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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的不同表现类型。
举例:兔的长毛和短毛;人的卷发和直发等。
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;如教材中F1代豌豆表现出高茎,即高茎为显性。决定显性性状的为显性遗传因子(基因),用大写字母表示。如高茎用D表示。
隐性性状:在DD×dd杂交试验中,F1未显现出来的性状;如教材中F1代豌豆未表现出矮茎,即矮茎为隐性。决定隐性性状的为隐性基因,用小写字母表示,如矮茎用d表示。
(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。
(1)配子类型问题
如:AaBbCc产生的配子种类数为2x2x2=8种
(2)基因型类型
如: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
第二章基因和染色体的关系
第一节减数分裂和受精作用
知识结构
精子的形成过程
减数分裂
卵细胞形成过程
减数分裂和受精作用
配子中染色体组合的多样性
受精作用
受精作用的过程和实质
、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。
(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。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。
同源染色体: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。
联会:同源染色体两两配对的现象。
四分体: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。
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。
特点:复制一次,分裂两次。
结果:染色体数目减半,且减半发生在减数第一次分裂。
场所:***官内
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。
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
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
(区分有丝分裂、减数第一次分裂、减数第二次分裂)
(1)、方法(点数目、找同源、看行为)
第1步:如果细胞内染色体数目为奇数,则该细胞为减数第二次分裂某时期的细胞。
第2步:看细胞内有无同源染色体,若无则为减数第二次分裂某时期的细胞分裂图;若有则为减数第一次分裂或有丝分裂某时期的细胞分裂图。
第3步:在有同源染色体的情况下,若有联会、四分体、同源染色体分离,非同源染色体自由组合等行为则为减数第一次分裂某时期的细胞分裂图;若无以上行为,则为有丝分裂的某一时期的细胞分裂图。
(2)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。
注:受精卵核内的染色体由精子和卵细胞各提供一半,但细胞质几乎全部是由卵细胞提供,因此后代某些性状更像母方。
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。
下图讲解受精作用的过程,强调受精作用是精子的细胞核和卵细胞的细胞核结合,受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞的数目。
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。
(补充)
被子植物特有的一种受精现象。花粉被传送到雌蕊柱头后,长出花粉管,伸达胚囊,管的先端破裂,放出两精子,其中之一与卵结合,形成受精卵,另一精子与两个极核结合,形成胚乳核;经过一系列的发展过程,前者形成胚,后者形成胚乳,这种双重受精的现象称双受精。
注:其中两个精子的基因型相同,胚珠中极核与卵细胞基因型相同。
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。
2.、基因位于染色体上的实验证据
果蝇杂交实验分析
,且这多个基因在染色体上呈线性排列
基因的自由组合定律的实质
第三节伴性遗传
(伴X染色体隐性遗传病)
特点:⑴男性患者多于女性患者。⑵交叉遗传。即男性→女性→男性。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)
特点:⑴女性患者多于男性患者。⑵代代相传。
4、伴性遗传在生产实践中的应用
3、人类遗传病的判定方法
口诀:无中生有为隐性,有中生无为显性;隐性看女病,女病男正非伴性;显性看男病,男病女正非伴性。
第一步:确定致病基因的显隐性:可根据
(1)双亲正常子代有病为隐性遗传(即无中生有为隐性);
(2)双亲有病子代出现正常为显性遗传来判断(即有中生无为显性)。
第二步:确定致病基因在常染色体还是性染色体上。
在隐性遗传中,父亲正常女儿患病或母亲患病儿子正常,为常染色体上隐性遗传;
在显性遗传,父亲患病女儿正常或母亲正常儿子患病,为常染色体显性遗传。
不管显隐性遗传,如果父亲正常儿子患病或父亲患病儿子正常,都不可能是Y染色体上的遗传病;
题目中已告知的遗传病或课本上讲过的某些遗传病,如白化病、多指、色盲或血友病等可直接确定。
注:如果家系图中患者全为男性(女全正常),且具有世代连续性,应首先考虑伴Y遗传,无显隐之分。
4、性别决定的方式
类型
XY型
ZW型
性别
雌
雄
雌
雄
体细胞染色体组成
2A+XX
2A+XY
2A+ZW
2A+ZZ
性细胞染色体组成
A+X
A+X
A+Y
A+Z
A+W
A+Z
生物类型
人、哺乳类、果蝇及雌雄异株植物
鸟类、蛾蝶类
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。
①实验过程
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。
①实验过程
结论:DNA是遗传物质
1、实验过程
①标记噬菌体
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。
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。与这种稳定性有关的因素主要有以下几点:
①DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成精细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。
②DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替排列的顺序稳定不变。
③DNA分子双螺旋结构中间为碱基对、碱基之间形成氢键,从而维持双螺旋结构的稳定。
④DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。
⑤每个特定的DNA分子中,碱基对的数量和排列顺序稳定不变。
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。
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。
:
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。
(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半保留复制的实验证据
1、方法:同位素标记及密度梯度离心法。
2、实验过程:以含15NH4Cl的培养液来培养大肠杆菌,让大肠杆菌繁殖几代,再将大肠杆菌转移到14N的普通培养液中。然后,在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA,进行密度梯度离心,记录不同质量的DNA在离心管中的位置及比例。
大肠杆菌
在离心管中的位置比例
DNA分子
亲代
下层
15N15N
第1代
中层
15N14N
第2代
1中层:1上层
中层15N14N上层14N14N
第3代
1中层:3上层
中层15N14N上层14N14N
第4代
1中层:7上层
中层15N14N上层14N14N
3、结论:DNA分子复制为半保留复制。
二、、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
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
2、RNA的类型
⑴信使RNA(mRNA)
⑵转运RNA(tRNA)
⑶核糖体RNA(rRNA)
3、转录
(1)概念:在细胞核中,以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成RNA的过程。(注:叶绿体、线粒体也有转录)
(2)过程:①解旋;②配对;③连接;④释放(书)
(3)条件:模板:DNA的一条链(模板链)
原料:4种核糖核苷酸
能量:ATP
酶:解旋酶、RNA聚合酶等
(4)原则:碱基互补配对原则(A—U、T—A、G—C、C—G)
(5)产物:信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)
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)
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