P1和P3杂交后代中红体色的概率为______，P2与野生型雌蚕杂交后代的雌雄比为________________。 ②为了选育出雄蚕，选择P2和P3杂交得F1，从F1中筛选出体色正常、痕迹翅的雌蚕与P1杂交得F2，从F2中筛选出表型为______________的雄蚕与野生型雌蚕杂交得F3，F3全为雄蚕，雌蚕在胚胎期死亡。在大量的实验中，F3中有少数雌蚕存活下来，可能的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)P1和P2涉及的变异类型为基因突变，P3涉及的变异类型为染色体结构变异。(2)萨顿依据“基因和染色体的行为存在明显的平行关系”，提出“基因在染色体上”的假说。(3)①P1和P3杂交后代的基因型及比例为ZAbWab∶ZAbZ∶ZabWab∶ZabZ＝1∶1∶1∶1，其中红体色的概率为1/2。P2与野生型雌蚕(ZabW)杂交后代基因型及比例为ZaBZab∶ZabZab∶ZaBW∶ZabW＝1∶1∶1∶1，其中ZaBW致死，因此后代的雌雄比为1∶2。②P2和P3杂交得F1，基因型及比例为ZaBZ∶ZabZ∶ZaBWab∶ZabWab＝1∶1∶1∶1，其中体色正常、痕迹翅的雌蚕的基因型为ZaBWab，与P1(ZAbZab)杂交，F2的基因型及比例为ZaBZAb∶ZaBZab∶ZAbWab∶ZabWab＝1∶1∶1∶1。若使F3全为雄蚕，则从F2中筛选出的雄蚕的两条染色体上应均含显性基因，即筛选出的雄蚕的基因型为ZaBZAb(红体色、痕迹翅)。在大量的实验中，F3中有少数雌蚕存活下来，可能的原因是F3的父本在减数分裂中发生互换，产生了含a、b的雄配子与母本产生的含W染色体的配子结合。 答案：(1)基因突变、染色体结构变异　(2)平行　基因在染色体上　(3)①1/2　1∶2　②红体色、痕迹翅　F3父本在减数分裂中发生互换，产生了含a、b的雄配子与母本产生的含W染色体的配子结合 13．(2024·沈阳模拟)水稻(二倍体，2n＝24)是我国重要的粮食作物。全球气温升高可能会使水稻减产，研究人员欲通过诱变育种获得耐高温水稻。 (1)将基因型为aa的耐高温隐性突变体水稻甲与染色体缺失一个A基因的不耐高温的野生型(WT)水稻杂交得F1，已知不含控制该性状的基因的受精卵不能发育，若将上述F1进行随机杂交，F2中耐高温水稻的出现概率是___________。 (2)为确定突变体乙突变基因的突变位点，研究者进行了系列实验，如下图所示。 图1中F1产生配子时，3号染色体会由于染色体互换而发生基因重组，进而产生多种花粉，经单倍体育种技术可获得F2纯合重组植株R1～R5，对WT、突变体乙和R1～R5进行分子标记及耐高温性检测，结果如图2、图3所示。经过分析可知，耐高温突变基因位于________________________(填分子标记)之间。从减数分裂的角度分析，推测形成图2中R1～R5结果的原因是_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)当该植物体细胞同源染色体中缺失一条染色体时，称为单体(染色体数为2n－1)，可用于基因定位。现有一耐高温隐性突变体丙，为定位其耐高温基因的位置，以纯合野生型水稻为材料，需人工构建的______种单体水稻，用一代杂交实验定位突变体丙的耐高温基因位置，请写出实验思路和预期实验结果。 实验思路：_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________； 预期实验结果：_______________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 解析：(1)设染色体缺失一个A基因的不耐高温的野生型(WT)水稻基因型为AO，则与aa杂交，F1为Aa∶aO＝1∶1，产生的配子为A∶a∶O＝1∶2∶1，则随机交配获得的F2中1/16的受精卵(OO)不含控制该性状的基因而不发育，则存活个体为15/16，其中耐高温个体为1/4aa和1/4aO，则F2中耐高温水稻的出现概率是(1/4＋1/4)÷15/16＝8/15。(2)R1耐高温率较低，R2～R5耐高温率较高，据图2可知，R2～R5均具有来自突变体乙的caps4与caps5之间的部分片段，所以在分子标记caps4与caps5之间发生了基因突变。F1在减数分裂过程中，不同细胞的3号染色体因存在不同部位的染色体互换而产生多种重组类型，从而形成了R1～R5结果。(3)水稻有12对同源染色体，因此需构建12种野生型单体。欲确定耐高温基因的位置，可用构建的12种野生型单体分别与耐高温隐性突变体丙杂交，观察子代性状及比例，设丙为aa，对应的野生型单体为AO，则其他野生型单体为AA。预期结果：其中有一个野生型单体(AO)与丙(aa)杂交子代会出现Aa(野生型)∶aO(耐高温)＝1∶1，即突变基因在该单体缺失染色体上。其余单体(AA)与丙(aa)杂交，子代全为野生型(Aa)。 答案：(1)8/15　(2)caps4与caps5　F1在减数分裂过程中，不同细胞的3号染色体因存在不同部位的染色体互换而产生多种重组类型　(3)12　用构建的12种单体分别与耐高温隐性突变体丙杂交，观察子代性状及比例　其中有一个单体与丙杂交子代会出现野生型∶耐高温＝1∶1，其余单体与丙杂交，子代全为野生型 第三课时变异与细胞分裂的关系及生物变异的实验探究 可遗传变异与细胞分裂的关系、生物变异的实验探究，是综合性较强的高考命题点，是教学中的重点和难点。高考中常借助图示或新情境材料命制选择题或非选择题。 主题研习(一)　生物可遗传变异与细胞分裂的关系 　　　　　　　　　　　　　　　　 [典例导析] [例1]　(2023·山东高考)减数分裂Ⅱ时，姐妹染色单体可分别将自身两端粘在一起，着丝粒分开后，2个环状染色体互锁在一起，如图所示。2个环状染色体随机交换一部分染色体片段后分开，分别进入2个子细胞，交换的部分大小可不相等，位置随机。某卵原细胞的基因组成为Ee，其减数分裂可形成4个子细胞。不考虑其他突变和基因被破坏的情况，关于该卵原细胞所形成子细胞的基因组成，下列说法正确的是(　 ) A．卵细胞基因组成最多有5种可能 B．若卵细胞为Ee，则第二极体可能为EE或ee C．若卵细胞为E且第一极体不含E，则第二极体最多有4种可能 D．若卵细胞不含E、e且一个第二极体为E，则第一极体最多有3种可能 [解析]　正常情况下，卵细胞的基因型可能为E或e；减数分裂Ⅱ异常时，姐妹染色单体形成的环状染色体互锁在一起，形成的卵细胞的基因型可能为EE、ee、OO(无相应基因)；若减数分裂Ⅰ时同源染色体中的非姐妹染色单体之间发生片段互换且减数分裂Ⅱ时发生染色体互锁，卵细胞的基因型可能是Ee，所以卵细胞基因组成最多有6种可能，A错误。若卵细胞为Ee，则减数分裂Ⅰ时同源染色体中的非姐妹染色单体之间发生了片段互换且减数分裂Ⅱ时发生染色体互锁，次级卵母细胞产生的第二极体基因型为OO，第一极体产生的第二极体可能为E、e、Ee或OO，B错误。若卵细胞为E，且第一极体不含E，次级卵母细胞产生的第二极体为E，第一极体产生的第二极体可能为ee、e、OO，C正确。若卵细胞不含E、e，且一个第二极体为E，则第一极体最多有2种可能，为Ee或EE，D错误。 [答案]　C [例2]　(2022·重庆高考)人卵细胞形成过程如图所示。在辅助生殖时对极体进行遗传筛查，可降低后代患遗传病的概率。一对夫妻因妻子高龄且是血友病a基因携带者(XAXa)，需进行遗传筛查。不考虑基因突变，下列推断正确的是(　 ) A．若第二极体的染色体数目为22，则卵细胞染色体数目一定是24 B．若第一极体的染色体数目为23，则卵细胞染色体数目一定是23 C．若减数分裂正常，且第二极体X染色体有1个a基因，则所生男孩一定患病 D．若减数分裂正常，且第一极体X染色体有2个A基因，则所生男孩一定患病 [解析]　若初级卵母细胞在减数分裂Ⅰ后期，某对同源染色体未分离，且第一极体有24条染色体，则次级卵母细胞有22条染色体，此时若第二极体的染色体数目为22，则卵细胞的染色体数目也为22，A错误；人类体细胞的染色体数目为46，若第一极体的染色体数目为23，则次级卵母细胞的染色体数目为23，若次级卵母细胞在减数分裂Ⅱ过程中发生染色体数目变异，则卵细胞染色体数目不一定是23，B错误；互换可能使同一条染色体上的姐妹染色单体携带等位基因，若减数分裂正常，且第二极体X染色体有1个a基因，则卵细胞中可能是A或a基因，则所生男孩不一定患病，C错误；若减数分裂正常，且第一极体X染色体有2个A基因，则次级卵母细胞中有两个a基因，卵细胞中也会有a基因，则所生男孩一定患病，D正确。 [答案]　D [思维建模] 1．减数分裂与基因突变(如图) 2．减数分裂与基因重组 (1)非同源染色体上非等位基因自由组合导致基因重组(自由组合定律)，如图。 (2)同源染色体非姐妹染色单体互换导致基因重组，如图。 3．减数分裂与染色体变异(如图) 4．XXY与XYY异常个体成因分析 (1)XXY成因 (2)XYY成因 父方减数分裂Ⅱ异常，即减数分裂Ⅱ后期Y染色体着丝粒分裂后两条Y染色体共同进入同一精细胞。 [应用体验] 题点(一)　基因突变、基因重组与细胞分裂的关系 1．(2023·湖南高考)某X染色体显性遗传病由SHOX基因突变所致，某家系中一男性患者与一正常女性婚配后，生育了一个患该病的男孩。究其原因，不可能的是(　 ) A．父亲的初级精母细胞在减数分裂Ⅰ四分体时期，X和Y染色体片段交换 B．父亲的次级精母细胞在减数分裂Ⅱ后期，性染色体未分离 C．母亲的卵细胞形成过程中，SHOX基因发生了突变 D．该男孩在胚胎发育早期，有丝分裂时SHOX基因发生了突变 解析：选B　假设该遗传病的显性致病基因为A，非致病基因为a，一男性患者(XAY)与一正常女性(XaXa)婚配，若父亲的初级精母细胞在减数分裂Ⅰ四分体时期，X染色体上含显性致病基因的片段和Y染色体片段交换，导致Y染色体上有显性致病基因，从而生出基因型为XaYA的患病男孩，A不符合题意；若父亲的次级精母细胞在减数分裂Ⅱ后期姐妹染色单体未分离，则会形成基因型为XAXA或YY的精子，不会生出患病男孩，B符合题意；若母亲的卵细胞形成过程中，SHOX基因发生了突变，可能生出基因型为XAY的患病男孩，C不符合题意；若该男孩在胚胎发育早期，有丝分裂时SHOX基因发生了突变，也可能使其患病，D不符合题意。 2．(2024·珠海二模)如图甲、乙分别是某种动物处于减数分裂过程中某时期的细胞分裂图像，产生甲、乙细胞的个体的基因型分别为AAXBXb、AaXBY。下列分析错误的是(　 ) A．甲细胞一定是次级卵母细胞，乙细胞表示初级精母细胞 B．与甲细胞同时产生的另一细胞的基因型可能是AAXbXb C．乙细胞分裂结束后能产生4种基因型的精细胞 D．普通光学显微镜下，观察不到甲、乙细胞中所发生的变异 解析：选A　由于产生甲细胞的个体基因型为AAXBXb，且甲细胞处于减数分裂Ⅱ中期，所以甲细胞是次级卵母细胞或极体；由于产生乙细胞的个体基因型为AaXBY，且乙细胞处于减数分裂Ⅰ前期，所以乙细胞表示初级精母细胞，A错误。由于产生甲细胞的个体基因型为AAXBXb，则甲细胞中的基因a是基因突变产生的，所以与甲细胞同时产生的另一细胞的基因型可能是AAXbXb，B正确。分析题图可知，产生乙细胞的过程中发生了片段互换，分裂结束后能产生4种基因型的精细胞，C正确。甲、乙细胞中所发生的变异是基因突变和基因重组，在普通光学显微镜下，观察不到甲、乙细胞中所发生的变异，D正确。 题点(二)　染色体变异与细胞分裂的关系 3．(2022·湖北高考)为了分析某21三体综合征患儿的病因，对该患儿及其父母的21号染色体上的A基因(A1～A4)进行PCR扩增，经凝胶电泳后，结果如图所示。关于该患儿致病的原因叙述错误的是(　 ) A．考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数分裂Ⅰ21号染色体分离异常 B．考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数分裂Ⅱ21号染色体分离异常 C．不考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数分裂Ⅰ21号染色体分离异常 D．不考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数分裂Ⅱ21号染色体分离异常 解析：选D　患儿含有来自母亲的A2、A3基因，如果发生互换，A2、A3基因所在的两条染色体可能是同源染色体，可能是卵原细胞减数分裂Ⅰ21号染色体分离异常，也可能是卵原细胞减数分裂Ⅱ21号染色体分离异常，A、B正确；不考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数分裂Ⅰ21号染色体分离异常，C正确；不考虑同源染色体互换，患儿含有三个不同的等位基因，不可能是卵原细胞减数分裂Ⅱ21号染色体分离异常，D错误。 4．雌性蝗虫体细胞中有两条性染色体，为XX型，雄性蝗虫体细胞中仅有一条性染色体，为XO型。现有一只基因型为AaXRO的蝗虫，分别用红色和绿色的荧光物质标记该蝗虫的生殖腺细胞中的基因A和a，下列关于该蝗虫细胞分裂的叙述，错误的是(　 ) A．处于减数分裂Ⅰ前期的细胞中均存在两个R基因 B．处于减数分裂Ⅱ的细胞中含有的性染色体数为1条或0条 C．有丝分裂后期和减数分裂Ⅰ后期细胞中均有两种颜色的荧光标记和四个荧光点 D．若进行减数分裂的细胞的一极含有1个红色荧光点，则另一极可能含有1个绿色荧光点 解析：选B　分裂间期DNA完成了复制，所以处于减数分裂Ⅰ前期的细胞中存在两个R基因，A正确；结合题意可知，雄性蝗虫体细胞内只有一条X染色体，故经减数分裂Ⅰ得到的两个次级精母细胞，分别含有1条和0条X染色体，含有1条X染色体的次级精母细胞在减数分裂Ⅱ前期、中期都含有1条X染色体，后期着丝粒分裂，含有2条X染色体，B错误；分裂间期DNA进行复制后，基因组成均为AAaa，所以有丝分裂后期和减数分裂Ⅰ后期细胞中均有两种颜色的荧光标记和四个荧光点，C正确；若减数分裂时发生互换，减数分裂Ⅰ后期两极的基因组成均为Aa，减数分裂Ⅱ后期两极的基因分别为A和a，则细胞一极含有1个红色荧光点，另一极含有1个绿色荧光点，D正确。 主题研习(二)　生物变异的实验探究 　　　　　　　　　　　　　　　　 [典例导析] (2023·全国乙卷)某种观赏植物的花色有红色和白色两种，花色主要是由花瓣中所含色素种类决定的，红色色素是由白色底物经两步连续的酶促反应形成的，第1步由酶1催化，第2步由酶2催化。其中酶1的合成由A基因控制，酶2的合成由B基因控制。现有甲、乙两个不同的白花纯合子，某研究小组分别取甲、乙的花瓣在缓冲液中研磨，得到了甲、乙花瓣的细胞研磨液，并用这些研磨液进行不同的实验。 实验一：探究白花性状是由A或B基因单独突变还是共同突变引起的 ①取甲、乙的细胞研磨液在室温下静置后发现均无颜色变化。 ②在室温下将两种细胞研磨液充分混合，混合液变成红色。 ③将两种细胞研磨液先加热煮沸，冷却后再混合，混合液颜色无变化。 实验二：确定甲和乙植株的基因型 将甲的细胞研磨液煮沸，冷却后与乙的细胞研磨液混合，发现混合液变成了红色。 回答下列问题。 (1)酶在细胞代谢中发挥重要作用，与无机催化剂相比，酶所具有的特性是______________________________________________(答出3点即可)；煮沸会使细胞研磨液中的酶失去催化作用，其原因是高温破坏了酶的__________。 (2)实验一②中，两种细胞研磨液混合后变成了红色，推测可能的原因是_______________ ___________________________________________________________________________。 (3)根据实验二的结果可以推断甲的基因型是________，乙的基因型是________；若只将乙的细胞研磨液煮沸，冷却后与甲的细胞研磨液混合，则混合液呈现的颜色是________。 [解析]　(1)与无机催化剂相比，酶具有高效性、专一性和作用条件较温和等特性。温度过高会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，因此，煮沸使细胞研磨液中的酶失去催化作用的原因是高温破坏了酶的空间结构。(2)实验一②中，在室温下将两种细胞研磨液充分混合，混合液变成红色，推测可能的原因是一种细胞研磨液中含有酶1及其催化产生的中间产物，另一种细胞研磨液中含有酶2，将两种细胞研磨液充分混合后，混合液变成红色。(3)实验二中，甲的细胞研磨液经煮沸后，其中的酶变性失活，不能发挥作用，乙的细胞研磨液中的酶能发挥作用，使混合液变成了红色，推出乙的细胞研磨液中含有酶2，甲的细胞研磨液中含有酶1及其催化产生的中间产物，进而确定甲的基因型为AAbb、乙的基因型为aaBB。若只将乙的细胞研磨液煮沸，冷却后与甲的细胞研磨液混合，则酶2失活，不能发挥催化作用，不能将中间产物转化为红色色素，混合液呈现白色。 [答案]　(1)高效性、专一性和作用条件较温和　空间结构　(2)白色底物形成红色色素需要酶1和酶2的催化，一种细胞研磨液中含有酶1及其催化产生的中间产物，另一种细胞研磨液中含有酶2，将两种细胞研磨液充分混合后，混合液变成红色　(3)AAbb　aaBB　白色 [思维建模] 1．判断某一变异性状是不是可遗传变异的方法 2．判定基因突变类型——显性突变或隐性突变 (1)基因突变类型 显性突变 如a→A，该突变一旦发生即可表现出相应性状 隐性突变 如A→a，突变性状一旦在生物个体中表现出来，该性状即可稳定遗传 (2)判定方法 杂交法 思路 选取突变体与其他已知未突变体(即野生型)杂交，根据子代性状表现判断 结论 ①若后代全表现野生型性状，则突变体由隐性突变产生； ②若后代全表现突变型性状，则突变体由显性突变产生； ③若后代既有突变型又有野生型性状，则突变体由显性突变产生 自交法 思路 让突变体自交(或雌雄个体相互交配)，观察后代有无性状分离从而进行判断 结论 ①若后代出现性状分离，则突变性状为显性性状； ②若后代没有出现性状分离，则突变性状为隐性性状或突变体为显性纯合个体 3.不同突变体是否为同一位点突变的判断 (1)实验设计方法 将突变株1与突变株2进行杂交，根据是否转化为野生型个体判断突变基因对应的位置。 (2)实验结果分析(以隐性突变为例) ①两种突变是由一对基因突变引起 ②两种突变是由两对基因突变引起 4．基因突变与基因重组的判断方法 5．染色体变异与基因突变的判断方法 (1)通过显微镜观察，染色体变异可以观察到，基因突变无法观察到。 (2)若变异部分有相关基因改变(如缺失部分基因)也可通过杂交或自交，观察子代的性状表现判断。 [应用体验] 1．(2024·重庆模拟)某科研人员利用诱变得到的突变系甲和突变系乙小鼠(两种突变系雌雄均有)，开展了相关实验研究： (1)将突变系甲与野生型进行杂交，其结果如下： 亲本杂交类型 突变系甲(♀) ×野生型(♂) 突变系甲(♂) ×野生型(♀) F2表型 野生型 28 29 突变型 9 10 据实验结果可知，突变系甲相关基因发生了________(填“显性”或“隐性”)突变，其遗传遵循________定律。某同学分析认为该突变基因不可能位于X染色体上，判断的理由是________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 (2)经基因定位检测发现，突变系甲的突变基因位于3号染色体上，突变系乙是隐性突变，且基因位于常染色体上。科研人员为探究两种突变体的基因关系，让两种突变体杂交，分析F2表型及比例(不考虑其他变异)。 ①若F2表型及比例为______________________，说明两突变基因为3号染色体上的同一基因； ②若F2表型及比例为______________________，说明两突变基因是非同源染色体上的非等位基因； ③若F2表型及比例为______________________，说明两突变基因为3号染色体上的不同基因。 (3)检测突变系甲的突变基因表达产物发现，与正常基因表达的蛋白质相比，该突变基因控制合成的蛋白质从第185位后的氨基酸序列全部改变，并且由原来的316个氨基酸变为232个氨基酸。从基因结构及表达角度分析，其原因可能是__________________________________ ___________________________________________________________________________。 解析：(1)两种杂交类型中F2表型及比例均为野生型∶突变型＝3∶1，说明突变系为隐性性状。若基因位于X染色体上，则突变系甲(♀)×野生型(♂)杂交产生的F2中，野生型∶突变型＝1∶1，与实验结果不符。(2)如果两突变基因是3号染色体上的同一基因，则突变系甲和突变系乙均为隐性纯种，杂交后代均为突变型；如果两突变基因是非同源染色体上的非等位基因，则符合自由组合定律，F2表型及比例为野生型∶突变型≈9∶7；如果两突变基因为3号染色体上的不同基因，F2表型及比例为野生型∶突变型≈1∶ 1。(3) 组成蛋白质的氨基酸减少，说明mRNA 上的终止密码子提前出现，而第185位后的氨基酸序列全部改变，说明突变基因内部的碱基对可能发生了缺失或增添，使转录出的mRNA中突变位点以后的密码子全部改变，且终止密码子提前出现。 答案：(1)隐性　基因分离　若基因位于X染色体上，则突变系甲(♀)×野生型(♂)杂交产生的F2中，野生型∶突变型＝1∶1，与实验结果不符　(2)①后代均为突变型　②野生型∶突变型≈9∶7　野生型∶突变型≈1∶1　(3)突变基因内部的碱基可能发生了缺失或增添，导致突变位点以后的碱基序列全部改变，且终止密码子提前出现，合成的肽链缩短 2．果蝇的红眼和白眼是一对相对性状，缺刻翅和正常翅是另一对相对性状，分别受一对等位基因控制。现用一些纯合亲本果蝇进行杂交实验，结果如表，请回答下列问题： 组别 亲本 F1表型及比例 F2表型及比例 1 红眼♀×白眼♂ 红眼♀∶红眼♂ ＝1∶1 红眼♀∶红眼♂∶ 白眼♂＝2∶1∶1 2 缺刻翅♀× 正常翅♂ 正常翅♀∶ 缺刻翅♂＝1∶1 — (1)缺刻翅和正常翅这对相对性状中显性性状是________________。 (2)这两对相对性状的遗传________(填“遵循”或“不遵循”)基因的自由组合定律，理由是____________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 (3)研究者在组别2的F1中偶然发现了一只缺刻翅雌果蝇。出现该果蝇的原因可能是亲本果蝇在形成配子时发生了基因突变，也可能是染色体片段缺失。请你选择合适的材料，设计杂交实验方案来判断出现该缺刻翅果蝇的原因。(注：各型配子活力相同；雄性个体一条染色体片段缺失时胚胎致死。) 实验方案：____________________________________________________________。 结果预测： Ⅰ.若____________________________________________________，则为基因突变； Ⅱ.若___________________________________________________，则为染色体片段缺失。 解析：(1)由题表可知，缺刻翅♀×正常翅♂，F1中雌性个体只有正常翅，说明正常翅对缺刻翅为显性，且控制正常翅和缺刻翅的基因位于X染色体上。(2)由第1组实验结果可判断，控制果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体上，由于控制这两对相对性状的两对等位基因都位于X染色体上，所以这两对相对性状的遗传不遵循基因的自由组合定律。(3)若控制果蝇正常翅和缺刻翅的基因用B、b表示，在组别2中，亲本的基因型为XbXb、XBY，F1中雌果蝇应该都是正常翅(XBXb)，现偶然发现了一只缺刻翅雌果蝇，可能是亲本果蝇在形成配子时发生了基因突变(XbXb)，也可能是染色体片段缺失(XbO，假设缺失相应片段的染色体用O表示)。因此，可让这只缺刻翅雌果蝇(XbXb或XbO)与正常翅雄果蝇(XBY)杂交，观察子代表型及比例。Ⅰ.若子代中正常翅(XBXb)∶缺刻翅(XbY)＝1∶1，即雌性∶雄性＝1∶1，说明亲本果蝇在形成配子时发生了基因突变；Ⅱ.由于雄性个体一条染色体片段缺失时胚胎致死，若子代中正常翅(XBXb和XBO)∶缺刻翅[XbY和OY(胚胎致死)]＝2∶1，即雌性∶雄性＝2∶1，说明亲本果蝇在形成配子时发生了染色体片段缺失。 答案：(1)正常翅　(2)不遵循　控制这两对相对性状的两对等位基因位于同一对同源染色体上　 (3)让这只缺刻翅雌果蝇与正常翅雄果蝇杂交，观察子代表型及比例　Ⅰ.正常翅∶缺刻翅＝1∶1或雌性∶雄性＝1∶1　Ⅱ.正常翅∶缺刻翅＝2∶1或雌性∶雄性＝2∶1 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．(2024·北京通州一模)SRY基因是人类男性性别决定基因，在一个原始生殖细胞形成成熟生殖细胞的过程中，以下叙述错误的是(　 ) A．减数分裂Ⅰ前期，SRY基因可发生互换 B．减数分裂Ⅰ中期可观察到46条染色体 C．减数分裂Ⅰ后期，X和Y染色体分离 D．减数分裂Ⅱ末期，产生2种精细胞 解析：选A　SRY基因是人类男性性别决定基因，则位于Y染色体上，X染色体上没有对应的基因，故减数分裂Ⅰ前期，SRY基因不会发生互换，A错误；人类原始细胞中含有46条染色体，减数分裂Ⅰ中期染色体数目不变，可观察到46条染色体，B正确；X和Y是一对特殊的同源染色体，减数分裂Ⅰ后期，X和Y染色体分离，C正确；减数分裂Ⅱ末期，姐妹染色单体的分离，来自同一次级精母细胞的精细胞染色体组成相同，一个原始生殖细胞形成2种成熟生殖细胞，D正确。 2．(2024·重庆模拟)图甲、乙、丙为某一高等哺乳动物(基因型为AaBb)体内细胞分裂的示意图，下列说法正确的是(　 ) A．甲细胞正常分裂可产生2种不同基因型的配子 B．甲细胞中A、a出现的原因与丙细胞中A、a出现的原因相同 C．乙细胞可由甲细胞分裂形成 D．雄激素与甲、乙细胞活动有关 解析：选D　甲细胞由于同源染色体的非姐妹染色单体发生了互换，正常分裂可产生4种不同基因型的配子，A错误；甲细胞中A、a出现的原因是同源染色体的非姐妹染色单体发生了互换，丙细胞中A、a出现的原因是基因突变，B错误；甲细胞分裂而来的细胞应分别含有1、3号染色体和2、4号染色体，与乙细胞不符，C错误；由于图中甲细胞是细胞质均等分裂且含有形态不同的性染色体，因此该动物是雄性动物，雄激素与甲、乙细胞的减数分裂有关，D正确。 3．某雌性动物的基因型为AaXBXb，现对其体内的一个卵原细胞进行分析。不考虑基因突变，下列叙述错误的是(　 ) A．若该卵原细胞连续两次分裂产生4个大小相同的子细胞，则其进行的是有丝分裂 B．若产生的卵细胞基因型为AXBXB，该卵原细胞的分裂异常发生在减数分裂Ⅱ时 C．若在分裂过程中同源染色体发生了互换，该卵原细胞会产生两种类型的卵细胞 D．正常情况下，该卵原细胞在减数分裂Ⅱ后期时，细胞中的X染色体数为2条 解析：选C　卵原细胞既可以进行有丝分裂，也可以进行减数分裂。经过两次有丝分裂产生4个大小相同的细胞，经过减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ产生1个大的卵细胞和3个大小相同的极体，A正确；若产生的卵细胞的基因型为AXBXB，XBXB同时出现在卵细胞，说明减数分裂Ⅱ后期两条X染色体全都进入卵细胞，B正确；一个卵原细胞只能产生一个卵细胞，因此即使四分体时期发生了互换，该卵原细胞也只产生一种类型的卵细胞，C错误；在减数分裂Ⅱ后期时，着丝粒分裂，细胞中的X染色体数一般为2条，D正确。 4.性别决定类型为XY型的某动物(2n＝4)基因型为AABb，其体内一个性原细胞(核DNA被32P全部标记)在含31P的培养液中先进行一次有丝分裂，再进行减数分裂过程中形成1个如图所示细胞，其中①②分别代表染色体(不考虑染色体变异)。下列叙述错误的是(　 ) A．①和②分别含有A和a，一定是基因突变的结果 B．该细胞中一定有5条染色单体含有32P标记 C．图中细胞一定为初级精母细胞，含有4套遗传信息 D．形成图中细胞的过程中至少经历了1次胞质分裂 解析：选B　该动物基因型为AABb，新出现的a一定是基因突变的结果，A正确；核DNA全部被32P标记的含有4条染色体的性原细胞在含31P的培养液中先进行一次有丝分裂，产生新的性原细胞中，染色体上的DNA都是一条链含32P，一条链含31P，该性原细胞再进行减数分裂，图示说明发生了同源染色体中非姐妹染色单体的互换，因此该细胞中含32P的染色单体有4或5条，B错误；图中细胞处于减数分裂Ⅰ后期，细胞质均等分裂，一定为初级精母细胞，含有4套遗传信息，C正确；体内一个性原细胞(核DNA被32P全部标记)在含31P的培养液中先进行一次有丝分裂，则形成图中细胞的过程中至少经历了1次胞质分裂，D正确。 5．果蝇某隐性致死突变基因有纯合致死效应(胚胎致死)，隐性致死突变分为完全致死突变和不完全致死突变，有一只雄果蝇偶然受到了X射线辐射，为了探究这只果蝇X染色体上是否发生了上述隐性致死突变，让这只雄蝇与正常雌蝇杂交，所得F1互交，统计F2中雌雄个体数目，下列说法错误的是(　 ) A．如果F2中全为雌性个体，则X染色体上发生了完全致死突变 B．如果F2中雄蝇所占比例在1/3和1/2之间，则X染色体上发生了不完全致死突变 C．如果F2中雄蝇所占比例1/3，则X染色体上发生了完全致死突变 D．如果F2中雄蝇所占比例1/2，则X染色体上没有发生隐性致死突变 解析：选A　由题可知，该突变基因位于X染色体上，设该隐性基因用a表示，则亲代基因型为XaY、XAXA，F1基因型为XAXa、XAY，F2基因型及比例为XAXA∶XAXa∶XAY∶XaY＝1∶1∶1∶1，据此分析，若没有发生隐性致死突变，则F2中雌雄比例为1∶1；若发生完全致死突变，则F2中雌∶雄＝2∶1；若发生不完全致死突变，则F2中雌∶雄在1∶1～2∶1之间。故选A。 6．某二倍体植物的紫株和绿株受6号常染色体上一对等位基因(H、h)控制，紫株对绿株为完全显性。用X射线照射紫株甲后，再与绿株杂交，发现子代只有1株绿株(绿株乙)，其余全为紫株。为研究绿株乙出现的原因，将绿株乙与纯合紫株丙杂交获得F1，F1自交产生F2(一条染色体片段缺失不影响个体生存，两条同源染色体缺失相同的片段会导致个体死亡)。下列叙述错误的是(　 ) A．若是紫株甲基因突变导致的，则F1一定是杂合子 B．若是紫株甲基因突变导致的，则F2中紫株所占的比例为2/3 C．若是紫株甲染色体片段缺失导致的，则绿株乙能产生2种配子 D．若是紫株甲染色体片段缺失导致的，则F2中紫株所占的比例为6/7 解析：选B　若是紫株甲基因突变导致的，则紫株甲基因型为Hh，绿株乙的基因型为hh，与纯合紫株丙(HH)杂交获得的F1的基因型为Hh，是杂合子，自交产生的F2中紫株所占的比例为3/4，A正确，B错误。若是紫株甲染色体片段缺失导致的，则紫株甲基因型为HO，绿株乙的基因型为hO，能产生h和O 2种配子，与纯合紫株丙(HH)杂交获得F1的基因型为1/2Hh、1/2HO，自交可得：(1/2×3/4)H_、(1/2×1/4)hh；(1/2×3/4)H_、(1/2×1/4)OO(死亡)，故F2中紫株所占的比例为6/7，C、D正确。 二、非选择题 7．某严格自花传粉的二倍体植物(2n)，野生型为红花，突变型为白花。研究人员围绕花色性状的显隐性关系和花色控制基因及在染色体上的定位，进行了以下相关实验。请分析回答问题。 (1)在甲地的种群中，该植物出现一株白花突变型植株。让白花植株自交，若后代______________，说明该突变型为纯合子。将该白花植株与野生型杂交，子一代为红花植株，子二代红花植株与白花植株的比为3∶1，出现该结果的条件是①红花和白花受一对等位基因控制，且基因完全显性；②配子______________并能随机结合；③受精卵的发育能力及各基因型植株存活率相同。 (2)在乙地的种群中，该植物也出现了一株白花突变型植株，且和甲地的白花突变同为隐性突变。为确定甲、乙两地的白花突变是否由相同的等位基因控制，可将______________________杂交，当子一代表型为__________时，可确定两地的白花突变型由不同的等位基因控制；若子二代中表型及比例为__________________时，可确定白花突变型由两对等位基因控制，且两对等位基因位于非同源染色体上。 (3)单体(2n－1)可用于基因的染色体定位。人工构建该种植物的单体系(红花)有n种单体。若白花由一对隐性突变基因控制，将白花突变型植株与该种植物单体系中的全部单体分别杂交，留种并单独种植，当子代出现表型及比例为______________________时，可将白花突变基因定位于该单体所缺少的染色体上。 (4)三体(2n＋1)也可用于基因的染色体定位。若白花由一对隐性突变基因控制，将白花突变型植株与三体系(红花纯合)中全部三体分别杂交，留种并单独种植，当子二代出现表型及比例为________________________时，可将白花突变基因定位。 解析：(1)略。(2)要确定甲、乙两地的白花突变是否由相同的等位基因控制，应将这两地的白花突变型植株杂交，若两地的白花突变由不同的等位基因控制，且白花突变都为隐性突变，则杂交后子一代的基因型为杂合，即子一代的表型为红花植株。若这两对等位基因位于两对同源染色体上，用A(a)、B(b)表示，则甲地白花植物基因型为aaBB，乙地白花植物基因型为AAbb，它们杂交子一代基因型为AaBb，全为红花，子一代自交，子二代基因型及比例是A_B_(红花)∶A_bb(白花)∶aaB_(白花)∶aabb(白花)＝9∶3∶3∶1，即红花植株∶白花植株＝9∶7。(3)假设相关基因用A/a表示。白花由一对隐性突变基因控制，其基因型为aa，若某(红花)单体缺少的染色体上含有该基因，则其基因型为AO，亲本：aa×AO，F1：Aa(红花)∶aO(白花)＝1∶1。(4)假设相关基因用A/a表示。白花由一对隐性突变基因控制，其基因型为aa，三体(红花纯合)基因型为AAA，亲本：aa×AAA，F1：Aa(红花)∶AAa(红花)＝1∶1，即Aa占1/2，其自交后代中aa(白花)占1/2×1/4＝1/8，AAa占1/2，其产生配子种类及比例1/6AA、1/6a、1/3Aa、1/3A，自交后代中aa(白花)占1/2×1/6×1/6＝1/72，因此F2白花占1/8＋1/72＝5/36，红花占31/36，红花植株∶白花植株＝31∶5。 答案：(1)不发生性状分离(或全为白花植株)　 ②具有相同成活率　(2)甲、乙两地的白花突变型植株　红花植株　红花植株∶白花植株＝9∶7　(3)红花植株∶白花植株＝1∶1　(4)红花植株∶白花植株＝31∶5 8．黑腹果蝇为生物实验常用材料，进一步研究发现果蝇的性别与染色体组成有关，如下表，其中XXY个体能够产生正常配子。 染色体组成 XY XYY XX XXY XXX YY 性别 雄性 雌性 不发育 红眼(R)对白眼(r)是显性，基因位于X染色体C区域中(如图)，该区域缺失的X染色体记为X－，其中XX－为可育雌果蝇，X－Y因缺少相应基因而死亡。用红眼雄果蝇(XRY)与白眼雌果蝇(XrXr)杂交得到F1，发现F1中有一只白眼雌果蝇(记为W)。现将W与正常红眼雄果蝇杂交产生F2： (1)根据F2性状判断产生W的原因(只考虑眼色的性状)： ①若子代________________________________________________，则是由亲代配子基因突变所致； ②若子代_____________________________________________，则是由X染色体C区域缺失所致； ③若子代________________________________________________，则是由性染色体数目变异所致。 (2)如果结论③成立，则W的基因型是________，其产生的配子类型及比例为____________________________，F2中的果蝇有________种基因型。 解析：(1)①若是由亲代配子基因突变所致，则W的基因型为XrXr，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，子代雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，且雌雄个体比为1∶1。②若是由X染色体C区域缺失所致，则W的基因型为X－Xr，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，由于XX－为可育雌果蝇，X－Y因缺少相应基因而死亡，则子代雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比为2∶1。③若是由性染色体数目变异所致，则W的基因型为XrXrY，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，则子代雌雄个体中均有红眼和白眼两种性状。(2)如果结论③成立，则W的基因型是XrXrY，其能产生四种配子：XrXr、Y、XrY、Xr，比例为1∶1∶2∶2，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，由于XXX和YY不能发育，因此F2中果蝇的基因型种类有4×2－2＝6(种)。 答案：(1)①雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比为1∶1　②雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比为2∶1　③雌雄个体中均有红眼和白眼两种性状　(2)XrXrY　Xr∶Y∶XrXr∶XrY＝2∶1∶1∶2　6 9．(2024· 莆田一模)野生型果蝇为灰体，常见的隐性突变体有黄体(aa)、黑体(bb)和黑檀体(ee)，其中基因e位于Ⅱ号染色体上。科研人员利用野生型、黄体A、黑体B及黑檀体C四种纯合果蝇品系进行杂交实验(杂交过程中没有发生突变)。 实验一：野生型(♂)与黄体(♀)杂交，F1中黄体(♂)∶野生型(♀)＝1∶1； 实验二：野生型与黑体杂交得F1，F1自由交配，F2中野生型∶黑体＝3∶1； 实验三：黑檀体与黑体杂交，F1全为野生型，F1相互交配，F2中野生型∶黑体∶黑檀体＝3∶1∶1。 (1)根据实验一可知，基因a位于__________染色体上；实验一和实验二的结果______(填“能”或“不能”)说明基因a和基因b位于两对同源染色体上。 (2)根据实验三可知，基因b和基因e位于____对同源染色体上，实验三中F2的表型只有三种，其原因可能是______________________________。 (3)研究人员发现一种新的黑檀体隐性突变体M，突变性状由基因br控制。为确定基因br与基因e是否为同一基因突变，以及如果基因br与基因e不是同一基因突变，两突变基因是位于同源染色体上还是位于非同源染色体上，请利用野生型、突变体M和黑檀体C设计实验，写出实验思路并预期实验结果及结论(不考虑染色体互换、不考虑致死)。 (4)经研究发现基因br与基因e是由同一基因突变而来，为进一步探究基因br与基因e的区别，科研人员根据基因e设计了引物1、引物2、引物3和引物4(如图1所示)，并选用了不同的引物组合分别对基因e和基因br进行PCR后电泳，结果如图2所示。 因引物具有序列特异性，根据实验结果得出的结论是________________________。 解析：(1)根据实验一的结果可知，控制黄体的基因在遗传过程中与性别相关联，再结合亲子代的表型可知，基因a位于X染色体上。根据实验二的结果分析可知，基因b可能位于常染色体上，如亲代分别为野生型(BB)、黑体(bb)，也可能位于X染色体上，如亲代分别为野生型(XBXB)、黑体(XbY)，均符合实验中子代的结果，因此不能说明基因a和基因b位于两对同源染色体上。(2)根据实验三中F2的表型及比例可推测，亲代分别为黑檀体(BBee)、黑体(bbEE)，则F1基因型为BbEe，表型全为野生型，基因b和基因e位于两对同源染色体上，F1相互交配，F2中有9B_E_、3B_ee、3bbE_、1bbee，由于F2中只有三种表型，其原因可能是基因型为bbee的个体致死，因此F2中有9B_E_(野生型)、3B_ee(黑檀体)、3bbE_(黑体)，即性状分离比为野生型∶黑体∶黑檀体＝3∶1∶1。(3)根据题意可知，该实验的目的是确定新的黑檀体隐性突变体M的基因br与基因e是否为同一基因突变，以及如果基因br与基因e不是同一基因突变，两突变基因是位于同源染色体上还是位于非同源染色体上。可根据该实验目的及题目中所给的实验材料设计实验，详见答案。(4)根据图1和图2所示的结果可以看出，基因br只有利用引物14才能扩增产物，且比基因e用引物14扩增产物的碱基对数稍少，而利用引物13和引物24扩增没有产物出现，结合电泳后显示的碱基对数，说明基因br与基因e相比少了区段2。 答案：(1)X　不能　(2)两　基因型为bbee的果蝇致死　(3)实验思路：利用突变体M和黑檀体C果蝇杂交得F1，F1的雌雄果蝇相互交配，统计F2的表型及比例。预期结果及结论：若F1全为黑檀体，则基因br与基因e为同一基因突变；若F1全为野生型，F2中野生型与黑檀体比例为9∶7，则基因br与基因e不是同一基因突变，且两突变基因位于非同源染色体上；若F1全为野生型，F2中野生型与黑檀体比例为1∶1，则基因br与基因e不是同一基因突变，且两突变基因位于同源染色体上　(4)基因br与基因e相比少了区段2 第2讲　生物的进化 【学习目标】　1.尝试通过化石证据、比较解剖学和胚胎学等事实，说明当今生物具有共同的祖先；　 2.能够运用达尔文的自然选择学说解释一些生物进化现象；　 3.说明现代生物进化理论以自然选择学说为核心，能够运用现代生物进化理论解释生物进化现象；　 4.概述生物多样性和适应性是进化的结果，理解协同进化的含义。 建构知识体系 主题研习(一)　生物有共同祖先的证据和自然选择与适应的形成(基础·自学型) 　　　　　　　　　　　　 (一)达尔文的生物进化论的主要组成 共同由来学说 指出地球上所有的生物都是由原始的共同祖先进化来的 自然选择学说 揭示了生物进化的机制，解释了适应的形成和物种形成的原因 (二)生物有共同祖先的证据 1．地层中陈列的证据——化石 (1)概念：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。 (2)作用：是研究生物进化最直接、最重要的证据。 (3)分布：大部分化石发现于沉积岩的地层中。 (4)研究意义：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。 2．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，为生物进化理论提供了丰富的证据。 (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。 (3)细胞生物学和分子生物学证据 不同生物之间的特定DNA序列都有一定的相似性。亲缘关系越近的生物，其DNA序列的相似性越高；不同生物之间特定的蛋白质中的氨基酸序列相似度与生物之间的亲缘关系密切相关。 (三)适应是自然选择的结果 1．拉马克的进化学说 主要 观点 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是在进化过程中逐渐形成的；适应的形成都是由于用进废退和获得性遗传 意义 彻底否定了物种不变论，奠定了科学生物进化论的基础 2.达尔文的自然选择学说 [微点判断] (1)蝙蝠的翼与人的上肢是同源器官，说明两者有共同祖先。(√) (2)DNA中的碱基序列相似程度越大，生物的亲缘关系可能越近。(√) (3)拉马克认为因用进废退而获得的性状是可以遗传给后代的。(√) (4)几乎所有生物共用一套遗传密码，支持生物有共同的祖先的说法。(√) (5)生物进化的内在因素是生存斗争，生存斗争仅指种内斗争。(×) (6)达尔文的自然选择学说揭示了生物的多样性和适应性。(√) 题点(一)　生物有共同祖先的证据 1．(2023·浙江6月选考)不同物种体内会存在相同功能的蛋白质，编码该类蛋白质的DNA序列以大致恒定的速率发生变异。猩猩、大猩猩、黑猩猩和人体内编码某种蛋白质的同源DNA序列比对结果如下表，表中数据表示DNA序列比对碱基相同的百分率。 大猩猩 黑猩猩 人 猩猩 96.61% 96.58% 96.70% 大猩猩 98.18% 98.31% 黑猩猩 98.44% 下列叙述错误的是(　 ) A．表中数据为生物进化提供了分子水平的证据 B．猩猩出现的时间早于大猩猩、黑猩猩 C．人类、黑猩猩、大猩猩和猩猩具有共同的祖先 D．黑猩猩和大猩猩的亲缘关系比黑猩猩与猩猩的亲缘关系远 解析：选D　同源DNA序列的比对是在分子水平上进行的研究，为生物进化提供了分子水平的证据，A正确；根据题干可知，不同物种体内会存在相同功能的蛋白质，编码该类蛋白质的DNA序列以大致恒定的速率发生变异，人在进化中出现的是最晚的，而猩猩的碱基和人类相同的百分率是最小的，说明猩猩出现的时间早于大猩猩、黑猩猩，B正确；多重证据表明，当今生物具有共同的祖先，C正确；黑猩猩和大猩猩的碱基相同率是98.18%，黑猩猩与猩猩的碱基相同率是96.58%，因此黑猩猩和大猩猩的亲缘关系比黑猩猩与猩猩的亲缘关系近，D错误。 题点(二)　自然选择与适应的形成 2．(2023·海南高考)某学者按选择结果将自然选择分为三种类型，即稳定选择、定向选择和分裂选择，如图。横坐标是按一定顺序排布的种群个体表型特征，纵坐标是表型频率，阴影区是环境压力作用的区域。下列有关叙述错误的是(　 ) A．三种类型的选择对种群基因频率变化的影响是随机的 B．稳定选择有利于表型频率高的个体 C．定向选择的结果是使种群表型均值发生偏移 D．分裂选择对表型频率高的个体不利，使其表型频率降低 解析：选A　三种类型的选择都是自然选择，自然选择对种群基因频率的影响是固定的，都使种群基因频率发生定向的改变，A错误；根据图示信息，稳定选择淘汰了表型频率低的个体，有利于表型频率高的个体，B正确；根据图示信息，定向选择是在一个方向上改变了种群表型特征分布，使种群表型均值发生偏移，C正确；分裂选择淘汰了部分表型频率高的个体，使其表型频率下降，D正确。 主题研习(二)　种群基因组成的变化与物种的形成(深化·提能型) 　　　　　　　　　 1．种群和种群基因库 概念 概念理解 种群 生活在一定区域的同种生物全部个体的集合 种群 基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因 基因频率 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．种群基因频率的变化 (1)基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。 (2)可遗传变异的来源 (3)生物突变的有利和有害不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。 (4)突变和基因重组可导致基因频率发生不定向改变，为生物进化提供原材料。 3．自然选择对种群基因频率变化的影响 4．隔离在物种形成中的作用 (1)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。 (2)隔离的概念及类型 (3)隔离在物种形成中的作用 ①新物种形成的一般过程 ②结论：隔离是物种形成的必要条件。 1．归纳物种形成的三大模式 2．物种形成与生物进化的比较 项目 物种形成 生物进化 标志 出现生殖隔离 基因频率改变 结果 属于不同物种 可能属于同一物种 二者关系 ①生物进化的实质是种群基因频率的定向改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，即生物进化不一定导致新物种的形成，进化是量变，物种形成是质变 ②新物种的形成一般是长期进化的结果 　　[例1]　(2022·湖南高考)稻蝗属的三个近缘物种①日本稻蝗、②中华稻蝗台湾亚种和③小翅稻蝗中，①与②、①与③的分布区域有重叠，②与③的分布区域不重叠。为探究它们之间的生殖隔离机制，进行了种间交配实验，结果如表所示。下列叙述错误的是(　 ) 交配 (♀×♂) ①×② ②×① ①×③ ③×① ②×③ ③×② 交配率/% 0 8 16 2 46 18 精子传送率/% 0 0 0 0 100 100 注：精子传送率是指受精囊中有精子的雌虫占确认交配雌虫的百分比 A．实验结果表明近缘物种之间也可进行交配 B．生殖隔离与物种的分布区域是否重叠无关 C．隔离是物种形成的必要条件 D．②和③之间可进行基因交流 [解析]　由表格中交配率的结果可知，近缘物种之间也可进行交配，A正确。已知①与②、①与③的分布区域有重叠，②与③的分布区域不重叠，但从交配率和精子传送率来看，说明生殖隔离与物种的分布区域是否重叠无关，B正确。隔离包括地理隔离和生殖隔离，隔离是物种形成的必要条件，C正确。②和③之间的分布区域不重叠，故存在地理隔离；两者是稻蝗属的近缘物种，表中②×③交配精子传送率为100%，即使交配成功，由于存在生殖隔离，也不能进行基因交流，D错误。 [答案]　D 二基因频率和基因型频率的计算方法 [例2]　(2023·湖北高考)某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增，凝胶电泳及统计结果如图所示。该种群中A3的基因频率是(　 ) A．52% B．27% C．26% D．2% [解析]　该动物种群个体数为100，由题图可知，其中有2个个体的基因型为A3A3,15个个体的基因型为A1A3,35个个体的基因型为A2A3，则A3的基因频率＝(2×2＋15＋35)÷(100×2)×100% ＝27%，B符合题意。 [答案]　B |认|知|生|成| 1．“定义法”求解基因频率 (1)在一个种群基因库中： ＝×100%。 (2)若在常染色体上，则： 某基因频率＝×100%。 (3)若在X染色体上，则： ＝×100%。 2．“公式法”求解基因频率 (以常染色体上一对等位基因A和a为例) A基因频率＝AA基因型频率＋1/2×Aa基因型频率； a基因频率＝aa基因型频率＋1/2×Aa基因型频率。 即：PA＝PAA＋1/2PAa，Pa＝Paa＋1/2PAa 3．利用遗传平衡定律计算基因型频率 (1)前提条件 ①种群非常大；②所有雌雄个体之间自由交配；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有突变。 (2)计算公式 ①当等位基因只有两个时(A、a)，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则： ②逆推计算：已知隐性纯合子的概率，求种群的基因频率和基因型频率。 [例3]　(2022·重庆高考)人的扣手行为属于常染色体遗传，右型扣手(A)对左型扣手(a)为显性。某地区人群中AA、Aa、aa基因型频率分别为0.16、0.20、0.64。下列叙述正确的是(　 ) A．该群体中两个左型扣手的人婚配，后代左型扣手的概率为3/50 B．该群体中两个右型扣手的人婚配，后代左型扣手的概率为25/324 C．该群体下一代AA基因型频率为0.16，aa基因型频率为0.64 D．该群体下一代A基因频率为0.4，a基因频率为0.6 [解析]　该群体中两个左型扣手的人(基因型均为aa)婚配，后代左型扣手(aa)的概率为1，A错误；该群体中两个右型扣手的人婚配，右型扣手的个体中基因型为Aa的个体占0.20÷(0.16＋0.20)＝5/9，后代左型扣手(aa)的概率为5/9×5/9×1/4＝25/324，B正确；根据人群中AA、Aa、aa基因型频率分别为0.16、0.20、0.64可知，人群中A基因的频率为0.16＋0.20×1/2＝0.26，则a基因的频率为1－0.26＝0.74，该群体下一代AA基因型频率为0.262＝0.067 6，aa基因型频率为0.742＝0.547 6，C错误；该群体下一代A基因和a基因的频率不变，分别为0.26、0.74，D错误。 [答案]　B |认|知|生|成| 1．利用遗传平衡定律计算人类遗传病的患病概率的解题模板 2．当基因位于X染色体上时其基因频率和基因型频率相关的规律总结 以人类红绿色盲为例，相关基因用B、b表示： (1)男性中相关基因频率和基因型频率的关系 应用：当基因位于X染色体上时，在雄性个体中，某一基因的频率等于该基因型的频率，求出了相关的基因型频率，就等于求出了基因频率。 (2)人群中色盲基因的频率＝男性中色盲基因的频率＝女性中色盲基因的频率 (3)色盲在男女性中发病率的关系 3．自交与自由交配中基因(型)频率变化的不同 自交 杂合子连续自交的种群，基因型频率会发生变化，表现为纯合子比例逐渐增大，杂合子比例逐渐下降，但基因频率不变 自由 交配 在无突变、各种基因型的个体生活力相同时，处于遗传平衡的种群自由交配遵循遗传平衡定律，上下代之间种群的基因频率及基因型频率都保持不变 题点(一)　种群基因组成的变化和物种的形成 1．(2023·湖北高考)现有甲、乙两种牵牛花，花冠的颜色由基因A、a控制。含A基因的牵牛花开紫花，不含A基因的牵牛花开白花。甲开白花，释放的挥发物质多，主要靠蛾类传粉；乙开紫花，释放的挥发物质少，主要靠蜂类传粉。若将A基因转入甲，其花颜色由白变紫，其他性状不变，但对蛾类的吸引下降，对蜂类的吸引增强。根据上述材料，下列叙述正确的是(　 ) A．甲、乙两种牵牛花传粉昆虫的差异，对维持两物种生殖隔离具有重要作用 B．在蛾类多而蜂类少的环境下，甲有选择优势，A基因突变加快 C．将A基因引入甲植物种群后，甲植物种群的基因库未发生改变 D．甲释放的挥发物是吸引蛾类传粉的决定性因素 解析：选A　由题可知，甲、乙两种牵牛花主要传粉昆虫不同，对维持两物种生殖隔离具有重要作用，A正确；在蛾类多而蜂类少的环境下，有利于甲传粉，但是与A基因突变频率是否加快无关，B错误；甲开白花，说明甲中不存在A基因，将A基因引入甲植物种群后，其基因库会发生改变，C错误；据题干信息分析，将A基因引入甲后，甲花色由白变紫，其他性状不变，但是对蛾类的吸引下降，推测吸引蛾类传粉的决定性因素不是甲释放的挥发物，可能是植物的花色，D错误。 题点(二)　种群基因频率和基因型频率的计算 2．(2024·石嘴山模拟)某植物的红花/白花这对相对性状是由位于常染色体上的等位基因A/a控制。已知在某一种群中，基因型频率分别为AA＝0.4，Aa＝0.44，aa＝0.16，若不发生基因突变，也没有迁移和选择等因素的影响，则该种群进行随机交配得到的子代种群中(　 ) A．基因A频率为0.6，基因a频率为0.4 B．红花、白花植株出现的频率都与亲代中的相同 C．基因A的频率、基因a的频率都与亲代中的相同 D．显性纯合子、杂合子出现的频率都与亲代中的相同 解析：选C　已知基因型频率求基因频率，则显性基因的基因频率＝显性纯合子的基因型频率＋杂合子基因型频率的一半，隐性基因的基因频率＝隐性纯合子的基因型频率＋杂合子基因型频率的一半，故亲代种群中的A的基因频率＝AA的基因型频率＋1/2Aa的基因型频率＝0.4＋1/2×0.44＝0.62，a＝0.16＋1/2×0.44＝0.38，亲代随机交配后，子代种群中AA＝0.62×0.62＝0.384 4，aa＝0.38×0.38＝0.144 4，Aa＝2×0.62×0.38＝0.471 2，子代种群中的A的基因频率＝0.384 4＋1/2×0.471 2＝0.62，a＝0.38，基因A的频率、基因a的频率都与亲代中的相同，A、D错误，C正确；白花aa出现的频率是0.144 4，红花A_出现的频率是1－0.144 4＝0.855 6，与亲代不同，B错误。 3．(2024·重庆模拟)某家蚕种群中SS、Ss和ss的基因型频率分别为0.4、0.2和0.4，如果该种群没有发生迁入、迁出、突变，各基因型个体生存能力相同，但只有表型相同的个体之间才能交配(S对s为完全显性)，则下列说法正确的是(　 ) A．F1中ss的基因型频率为5/12 B．F1中SS的基因型频率为25/36 C．F1中Ss的基因型频率为1/12 D．F1中S的基因频率为2/3 解析：选A　某家蚕种群中SS、Ss和ss的基因型频率分别为0.4、0.2和0.4，则在SS、Ss中，s的基因频率为(0.2×1/2)/(0.4＋0.2)＝1/6，S的基因频率为5/6，在ss中，s的基因频率为1。F1中ss的基因型频率为1×0.4＋1/6×1/6×0.6＝5/12，A正确；SS的基因型频率为5/6×5/6×0.6＝5/12，B错误；F1中Ss的基因型频率为5/6×1/6×2×0.6＝1/6，C错误；F1中S的基因频率为5/12＋1/6×1/2＝1/2，D错误。 主题研习(三)　协同进化与生物多样性的形成(基础·自学型) 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．协同进化 (1)概念：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。 (2)原因：不同种生物之间在进化上密切相关和生物与无机环境之间的相互影响。 (3)协同进化的实例 协同进化类型 包含类型 实例 不同物种 之间 种间互助 某种兰花和专门给它传粉的蛾 种间 斗争 捕食 猎豹和羚羊 寄生 病毒和宿主 种间竞争 农作物与杂草 生物与无机 环境之间 生物影响环境，环境影响生物 地球早期无氧环境→厌氧生物→光合生物出现→空气中有氧气→出现好氧生物 2．生物多样性的形成 (1)内容：遗传多样性(基因多样性)、物种多样性和生态系统多样性。 (2)形成原因：生物的进化。 (3)研究生物进化历程的主要依据：化石。 3．现代生物进化理论的主要内容 (1)适应是自然选择的结果。 (2)种群是生物进化的基本单位。 (3)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。 (4)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。 (5)生物多样性是协同进化的结果。 4．生物进化理论在发展——其他观点 观点一 基因突变对生物适应性的影响并不是非益即害的，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 观点二 物种形成不都是渐变的过程，而是物种长期稳定与迅速形成新种交替出现的过程 [微点判断] (1)最早的光合生物产生的氧气为好氧生物的出现创造了前提条件。(√) (2)生态系统多样性是物种多样性的保证。(√) (3)协同进化都是通过物种之间的生存斗争实现的。(×) (4)生物多样性的形成也就是新物种不断形成的过程。(×) (5)生物进化的过程实际上是生物与无机环境协同进化的过程。(×) 1．(2022·辽宁高考)下列关于生物进化和生物多样性的叙述，错误的是(　 ) A．通过杂交育种技术培育出许多水稻新品种，增加了水稻的遗传多样性 B．人类与黑猩猩基因组序列高度相似，说明人类从黑猩猩进化而来 C．新物种的形成意味着生物类型和适应方式的增多 D．生物之间既相互依存又相互制约，生物多样性是协同进化的结果 解析：选B　人类与黑猩猩基因组序列高度相似，可以说明人类与黑猩猩有共同的原始祖先，但不能说明人类从黑猩猩进化而来，B错误。 2．超高速奔跑是猎豹的生存本领，它依靠减轻体重来实现低能耗。为了达到极速，猎豹的身体有很多特殊的结构，比如相对劣质的骨骼，修长的体型等。这些结构在加快猎豹速度的同时，也让它成了猫科动物中的“瓷娃娃”。一旦受伤，它就会几乎失去捕食能力。猎豹奔跑速度越来越快的主要原因是瞪羚的速度越来越快。作为食草动物，瞪羚的速度只有猎豹的70%左右，但是瞪羚学会了一种绕过猎豹的方法。下列说法正确的是(　 ) A．协同进化的结果是两种生物的机能越来越完善 B．瞪羚的速度越来越快导致猎豹产生了超高速奔跑的变异 C．猎豹的存在对瞪羚种群的发展起到了阻滞作用 D．如果草原演替成森林，具有超高速奔跑本领的猎豹最终可能走向灭亡 解析：选D　协同进化使猎豹奔跑速度越来越快，但也使其成为“瓷娃娃”，由此可见，协同进化的结果不是两种生物的机能越来越完善，A错误；变异是不定向的，瞪羚的速度越来越快对猎豹进行了选择，奔跑速度快的猎豹可以通过捕食瞪羚存活，B错误；捕食者往往捕食被捕食者中老弱病残的个体，客观上起到了促进被捕食者种群发展的作用，因此，猎豹的存在对瞪羚种群的发展起到了促进作用，C错误；如果草原演替成森林，具有超高速奔跑本领的猎豹可能难以适应森林环境，最终可能走向灭亡，D正确。 1．生物多样性三个层次的关系 2．有关协同进化的两个注意点 (1)生物与生物之间的协同进化，仅发生在不同物种之间，同种生物不存在协同进化。 (2)生物与无机环境间的协同进化，表现在生物能够适应一定的环境，也能影响环境。 3．生物进化的总趋势 (1)从结构上看：由简单→复杂(由原核细胞→真核细胞，由单细胞→多细胞)。 (2)从功能上看：由低等→高等(如无性生殖→有性生殖)。 (3)从生育环境上看：由水生→陆生。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、考教衔接——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修2 P114“拓展应用T3”变式应用)碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。下表为该类抗生素在住院患者中的人均使用量及从患者体内分离得到的铜绿假单胞菌对该类抗生素的耐药率变化。下列相关叙述正确的是(　 ) 年份 2005 2006 2007 2008 住院患者该类抗生素的人均使用量/g 0.074 0.12 0.14 0.19 铜绿假单胞菌对该类抗生素的耐药率/% 2.6 6.11 10.9 25.5 A.表中数据表明，铜绿假单胞菌个体的耐药能力持续增强 B．已经具有耐药性的细菌种群属于一个新的物种 C．铜绿假单胞菌个体间在竞争过程中相互选择、协同进化 D．适时更换抗生素类型对于治疗细菌感染至关重要 解析：选D　表中数据表明，住院患者该类抗生素的人均使用量及铜绿假单胞菌对该类抗生素的耐药率均增加，但由于突变具有不定向性，铜绿假单胞菌个体的耐药能力不一定持续增强，A错误；形成新物种的标志是出现生殖隔离，故已经具有耐药性的细菌种群不一定属于一个新的物种，B错误；同种生物不存在协同进化，C错误；随着抗生素的使用，细菌对相应抗生素的耐药性增强，故适时更换抗生素类型对于治疗细菌感染至关重要，D正确。 2．(2024年1月·安徽高考适应性演练)(必修2 P124“拓展应用T3”素材发掘)人类活动的过度干扰，有时会造成野生动物种群栖息地的碎片化，原先的大种群被分散成若干很少联系甚至不联系的小种群。下列相关叙述错误的是(　 ) A．通常种群中的致病基因频率会因为自然选择而不断降低，直至为零 B．碎片化初期小种群间基因频率可能相差大，但不是自然选择造成的 C．碎片化后的小种群遗传多样性降低，近亲交配增多而容易衰退 D．碎片化后的各小种群间基因交流减少，基因库的差异不断扩大 解析：选A　种群中的致病基因频率会因为自然选择而不断降低，会处于较低水平，但不会为零，A错误；碎片化初期小种群间基因频率可能相差大，因为此时种群数量低，基因频率偏差较大，但不是自然选择造成的，B正确；碎片化后的小种群因为地理隔离会减少个体间交配繁殖的机会，遗传多样性降低，近亲交配增多而容易衰退，C正确；环境的选择对不同种群基因频率的改变所起的作用有差别，导致基因库的差异不断扩大，D正确。 (二)科学思维“融会通” 3．(必修2 P102“图6­3”拓展分析)蝙蝠的翼、鲸的鳍、猫的前肢、人的上肢骨骼组成及其排列顺序都是一致的，但它们的外形及功能差别很大，原因是这些生物具有共同的原始祖先，由于它们生活的环境不同，为适应不同的生活环境，这些器官在进化过程中，逐渐出现了形态和功能上的不同。 4．(必修2 P117“思考·讨论”原理归纳)地雀的形成过程说明物种形成需要的环节有突变和基因重组、自然选择、隔离；判断两个种群是否属于同一物种的标准是看两种群之间是否存在生殖隔离，若存在生殖隔离，则一定是两个物种。 5．(必修2 P119“正文楷体字”关键点提炼)捕食者的存在能够增加物种多样性的原因是捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的生存腾出空间。 二、应用创新——新情境问题的建模训练 1．(2024·武汉模拟)科学家用“免疫距离法”估算人类与大猿的进化分歧时间，该方法的原理是进化过程中蛋白质中的氨基酸发生替换，随着蛋白质积累分歧，抗体结合的程度下降，蛋白质亲和度改变的大小可以作为“进化时钟”。下列相关叙述不正确的是(　 ) A．可通过检测人类血红蛋白抗体与大猿血红蛋白结合程度判断二者亲缘关系的远近 B．用“免疫距离法”确定人类最近的亲缘物种要比形态学和解剖学方法更加精确 C．DNA是遗传信息的储存库，“免疫距离法”可直接检测人类与大猿的基因组差异 D．除了“免疫距离法”，化石中14C和12C的比例也可以作为研究进化的“地质时钟” 解析：选C　由“免疫距离法”原理可推测A、B项正确；“免疫距离法”直接检测的是人类与大猿的蛋白质差异，而物种的基因组是通过物种DNA上碱基序列(遗传信息)建立的，C错误；测定化石中14C和12C的比例，可以知道化石中的生物所生存的年代，故除了“免疫距离法”，化石中14C和12C的比例也可以作为研究进化的“地质时钟”，D正确。 2．(2024·大理二模)中国科学家发现，白细胞激肽受体基因(Lkr基因)调控了蜜蜂对蔗糖的敏感程度。Lkr基因表达越活跃，蜜蜂对蔗糖越敏感，使其倾向于采集花粉为食，反之则使其倾向于采集花蜜为食。温带地区的植物开花呈现明显的季节性，而热带地区的植物常年开花，花粉充足。下列有关说法正确的是(　 ) A．与热带地区相比，温带地区的蜜蜂Lkr基因表达更活跃 B．对蔗糖敏感程度不同的蜜蜂种群，其Lkr基因频率不同 C．对蔗糖敏感程度存在显著差异的蜜蜂之间存在生殖隔离 D．若使蔗糖敏感蜜蜂的Lkr基因甲基化，则其可能会倾向于采集花蜜为食 解析：选D　热带地区花粉充足，蜜蜂Lkr基因表达更活跃，A错误；蜜蜂对蔗糖敏感程度的差异与Lkr基因表达水平有关，基因表达水平不能代表基因频率，B错误；不同蜜蜂种群对蔗糖敏感程度存在显著差异，不代表它们之间存在生殖隔离，C错误；若使蔗糖敏感蜜蜂的Lkr基因甲基化，则基因转录可能被抑制，蜜蜂对蔗糖的敏感程度降低，从而促使蜜蜂倾向于采集花蜜为食，D正确。 3．科学家曾进行了一项长期的大肠杆菌实验。实验以单个大肠杆菌产生的12个独立种群为起点，在有氧条件下用含有92.5%柠檬酸盐和7.5%葡萄糖的培养基培养。培养到3.3万代时，一个能利用柠檬酸盐的新菌种出现。研究还证明，培养至3.10万～3.15万代时，大肠杆菌产生了一个关键突变，从此时菌种出发，只要再培养0.2万～0.3万代，均可产生柠檬酸盐分解菌，且这种实验是可以重复的，但培养2万代前的菌种则无法重复。下列叙述正确的是(　 ) A．实验起点培养的12个大肠杆菌种群基因库中各种基因的频率完全相同 B．关键突变可能使大肠杆菌细胞具有了在有氧条件下吸收柠檬酸盐的能力 C．新菌种的产生说明变异和进化由环境引发且在一段时间内是有固定方向的 D．培养2万代前的大肠杆菌无法产生新菌种是因为种群内没有突变和基因重组 解析：选B　12个大肠杆菌为独立种群，无法保证各种群的数量、基因种类一模一样，故实验起点培养的12个大肠杆菌种群基因库中各种基因的频率不一定完全相同，A错误；结合题干“在有氧条件下用含有92.5%柠檬酸盐和7.5%葡萄糖的培养基培养”“培养至3.10万～3.15万代时，大肠杆菌产生了一个关键突变，从此时菌种出发，只要再培养0.2万～0.3万代，均可产生柠檬酸盐分解菌”可推测，关键突变可能使大肠杆菌细胞具有了在有氧条件下吸收、利用柠檬酸盐的能力，B正确；变异是不定向的，环境(自然选择)决定生物进化的方向，C错误；培养2万代前的大肠杆菌无法产生新菌种是因为进化在一定时期内是有方向的，突变是普遍存在，2万代前的大肠杆菌种群内也存在突变，D错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．(2024·保定二模)我国的科研团队首次发现了生活在大约4.4亿年前的有颔鱼化石。有颔类的出现与崛起，是“从鱼到人”的脊椎动物演化史上关键的跃升之一，人类很多身体上的结构都可以追溯到鱼身上。下列叙述错误的是(　 ) A．化石作为研究人类起源最直接、最重要的证据，有力地支持了共同由来学说 B．鱼类的进化过程也在不断影响无机环境的进化和发展 C．测定化石中12C和14C的比例可确定远古鱼类的生存年代 D．通过漫长的协同进化过程，形成了基因、物种和生态系统的多样性 解析：选C　已经发现的大量化石证据，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，故化石作为研究人类起源最直接、最重要的证据，有力地支持了共同由来学说，A正确；生物的进化与无机环境的变化也是相互影响的，故鱼类的进化过程也在不断影响无机环境的进化和发展，B正确；14C的半衰期是5 730年，测定化石中12C和14C的比例主要用于确定相对较年轻的化石的年代，因此不适用于测定远古鱼类(题干所述是大约4.4亿年前)的生存年代，C错误；生物多样性的形成是协同进化的结果，D正确。 2．(2024年1月·甘肃高考适应性演练)热带雨林中某鳞翅目昆虫的幼虫以植物甲的叶片为食。在漫长的演化过程中，植物甲产生的某种毒素抵制了该昆虫的取食，昆虫也相应地产生解毒物质，避免自身受到伤害，二者之间形成了复杂的相互关系。下列叙述错误的是(　 ) A．该昆虫和植物甲之间存在着协同进化现象 B．该昆虫的捕食不利于植物甲的适应性进化 C．植物甲产生的毒素对昆虫造成了选择压力 D．非生物因素会影响该昆虫和植物甲的进化 解析：选B　协同进化是指不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，A正确；该昆虫的捕食有利于植物甲的适应性进化，B错误；植物甲产生的毒素对昆虫造成了选择压力，适应的能够生存，不适应的被淘汰，C正确；非生物因素会影响该昆虫和植物甲的进化，如外界环境的改变，D正确。 3．受精前隔离是指隔离发生在生物交配受精以前，包括时间、空间、生物的形态和行为等方面的原因所造成的隔离。现有菊科植物的两个种群，生活在同一区域，在自然状态下，前者在夏季开花，后者在早春开花，不能正常杂交繁殖后代。以下叙述错误的是(　 ) A．地理隔离属于受精前隔离的范畴 B．受精前隔离是物种形成的必要条件 C．菊科植物的这两个种群开花季节不同是自然选择的结果 D．菊科植物的这两个种群的基因库存在差异 解析：选B　地理隔离是空间原因所造成的隔离，属于受精前隔离范畴，A正确；隔离包括地理隔离和生殖隔离，隔离是物种形成的必要条件，受精前隔离是隔离的一种情况，B错误；自然选择导致菊科植物的这两个种群的开花季节不同，C正确；自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用是不同的，久而久之，这些种群的基因库就会形成差异，D正确。 4．FoxP2是从低等真核生物到哺乳类动物细胞中都广泛存在的一种蛋白质。如表为FoxP2部分氨基酸序列在人、小鼠、中华鳖、原鸡中的对比(不同的字母代表不同的氨基酸)，下列叙述错误的是(　 ) 位点 42 262 276 330 383 462 485 人 S S A N I M T 小鼠 S S A T I M T 中华鳖 T N S T I I A 原鸡 T N S T V M T A.不同生物的细胞中普遍含有FoxP2，这为生物有共同的祖先提供了佐证 B．不同生物的细胞中FoxP2氨基酸序列存在差异的根本原因是基因突变 C．表中所涉及的位点中，人和原鸡的FoxP2上只有两个位点的氨基酸是相同的 D．表中生物在进化上与人亲缘关系最近的可能是小鼠，最远的可能是中华鳖 解析：选B　不同生物的细胞中普遍含有FoxP2，表现出不同生物之间的共性，这为生物有共同的祖先提供了佐证，A正确；基因中脱氧核苷酸的排列顺序决定了蛋白质中氨基酸的排列顺序，不同生物的细胞中FoxP2氨基酸序列存在差异的根本原因是基因中脱氧核苷酸排列顺序不同，是变异和自然选择的结果，B错误；据对比表分析可知，人和原鸡的FoxP2上在所给的序列中只有两个位点的氨基酸是相同的，C正确；蛋白质差异的大小揭示了当今生物种类亲缘关系的远近，表中人和小鼠所示不同氨基酸序列最少，人与中华鳖的不同氨基酸序列最多，说明其中与人亲缘关系最近的可能是小鼠，最远的可能是中华鳖，D正确。 5．大熊猫最初是食肉动物，经过漫长的进化过程，现其主要食物是竹子。现有一遗传平衡的熊猫种群，雌雄数量相当，若该种群中A基因频率为70%，a基因频率为30%，则下列有关说法正确的是(　 ) A．该大熊猫种群中的全部A和a基因构成其基因库 B．由于环境的变化使大熊猫控制食性相关的基因发生突变 C．将若干人工繁育的大熊猫放归该种群，导致A基因频率改变，则该种群发生了进化 D．若该对等位基因只位于X染色体上，则大熊猫群体中XAY的基因型频率为30% 解析：选C　基因库是一个种群中所有个体的全部基因的总和，因此，大熊猫种群中全部A和a基因不能构成大熊猫种群的基因库，A错误；变异具有不定向性，环境的变化只是起到选择的作用，故变化的环境不是使大熊猫控制食性的相关基因发生突变的原因，B错误；种群发生进化的标志是种群基因频率的改变，因此A基因频率改变，则该种群发生了进化，C正确；若该对等位基因只位于X染色体上，因雌雄比例1∶1，则雌雄个体中A基因的基因频率相等，且雄性个体中A的基因频率与XAY的基因型频率相等，则雄性个体XAY的基因型频率为1/2×70%＝35%，D错误。 6．(2024·东莞模拟)已知物种乙和丙均由甲演化而来，形成过程如图所示(乙和丙种群处于遗传平衡状态)。图中A、B、C分别表示不同的3个地区。E/e位于常染色体上，G/g位于X染色体上。下列有关说法正确的是(　 ) A．染色体结构变异会导致种群基因频率发生定向改变 B．物种乙和物种丙的g基因频率可能相同 C．物种乙和物种丙存在生殖隔离，故二者不能交配 D．若只考虑E/e基因，显性性状和隐性性状数量相当，则E和e的基因频率相等 解析：选B　染色体结构变异会导致种群基因频率发生改变，自然选择决定生物进化的方向，故染色体结构变异不会导致种群基因频率发生定向改变，A错误；图中物种乙和物种丙均由物种甲演化而来，并分别在B、C两个不同的地区，数量上可能有差异，但二者的某个基因的基因频率(如g基因频率)可能相同，B正确；乙和丙属于不同的物种，存在生殖隔离，二者有可能可以交配，但是无法产生可育后代，C错误；若种群中E和e的基因频率相等，则E基因频率＝50%，根据遗传平衡，则EE的基因型频率＝50%×50%＝25%，Ee＝50%×50%×2＝50%，ee＝25%，显性性状个体数量是隐性性状的3倍，D错误。 7．海芋的叶片含有对昆虫有毒的毒素碱，在遭受啃食时，毒素碱的合成量会增加。某种萤叶甲会先在叶片上画圆圈，切断传递毒素碱的叶脉通道，再取食圆圈内的叶片，从而降低毒害。海芋叶被取食后，留下大小不一的孔洞，一定程度上可减少海芋在暴风雨中被折断的可能。下列叙述错误的是(　 ) A．导致叶片出现孔洞的这种变异为海芋种群的进化提供原材料 B．萤叶甲独特取食策略的形成，是毒素碱对其定向选择的结果 C．海芋的毒素碱防御体系和萤叶甲取食策略是协同进化的结果 D．萤叶甲种群基因频率的改变还会受到其他物种和环境的影响 解析：选A　叶片出现孔洞是由于萤叶甲的取食，不属于可遗传变异，因此不能为生物进化提供原材料，A错误；萤叶甲这种独特的取食策略，是对毒素碱环境的一种适应性，可体现环境对其定向选择作用，B正确；具有捕食关系的两种生物之间相互制约，相互影响，会发生协同进化，因此海芋的毒素碱防御体系和萤叶甲取食策略是协同进化的结果，C正确；种群基因频率的改变受多种因素影响，例如自然灾害、人类活动和物种竞争等，当这些因素影响种群时，种群会产生自然适应，也就是基因频率会出现变化，D正确。 8．褐飞虱和二化螟是水稻种植过程中使用化学农药难以控制的两种主要害虫。研究发现，水稻细胞中细胞色素P450基因(CYP71A1)编码的色胺5­羟化酶能催化色胺转化为5­羟色胺，害虫的摄食会诱导5­羟色胺的合成，5­羟色胺合成途径被抑制的水稻具有对褐飞虱和二化螟的抗性。下列说法错误的是(　 ) A．频繁使用化学农药的选择作用导致褐飞虱和二化螟向抗药性更强的方向进化 B．CYP71A1与水稻抗性的关系体现了基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状 C．害虫摄食通过影响水稻基因选择性表达来降低水稻对褐飞虱和二化螟的抗性 D．CYP71A1失活的突变体对褐飞虱和二化螟无抗性 解析：选D　频繁使用化学农药的选择作用导致褐飞虱和二化螟的抗药性基因频率上升，使得褐飞虱和二化螟的抗药性增强，A正确；CYP71A1编码的色胺5­羟化酶能催化色胺转化为5­羟色胺，而5­羟色胺合成途径被抑制的水稻具有对褐飞虱和二化螟的抗性，CYP71A1与水稻抗性的关系体现了基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状，B正确；5­羟色胺合成途径被抑制的水稻具有对褐飞虱和二化螟的抗性，而害虫的摄食会影响水稻基因选择性表达诱导5­羟色胺的合成，从而降低水稻对褐飞虱和二化螟的抗性，C正确；CYP71A1失活的突变体不能合成色胺5­羟化酶，不能将色胺转化为5­羟色胺，这样水稻具有对褐飞虱和二化螟的抗性，D错误。 9．(2024·重庆南开中学模拟)果蝇起始种群腹部刚毛数目分布如图1。研究者从果蝇起始种群开始，从每一代种群中选出刚毛数目最少的20%个体进行繁殖，多代选择后形成如图2的少刚毛种群；同时，从每一代种群中选出刚毛数目最多的20%个体进行繁殖，多代选择后形成如图2的多刚毛种群。下列叙述正确的是(　 ) A．图2两个种群中不同个体的刚毛数目平均值存在显著差异的原因是产生了可遗传变异 B．上述实验过程大大加快了生物进化的速度，实质是果蝇种群基因型频率的改变 C．据图2实验结果可知，少刚毛种群和多刚毛种群仍属于同一物种 D．本实验结果支持选择决定进化的方向的生物学观点 解析：选D　图2两个种群个体的刚毛数目平均值存在显著差异的原因是人工选择，A错误；进化的实质是种群基因频率改变而非基因型频率改变，B错误；判断是否属于同一物种应看是否存在生殖隔离，根据题目信息无法确定，C错误；该结果说明生物进化的方向是由选择决定的，D正确。 二、非选择题 10．某地有两个猴面花姐妹种——粉龙头和红龙头，二者分布区重叠，前者由黄蜂传粉，后者由蜂鸟传粉。红龙头细胞中编码类胡萝卜素分解酶的基因是有缺陷的(a)，导致酶完全失活，花瓣细胞中有类胡萝卜素积累，表现为红色。而粉龙头细胞中该基因是正常的(A)，因此花瓣只呈现由花青素导致的粉红色。 (1)科研工作者把粉龙头和红龙头定为两个物种的理由应该是____________________。 (2)研究人员猜测粉龙头和红龙头起源于一个粉色花的祖先种。祖先种发生A基因的突变后，产生橙红色突变体，突变体改为由蜂鸟授粉，导致祖先种分裂进化为粉龙头和红龙头两个种。为了验证这一猜想，研究人员用杂交的方法获得了基因型为aa，但其他基因均来自粉龙头的变异型粉龙头，流程如下： ①用粉龙头和红龙头为亲本杂交，子一代表现为________。 ②用子一代与________杂交，利用分子生物学技术从杂交后代中筛选出基因型为__________个体，多次重复。 ③将筛选出的个体________，获得基因型为aa，但其他基因均来自粉龙头的变异型粉龙头。 ④研究人员又培育出基因型为AA，但其他基因均来自红龙头的变异型红龙头。变异型粉龙头开橙黄色花，变异型红龙头开深粉色花。研究人员调查了黄蜂和蜂鸟对四种植物的访花率(每朵花在一定时间内被传粉的概率)，得到如表所示结果。该数据支持了研究人员的猜想：单基因突变导致了祖先种的分裂进化，理由是____________________________________ ___________________________________________________________________________。 类型 黄蜂(访花率) 蜂鸟(访花率) 粉龙头 野生型(粉红色) 15.4 0.021 2 变异型(橙黄色) 2.63 1.44 红龙头 野生型(红色) 0.148 189 变异型(深粉色) 10.9 168 ⑤变异型粉龙头的蜂鸟访花率远低于野生型红龙头，依据现代生物进化理论尝试对这一现象做出解释：_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 解析：(1)生殖隔离是判断两种生物是否为同一物种的标准，故科研工作者把粉龙头和红龙头定为两个物种，应该是二者之间存在生殖隔离。(2)根据题干信息，红龙头细胞中编码类胡萝卜素分解酶的基因是有缺陷的(a)，导致酶完全失活，花瓣细胞中有类胡萝卜素积累，表现为红色，推断红龙头的基因型为aa，根据粉龙头细胞中该基因是正常的(A)，因此花瓣只呈现由花青素导致的粉红色，自然状态下两者存在生殖隔离，基因不能交流，推断粉龙头的基因型为AA。①用粉龙头AA和红龙头aa为亲本杂交，子一代Aa表现为粉龙头。②用子一代Aa与粉龙头AA杂交，利用分子生物学技术从杂交后代中筛选出基因型为Aa的个体，多次重复。③将筛选出的个体Aa自交，获得基因型为aa，但其他基因均来自粉龙头的变异型粉龙头。④研究人员调查了黄蜂和蜂鸟对四种植物的访花率，得到表中所示结果，分析表格可知，与野生型粉龙头相比，变异型粉龙头黄蜂的访花率大幅下降，而蜂鸟的访花率大幅上升，说明单基因突变会导致传粉者的比例大幅改变，从而导致分裂进化，故该数据支持了研究人员的猜想：单基因突变导致了祖先种的分裂进化。⑤由于变异型粉龙头与蜂鸟在协同进化的过程中，形成了更多利于蜂鸟传粉的适应性特征，并将决定这些适应性特征的遗传物质传递下去，逐代累计，形成了野生型红龙头，故其蜂鸟的访花率远低于野生型红龙头。 答案：(1)二者存在生殖隔离　(2)①粉龙头　②粉龙头　Aa　③自交　④与野生型粉龙头相比，变异型粉龙头黄蜂的访花率大幅下降，而蜂鸟的访花率大幅上升，说明单基因突变会导致传粉者的比例大幅改变，从而导致分裂进化　⑤变异型粉龙头与蜂鸟在协同进化的过程中，形成了更多利于蜂鸟传粉的适应性特征，并将决定这些适应性特征的遗传物质传递下去，逐代累计，形成了野生型红龙头，故其蜂鸟的访花率远低于野生型红龙头 第3讲　素养提升课——破译新情境·系统实验知能 一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 新情境问题 雄性不育与杂交水稻的培育 [科普科研材料] 材料一　雄性不育与“两系法”杂交水稻 植物的雄性不育(花粉败育，但雌性器官仍然发育正常)一般分为核不育和质核互作不育两大类。 类型一：核不育 核不育是由细胞核内基因决定的雄性不育类型。根据核不育的原因又可分为基因控制的核不育和环境诱导的核不育两种。 环境诱导的核不育是指花粉是否可育由细胞核基因在特定环境下的表达产物控制。同一植株，在一定条件下花粉可育，在另一特定条件下花粉不育。 “两系法”杂交水稻是最为典型的实例，其育种过程如图1所示。 类型二：质核互作的雄性不育 这种类型的雄性不育受到细胞质不育基因和对应的细胞核基因的共同控制，当细胞质不育基因SA存在时，核内必须有相对应的隐性不育基因aa，即个体基因型为SA(aa)时才表现为雄性不育。根据控制雄性不育质核基因的对数可以分为主基因不育和多基因不育两种。 主基因不育是指一对或两对核基因与对应的不育细胞质基因决定的不育性，在这种情况下，显性的核基因能使对应细胞质的不育基因恢复正常。假定某水稻品种为主基因不育型，其花粉是否可育受细胞质基因S、N和细胞核基因A、B共同控制，植株中出现SA(aa)或SB(bb)均表现为雄性不育，其余的都可育。如图2杂交实验。 材料二　雄性不育与“三系法”杂交水稻 “三系法”杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻，由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成，如图3所示。 不育系A的花粉不育，这种雄性不育性状由细胞质基因cms控制，细胞核含有雄性不育基因rf(只有当细胞质和细胞核都只有不育基因时，才表现为雄性不育)。保持系B能保持不育系的细胞质雄性不育性，其细胞质基因Cms正常可育，能够自交结实。恢复系R含有恢复雄性可育的核基因Rf，与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势，即A×R→F1，因为F1的子代的育性、农艺性状等会发生分离，所以F1种植后不再使用，需每年利用不育系育种。 [内蕴知识解读] 1．根据材料一回答下列问题： (1)类型一中的基因控制的核不育，即花粉是否可育由细胞核基因的显隐性控制，与细胞质基因没有关系。假定某植物开单性花，其雄性不育由基因R控制，取一杂合雄性不育植株与另一可育植株杂交得到F1，将F1进行自由交配，预测F2雄性不育植株与雄性可育植株的比例为__________。 (2)根据图1回答下列有关问题 ①假定有温敏雄性不育植株M、N，且M的雄性不育起始温度低于N的，在制备杂交种子时，考虑到温度的日间波动，最好选用植株________(填字母编号)来制种。 ②图1中，杂合子F1表现出优于双亲的生长状况，也叫杂种优势，但我们一般不继续将F1自交留种，原因是____________________________________________________。 (3)根据图2回答下列有关问题： ①预测F2中雄性可育与雄性不育的比例为______。若将亲本恢复系的基因型换成SASB(AABB)，F2的表型________(填“会”或“不会”)发生改变，原因是____________________________________________________________________________。 ②预测正交SANB(AAbb)♀×NASB(AAbb)♂和反交NASB(AAbb)♀×SANB(AAbb)♂子代的育性：正交________，反交________。 答案：(1)1∶3　(2)①M　②F1留种自交的后代会出现性状分离，且杂种优势效应会减弱　(3)①9∶7　不会　F1的细胞质基因几乎均来自亲代雄性不育株，与恢复系的父本无关　②可育　雄性不育 2．根据材料二回答下列问题： (1)在培育杂交水稻时，选育雄性不育植株的目的是___________________________。 (2)繁殖不育系时，不育系A只能作________(填“父本”或“母本”)。 (3)由材料图可知，若三系杂交稻中不育系的基因型表示为cms(rfrf)，则保持系的基因型为______，恢复系的基因型为______________________。 (4)在三系法杂交育种中，选育恢复系非常关键。研究人员发现几株性状优良、纯度高但不含Rf基因的水稻植株(D)，现利用基因工程技术将两个Rf基因导入不同的植株D中来培育恢复系，为确定Rf基因导入的结果，研究人员的思路是将植株D作为亲本与不育系混合种植，单株收获不育系植株所结种子后，再种植并统计后代的育性情况及其数量比例，请依据上述思路完善结果分析： ①若后代雄性不育植株∶雄性可育植株＝____，则说明两个Rf导入到保持系D的一条染色体上。 ②若后代雄性不育植株∶雄性可育植株＝____，则说明两个Rf导入到保持系D的一对同源染色体上。 ③若后代雄性不育植株∶雄性可育植株＝____，则说明两个Rf导入到保持系D的非同源染色体上。 答案：(1)省去人工去雄(降低人工成本)，提高种子质量　(2)母本　(3)Cms(rfrf)　Cms(RfRf)或cms(RfRf)　(4)①1∶1　②0∶1　③1∶3 [迁移创新训练] 1．(2024·恩施期末)杂交育种是提高水稻产量的重要途径，但由于水稻为两性花、花小，因此找到合适的雄性不育系是杂交育种的关键。中国科学家首创了以光/温敏雄性不育系和可育系为核心的两系杂交水稻，下图表示利用光/温敏雄性不育系水稻留种及获得F1杂交种的过程。请回答下列问题： (1)杂交育种所涉及的原理是________。利用雄性不育系进行杂交育种的好处是____________________________________________________。 (2)在高温或长日照下，光/温敏雄性不育系仍有5%～10%的自交结实率，导致制备的杂交种中混有纯合子。为解决该问题，杂交制种时，选用光/温敏雄性不育系纯合紫叶稻与雄性可育系纯合绿叶稻杂交，并在子代的秧苗期内剔除紫叶秧苗即可，分析可知紫叶对绿叶为________(填“显性”或“隐性”)性状。 (3)若水稻的大穗杂种优势性状由两对等位基因(A1A2B1B2)控制，两对基因都纯合时表现为衰退的小穗性状(A1、A2与B1、B2位于一对同源染色体上，且不考虑染色体互换)。现将某雄性不育小穗稻与雄性可育小穗稻杂交，F1全表现为大穗，F1自交，F2中杂种优势衰退率为________，故杂交水稻需年年制种。 (4)水稻温敏雄性不育系(T)在高温下雄性不育，低温下可育。野生型(P)在高温、低温下均可育。与P相比，研究者在T中发现Os基因发生了隐性突变。为验证Os基因突变是导致T温敏雄性不育的原因，现进行转基因实验，选择的基因和导入植株分别是________(选填下列字母)，预期出现的实验结果是________(选填下列字母)。 a．P水稻来源的Os基因　b．T水稻来源的Os基因　c．P水稻　d．T水稻　e．转基因植株育性不受温度影响　f．转基因植株高温下雄性不育 解析：(1)略。(2)子代紫叶秧苗是由光/温敏雄性不育系纯合紫叶稻自交而来，若紫叶对绿叶为显性性状，则子代均为紫叶，与题意不符；故可推测紫叶对绿叶为隐性性状，子代会出现少量紫叶秧苗，在秧苗期剔除紫叶秧苗即可。(3)由F1全为大穗可知，F1的基因型为A1A2B1B2，又由于A1、A2与B1、B2位于一对同源染色体上，且不考虑染色体互换，F1只能产生两种配子，其配子可能是A1B1∶A2B2＝1∶1(或A1B2∶A2B1＝1∶1)，其自交后代可能是1/4A1A1B1B1、1/2A1A2B1B2、1/4A2A2B2B2(或1/4A1A1B2B2、1/2A1A2B1B2、1/4A2A2B1B1)，即杂种优势衰退率为50%。(4)P水稻来源的Os基因为显性的正常Os基因，导入T水稻后，会使转基因后的T水稻表现出野生型水稻的性状，即其育性不受温度影响；T水稻来源的Os基因为隐性的突变后的基因，转入P水稻后，不会改变P水稻的性状。综上，应选择将P水稻来源的Os基因转入T水稻，所得到的转基因植株育性应不受温度影响。 答案：(1)基因重组　不需要去雄，提高种子质量　(2)隐性　(3)50%　(4)ad　e 2．(2024·聊城一模)水稻是二倍体雌雄同株植物。三系杂交涉及细胞核中的可育基因(R)、不育基因(r)，细胞质中的可育基因(N)、不育基因(S)，只有基因型为S(rr)的植株表现为花粉不育，其余基因型的植株的花粉均可育。回答下列问题。 (1)水稻细胞中与育性相关的基因型有________种。基因型为S(rr)的雄性不育系水稻与基因型为N(RR)的水稻杂交产生F1，F1自交后代花粉可育与花粉不育的比例是________。科研人员发现S(rr)这种雄性不育性状个体在特定的环境条件下又是雄性可育的，由此说明_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)采用雄性不育系进行杂交育种可省却对母本去雄的复杂工序。由于雄性不育系不能通过自交来延续，现欲从与育性有关的三个品系水稻N(RR)、S(RR)、N(rr)中选取一个品系，通过和S(rr)杂交制备雄性不育系，则应该选择的父本和母本分别是______________________。科研人员将连锁的三个基因M、P和H(P是与花粉育性有关的基因，H为红色荧光蛋白基因)与Ti质粒连接，转入雄性不育水稻植株细胞中，获得转基因植株，自交后代中红色荧光植株占一半，据此推测M、P基因在育种过程中的功能为________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 (3)有研究表明：水稻叶片披垂度随叶片卷曲程度的增加而减少，叶片一定程度的卷曲可以增加水稻产量。已知水稻正常叶(A)对卷曲叶(a)为不完全显性，显性纯合子表现为正常叶，隐性纯合子表现为卷曲叶，杂合子表现为半卷曲叶。某半卷曲叶水稻种子(Aa)经射线照射后出现半卷曲叶(Aaa)突变体的三种可能情况如图2所示。为探究该突变体类型，试写出简单的实验方案并预期实验结果及结论(假设实验过程中不存在突变，各基因型配子及合子活力相同)。 解析：(1)三系杂交涉及细胞核中的可育基因(R)、不育基因(r)，细胞质中的可育基因(N)、不育基因(S)，则水稻细胞中与育性相关的基因型有3×2＝6种，即N(RR)、N(Rr)、N(rr)、S(RR)、S(Rr)、S(rr)。基因型为S(rr)的雄性不育系水稻与基因型为N(RR)的水稻杂交产生F1，基因型为S(rr)的植株表现为花粉不育，只能作母本，所以细胞质基因来自基因型为S(rr)的植株，则F1的基因型为S(Rr)，F1自交，F2的基因型及比例为S(RR)∶S(Rr)∶S(rr)＝1∶2∶1，所以F1自交后代花粉可育与花粉不育的比例是3∶1。雄性不育性状个体在特定的环境条件下又是雄性可育的，由此说明表型是由基因和环境共同作用的结果。(2)若要通过杂交获得雄性不育系，应该选择父本提供r基因且自身雄性可育，母本提供S和r基因，所以父本可选N(rr)，母本选择S(rr)。科研人员将连锁的三个基因M、P和H(P是与花粉育性有关的基因，H为红色荧光蛋白基因)与Ti质粒连接，转入雄性不育水稻植株细胞中，获得转基因植株，自交后代中红色荧光植株占一半，说明转基因植株是雄性可育，且后代含有H基因的个体占一半，据此推测，转来的基因使S(rr)品系恢复育性，含有M、P、H基因的花粉不育。所以推测，M、P基因在育种过程中的功能分别为M基因可使S(rr)品系恢复育性，P基因使花粉不育。(3)Aaa多了一个a基因，由于显性纯合子表现为正常叶，隐性纯合子表现为卷曲叶，杂合子表现为半卷曲叶，因此用Aaa自交，观察统计子代的表型及比例，可探究突变体的类型。突变体①产生的配子为Aa∶A∶aa∶a＝1∶1∶1∶1，自交后代为正常叶∶半卷曲叶∶卷曲叶＝1∶11∶4；突变体②产生的配子为A∶aa∶Aa∶a＝1∶1∶2∶2，自交后代为正常叶∶半卷曲叶∶卷曲叶＝1∶26∶9；突变体③产生的配子为A∶aa＝1∶1，自交后代为正常叶∶半卷曲叶∶卷曲叶＝1∶2∶1。 答案：(1)6　3∶1　表型是由基因和环境共同作用的结果　(2)父本选择N(rr)，母本选择S(rr)　M基因可使S(rr)品系恢复育性，P基因使花粉不育　(3)实验方案：用Aaa自交，观察统计子代的表型及比例。　实验结论：若自交后代为正常叶∶半卷曲叶∶卷曲叶＝1∶11∶4，则为突变体①；若自交后代为正常叶∶半卷曲叶∶卷曲叶＝1∶26∶9，则为突变体②；若自交后代为正常叶∶半卷曲叶∶卷曲叶＝1∶2∶1，则为突变体③。 二、系统实验知能——实验思路、步骤、结果及结论的规范表达 1．准确表述实验思路和实验步骤 (1)实验思路与实验步骤书写技巧的比较 类型 实验思路 实验步骤 主要 特点 思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅” 步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致” 书写 技巧 必须体现“对照思想”，显示“自变量”和“因变量”，对“无关变量”表述时应注意体现“相同且适宜” 必须体现 “自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证“相同且适宜” (2)书写实验思路和实验步骤的注意点 ①要求写出实验思路和实验步骤的试题，要注意“无关变量”的描述。因为无关变量是决定实验成败的关键因素，写实验步骤时，必须要对无关变量的操作作出说明。 ②在实验中，除了自变量，实验过程中存在的一些对实验结果造成影响的可变因素都是无关变量，若知道无关变量的具体内容(如某种酶发挥作用的最适温度为37 ℃)，则需明确写出；若不知道无关变量的具体数值(如保温时间)，则可用“适宜且相等”“理想条件下”等文字表述。 2．准确表述实验结果与实验结论 (1)实验结果是具体的数据或现象，实验结论是根据实验结果总结出的规律。 (2)实验结果的文字表述一定要具体、准确。 (3)对实验结论进行描述的文字要反映一般规律。构思答案时，如果有学过的结论性语句，则最好直接“拿来”，如“酶的催化作用具有专一性”“兴奋在神经纤维上以电信号的形式传导”“细胞膜具有一定的流动性”等；如果没有学过的结论性语句，就要尝试“照猫画虎”，组织语言要严谨、简洁。 [专题提能训练] 1．(2024·东莞模拟)大麦是高度自交植物，杂交去雄工作相当困难。为此育种工作者采用染色体诱变的方法培育获得如图所示的6号染色体三体品系，该品系的一对染色体上有紧密连锁的两个基因，一个是雄性不育基因(ms)，使植株不能产生花粉，另一个是长粒种子基因(r)。这两个基因的显性等位基因Ms能形成正常花粉，R控制椭圆粒种子，带有这两个显性基因的染色体片段易位连接到另一染色体片段上，形成一个额外染色体，成为三体，该品系的自交后代分离出两种植株，如下图所示。请回答下列问题： (1)已知大麦的体细胞染色体是7对，育成的新品系三体大麦体细胞染色体为________条。 (2)三体大麦减数分裂时，若其他染色体都能正常配对，唯有这条额外的染色体，在后期随机分向一极，其中花粉中有额外染色体的配子无传粉能力。该三体大麦自花传粉，子代椭圆粒种子和长粒种子的理论比值为________，其中________种子为雄性不育。但在生产实践中发现，大多数种子为长粒种子，请推测可能的原因。___________________________ __________________________________________________________________(答两点)。 (3)在大麦群体中由于隐性突变出现一株高产植株，请设计实验探究该突变基因是否位于6号染色体上，写出实验方案、预期结果及结论。(提示：请用题干中提供的方便用于杂交育种的植株进行实验，不考虑互换) 实验方案：______________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 预期结果及结论：_____________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 解析：(1)大麦的体细胞染色体是7对，正常大麦的体细胞为14条染色体，现三体比正常细胞多一条染色体，因此为15条。(2)该三体大麦产生含额外染色体的异常配子与正常配子的比例为1∶1，花粉(雄配子)中有额外染色体的配子无传粉能力，因此雄配子参与受精的均为正常配子(长粒r基因)，雌配子有异常配子(含椭圆粒R基因)与正常配子(长粒r基因)的比例为1∶1，因此后代椭圆粒种子(MsmsmsRrr)和长粒种子(msmsrr)的理论比值为1∶1；由于R所在的染色体为额外染色体，其上有Ms基因，而长粒所在的染色体上为ms雄性不育基因，因此长粒种子为雄性不育；可能雌配子MsmsRr受精能力较低(活性较低)或受精后三体生长发育受影响，因此后代大多数种子为长粒种子(msmsrr)。(3)设控制高产的基因为b，则突变体高产的基因型为bb，则题(2)中雄性不育植株为msmsBB，其与高产植株(MsMsbb)杂交得到F1(MsmsBb)，F1自交得到F2，单独种植F2各植株，最后统计F2的产量。若高产突变发生在6号染色体上，则F1(MsmsBb) 产生的雌雄配子均为Msb∶msB＝1∶1，F2的基因型为1MsMsbb∶2MsmsBb∶1msmsBB，由于msms表现雄性不育，故msmsBB单独种植时不能产生后代，F2植株MsMsbb、MsmsBb分别表现为高产、普通产量，比例为1∶2，所以若F2普通产量植株∶高产植株＝2∶1，则高产突变发生在6号染色体上；若高产突变发生在其他染色体上，则后代配子比例不受雄性不育的影响，F1(Bb)产生的雌雄配子均为b∶B＝1∶1，F2的基因型为1bb∶2Bb∶1bb，F2植株表现为高产、普通产量，比例为1∶3，所以若F2普通产量植株∶高产植株＝3∶1，则高产突变发生在其他染色体上。 答案：(1)15　(2)1∶1　长粒　雌配子MsmsRr受精能力较低(活性较低)或受精后三体生长发育受影响　(3)雄性不育植株与该高产植株杂交得到F1，F1自交得到F2，单独种植F2各植株，最后统计F2的产量　若F2普通产量植株∶高产植株＝2∶1，则高产突变发生在6号染色体上；若F2普通产量植株∶高产植株＝3∶1，则高产突变发生在其他染色体上 2．(2024·临汾模拟)果蝇的体色由多对基因控制，野生型果蝇为灰体。现有黄体、黑体和黑檀体三种体色的果蝇单基因突变体(只有一对基因与野生型果蝇不同)。为探究果蝇体色基因的位置及显隐性关系，进行了下列实验。 亲本 F1的表型 实验一 黄体(雌)×野生型(雄) 雌性均为灰体，雄性均为黄体 实验二 黑体(雌)×黑檀体(雄) 均为灰体 实验三 黄体(雌)×黑檀体(雄) 雌性均为灰体，雄性均为黄体 (1)黄体的遗传方式为____________。通过分析三组杂交实验结果可知，相对于灰体，三种突变性状中表现为隐性性状的有______________。野生型果蝇产生这三种体色的单基因突变体体现了基因突变的________(填“不定向性”或“随机性”)。 (2)根据实验三不能确定黑檀体基因的位置，理由是__________________________________________________________________。将实验三中的F1果蝇相互交配，F2的雌雄果蝇中灰体∶黄体∶黑檀体为3∶4∶1，说明黑檀体基因位于________上，F2中黄体果蝇的基因型有________种，F2的灰体果蝇中纯合灰体雄果蝇所占的比例为________。 (3)已知基因T、t位于果蝇的常染色体上。当t纯合时对雄果蝇无影响，但会使雌果蝇性反转成不育的雄果蝇。让一只TT纯合灰体雌果蝇与一只tt黄体雄果蝇杂交，所得F1雌雄果蝇随机交配，F2的表型及比例为________________________。从上述亲本和F1中选取材料，设计实验进一步验证t纯合时会使雌果蝇性反转成雄果蝇。请写出实验思路并预期实验结果。______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 解析：(1)实验一中F1的表型与性别有关，且灰体对黄体为显性，说明相关基因位于X染色体上，黄体为伴X染色体隐性遗传。实验二中F1果蝇均为灰体果蝇，据此可推测控制两种性状的基因为非等位基因，且均为隐性，故三种突变性状表现为隐性性状的为黄体、黑檀体、黑体。由上述分析及实验三中F1的表型可推知，三种体色为不同的基因发生突变的结果，说明了基因突变具有随机性。(2)根据实验三不能确定黑檀体基因的位置，因为无论黑檀体基因是否位于常染色体上，得到F1的表型均相同。F2的性状分离比为3∶4∶1，为9∶3∶3∶1的变式，说明控制黑檀体的基因与控制黄体的基因位于两对染色体上，即控制黑檀体的基因位于常染色体上，假设黑檀体与黄体的相关基因分别用A/a和B/b表示，则亲本的基因型为AAXbXb(黄体)、aaXBY(黑檀体)，F1的基因型为AaXBXb、AaXbY，二者相互交配产生F2的基因型为3A_XBXb、3A_XbXb、1aa XbXb、1aa XBXb、3A_XBY、3A_XbY、1aa XbY、1aa XBY，F2的雌雄果蝇中灰体∶黄体∶黑檀体为3∶4∶1，说明黄体对于黑檀体为显性，由此分析上述F2基因型可知，F2中黄体果蝇的基因型有6种，F2的灰体果蝇中纯合灰体雄果蝇的基因型为AAXBY，其所占的比例为1/3×1/2＝1/6。(3)已知基因T、t位于果蝇的常染色体上。当t纯合时对雄果蝇无影响，但会使雌果蝇性反转成不育的雄果蝇，让一只TT纯合灰体雌果蝇与一只tt黄体雄果蝇杂交，亲本的基因型可表示为TTXBXB、ttXbY，所得F1雌雄果蝇的基因型为TtXBXb、TtXBY，F1随机交配，F2的基因型和表型为6T_XBX－(灰体雌)、3T_XBY(灰体雄)、3T_XbY(黄体雄)、2ttXBX－(灰体雄)、1ttXbY(黄体雄)、1ttXBY(灰体雄)，可见灰体雌∶灰体雄∶黄体雄＝3∶3∶2。为了验证t纯合时会使雌果蝇性反转成雄果蝇，可让F1中灰体雌果蝇(TtXBXb)与亲本黄体雄果蝇(ttXbY)交配，获得足够多的后代，观察统计子代的性别比例。则后代的基因型和表型为1TtXBXb(雌)、1TtXbXb(雌)、1TtXBY(雄)、1TtXbY(雄)、1ttXBXb(雄)、1ttXbXb(雄)、1ttXBY(雄)、1ttXbY(雄)，可见，子代雌雄果蝇个体数量比为1∶3，则可证明上述结论。 答案：(1)伴X染色体隐性遗传　黄体、黑檀体、黑体　随机性　(2)无论黑檀体基因是否位于常染色体上，得到F1的表型均相同　常染色体　6　1/6　(3)灰体雌∶灰体雄∶黄体雄＝3∶3∶2　让F1中灰体雌果蝇与亲本黄体雄果蝇交配，观察统计子代的性别比例。子代雌雄果蝇个体数量比为1∶3 学科网（北京）股份有限公司 $$