1、专题突破知识纵横一、遗传的物质基础1.DNA是遗传物质的证据(1)格里菲思的肺炎双球菌转化实验(体内转化)实验过程:实验结论:加热杀死的S型死细菌内必然存在某种物质(转化因子),此转化因子促使R型活细菌转变为S型活细菌(但没有证明转化因子就是DNA)。SRS,SRS注射注射注射混合注射型活细菌老鼠患败血症死亡型活细菌老鼠存活型死细菌老鼠存活老鼠患败血症死亡型死细菌型活细菌并分离出 型活细菌(2)艾弗里的肺炎双球菌转化实验(体外转化)设计思路:设法把DNA与蛋白质分离,单独直接地去观察其作用。实验过程:实验结论:DNA是遗传物质,蛋白质、多糖等不是遗传物质。加热杀死S型细菌的过程中,其蛋白质变性
2、失活,但是其内部的DNA具有稳定性,在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复了活性。R型菌转化成S型菌的原因是S型菌DNA与R型菌DNA实现重组,表现出S型菌的性状,此变异属于基因重组。(3)噬菌体侵染细菌的实验 实验结论:在噬菌体中亲子代之间具有连续性的物质是DNA,DNA是遗传物质。培养病毒只能利用活的细胞或活的胚胎等活体组织,因为病毒是专营寄生生活的。例1(2011广东理综)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验,结果如下表。从表可知()实验组号接种菌型加入S型菌物质培养皿长菌情况R蛋白质R型R荚膜多糖R型RDNAR型、S型RDNA(经DNA酶处理)R型 A.不能证明S型菌的蛋白质不是转化
3、因子B.说明S型菌的荚膜多糖有酶活性C.和说明S型菌的DNA是转化因子D.说明DNA是主要的遗传物质【解析】、组:R+S型菌的蛋白质/荚膜多糖,只长出R型菌,说明蛋白质/荚膜多糖不是转化因子。A、B错误;组:R+S型菌的DNA,结果既有R型菌又有S型菌,说明DNA可以使R型菌转化为S型菌;组:用DNA酶将DNA水解,结果只长出R型菌,说明DNA的水解产物不能使R型菌转化为S型菌,从反面说明了只有DNA才能使R型菌发生转化。故C正确。只能说明DNA是遗传物质。【答案】C复制转录翻译主要场所细胞核细胞核细胞质(核糖体)模板DNA两条链DNA一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸氨基酸配对原
4、则AT;GC;TA;CGAU;GC;TA;CGAU;GC;UA;CG产物两个DNA分子RNA蛋白质(多肽)信息传递DNADNADNARNARNA蛋白质(多肽)2.DNA复制、转录和翻译的比较意义传递遗传信息传递遗传信息表达遗传信息 例2(2011安徽理综)甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程,下列叙述正确的是()A.甲、乙所示过程通过半保留方式进行,合成的产物是双链核酸分子B.甲所示过程在细胞核内进行,乙在细胞质基质中进行C.DNA分子解旋时,甲所示过程不需要解旋酶,乙需要解旋酶D.一个细胞周期中,甲所示过程在每个起点只起始一次,乙可起始多次【解析】考查真核生物的DNA复制和转录。甲图DNA
5、两条单链均为模板,而乙以一条链为模板,且产物是一条链,确定甲图表示DNA复制,乙图表示转录。转录不是半保留方式,产物是单链RNA;真核细胞的DNA复制和转录可以发生在细胞核、线粒体及叶绿体中;DNA复制过程解旋需要解旋酶,转录时需要的RNA聚合酶(全酶)具有解旋的功能;一个细胞周期DNA只复制一次,但要进行大量的蛋白质合成,所以转录多次发生。【答案】D例3右图表示细胞中某生理过程,下列相关说法最准确的是()A.图中共有8种核苷酸,会在转录过程中出现B.图中共有5种核苷酸,会在翻译过程中出现C.图中共有6种核苷酸,会在逆转录过程中出现D.图中共有4种核苷酸,会在DNA复制过程中出现【解析】图中同
6、时含有碱基A和U,两条链分别表示DNA单链和RNA,可能是转录或逆转录过程,共有6种核苷酸(3种脱氧核苷酸和3种核糖核苷酸)【答案】C二、基因1.基因的本质、基因与DNA及染色体的关系(1)基因是有遗传效应的DNA片段。一个DNA分子中有很多个碱基对,由多个碱基对组成一个基因。但DNA分子上的碱基对并非都参与基因的组成,如人类的单倍体基因组中的24个DNA分子中大约有31.6亿个碱基对,其中构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。(2)核基因在染色体上呈线性排列,与染色体存在着明显的平行关系。2.基因的功能贮存遗传信息:基因的脱氧核苷酸的排列顺序即为遗传信息。传递遗传信息:(如在生殖过程中
7、)通过复制实现遗传信息(由亲代到子代)的传递。表达遗传信息:(发生在整个生物个体发育过程中)是通过转录和翻译控制蛋白质合成过程实现的。例4下图表示了真核细胞中遗传信息的传递方向,有关说法错误的是()A.真核细胞的核仁与rRNA的合成以及核糖体的形成有关B.遗传信息传递规律中心法则,是美国生物学家沃森1957年首先提出的C.过程需要DNA链作模板、四种核糖核苷酸为原料D.一条mRNA可相继与多个核糖体结合,提高了翻译的效率【解析】中心法则是英国生物学家克里克1957年首先提出的遗传信息在细胞内生物大分子间转移的基本法则。【答案】B三、核遗传与减数分裂1.遗传定律与减数分裂之间的关系从细胞水平看,
8、基因的分离定律和自由组合定律都与减数分裂有联系,它们之间的关系如下表所示:比较项目遗传规律 发生时期染色体与基因行为配子(2N生物)基因的分离定律减后期同源染色体分开 等位基因分离配子中含等位基因中的一个基因的自由组合定律减后期非同源染色体自由组合 非同源染色体上的非等位基因自由组合配子中含不同的基因组合 例5将基因型为AA和aa的两植株杂交,得到F1,将F1植株再进一步做如下图所示的处理,请分析回答:(1)乙植株的基因型是 ,属于 倍体。(2)丙植株的体细胞中有 个染色体组,基因型及比例是 。【解析】(1)不难得出F1植株的基因型为Aa,甲植株基因型为Aa,为二倍体,乙植株的基因型为AAaa
9、,为四倍体。(2)丙植株是甲、乙杂交的产物,是由受精卵发育而来的,应是三倍体,含3个染色体组,其基因型及比例由甲植株(Aa)和乙植株(AAaa)产生的配子决定。AAAAAaAaaaaa=(1/12)(5/12)(5/12)(1/12)=1551【答案】(1)AAaa 四(2)3 AAAAAaAaaaaa=15512.孟德尔遗传定律的适用条件、限制因素及有关性状分离比(1)适用条件真核生物的性状遗传(原核生物和非细胞结构的生物无染色体,不进行减数分裂)。有性生殖过程中的性状遗传(只有在有性生殖过程中才发生等位基因分离,以及非同源染色体上的非等位基因的自由组合)。细胞核遗传(只有真核生物的细胞核内
10、的基因随染色体的规律性变化而呈现规律性传递)。基因的分离定律适用于一对相对性状的遗传,只涉及一对等位基因。基因的自由组合定律适用于两对或两对以上相对性状的遗传,且等位基因分别位于两对或两对以上的同源染色体上。(2)限制因素孟德尔定律中F2表现为31与9331应具备以下条件:所研究的每一对相对性状只受一对等位基因控制,而且等位基因要完全显性。不同类型的雌、雄配子都能发育良好,且受精的机会均等。所有后代都应处于比较一致的环境中,而且存活率相同。供试验的群体要大,个体数量要足够多。(3)其他性状分离比(相关基因分别用A、a,B、b表示):具有两对等位基因的完全杂合子“自交”(遵循自由组合定律),其子
11、代的性状分离比有可能出现97;106;14641等情况,其原因分别是双显基因同时出现时为一种表现型,而其余基因型为另一种表现型,如9(AB)(3Abb+3aaB+1aabb);具有单显基因时为一种表现型,其余基因型为一种表现型,如(9AB+1aabb)(3Abb+3aaB);显性基因具有相同的效应,显性基因越多,其效果越强,如1AABB4(AaBB+AABb)6(AaBb+AAbb+aaBB)4(Aabb+aaBb)1aabb。位于同一对同源染色体上的非等位基因的传递不遵循基因自由组合定律。性染色体上的基因控制的性状遗传,若只研究一对相对性状则遵循基因的分离定律,由于性染色体的特殊性,描述子代
12、性状表现时要连同性别一起描述。例6已知H抗原是A、B、O血型的基本分子,等位基因H、h及IA、IB、i三个等位基因控制A、B、O血型(A型:IAIA或IAi,B型:IBIB或IBi,AB型:IAIB,O型:ii)形成过程如下图:(1)H基因通过控制催化前体物质合成H抗原的 ,从而控制A、B、O血型。(2)右图是一个孟买型个体的家族系谱及相关血型,其中1号个体不含h基因,4号个体为孟买型。孟买型是罕见血型,原因是基因h在基因库中 ;而个体4为孟买型,推测其孟买型产生原因是 。若3号个体父母不含h基因,则3号个体基因型为 (用基因H、h及IA、IB、i,如HhIAIB。下同);4号个体的基因型为h
13、hIBi的概率为 。若孟买型在该地区出现的概率为1/1000000,则6号个体与一位非孟买型、表现型为AB血型的男性结婚生育,预期生出一个孟买型女孩的准确概率为 。【解析】本题以血型遗传为材料命题,考查自由组合定律、基因频率、基因对性状的控制等知识,及分析综合能力、获取信息能力。基因通过控制酶的合成从而控制生物性状;性状罕见说明控制其表达的基因频率低;4号为hh,5号为Hhii,6号为HhIAIB,2号为HhIAIB,3号个体父母不含h基因,故3号为HHIAi;其中4号个体本应该是HhIBi,由于H突变为h,所以成了孟买型hh(实际上为hhIBi),原有的IBi基因仍然存在,只是没有H抗原,不
14、表现出B型;非孟买型男性杂合子Hh的概率约为2(1/1000)(999/1000)/2(1/1000)(999/1000)+9992/10002=2/1001,而HhIAIBHhIAIB1/4hh,故预期生出一个孟买型女孩的概率为(2/1001)(1/4)(1/2)=1/4004。【答案】(1)酶(2)基因频率低 基因突变 HHIAi 1 1/40043.与遗传基本规律有关的计算题(1)计算公式分离定律自由组合定律等位基因对数一对两对或两对以上F1配子类型数及比例2种1122或2n种数量相等配子组合数4种42或4n种分离定律自由组合定律等位基因对数一对两对或两对以上F2基因型种类3种32或3n
15、种表现型种类2种22或2n种表现型比例319331或(31)n(续表)F1测交子代基因型种类2种22或2n种表现型种类2种22或2n种表现型比例111111或(11)n(2)方法与技巧对于求后代的基因型或表现型比例的题,可用两种方法(这里只介绍涉及多对性状的题解法):配子比例相乘法:将后代基因型求出后,推测出形成该后代的双亲的配子的基因型,将雌雄两种配子的比例相乘就是后代基因型比例。分支法:分别求出子代中每对性状的基因型或表现型比例,再将不同对性状的基因型或表现型比例相乘。例7某农业研究所将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因(Bt基因)导入棉花,筛选出Bt基因成功整合到染色体上的抗虫植株(假定Bt基因都
16、能表达)。某些抗虫植株的体细胞含两个Bt基因,假设这两个基因在染色体上随机整合,让该抗虫植株自交,后代中抗虫植株和非抗虫植株之间的比例最不可能的是()A.10 B.31 C.91 D.151【解析】本题以基因在染色体上的不同分布情况为载体,考查遗传规律,属于对理解、应用层次的考查。这两个基因在染色体上的整合情况有下图所示的三种类型(黑点表示Bt基因的整合位点)。图甲个体减数分裂产生的配子全含Bt基因,该个体自交,后代中全部含抗虫基因;图乙个体减数分裂产生的配子有一半含Bt基因,该个体自交,后代中不含抗虫基因的个体占的比例为(1/2)(1/2)=1/4,抗虫个体占的比例为1-1/4=3/4;图丙
17、个体减数分裂产生的配子有3/4含Bt基因,该个体自交,后代中不含抗虫基因的个体占的比例为(1/4)(1/4)=1/16,抗虫个体占的比例为1-1/16=15/16。【答案】C例8市场上有一种宠物猪(二倍体),其背部皮毛颜色由一组复等位基因A1、A2和A3控制,且A1、A2和A3之间共显性(即A1、A2和A3任何两个组合在一起,基因均可表达),下图表示各基因与控制酶之间的关系。据此回答以下问题:(1)该宠物猪种群中关于体色共有 种基因型、纯合子有 种。(2)分析图可知,该宠物猪种群中体色为 的个体一定为纯合子。(3)现有一头白色公猪,如要确定其基因型可选择多头 色异性个体与之交配(假设后代数量符
18、合统计要求)。预测结果及相应结论:;。【解析】(1)根据题干信息可知,三个复等位基因两两组合能得到6种基因型,其中纯合子有A1A1、A2A2、A3A33种。(2)根据图可知,基因型为A1A1的个体前体物质会转化成褐色物质,故表现型为褐色;基因型为A1A2的个体前体物质在酶1和酶2的作用下转化成棕色物质,故表现型为棕色;基因型为A1A3的个体前体物质在酶1和酶3的作用下转化成黑色物质,故表现型为黑色;基因型为A2A2、A3A3和A2A3的个体,体内由于缺少酶1,酶2和酶3没有催化底物,故表现型为白色。所以表现型为棕色和黑色的个体均为杂合子,表现型为褐色的个体均为纯合子,而表现型为白色的个体可能是
19、杂合子也可能是纯合子。(3)白色个体基因型不确定,与褐色个体(A1A1)杂交,后代有三种可能性,即只有棕色个体(A1A2)出现,表明白色个体只能产生A2配子,则基因型为A2A2;只有黑色个体(A1A3)出现,表明白色个体只能产生A3配子,则基因型为A3A3;棕色个体(A1A2)和黑色个体(A1A3)都有,说明白色个体能产生A2和A3配子,则其基因型为A2A3。与黑色和棕色个体杂交同理。【答案】(1)6 3(2)褐色(3)第一种可能:褐色 如果后代只有棕色个体,则这头白色公猪的基因型为A2A2 如果后代只有黑色个体,则这头白色公猪的基因型为A3A3 如果后代有棕色和黑色个体,则这头白色公猪的基因
20、型为A2A3第二种可能:棕色 如果后代有白色和棕色个体,则这头白色公猪的基因型为A2A2 如果后代有白色和黑色个体,则这头白色公猪的基因型为A3A3 如果后代有白色、棕色和黑色个体,则这头白色公猪的基因型为A2A3第三种可能:黑色 如果后代有白色和棕色个体,则这头白色公猪的基因型为A2A2 如果后代有白色和黑色个体,则这头白色公猪的基因型为A3A3 如果后代有白色、棕色和黑色个体,则这头白色公猪的基因型为A2A34.伴性遗传及遗传病系谱分析(1)伴性遗传方式及比较遗传方式遗传特点伴Y遗传父病子病女不病伴X显性遗传交叉遗传(父病女必病,子病母必病,母正常子必正常)连续遗传 男病率女病率(2)口诀
21、:无中生有为隐性,隐性患病找女病,(所有)父子皆病为伴性;有中生无为显性,显性遗传找男病,(所有)母女皆病为伴性。(3)遗传病系谱分析确定致病基因的显隐性方法:“无”中生“有”为隐性(如图A中的致病基因为隐性),“有”中生“无”为显性(如图B中的致病基因为显性)。确定在常染色体还是在X染色体上如出现图C情况时,可认为致病基因不在X染色体上;如出现图D情况时,则可认为致病基因在X染色体。如果某题中同时出现几种遗传病,且已知其中一种为伴性遗传,有时可采用假设法来判断:先假设某病为伴性遗传,再与遗传系谱图中的事实相比较,再确定假设是否成立,以判断致病基因的位置。其他情况要根据题干中的相关信息,做出正
22、确判断,再运用遗传规律,对照遗传事实正确解答。例9.下图是两种遗传病的系谱图,其中甲病为地中海贫血症(一种常染色体隐性遗传病,显性基因用A表示,隐性基因用a表示),若该岛中每144人中有一人患有地中海贫血症,则该岛人群中基因A的频率为 。乙病属于 遗传病。若图中2与3结婚生了一个男孩,则该男孩患乙病的概率为 。.鸽子从出生到成年,雌雄个体在外观上几乎完全一样,仅凭肉眼难以区别性别。已知雌性鸽子的性染色体组成为ZW,雄性鸽子的性染色体组成为ZZ。在鸽子中有一伴Z染色体的复等位基因系列,B1(灰红色)对B(蓝色)显性,B对b(巧克力色)显性。现有一只灰红色鸽子和一只蓝色鸽子,它们的后代中,出现了一
23、只巧克力色的个体,据此:(1)亲本的杂交组合有哪两种?(写出其表现型及对应的基因型)杂交组合一:。杂交组合二:。(2)能否判断出这3只鸽子的性别?。【答案】.11/12 常染色体显性 1/2.(1)ZB1Zb(灰红色)ZBW(蓝色)ZBZb(蓝色)ZB1W(灰红色)(顺序可换)(2)子代巧克力色鸽子的基因型均为ZbW,所以其性别可以确定为雌性;但两种杂交组合都成立,故亲本的性别无法确定四、变异、进化、育种与基因工程1.基因突变、基因重组、染色体变异(1)基因突变基因突变是指基因片段上碱基对发生增添、缺失或替换而引起基因结构的改变,基因突变往往会导致生物性状发生改变。它是遗传物质在分子水平方面的
24、改变。碱基对数目、种类改变非常小,若数目改变幅度较大则会转变为染色体变异。基因片段上碱基对的种类发生改变不一定会导致生物性状的改变,原因有:a.突变部位可能在非编码区;b.即使突变部位在编码区上,也会因一种氨基酸有多个密码子而使突变后的基因控制合成的蛋白质与突变前相同;c.突变发生在内含子中。基因片段上碱基数单个的添、减往往会导致生物性状的改变。若碱基对是以3的倍数(并连在一起)添、减,则合成的蛋白质上氨基酸的种类、排列顺序一般变化较小。DNA复制过程中,碱基互补配对发生偏差、小幅度跳跃或重复复制都会导致基因突变,故基因突变多发生在细胞分裂间期。基因突变会产生新的基因和基因型,基因重组只能产生
25、新的基因型而不能产生新的基因。要增加可用于基因重组的基因种类只有通过基因突变,所以基因突变是生物变异的根本来源。基因突变过程中,碱基对数目、种类的改变不是人类能控制的,所以利用人工诱变育种有很大的盲目性。(2)基因重组能发生重组的基因是什么基因?分布情况如何?分析如右图所示:图甲中A与b,a与B为同源染色体上的非等位基因,不遵循自由组合定律;而图乙中的C与D、d,c与D、d为非同源染色体上的非等位基因,遵循自由组合定律。传统意义上的基因重组a.只能发生在进行有性生殖的同种生物之间。b.减数分裂过程中实现的基因重组要在后代性状中体现出来一般要通过精子与卵细胞结合产生新个体来实现,因此对基因重组使
26、生物体性状发生变异这一现象来说,减数分裂形成不同类型配子是因,而受精作用产生不同性状的个体则是果。基因重组分类a.分子水平的基因重组(如通过对DNA的剪切、拼接而实施的基因工程)。特点:可突破远源杂交不亲和的障碍。b.染色体水平的基因重组(减数分裂过程中同源染色体上非姐妹染色单体交叉互换,以及非同源染色体自由组合下的基因重组)。特点:难以突破远源杂交不亲和的障碍。(3)染色体变异染色体结构变异和染色体数目变异比较项目染色体结构变异染色体数目变异变异范围染色体水平上的变异,涉及染色体某一片段的改变染色体水平上的变异,涉及染色体数目改变变异方式染色体片段的缺失、重复、倒位、易位个别染色体数目增减、
27、染色体组倍性增减变异结果染色体上的基因的数目、排列顺序发生改变基因数目增减、产生多倍体、单倍体等性状表现生物性状发生较大改变 生物性状发生较大改变变异的检测光学显微镜下可观察比较染色体形态光学显微镜下可观察染色体数目 真核生物的有丝分裂和减数分裂,有性生殖和无性生殖中都可发生染色体变异。例10某科研小组对野生纯合小鼠进行X射线处理,得到一只雄性突变型小鼠。对该鼠研究发现,突变性状是由位于一条染色体上的某基因突变产生的。该小组想知道突变基因的显隐性和在染色体中的位置,设计了如下杂交实验方案,如果你是其中的一员,将下列方案补充完整。(注:除要求外,不考虑性染色体的同源区段。相应基因用D、d表示。)
28、(1)杂交方法:。(2)观察统计:观察并将子代雌雄小鼠中野生型和突变型的数量填入下表。野生型突变型突变型/(野生型+突变型)雄性小鼠A雌性小鼠B(3)结果分析与结论:如果A=1,B=0,说明突变基因位于;如果A=0,B=1,说明突变基因为 ,且位于 ;如果A=0,B=,说明突变基因为隐性,且位于X染色体上;如果A=B=1/2,说明突变基因为 ,且位于 ;(4)拓展分析:如果基因位于X、Y的同源区段,突变性状为 ;该个体的基因型为 。【解析】根据子代的表现型来推测突变基因的显隐性及位置。让该突变型雄鼠与多只野生型雌鼠交配,如果突变基因位于Y染色体上,子代中雄性全为突变型小鼠,雌性全为野生型小鼠;
29、如果突变基因位于X染色体上,且为显性,子代中雄性全为野生型小鼠,雌性全为突变型小鼠;如果突变基因位于X染色体上,且为隐性,子代中雄性全为野生型小鼠,雌性也全为野生型小鼠;如果突变基因位于常染色体上,且为显性,子代中雌雄性都有突变型小鼠和野生型小鼠。如果突变基因位于X、Y染色体的同源区段,突变后性状发生改变,说明突变性状为显性性状,该个体的基因型为XDYd或XdYD。【答案】(1)让突变型雄鼠与多只野生型雌鼠交配(3)Y染色体上 显性 X染色体上 0 显性 常染色体上(4)显性性状 XDYd或XdYD2.基因工程知识小结(1)基因工程的内容包括:a.基因操作的工具:限制性核酸内切酶(简称限制酶)
30、、DNA连接酶、运载体;b.基因操作的基本步骤:提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达。限制性核酸内切酶 生物体内有一类酶,它们能将外源DNA切断,即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力,但对自己的DNA却无损害作用,这样可以保护细胞原有的遗传信息的稳定性。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的,故名限制性核酸内切酶(简称限制酶)。限制酶是基因工程中最常用的切割工具。科学家已从原核生物中分离出了多种限制酶,其中一类可以识别特定的核苷酸序列,只在DNA的特定序列上进行切割,而且在切割部位,一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致,它们之间
31、正好能互补配对,这样的切口叫做黏性末端,这类限制酶最常被使用。运载体 在基因工程操作中使用运载体的目的有两个:一是用它作为运载工具,将目的基因转移到宿主细胞中去;二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制(称为克隆)。现在所用的运载体主要有两类:一类是细菌的质粒,它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区之外的环状DNA,有的细菌中有一个,有的细菌中有多个,质粒能通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移,可以独立复制,也可以整合到细菌DNA中,随细菌DNA的复制而复制;另一类是噬菌体或某些动植物病毒等。现在人们还在不断地寻找新的运载体,如叶绿体或线粒体DNA等,也有可能成为运载体。作为运载
32、体必须具备三个条件:在宿主细胞中能保存下来并能大量复制;有多个限制酶切点,而且每种酶的切点最好只有一个;有一定的标记基因,便于筛选(如大肠杆菌的pBR322质粒携带四环素抗性基因,可以作为筛选的标记基因)。基因工程操作的基本步骤a.提取目的基因b.基因表达载体的构建体外重组DNA外源DNA很难直接进入受体细胞,即使进入也会受到细胞内限制酶的作用而分解。因而需要选择目的基因的载体(一般用细菌质粒或温和噬菌体),使目的基因与运载体结合起来形成重组DNA。c.将目的基因导入受体细胞进行基因转移 将重组DNA向选定的生物受体细胞中转移,让重组DNA在受体细胞中自主复制并得以表达。d.目的基因的检测与鉴
33、定 把转化的和没有转化的受体细胞区分开。在转化的受体细胞中,外源DNA所携带的遗传信息得到了表达,受体细胞就有了新的性状,达到了基因工程的预期目的。(2)基因工程技术的应用转基因生物 通过转基因技术把某种生物的基因或人工合成的基因转移到另一生物体内,从而培育出对人类有利的生物新品种。如转基因鲤鱼、抗虫棉、转基因牛等。转基因药物 自从美国1977年第一次用改造的大肠杆菌生产出有活性的人的生长激素释放抑制素以来,现已研制成功的基因工程药物有几十种,如已上市的人的生长激素、胰岛素、干扰素等。基因治疗 通过基因转移技术将外源基因插入到病人适当的受体细胞中,使外源基因控制合成的产物能治疗某种疾病。199
34、0年美国国立卫生研究院的一个研究小组对一个四岁的患腺苷脱氨酶(ADA)缺乏症的女孩进行基因治疗。他们将正常ADA基因利用反转录病毒载体导入女孩淋巴细胞内,体外培养后回输入她体内,实验获得圆满成功。这是人类历史上第一个成功的基因治疗临床实验。人类基因组计划 人类基因组计划是通过国际科学家联合探测人类基因组所含DNA分子中携带的全部遗传信息,即基因中碱基对序列,搞清它们在染色体上的位置,破译人类全部遗传密码,这为研究人类进化、种族血缘、寿命、衰老、疾病诊断和治疗等开拓了一个广阔的前景。基因芯片 又叫生物芯片、DNA芯片,是将生物活性物质如DNA、蛋白质等以微阵列的方式有序地排布在固相载体上,在人工
35、限定的条件下进行生化反应,用仪器读取生物信息的器件。生物芯片作为一种准确、快捷的生物检测手段,在生产和生活中有着广泛的应用,它像计算机芯片一样,将成为21世纪新技术革命的催化剂。它的应用可以体现在生物样品的制备、基因扩增、基因表达分析、药物筛选、环保科学等方面。在生物分类、作物品系鉴定、品种培育、考古等方面,生物芯片也同样大有用处。(3)基因工程是把“双刃剑”基因工程技术的应用在给人们带来福音的同时,也暗藏着对人类生存的巨大威胁。如利用基因工程可以制造超级细菌、超级杂草等;战争狂人、恐怖主义者可制造出难以制服的病原体、生物毒剂即生物武器,用以进行讹诈和大规模毁灭人类的生物战争;转基因动植物的出
36、现引发物种入侵,有可能破坏原有的生态平衡,对原有物种造成威胁;还有转基因食品安全问题;人类基因组计划的研究还引发新的伦理、社会、哲学方面的思考等。例11多聚半乳糖醛酸酶(PG)能降解果胶使细胞壁破损。番茄果实成熟过程中,PG合成显著增加,能使果实变红变软,但不利于保鲜。利用基因工程的方法减少PG基因的表达,可延长果实保质期。科学家将PG基因反向接到Ti质粒上,导入到番茄细胞中,得到转(1)在该基因上游加结构A可确保基因的反向转录,结构A上应具有 结合位点。基因番茄。请据图回答:得到的目的基因两侧需人工合成如BamHI产生的黏性末端。已知BamHI的识别序列如图甲所示,请在图乙相应位置上,画出目
37、的基因两侧的黏性末端。将重组质粒导入大肠杆菌中的目的是 。(2)用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后,可用含有 的培养基进行筛选。培养2448 h后取样,在0.3 gmL-1的蔗糖溶液中,通过观察细胞 现象来鉴别细胞壁是否再生。(3)由于导入的目的基因能转录反义RNA,且能与 互补结合,抑制PG基因的正常表达。若转基因番茄的保质期比非转基因番茄 ,则可确定转基因番茄成功。【答案】(1)RNA聚合酶 黏性末端如右图 大量复制目的基因(克隆目的基因)(2)卡那霉素 是否发生质壁分离(3)天然PG基因转录的mRNA 长例12科研人员从埋藏在西伯利亚冻土的猛犸象中成功地提取了DNA片段,将它注入小鼠
38、的胚胎中,并在这个胚胎形成软骨和其他骨骼的过程中发挥了重要作用。下列对该项技术及应用前景的分析,合理的是()A.要将猛犸象的基因导入到某动物胚胎内,不能用病毒作为载体B.利用绝种动物的体细胞经细胞培养有望获得人们所需的器官C.用上述提取的猛犸象基因替换小鼠细胞内的基因,通过克隆技术可以将已灭绝的猛犸象重新复活D.猛犸象与小鼠共用一套遗传密码,它们合成蛋白质的方式基本相同【解析】动物细胞作受体细胞,可以用病毒作为载体;A错误;动物细胞培养不能获得动物器官,只能使细胞数目增加,B错误;上述提取的猛犸象基因只是一些DNA片段,而且猛犸象与小鼠没有血缘关系,找不到完整的猛犸象细胞核以及与其匹配的卵细胞
39、,就不可能重新复活猛犸象,C错误。【答案】D名称原理方法优点缺点应用杂交育种基因重组杂交自交筛选出符合要求的表现型,通过自交至不发生性状分离为止使分散在同一物种或不同品种中的多个优良性状集中于同一个体上,即“集优”(1)育种时间长(2)局限于同种或亲缘关系较近的个体用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦 3.不同育种方法的归纳与比较诱变育种基因突变(1)物理:紫外线、射线、射线、微重力、激光等处理,再筛选;(2)化学:秋水仙素、硫酸二乙酯处理,诱导基因发生突变提高变异频率,加快育种进程,大幅度改良某些性状有利变异少,工作量大,需要大量的供试材料,具有一定盲目性高产青霉菌、“黑农五号
40、”大豆品种、太空辣椒的培育单倍体育种染色体变异(染色体组数先减半,后加倍)(1)先将花药离体培养,培养出单倍体幼苗;(2)将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子(秋水仙素抑制纺锤体的形成,使细胞中染色体数目加倍)明显缩短育种年限,加速育种进程 技术复杂纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦多倍体育种染色体变异(染色体组数成倍地增加)用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种或幼苗(秋水仙素抑制纺锤体的形成,使细胞中染色体数目加倍)植物茎秆粗壮,叶片、果实、种子都比较大,营养物质含量提高技术复杂,发育延迟,结实率低,一般只适合于植物三倍体无子西瓜、四倍体水稻、八倍体小黑麦名称原理方法
41、优点缺点应用(续表)生物工程育种基因工程育种异源DNA(基因)重组提取目的基因目的基因与运载体结合导入受体细胞目的基因的检测与表达筛选出符合要求的新品种目的性强,育种周期短,克服了远源杂交不亲和的障碍技术复杂,存在安全性问题转基因抗虫棉、转基因“向日葵豆”细胞工程育种植物体细胞杂交育种植物细胞的全能性除去细胞壁诱导融合植物组织培养克服了远源杂交不亲和的障碍,大大扩展了用于杂交的亲本组合的范围技术复杂,存在安全性问题“白菜甘蓝”“烟草海岛烟草”动物体细胞克隆育种动物细胞核的全能性核移植、动物细胞培养和胚胎移植克服了某些动物繁殖率低的问题,可应用于快速繁殖优良动物,抢救濒危动物等 技术要求高克隆羊
42、“多利”动、植物杂交育种的区别如果要育成含有显性基因的纯合子,动植物育种的不同点主要在于含有显性基因的纯合子的筛选和认定上。植物杂交育种过程中出现了所需要的性状后,是将植株上的种子分别收集和种植,逐代自交,淘汰不需要的个体,直到得到不发生性状分离的所需品种为止,在整个生命周期中只开一次花的植物(如一些一年生的或两年生的植物:水稻、小麦等)切不可用测交来检测其基因型,否则前功尽弃。而动物的杂交育种过程中,当所需的显性性状已经出现,但其中纯合子与杂合子混在一起时,可以采用测交法来对纯合子进行确定和筛选。实例:现有基因型为BBEE和bbee的两个植物(非多年生)品系或动物品系,欲培育基因型为BBee
43、的植物或动物品种,育种过程用遗传图 解表示如下:4.植物杂交育种年限分析以培育一对相对性状的显性纯合子为例,在逐代自交过程中将隐性纯合子去掉。性纯合的概率越大。但在生产中一般连续自交6代,从公式中算出自交6代显性纯合子的概率就可达97%以上,这一概率可认为所得新品种几乎都是纯合子。所以,杂交育种的育种年限至少是6年。由此得出自交n代,杂合子的概率为2/(2n+1),显性纯合子为1-2/(2n+1),自交n代后显性性状中的纯合子(AA)所占比例为(2n-1)/(2n+1)。当n+,此数值为1,因此自交代数越多,显趣的现象。他选取豌豆的高茎植株与矮茎植株杂交得到子一代,子一代全为高茎。子一代自交得
44、子二代,子二代出现了性状分离,但分离比并不是预期的31,而是出现了高茎矮茎=351。他对这一现象非常感兴趣,并利用所掌握的遗传学知识对此现象进行分析,还设计了实验加以验证。以下是他所写的简单研究思路,请你将其补充完整。例13王明是一名生物爱好者,一次他在重复孟德尔豌豆杂交实验时,发现了一个非常有(1)分析:这种特殊遗传现象的出现必然有其规律的特殊性。根据遗传学知识推测产生这一现象的原因可能是杂种子一代(Dd)变成了四倍体(DDdd)。四倍体DDdd产生的配子有 种,配子的基因型及比例为 。由于受精时,雌雄配子的结合是 的,子二代出现了5种基因型,2种表现型,表现型的比值为高茎矮茎=351。(2
45、)为证明以上的分析是否正确,需通过测交实验来测定子一代的基因型。应选择待测子一代豌豆和 豌豆进行测交实验。测交实验的结果应该是 。(3)进行测交实验,记录结果,分析比较得出结论。从王明对此实验的研究过程,可看出其使用的科学研究方法为 。【解析】解此题的关键是写出四倍体DDdd所产生的配子的种类及比值。在产生配子时,配子中的基因只有体细胞一半,同时4个等位基因间的分离是随机的,进入同一个配子的是4个等位基因中的任意2个,故产生配子的基因型及比例为DDDddd=141。进行测交实验时,是子一代豌豆(DDdd)和矮茎豌豆(dd)杂交,矮茎豌豆只产生d一种配子,故测交后代均为三倍体,表现型的比值为高茎
46、矮茎=51。【答案】(1)3 DDDddd=141 随机(2)矮茎(隐性亲本)高茎矮茎=51(3)假说演绎法5.细胞分裂、生物变异、生物进化在细胞分裂间期,DNA复制过程中可能会受到内部或外界因素的干扰,导致DNA复制发生差错,发生基因突变而产生新基因,从而大幅度改变生物性状。减数第一次分裂过程中发生基因重组,虽然没有产生新基因,但产生了新的基因型。染色体变异可能会导致基因数目大幅度增减,使生物性状发生较大改变,甚至出现新的物种,所以生物的变异来源与细胞分裂密切相关。生物各种变异的利弊取决于生物生存的环境条件。被环境选择保留的生物变异是有利变异,在生物逐代繁殖过程中得到积累和加强,从而使生物体
47、内控制这一性状的基因得到保留,经过长期的自然选择作用,生物种群基因频率发生定向改变,使生物不断向前进化发展,当种群基因频率改变到突破种的界限而达到生殖隔离时,就进化为一个新的物种。因此生物种内进化是基因频率改变未达到生殖隔离的程度,而新物种形成则是基因频率改变达到了生殖隔离程度。生殖隔离是新物种形成的标志。生物进化的实质是种群基因频率的改变,因此,可认为生物基因频率发生了改变就意味着生物发生了进化,但生物进化不等于新物种形成。物种形成的必要条件是隔离,使基因频率改变发展到不能进行基因交流的程度。基因(型)频率的相关计算(频率用q表示)qA=A的数目/(A+a)的数目 qa=a的数目/(A+a)
48、的数目qAA=AA的数目/(AA+Aa+aa)的个体数qaa=aa的数目/(AA+Aa+aa)的个体数qAa=Aa的数目/(AA+Aa+aa)的个体数例14(2011广东理综)登革热病毒感染蚊子后,可在蚊子唾液腺中大量繁殖。蚊子在叮咬人时将病毒传染给人,可引起病人发热、出血甚至休克。科学家拟用以下方法控制病毒的传播。(1)将S基因转入蚊子体内,使蚊子的唾液腺细胞大量表达S蛋白,该蛋白可以抑制登革热病毒的复制。为了获得转基因蚊子,需要将携带S基因的载体导入蚊子的 细胞。如果转基因成功,在转基因蚊子体内可检测出 、和 。(2)科学家获得一种显性突变蚊子(AABB)。A、B基因位于非同源染色体上,只有A基因或B基因的胚胎致死。若纯合的雄蚊(AABB)与野生型雌蚊(aabb)交配,F1群体中A基因频率是 ,F2群体中A基因频率是 。(3)将S基因分别插入到A、B基因的紧邻位置(右图),将该纯合的转基因雄蚊释放到野生型群体中,群体中蚊子体内病毒的平均数目会逐代 ,原因是 。【答案】(1)受精卵 S基因 由S基因转录的mRNA S蛋白(2)50%60%(3)减少 S基因表达的S蛋白会抑制登革热病毒复制
