染色体变异:
1、染色体变异分为染色体结构变异和数目变异。
(1)染色体结构变异
①概念:排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,而导致性状的变异。
②类型:在自然条件或人为因素的影响下,染色体结构的变异主要有以下4种:缺失、重复、倒位、易位。 ③结果:染色体结构变异都会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,从而导致性状的改变。
类型 |
定义 |
实例 |
示意图 |
缺失 |
一条正常染色体断裂后丢失某一片段引起的变异。 |
猫叫综合征 |
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重复 |
染色体增加某一片段引起的变异。一条染色体的某一片段连接到同源的另一条染色体上,结果后者就有一段重复基因。 |
果蝇棒状眼 |
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倒位 |
染色体中某一片段位置颠倒180°后重新结合到原部位引起的变异。基因并不丢失,因此一般生活正常。 |
— |
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易位 |
染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起的变异 |
人慢性粒细胞白血病 |
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2、染色体数目变异
(1)染色体数目变异的种类
①细胞内的个别染色体增加或减少。
②细胞内染色体数日以染色体组的形式成倍地增加或减少,
(2)染色体组
①概念:细胞中的一组非同源染色体,它们在形态和功能上各不相同,但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息,这样的一组染色体叫做一个染色体组。
②条件:
a、一个染色体组中不含有同源染色体;
b、一个染色体组中所含的染色体形态、大小和功能各不相同;
c、一个染色体组中含有控制生物性状的一整套基因。
(3)单倍体和多倍体比较
项目 |
单倍体 |
多倍体 |
概念 |
体细胞中含有本物种配子染包体数目的个体 |
体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 |
成因 |
自然成因 |
由配子直接发育成个体,如雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来 |
外界环境条件剧变 |
人工诱导 |
花药离体培养 |
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 |
发育起点 |
配子 |
受精卵或合子 |
植株特点 |
植株弱小 |
茎秆粗壮,叶片、果实和种子比较大,营养物质含量丰富,发育延迟,结实率低 |
可育性 |
高度不育 |
可育,但结实性差 |
应用 |
单倍体育种 |
多倍体育种 |
注:①二倍体:有受精卵发育而成,体细胞中含有两个染色体组的个体。
②染色体组:细胞中的一组非同源染色体,它们在形态和功能上各不相同,但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息,这样的一组染色体,叫做一个染色体组。
3、染色体变异在实践中的应用
(1)单倍体育种
例:
②优点:明显缩短育种年限,后代一般是纯合子。
(2)多倍体育种
①方法:用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
②成因:秋水仙素抑制纺锤体的形成。
④实例:二倍体无子西瓜的培育。
表解基因重组、基因突变和染色体变异的不同:
项目 |
基因重组 |
基因突变 |
染色体变异 |
概念 |
因基因的重新组合而发生的变异 |
基因结构的改变,包括DNA碱基对的替换、增添和缺失 |
染色体结构或数目变化而引起的变异 |
类型 |
①非同源染色体上的非等位基因自由组合;②同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换 |
①自然状态下发生的——自然突变;②人为条件下发生的——人工诱变 |
①染色体结构变异;②染色体数目变异 |
鉴定方法 |
光学显微镜下均无法检出,可根据是否有新性状或新性状组合确定 |
光学显微镜下可检出 |
适用范围 |
真核生物进行有性生殖的过程中发生 |
任何生物均可发生(包括原核生物、真核生物及非细胞结构的生物) |
真核生物遗传中发生 |
生殖类型 |
自然状态下只在有性生殖中发生 |
无性生殖和有性生殖均可发生 |
无性生殖和有性生殖均可发生 |
产生机理 |
由基因的自由组合和交叉互换引起 |
基因的分子结构发生改变的结果 |
染色体的结构或数目发生变化的结果 |
细胞分裂 |
在减数分裂中发生 |
无丝分裂、有丝分裂、减数分裂均可发生 |
有丝分裂和减数分裂中均可发生 |
产生结果 |
只改变基因型,未发生基因的改变,既无“质”的变化,也无“量”的变化 |
产生新的基因,发生基因“种类”的改变,即有“质”的变化,但无“量”的变化 |
可引起基因“数量”的变化,如增添或缺失几个基因 |
意义 |
生物变异的来源之一,对生物进化有十分重要的意义 |
生物变异的根本来源,提供生物进化的原材料 |
对生物进化有一定意义 |
育种应用 |
杂交育种 |
诱变育种 |
单倍体、多倍体育种 |
知识点拨:染色体组数的判定
1.染色体组数的判断方法
(1)根据细胞中染色体的形态判断
细胞内同一种形态的染色体有几条,则含有几个染色体组。如图A细胞内同种形态的染色体有3条,则该细胞中有3个染色体组;图C细胞内同一种形态的染色体有1条,则该细胞中有1个染色体组。
细胞内有几种形态的染色体,一个染色体组内就有几条染色体。如图A细胞内有3种形态的染色体,则该细胞的一个染色体组内就有3条染色体;如图C 细胞内有5种形态的染色体,则该细胞的一个染色体组内就有5条染色体。
(2)根据基因型判断
在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的基因出现几次,则含有几个染色体组,可简记为“同一英文字母无论大写还是小写,出现几次就含几个染色体组”。如图B细胞内控制同一性状的基因出现4次,则含有4个染色体组。
(3)根据染色体数目的形态数判断
染色体组的数目=染色体数/染色体的形态数
如图A细胞内共含有9条染色体,染色体的形态数是3种,9/3=3,则该细胞内含有3个染色体组;如图 B细胞内共含有8条染色体,染色体的形态数是2种, 8/2=4,则该细脆内含有4个染色体组;如图C细胞内共含有5条染色体,染色体的形态数是5种,5/5=1,则该细胞内含有1个染色体组。
2.一些细胞分裂图中的染色体组数判断(如图)
①减数第一次分裂的前期,染色体4条,生殖细胞中含有染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有2个染色体组。
②减数第二次分裂的前期,染色体2条,生殖细胞中含有染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有1个染色体组。
③减数第一次分裂的后期,染色体4条,生殖细胞中含有染色体2条,每个染色体组有、2条染色体,该细胞中有2个染色体组。
④有丝分裂后期,染色体8条,生殖细胞中含有染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有4 个染色体组。
知识拓展:
1、基因突变是染色体的某一位点上基因中碱基对的改变,是分子水平的变异,而染色体变异则是比较明显的染色体结构或数目的变异,属于细胞水平的变异。
2、判定生物是单倍体、二倍体、多倍体的关键是看它的发育起点。若发育起点是配子,不论其体细胞中含有几个染色体组都叫单倍体。若发育起点是受精卵,其体细胞中有几个染色体组就叫几倍体。
3、体细胞染色体组为奇数的单倍体与多倍体高度不育的原因:进行减数分裂形成配子时,同源染色体无法正常联会或联会紊乱,不能产生正常配子。
4、单倍体育种得到的一般是纯合子。二倍体生物的花粉经单倍体育种后,得到的一定是纯合子植株。四倍体等多倍体的花粉经离体培养、秋水仙素处理后,可能产生杂合子。如BBbb的花粉基因型有三种:BB、 Bb、bb,培养处理后基因型分别是BBBB、BBbb(杂合子)、bbbb。
5、用秋水仙素处理使植株染色体数目加倍,若操作对象是单倍体植株,叫单倍体育种;若操作对象为正常植株,叫多倍体育种。不能看到“染色体数目加倍” 就认为是多倍体育种。
6、不同生物的变异类型不同,不同生殖方式所带来的变异类型亦不相同,探究变异原因与变异类型时首先应注意的是生物的不同种类和生殖方式。
(1)病毒的可遗传变异的来源——基因突变。
(2)原核生物可遗传变异的来源——基因突变。
(3)真核生物可遗传变异的来源:
①进行无性生殖时——基因突变和染色体变异;
②进行有性生殖时——基因突变、基因重组和染色体变异。
果酒和果醋的制作:一、实验原理
(1)酵母菌的细胞呼吸
①酵母菌是营异养生活的真菌。
②酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖,表达式为:C
6H
12O
6+O
2→CO
2+H
2O+能量(反应中均需要酶的参与)
③酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳,表达式为:C
6H
12O
6→C
2H
5OH+CO
2+能量(反应中均需要酶的参与)
(2)酵母菌发酵的最佳环境
①酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生活:在有氧时,酵母菌大量繁殖,但是不起到发酵效果;在无氧时,繁殖速度减慢,但是此时可以进行发酵。
②在利用酵母菌发酵时最好是先通入足够的无菌空气在有氧环境下一段时间使其繁殖,再隔绝氧气进行发酵。
③20℃左右最适合酵母菌繁殖,酒精发酵的最佳温度是在18℃~25℃。
④pH最好是弱酸性。
(3)醋酸菌好氧性细菌,当缺少糖源时和有氧条件下,可将乙醇(酒精)氧化成醋酸。
①表达式为:C
2H
5OH→CH
3COOH+H
2O;当氧气、糖源都充足时,醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。
②醋酸菌生长的最佳温度是在30℃~35℃
二、果酒果醋的制作
项目 |
果酒的制作 |
果醋的制作 |
主要菌种 |
酵母菌 |
醋酸菌 |
原理 |
果酒:酵母菌的无氧呼吸
|
果醋:醋酸菌有氧呼吸 (1)当氧气、糖源都充足时,糖→醋酸 (2)当缺少糖源时,乙醇→乙醛→醋酸 |
实验流程 |
挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→果酒 |
挑选葡萄→冲洗→榨汁→醋酸发酵→果醋 |
温度 |
18~25℃ |
30~35℃ |
氧的需求 |
前期需氧,后期不需氧 |
需充足氧 |
提示 |
在果酒制作过程的前期通入空气或在发酵瓶中留有一定的空间(大约1/3),可以给酵母菌提供氧气,使其进行 有氧呼吸,为酵母菌的生长、增殖提供能量,酵母菌迅速增殖,缩短发酵时间。在生产酒精的阶段要求严格的无氧环境,此阶段如果有氧,则会抑制酒精发酵。 |
果醋制作过程中要求始终通氧,因为醋酸菌是好氧细菌,缺氧时醋酸菌的生长、增殖都会受到影响,另外醋酸的生成也会受到影响。 |
知识拓展:1、注意问题:充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的;排气口是在酒精发酵时用来排出CO
2的;出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接,其目的是防止空气中微生物的污染。使用该装置制酒时,应该关闭充气口;制醋时,应将充气口连接气泵,输入氧气。
2、特别提醒:在葡萄酒的自然发酵过程中,起主要作用的事附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。发酵过程中,随着酒精度地提高,红葡萄皮的色素也进入发酵液,使葡萄酒呈深红色。在缺氧、呈酸性的发酵液中,酵母菌能大量生长繁殖,而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。
3、注意事项:
(1)果醋的制作需用醋酸菌,醋酸菌是一种好氧菌,所以在制作过程中需通氧气;当氧气、糖源充足时,醋酸菌可将葡萄糖氧化成醋酸;醋酸菌的呼吸作用为严格的有氧呼吸。
(2)防止发酵液被污染的方法:
①榨汁机要清洗干净,并晾干
②发酵瓶要清洗干净,用体积分数为70%的酒精消毒
③装入葡萄汁后,封闭充气口
④发酵装置的排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接
(3)榨汁机要清洗干净并晾干;将先冲洗后除梗的葡萄放入冲洗晾干的榨汁机内进行榨汁。
(4)产醋最多的措施:往果酒中加入变酸的酒表面的菌膜,并通气。醋酸菌能将葡萄汁中的糖分解成醋酸的条件:氧气、糖源充足。
(5)在家庭中用鲜葡萄制作果酒时,正确的操作是给发酵装置适时排气。
(6)发酵条件:葡萄汁装入发酵瓶时,要留有约1/3的空间;制葡萄酒的过程中,除在适宜的条件下,时间应控制在10d~12d左右;制葡萄醋的温度要比制葡萄酒的温度高些,但时间一般控制在7d~8d左右。
(7)酒精与重铬酸钾在酸性条件下发生的颜色反应为灰绿色。
人体的器官移植:
1、器官移植的历史回顾:幻想阶段→试验阶段→进入临床阶段→临床发展阶段
2、供体器官来源的展望:利用干细胞和组织工程技术构建人体器官,解决了器官来源不足。例组织工程皮肤和组织工程软骨已经开始临床使用。
知识拓展:
1、肾移植:在所有的器官移植中,肾移植是自成功、最稳定的。已经成功挽救了大批肾脏衰竭病人的生命。
2、肾脏是形成尿液的器官,许多的代谢废物例如尿素、肌酐等都会随尿液排出体外,否则会因血液中毒素太多而使人中毒,这就是尿毒症。要从根本上解决患者的病痛,最好是肾移植,进行肾移植时,供体肾脏植入受体的腹腔,通常和髂动脉、髂静脉相吻合。
3、移植的器官相当于抗原
4、各种移植手术的成功案例介绍
①骨髓移植:器官移植的一种,将正常骨髓由静脉输入患者体内,以取代病变骨髓的治疗方法。用以治疗造血功能异常、免疫功能缺陷、血液系统恶性肿瘤及其他一些恶性肿瘤。用此疗法均可提高疗效,改善预后,得到长生存期乃至根治。
②原理:人体内的血液成分处于一种不断的新陈代谢中,老的细胞被清除,生成新的细胞,骨髓的重要功能就是产生生成各种血细胞的干细胞,这些干细胞通过分化再生成各种血细胞如红细胞、白细胞、血小板、淋巴细胞等,简单的说骨髓的作用就是造血功能。因此,骨髓对于维持机体的生命和免疫力非常重要。
体外受精与胚胎的早期培养:
1、体外受精的原理:人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等),使初级卵母细胞成熟和精子获能,最
终完成受精和胚胎保存。
2、体外受精主要操作步骤
(1)卵母细胞的采集和培养:
方法一:对小型动物一般用促性腺激素处理,使其排出更多的卵子,然后,从输卵管中冲取卵子,直接与获能的精子在体外受精。
方法二:对大型动物是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞,在体外经人工培养成熟后,才能与获能的精子受精(或从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞)
(2) 精子的采集和获能:在体外受精前,要对精子进行获能处理。
采集方法:假阴道法、手握法和电刺激法等。
获能方法:培养法和化学法。
(3) 受精:获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
3、胚胎的早期培养:
(1)培养目的:精子与卵子在体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中继续培养,以检查受精状况和受精卵的发育能力。
(2)培养液成分:除一些无机盐和有机盐外,还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分,以及血清等物质。
(3)当胚胎发育到适宜的阶段时,可将其取出向受体移植或冷冻保存。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植,小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植,人的体外受精胚胎可在4个细胞阶段移植)。
知识拓展:
1、早期胚胎是指可用于移植的胚胎,在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段。
2、受精后形成的受精卵需经早期发育培养,才能完成植入或着床。
3、胚胎早期培养液成分与动物细胞培养液成分基本相同,除无机盐、营养成分和调节物质外,还需要血清、抗生素等,两者都是液体培养基,但植物组织培养为固体培养基,其中加入琼脂,所需植物激素主要是生长素和细胞分裂素两大类。