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第五章基因突变及其他变异
一、生物变异的类型
1、不可遗传的变异(仅由环境变化引起)
2、可遗传的变异(由遗传物质的变化引起)
基因突变
基因重组
染色体变异
二、可遗传的变异
基因突变:DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,而引起的基因结构改变。
基因突变若发生在配子中,将遵循遗传规律传递给后代;若发生在体细胞中则不能遗传。
(1)诱发因素可分为:
物理因素(紫外线、X射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA);
化学因素(亚***、碱基类似物等能改变核酸的碱基);
生物因素(某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA)。
没有以上因素的影响,细胞也会发生基因突变,只是发生频率比较低,这些因素只是提高了突变频率而已。
(2)基因突变的特点:
a、普遍性b、随机性(基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期;基因突变可以发生在细胞内的不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上);c、低频性d、多数有害性e、不定向性
(3)意义:它是新基因产生的途径;是生物变异的根本来源;是生物进化的原始材料。
2、基因重组:是指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合。
1、类型:a、非同源染色体上的非等位基因自由组合
b、四分体时期非姐妹染色单体的交叉互换
3、染色体变异:染色体结构的变异
染色体数目的变异
(1)染色体结构变异类型:缺失、重复、倒位、易位
(2)染色体数目的变异
类型
个别染色体增加或减少:
以染色体组的形式成倍增加或减少:
(3)染色体组:二倍体生物配子中所具有的全部染色体组成一个染色体组。
特点:
①一个染色体组中无同源染色体,形态和功能各不相同;
②一个染色体组携带着控制生物生长的全部遗传信息。
染色体组数的判断:
①染色体组数=细胞中形态相同的染色体有几条,则含几个染色体组
②染色体组数=基因型中控制同一性状的基因个数
(4)单倍体、二倍体和多倍体
由配子发育成的个体叫单倍体。
有受精卵发育成的个体,体细胞中含几个染色体组就叫几倍体,如含两个染色体组就叫二倍体,含三个染色体组就叫三倍体,以此类推。体细胞中含三个或三个以上染色体组的个体叫多倍体。
三、染色体变异在育种上的应用
1、多倍体育种:
方法:用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
(原理:能够抑制纺锤体的形成,导致染色体不分离,从而引起细胞内染色体数目加倍)
原理:染色体变异
实例:三倍体无子西瓜的培育;
优缺点:培育出的植物器官大,产量高,营养丰富,但结实率低,成熟迟。
2、单倍体育种:
方法:花粉(药)离体培养
原理:染色体变异
实例:矮杆抗病水稻的培育
优缺点:后代都是纯合子,明显缩短育种年限,但技术较复杂。
育种方法小结
诱变育种
杂交育种
多倍体育种
单倍体育种
方法
用射线、激光、化学药品等处理生物
杂交
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
花药(粉)离体培养
原理
基因突变
基因重组
染色体变异
染色体变异
优缺点
加速育种进程,大幅度地改良某些性状,但有利变异个体少。
方法简便,但要较长年限选择才可获得纯合子。
器官较大,营养物质含量高,但结实率低,成熟迟。
后代都是纯合子,明显缩短育种年限,但技术较复杂。
四、人类遗传病
1、人类遗传病与先天性疾病区别:
遗传病:由遗传物质改变引起的疾病。(可以生来就有,也可以后天发生)
先天性疾病:生来就有的疾病。(不一定是遗传病)
2、人类遗传病产生的原因:人类遗传病是由于遗传物质的改变而引起的人类疾病
3、人类遗传病类型
(1)单基因遗传病
概念:由一对等位基因控制的遗传病。
原因:人类遗传病是由于遗传物质的改变而引起的人类疾病
特点:呈家族遗传、发病率高(我国约有20%--25%)
类型:
显性遗传病伴X显:抗维生素D佝偻病
常显:多指、并指、软骨发育不全
隐性遗传病伴X隐:色盲、血友病
常隐:先天性聋哑、白化病、镰刀型细胞贫血症、黑尿症、苯***尿症
(2)多基因遗传病
概念:由多对等位基因控制的人类遗传病。
常见类型:腭裂、无脑儿、原发性高血压、青少年型糖尿病等。
(3)染色体异常遗传病(简称染色体病)
概念:染色体异常引起的遗传病。(包括数目异常和结构异常)
类型:
常染色体遗传病结构异常:猫叫综合征
数目异常:21三体综合征(先天智力障碍)
性染色体遗传病:性腺发育不全综合征(XO型,患者缺少一条X染色体)
五、遗传病的监测和预防
1、产前诊断:胎儿出生前,医生用专门的检测手段确定胎儿是否患某种遗传病或先天性疾病,
产前诊断可以大大降低病儿的出生率
2、遗传咨询:在一定的程度上能够有效的预防遗传病的产生和发展
六、实验:调查人群中的遗传病
注意事项:
调查遗传方式——在家系中进行
调查遗传病发病率——在广大人群随机抽样
注:调查群体越大,数据越准确
七、人类基因组计划:是测定人类基因组的全部DNA序列,解读其中包含的遗传信息。
需要测定22+XY共24条染色体
从杂交育种到基因工程
一、各种育种方法的比较:
杂交育种
诱变育种
多倍体育种
单倍体育种
处理
杂交→自交→选优→自交
用射线、激光、
化学药物处理
用秋水仙素处理
萌发后的种子或幼苗
花药离体培养
原理
基因重组,
组合优良性状
人工诱发基因
突变
破坏纺锤体的形成,
使染色体数目加倍
诱导花粉直接发育,
再用秋水仙素
优
缺
点
方法简单,
可预见强,
但周期长
加速育种,改良性状,但有利个体不多,需大量处理
器官大,营养物质
含量高,但发育延迟,结实率低
缩短育种年限,
但方法复杂,
成活率较低
例子
水稻的育种
高产量青霉素菌株
无子西瓜
抗病植株的育成
二、基因工程
概念:基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗的说,就是按照人们意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向地改造生物的遗传性状。
原理:基因重组
3、结果:定向地改造生物的遗传性状,获得人类所需要的品种。
三、基因工程的工具
1、基因的“剪刀”—限制性核酸内切酶(简称限制酶)
(1)特点:具有专一性和特异性,即识别特定核苷酸序列,切割特定切点。
(2)作用部位:磷酸二酯键
(4)例子:EcoRI限制酶能专一识别GAATTC序列,并在G和A之间将这段序列切开。
(黏性末端)(黏性末端)
(5)切割结果:产生2个带有黏性末端的DN***断。
(6)作用:基因工程中重要的切割工具,能将外来的DNA切断,对自己的DNA无损害。
注:黏性末端即指被限制酶切割后露出的碱基能互补配对。
基因的“针线”——DNA连接酶
作用:将互补配对的两个黏性末端连接起来,使之成为一个完整的DNA分子。
连接部位:磷酸二酯键
基因的运载体
(1)定义:能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。
(2)种类:质粒、噬菌体和动植物病毒。
四、基因工程的操作步骤
1、提取目的基因
2、目的基因与运载体结合
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的检测和鉴定
五、基因工程的应用
1、基因工程与作物育种:转基因抗虫棉、耐贮存番茄、耐盐碱棉花、抗除草作物、转基因奶牛、超级绵羊等等
2、基因工程与药物研制:干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、疫苗
3、基因工程与环境保护:超级细菌
六、转基因生物和转基因食品的安全性
两种观点是:1、转基因生物和转基因食品不安全,要严格控制
2、转基因生物和转基因食品是安全的,应该大范围推广。
第七章生物的进化
一、拉马克的进化学说
1、理论要点:用进废退;获得性遗传
2、进步性:认为生物是进化的。
二、达尔文的自然选择学说
1、理论要点:自然选择(过度繁殖→生存斗争→遗传和变异→适者生存)
2、进步性:能够科学地解释生物进化的原因以及生物的多样性和适应性。
3、局限性:
①不能科学地解释遗传和变异的本质;
②自然选择对可遗传的变异如何起作用不能作出科学的解释。
(对生物进化的解释仅局限于个体水平)
三、现代达尔文主义
(一)种群是生物进化的基本单位(生物进化的实质:种群基因频率的改变)
1、种群:
概念:在一定时间内占据一定空间的同种生物的所有个体称为种群。
特点:不仅是生物繁殖的基本单位;而且是生物进化的基本单位。
2、种群基因库:一个种群的全部个体所含有的全部基因构成了该种群的基因库
3、基因(型)频率的计算:
①按定义计算:
例1:从某个群体中随机抽取100个个体,测知基因型为AA、Aa、aa的个体分别是30、60和10个,则:
基因型AA的频率为30%;基因型Aa的频率为60%;基因型aa的频率为10%。
基因A的频率为60%;基因a的频率为40%。
②某个等位基因的频率=它的纯合子的频率+½杂合子频率
例:某个群体中,基因型为AA的个体占30%、基因型为Aa的个体占60%、基因型为aa的个体占10%,则:基因A的频率为60%,基因a的频率为40%。
答案:
(二)突变和基因重组产生生物进化的原材料
(三)自然选择决定进化方向:在自然选择的作用下,种群的基因频率会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化。
(四)突变和基因重组、选择和隔离是物种形成机制
1、物种:指分布在一定的自然地域,具有一定的形态结构和生理功能特征,而且自然状态下能相互交配并能生殖出可育后代的一群生物个体。
2、隔离:
地理隔离:同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群,使得种群间不能发生基因交流的现象。
生殖隔离:指不同种群的个体不能自由交配或交配后产生不可育的后代。
3、物种的形成:
⑴物种形成的常见方式:地理隔离(长期)→生殖隔离
⑵物种形成的标志:生殖隔离
⑶物种形成的3个环节:
突变和基因重组:为生物进化提供原材料
选择:使种群的基因频率定向改变
隔离:是新物种形成的必要条件
四、生物进化的基本历程
1、地球上的生物是从单细胞到多细胞,从简单到复杂,从水生到陆生,从低级到高级逐渐进化而来的。
2、真核细胞出现后,出现了有丝分裂和减数分裂,从而出现了有性生殖,使由于基因重组产生的变异量大大增加,所以生物进化的速度大大加快。
五、生物进化与生物多样性的形成
1、生物多样性与生物进化的关系是:生物多样性产生的原因是生物不断进化的结果;而生物多样性的产生又加速了生物的进化。
2、生物多样性包括:遗传(基因)多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。