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第一章遗传因子的发现
第一节孟德尔豌豆杂交试验(一)
:
(1)豌豆是自花传粉植物,且是闭花授粉的植物;(2)豌豆花较大,易于人工操作;
(3)豌豆具有易于区分的性状。
(1)性状:生物所表现出来的形态特征和生理特性。
相对性状:一种生物同一种性状(如毛色)的不同表现类型(黄、白)。
区分:兔的长毛和短毛;人的卷发和直发等;兔的长毛和黄毛;牛的黄毛和羊的白毛
性状分离:杂种后代中,同时出现显性性状和隐性性状的现象。如在DD×dd杂交实验中,杂合F1代自交后形成的F2代同时出现显性性状(DD及Dd)和隐性性状(dd)的现象。
显性性状:在DD×dd杂交试验中,F1表现出来的性状;
隐性性状:在DD×dd杂交试验中,F1未显现出来的性状;
(2)纯合子:遗传因子(基因)组成相同的个体。如DD或dd。其特点纯合子是自交后代全为纯合子,无性状分离现象。
杂合子:遗传因子(基因)组成不同的个体。如Dd。其特点是杂合子自交后代出现性状分离现象。
(3)杂交:遗传因子组成不同的个体之间的相交方式。如:DD×ddDd×ddDD×Dd等。
自交:遗传因子组成相同的个体之间的相交方式。如:DD×DDDd×Dd等
测交:F1(待测个体)与隐性纯合子杂交的方式。如:Dd×dd
正交和反交:二者是相对而言的,
如甲(♀)×乙(♂)为正交,则甲(♂)×乙(♀)为反交;
如甲(♂)×乙(♀)为正交,则甲(♀)×乙(♂)为反交。
若后代无性状分离,则待测个体为纯合子
测交法
若后代有性状分离,则待测个体为杂合子
若后代无性状分离,则待测个体为纯合子
自交法
若后代有性状分离,则待测个体为杂合子
(1)如后代性状分离比为显:隐=3:1,则双亲一定都是杂合子(Dd)即Dd×Dd3D_:1dd
(2)若后代性状分离比为显:隐=1:1,则双亲一定是测交类型。即为Dd×dd1Dd:1dd
(3)若后代性状只有显性性状,则双亲至少有一方为显性纯合子。即DD×DD或DD×Dd或DD×dd
:其实质就是在形成配子时,等位基因随减数第一次分裂后期同源染色体的分开而分离,分别进入到不同的配子中。
第2节孟德尔豌豆杂交试验(二)
(1)两对相对性状由两对等位基因控制,且两对等位基因分别位于两对同源染色体。
(2)F1减数分裂产生配子时,等位基因一定分离,非等位基因(位于非同源染色体上的非等位基因)自由组合,且同时发生。
(3)F2中有16种组合方式,9种基因型,4种表现型,比例9:3:3:1
YYRR1/16
YYRr2/16
亲本类型
双显(Y_R_)YyRR2/169/16黄圆
YyRr4/16
纯隐(yyrr)yyrr1/161/16绿皱
YYrr1/16
重组类型
单显(Y_rr)YYRr2/163/16黄皱
yyRR1/16
单显(yyR_)yyRr2/163/16绿圆
注意:
上述结论只是符合亲本为YYRR×yyrr,但亲本为YYrr×yyRR,F2中重组类型为10/16,亲本类型为6/16。
(自由组合定律的解题方法统一用分枝法[先一对一对分析,再进行组合]:都可以简化为用分离定理来解决,即先求一对相对性状的,最后把结果相乘,即进行组合,因此,要熟记分离定理的6种杂交结果)
(1):AaBbCc产生的配子种类数为2x2x2=8种
(2):AaBbCc×AaBBCc,后代基因型数为多少?先分解为三个分离定律:
Aa×Aa后代3种基因型(1AA:2Aa:1aa)Bb×BB后代2种基因型(1BB:1Bb)Cc×Cc后代3种基因型(1CC:2Cc:1cc)
所以其杂交后代有3x2x3=18种类型。
(3)表现类型问题
如:AaBbCc×AabbCc,后代表现数为多少?先分解为三个分离定律:
Aa×Aa后代2种表现型Bb×bb后代2种表现型Cc×Cc后代2种表现型所以其杂交后代有2x2x2=8种表现型。
:实质是形成配子时,成对的基因彼此分离,决定不同性状的基因自由组合。
符号
P
F1
F2
×
♀
♂
含义
亲本
子一代
子二代
杂交
自交
母本
父本
:
(1)正确选用实验材料:豌豆是严格自花传粉植物(闭花授粉),自然状态下一般是纯种;具有易于区分的性状
(2)由一对相对性状到多对相对性状的研究(3)分析方法:统计学方法对结果进行分析
(4)实验程序:假说-演绎法
观察分析(为什么F2中出现3:1)——提出假说(4点)——演绎推理——实验验证(测交)
第二章基因和染色体的关系
第一节减数分裂和受精作用
、染色单体、同源染色体和四分体
(1)染色体和染色单体:细胞分裂间期,染色体经过复制成由一个着丝点连着的两条姐妹染色单体。所以此时染色体数目要根据着丝点判断,即一个着丝点就代表一条染色体。
(2)同源染色体和四分体:同源染色体指形态、大小一般相同,一条来自母方,一条来自父方,且能在减数第一次分裂过程中可以两两配对的一对染色体(有丝分裂中也有同源染色体,但不联会)。四分体指减数第一次分裂同源染色体联会后每对同源染色体中含有四条姐妹染色单体。
(3)一对同源染色体=一个四分体=2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子。
交叉互换:指四分体时期,非姐妹染色单体发生缠绕,并交换部分片段的现象。
减数分裂:是有性生殖的生物在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。
:复制一次,分裂两次。
结果:染色体数目减半(染色体数目减半实际发生在减数第一次分裂,第二次分裂类似有丝分裂)。
场所:***官内(动物的精巢、卵巢;植物的花药、胚珠;精巢、卵巢内既有有丝分裂,又有减数分裂)
过程:
精子的形成过程:卵细胞的形成过程:
1个精原细胞(2n)1个卵原细胞(2n)
↓间期:染色体复制↓间期:染色体复制
1个初级精母细胞(2n)1个初级卵母细胞(2n)
↓前期:联会、四分体、交叉互换(2n)↓前期:联会、四分体…(2n)
中期:同源染色体排列在赤道板上(2n)中期:(2n)
后期:配对的同源染色体分离(2n)后期:(2n)
末期:细胞质均等分裂末期:细胞质不均等分裂(2n)
2个次级精母细胞(n)1个次级卵母细胞+1个极体(n)
↓前期:(n)↓前期:(n)
中期:(n)中期:(n)
后期:染色单体分开成为两组染色体(2n)后期:(2n)
末期:细胞质均等分离(n)末期:(n)
4个精细胞:(n)1个卵细胞:(n)+3个极体(n)
↓变形
4个精子(n)
比较项目
不同点
相同点
精子的形成
卵细胞的形成
染色体复制
复制一次
第一次分裂
一个初级精母细胞(2n)产生两个大小相同的次级精母细胞(n)
一个初级卵母细胞(2n)(细胞质不均等分裂)产生一个次级卵母细胞(n)和一个第一极体(n)
同源染色体联会,形成四分体,同源染色体分离,非同源染色体自由组合,细胞质分裂,子细胞染色体数目减半
第二次分裂
两个次级精母细胞形成四个同样大小的精细胞(n)
一个次级卵母细胞(细胞质不均等分裂)形成一个大的卵细胞(n)和一个小的第二极体。第一极体分裂(均等)成两个第二极体
着丝点分裂,姐妹染色单体分开,分别移向两极,细胞质分裂,子细胞染色体数目不变
有无变形
精细胞变形形成精子
无变形
分裂结果
产生四个有功能的精子(n)
只产生一个有功能的卵细胞(n)
精子和卵细胞中染色体数目均减半
注:卵细胞形成无变形过程,而且是只形成一个卵细胞,卵细胞体积很大,细胞质中存有大量营养物质,为受精卵发育准备的。
(要求掌握)
比较项目
减数分裂
有丝分裂
染色体复制次数及时间
一次,减数第一次分裂的间期
一次,有丝分裂的间期
细胞分裂次数
二次
一次
联会四分体是否出现
出现在减数第一次分裂
不出现
同源染色体分离
减数第一次分裂后期
无分离(有同源染色体)
着丝点分裂
发生在减数第二次分裂后期
后期
子细胞的名称及数目
性细胞,精细胞4个或卵1个、极体3个
体细胞,2个
子细胞中染色体变化
减半,减数第一次分裂
不变
子细胞间的遗传组成
不一定相同
一定相同
:一数二看三判断
例题:判断下列各细胞分裂图属何种分裂何时期图。
[解析]:
甲图细胞的每一端均有成对的同源染色体,但无联会、四分体、分离等行为,且每一端都有一套形态和数目相同的染色体,故为有丝分裂的后期。
乙图有同源染色体,且同源染色体分离,非同源染色体自由组合,故为减数第一次分裂的后期。
丙图不存在同源染色体,且每条染色体的着丝点分开,姐妹染色单体成为染色体移向细胞两极,故为减数第二次分裂后期。
:指卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。
意义:通过减数分裂和受精作用,保证了进行有性生殖的生物前后代体细胞中染色体数目的恒定,从而保证了遗传的稳定和物种的稳定;在减数分裂中,发生了非同源染色体的自由组合和非姐妹染色单体的交叉互换,增加了配子的多样性,加上受精时卵细胞和精子结合的随机性,使后代呈现多样性,有利于生物的进化,体现了有性生殖的优越性。
由于染色体组合的多样性,使配子也多种多样,根据染色体组合多样性的形成的过程,所以配子的种类可由同源染色体对数决定,即含有n对同源染色体的精(卵)原细胞产生配子的种类为2n种。
第二节基因在染色体上
萨顿假说推论:基因在染色体上,也就是说染色体是基因的载体。因为基因和染色体行为存在着明显的平行关系。研究方法:类比推理
萨顿假说
:基因在染色体上(染色体是基因的载体)
:基因与染色体行为存在着明显的平行关系。
①在杂交中保持完整和独立性②成对存在③一个来自父方,一个来自母方④形成配子时自由组合
摩尔根果蝇眼色的实验:(A—红眼基因a—白眼基因X、Y——果蝇的性染色体)
P:红眼(雌)×白眼(雄)P:XAXA×XaY
↓↓
F1:红眼F1:XAXa×XAY
↓F1雌雄交配↓
F2:红眼(雌雄)白眼(雄)F2:XAXAXAXaXAYXaY
,且这多个基因在染色体上呈线性排列
①分离定律:等位基因随同源染色体的分开独立地遗传给后代。
②自由组合定律:非同源染色体上的非等位基因自由组合。
第三节伴性遗传
(别)遗传的概念:此类性状的遗传控制基因位于性染色体上,因而总是与性别相关联。
2人类红绿色盲症(伴X染色体隐性遗传病)
①致病基因Xa正常基因:XA
②患者:男性XaY女性XaXa正常:男性XAY女性XAXAXAXa(携带者)
③遗传特点:⑴男性患者多于女性患者。⑵交叉遗传。即男性(父亲)→女性(女儿携带者)→男性(儿子)。
⑶一般为隔代遗传。
抗维生素D佝偻病(伴X染色体显性遗传病)
①致病基因XA正常基因:Xa
②患者:男性XAY女性XAXAXAXa正常:男性XaY女性XaXa
③遗传特点:⑴女性患者多于男性患者。⑵代代相传。
⑶交叉遗传现象:男性→女性→男性
:人类毛耳现象
遗传特点:基因位于Y染色体上,仅在男性个体中遗传
5、伴性遗传在生产实践中的应用:根据毛色辨别小鸡的雌、雄
6、人类遗传病的判定方法
口诀:无中生有为隐性,隐性遗传看女病。父子患病为伴性。有中生无为显性,显性遗传看男病。母女患病为伴性。
第三章基因的本质
第一节DNA是主要的遗传物质
(1)、体内转化实验:1928年由英国科学家格里菲思等人进行。
实验材料:S型细菌、R型细菌
结论:在S型细菌中存在转化因子可以使R型细菌转化为S型细菌。
(2)、体外转化实验:1944年由美国科学家艾弗里等人进行。
结论:DNA是遗传物质
实验过程
①标记噬菌体(35S标记蛋白质,32P标记DNA,不能同时标记)
含35S的培养基含35S的细菌35S蛋白质外壳含35S的噬菌体
含32P的培养基含32P的细菌内部DNA含32P的噬菌体
②噬菌体侵染细菌
含35S的噬菌体细菌体内没有放射性35S
含32P的噬菌体细菌体内有放射线32P
结果分析:测试结果表明:侵染过程中,只有32P进入细菌,而35S未进入,说明只有亲代噬菌体的DNA进入细胞。子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质。
结论:进一步确立DNA是遗传物质
:
(1)、实验过程(2)、实验结果分析与结论
烟草花叶病毒的RNA能自我复制,控制生物的遗传性状,因此RNA是它的遗传物质(还有HIV)。
4、生物的遗传物质
非细胞结构:DNA或RNA
生物 原核生物:DNA
细胞结构
真核生物:DNA
结论:绝大多数生物(细胞结构的生物(同时含DAN、RNA)和DNA病毒)的遗传物质是DNA,所以说DNA是主要的遗传物质。
第二节DNA分子的结构
DNA分子的结构
(1)基本单位---脱氧核糖核苷酸(简称脱氧核苷酸)
2、DNA分子有何特点?
⑴稳定性:是指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。
⑵多样性:构成DNA分子的脱氧核苷酸虽只有4种,配对方式仅2种,但其数目却可以成千上万,更重要的是形成碱基对的排列顺序可以千变万化,从而决定了DNA分子的多样性(n对碱基可形成4n种)。
⑶特异性:每个特定的DNA分子中具有特定的碱基排列顺序,而特定的排列顺序代表着遗传信息,所以每个特定的DNA分子中都贮存着特定的遗传信息,这种特定的碱基排列顺序就决定了DNA分子的特异性。
2、DNA双螺旋结构的特点:
⑴DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
⑵DNA分子外侧是脱氧核糖和磷酸交替连接而成的基本骨架。
⑶DNA分子两条链的内侧的碱基按照碱基互补配对原则配对,并以氢键互相连接。
3、相关计算(画图标已知,用好100,碱基互补配对出答案)
(1)A=TC=G
(2)(A+C)/(T+G)=1或A+G/T+C=1
(3)如果(A1+C1)/(T1+G1)=b那么(A2+C2)/(T2+G2)=1/b
(4)(A+T)/(C+G)=(A1+T1)/(C1+G1)=(A2+T2)/(C2+G2)=a
(1)如有U无T,则此核酸为RNA;(2)如有T且A=TC=G,则为双链DNA;
(3)如有T且A≠TC≠G,则为单链DNA;(4)U和T都有,则处于转录阶段。
第3节DNA的复制
一、DNA分子复制的过程
1、概念:以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程
2、复制时间:有丝分裂或减数第一次分裂间期
:半保留复制
4、复制条件(1)模板:亲代DNA分子两条脱氧核苷酸链
(2)原料:4种脱氧核苷酸
(3)能量:ATP
(4)解旋酶、DNA聚合酶等
5、复制特点:边解旋边复制;半保留复制
6、复制场所:主要在细胞核中,线粒体和叶绿体也存在。
7、复制意义:保持了遗传信息的连续性。
三、与DNA复制有关的碱基计算
,DNA分子总数为:2n
,含原DNA母链的有2个,占1/(2n-1)
,
(1)则连续复制n次,所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为:a(2n-1)
(2)第n次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为:a·2n-1
第4节基因是有遗传效应的DN***段
一、.基因的相关关系
1、与DNA的关系
①基因的实质是有遗传效应的DN***段,无遗传效应的DN***段不能称之为基因(非基因)。
②每个DNA分子包含许多个基因。
2、与染色体的关系
①基因在染色体上呈线性排列。②染色体是基因的主要载体,此外,线粒体和叶绿体中也有基因分布。
3、与脱氧核苷酸的关系
①脱氧核苷酸(A、T、C、G)是构成基因的单位。②基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。
4、与性状的关系
①基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位。
②基因对性状的控制通过控制蛋白质分子(酶、结构蛋白)的合成来实现。
二、DN***段中的遗传信息
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中;碱基排列顺序的千变万化构成了DNA分子的
多样性,而碱基的特异排列顺序,又构成了每个DNA分子的特异性。
基因的表达
第一节 基因指导蛋白质的合成
一、遗传信息的转录
1、DNA与RNA的异同点
核酸
项目
DNA
RNA
结构
通常是双螺旋结构,极少数病毒是单链结构
通常是单链结构
基本单位
脱氧核苷酸(4种)
核糖核苷酸(4种)
五碳糖
脱氧核糖
核糖
碱基
A、G、C、T
A、G、C、U
产生途径
DNA复制、逆转录
转录、RNA复制
存在部位
主要位于细胞核中染色体上,极少数位于细胞质中的线粒体和叶绿体上
主要位于细胞质中
功能
传递和表达遗传信息
①mRNA:转录遗传信息,翻译的模板②tRNA:运输特定氨基酸
③rRNA:核糖体的组成成分
细胞生物(如人、水稻)内含:2种核酸、5种碱基、8种核苷酸
病毒含:1种核酸、4种碱基、5种核苷酸
2、RNA的类型⑴信使RNA(mRNA)⑵转运RNA(tRNA)⑶核糖体RNA(rRNA)
3、转录
⑴转录的概念:以DNA的一条链为模板通过碱基互补配对原则形成信使RNA的过程。
⑵转录的场所 主要在细胞核⑶转录的模板 以DNA的一条链为模板
⑷转录的原料 4种核糖核苷酸⑸转录的产物 一条单链的mRNA
⑹转录的原则 碱基互补配对⑺转录与复制的异同(下表)
阶段
项目
复制
转录
时间
细胞有丝分裂的间期或减数第一次分裂间期
生长发育的连续过程
进行场所
主要细胞核
主要细胞核
模板
以DNA的两条链为模板
以DNA的一条链为模板
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
条件
需要特定的酶和ATP
需要特定的酶和ATP
过程
在酶的作用下,两条扭成螺旋的双链解开,以解开的每段链为模板,按碱基互补配对原则(A—T、C—G、T—A、G—C)合成与模板互补的子链;子链与对应的母链盘绕成双螺旋结构
在细胞核中,以DNA解旋后的一条链为模板,按照A—U、G—C、T—A、C—G的碱基互补配对原则,形成mRNA,mRNA从细胞核进入细胞质中,与核糖体结合
产物
两个双链的DNA分子
一条单链的mRNA
特点
边解旋边复制;半保留式复制(每个子代DNA含一条母链和一条子链)
边解旋边转录;DNA双链分子全保留式转录(转录后DNA仍保留原来的双链结构);只转录部分基因
遗传信息的传递方向
遗传信息从亲代DNA传给子代DNA分子
遗传信息由DNA传到RNA
二、遗传信息的翻译
1、遗传信息、密码子和反密码子
遗传信息
密码子
反密码子
概念
基因中脱氧核苷酸的排列顺序
mRNA中决定一个氨基酸的三个相邻碱基
tRNA中与mRNA密码子互补配对的三个碱基
作用
控制生物的遗传性状
直接决定蛋白质中的氨基酸序列
识别密码子,转运氨基酸
种类
基因中脱氧核苷酸种类、数目和排列顺序的不同,决定了遗传信息的多样性
64种
61种:能翻译出氨基酸
3种:终止密码子,不能翻译氨基酸
61种或tRNA也为61种
联系
①基因中脱氧核苷酸的序列mRNA中核糖核苷酸的序列
②mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补
③密码子与相应反密码子的序列互补配对
2、翻译
⑴定义:在核糖体中以信使RNA为模板,以转运RNA为运载工具合成具有一定氨基酸排列顺序的蛋白质分子。
⑵翻译的场所细胞质的核糖体上⑶翻译的模板mRNA
⑷翻译的原料20种氨基酸
⑸翻译的产物多肽链(蛋白质)
⑹翻译的原则碱基互补配对
⑺翻译与转录的异同点(下表):
阶段
项目
转录
翻译
定义
在细胞核中,以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程
以信使RNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程
场所
细胞核
细胞质的核糖体
模板
DNA的一条链
信使RNA
信息传递的方向
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
原料
含A、U、C、G的4种核苷酸
合成蛋白质的20种氨基酸
产物
信使RNA
有一定氨基酸排列顺序的蛋白质
实质
是遗传信息的转录
是遗传信息的表达
三、基因表达过程中有关DNA、RNA、氨基酸的计算
1、转录时,以基因的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,产生一条单链mRNA,则转录产生的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的一半,且基因模板链中A+T(或C+G)与mRNA分子中U+A(或C+G)相等。
,mRNA中每3个相邻碱基决定一个氨基酸,所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3,是双链DNA碱基数目的1/6。
第2节基因对性状的控制
一、中心法则:最先是由克里克命名,指的是遗传信息传递的一般规律。
二、基因、蛋白质与性状的关系
1、(间接控制)
酶的合成细胞代谢
基因性状
结构蛋白细胞结构
(直接控制)
2、生物体性状的多基因因素:基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间多种因素存在复杂的相互作用,共同地精细地调控生物的性状。
第五章基因突变及其他变异
第一节基因突变和基因重组
一、基因突变的实例
1、镰刀型细胞贫血症
2、基因突变
DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,而引起的基因结构的改变
二、基因突变的原因和特点
1、基因突变的原因有内因和外因:
物理因素:如紫外线、X射线
⑴诱发突变(外因)化学因素:如亚***、碱基类似物
生物因素:如某些病毒
⑵自然突变(内因)
2、基因突变的特点:⑴普遍性⑵随机性⑶不定向性⑷低频性⑸多害少利性
3、基因突变的时间:有丝分裂或减数第一次分裂间期
:是新基因产生的途径;生物变异的根本来源;是进化的原始材料