基因的分离定律及应用:
1.基因的分离定律
(1)内容:在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子时,成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。
(2)实质:在杂合子的细胞中,位于一对同源染色体上的等位基因,具有一定的独立性;在减数分裂形成配子的过程中,等位基因会随同源染色体的分开而分离,分别进入到两个配子中,独立地随配子遗传给后代。
(3)适用范围:①一对相对性状的遗传;②细胞核内染色体上的基因;③进行有性生殖的真核生物。
(4)细胞学基础:同源染色体分离。
(5)作用时间:有性生殖形成配子时(减数第一次分裂后期)。
2、分离定律在实践中的应用
(1)正确解释某些遗传现象两个有病的双亲生出无病的孩子,即“有中生无”,肯定是显性遗传病;两个无病的双亲生出有病的孩子,即“无中生有”,肯定是隐性遗传病。
(2)指导杂交育种
①优良性状为显性性状:连续自交,直到不发生性状分离为止,收获性状不发生分离的植株上的种子,留种推广。
②优良性状为隐性性状:一旦出现就能稳定遗传,便可留种推广。
③优良性状为杂合子:两个纯和的不同性状个体杂交后代就是杂合子,但每年都要配种。
(3)禁止近亲结婚的原理每个人都携带5~6种不同的隐性致病遗传因子。近亲结婚的双方很可能是同一种致病因子的携带者,他们的子女患隐性遗传病的机会大大增加,因此法律禁止近亲结婚。
交配方式类:
1、杂交:基因型不同的个体间相互交配的过程。
2、自交:植物中自花传粉和雌雄异花的同株传粉。广义上讲,基因型相同的个体间交配均可称为自交。自交是获得纯合子的有效方法。
3、测交:就是让杂种(F1)与隐性纯合子杂交,来测F1基因型的方法。
4、正交与反交:对于雌雄异体的生物杂交,若甲♀×乙♂为正交,则乙♀×甲♂为反交。
5、常用符号的含义
符号 |
P |
F1 |
F2 |
× |
|
♂ |
♀ |
C、D等 |
c、d等 |
含义 |
亲本 |
子一代 |
子二代 |
杂交 |
自交 |
父本(雄配子) |
母本(雌配子) |
显性遗传因子 |
隐性遗传因子 |
孟德尔杂交实验的科学方法:
1.遗传学实验的科学杂交方法
2.假说一演绎法分析
(1)假说一演绎法:在观察和分析的基础上提出问题以后,通过推理和想像提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确的,反之,则说明假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种科学方法,叫做假说一演绎法。
(2)一对相对性状的杂交实验“假说一演绎分析”
一对相对性状的杂交实验:
1、实验过程及结果(如下图)
2、对分离现象的解释
(l)生物的性状是由遗传因子决定的。
(2)体细胞中遗传因子是成对存在的。
(3)生物在形成生殖细胞——配子时,成对的遗传因子彼此分离,分别进入不同的配子中。
(4)受精时,雌、雄配子的结合是随机的。
3、对分离现象解释的验证——测交(如下图)
结果证实了:
①F1是杂合子,基因型为Dd;
②F1能产生D和d两种配子且比例相等;
③F1在形成配子过程中,D和d能彼此分离(即没有融合)。
4、孟德尔的研究思路:假说一演绎法
(3)设计测交实验,验证假说。
(4)归纳综合,总结规律:基因的分离定律。
表解基因的分离定律和自由组合定律的不同:
|
分离定律 |
自由组合定律 |
两对相对性状 |
n对相对性状 |
相对性状的对数 |
1对 |
2对 |
n对 |
等位基因及位置 |
1对等位基因位于1对同源染色体上 |
2对等位基因位于2对同源染色体上 |
n对等位基因位于n对同源染色体上 |
F1的配子 |
2种,比例相等 |
4种,比例相等 |
2n种,比例相等 |
F2的表现型及比例 |
2种,3:1 |
4种,9:3:3:1 |
2n种,(3:1)n |
F2的基因型及比例 |
3种,1:2:1 |
9种,(1:2:1)2 |
3n种,(1:2:1)n |
测交后代表现型及比例 |
2种,比例相等 |
4种,比例相等 |
2n种,比例相等 |
遗传实质 |
减数分裂时,等位基因随同源染色体的分离而分开,分别进入不同配子中 |
减数分裂时,在等位基因随同源染色体分开而分离的同时,非同源染色体上的非等位基因自由组合,进而进入同一配子中 |
实践应用 |
纯种鉴定及杂种自交纯合 |
将优良性状重组在一起 |
联系 |
在遗传中,分离定律和自由组合定律同时起作用:在减数分裂形成配子时,既有同源染色体上等位基因的分离,又有非同源染色体上非等位基因的自由组合 |
知识点拨:
分离定律实验注意
1、亲本上结的种子为F
1,F
1植株上结的种子为F
2。
2、亲本产生的雌雄配子数量不等,雄配子数量远远多于雌配子,基因型为Dd的植物产生的雄配子中,含D的和含d的相等,雌配子中含D的和含d的相等。
杂合子Aa连续自交后代分析:
1、杂合子连续自交n次后,第n代的情况如下表:
Fn |
杂合子 |
纯合子 |
显性纯合子 |
隐性纯合子 |
显性性状个体 |
隐性性状个体 |
所占比例 |
1/2n |
1-1/2n |
1/2-1/2n+1 |
1/2-1/2n+1 |
1/2+1/2n+1 |
1/2-1/2n+1 |
2 、曲线分析
根据上表比例,杂合子、纯合子所占比例坐标曲线图为:
注:1、自交n次后,第n代杂合子比例为1/2
n,其余为纯合子,且显性纯合子与隐性纯合子比例为1:1,据此原理,可只记忆杂合子的计算公式,其他比例由此推到即可。
2、在育种实践中,可通过让杂合子连续自交的方法来提高纯合子所占的比例。
知识拓展:
1、孟德尔遗传规律的发现是运用了“假说一演绎法”的结果,孟德尔以高茎纯种豌豆和矮茎纯种豌豆作亲本,分别设计了纯合亲本杂交、F
1的自交、F
1的测交三组实验
①在现象分析阶段完成的实验是纯合亲本杂交和 F
1的自交。
②孟德尔在解释一对相对性状的杂交实验现象时,提出的假设是控制生物性状的成对的遗传因子在形成配子时会彼此分离,分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。
③在检验假设阶段完成的实验是F
2的测交。
2、萨顿利用类比推理,提出“基因在染色体上” 的假说;摩尔根利用“假说—演绎法”找到基因在染色体上的实验证据。
3、DNA半保留复制的提出也是“假说一演绎法” 的正确运用。沃森和克里克在发现了DNA分子的双螺旋结构后,又提出了遗传物质半保留复制的假说。 1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记法设计了巧妙的实验,实验结果与根据假说一演绎推导的预期现象一致,证实了DNA的确是以半保留方式复制的。
4、基因的分离定律和自由组合定律中,F
1和F
2要表现特定的分离比,应具备以下条件。
①所研究的每一对相对性状只受一对等位基因控制,且相对性状为完全显性。
②不同类型的雌、雄配子都能发育良好,且受精的机会均等。
③所有后代都处于比较一致的环境中,且存活率相同。
④进行实验的群体要大,个体数量要足够多。
5、常见问题解题方法
(1)如果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×Dd→3D_: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Dd×dd→1Dd: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
分离定律的实质:减Ⅰ分裂后期等位基因分离。
DNA分子的复制:
复制时间 |
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期 |
复制的场所 |
细胞核、线粒体和叶绿 |
需要条件 |
模板 |
解旋后的两条DNA单链 |
原料 |
四种脱氧核苷酸 |
能量 |
ATP |
酶 |
解旋酶、DNA聚合酶等 |
复制模型 |
|
复制过程 |
(1)解旋:在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开 (2)合成子链:以解开的每一条母链力模板,以游离的四种脱氧核苷酸为原料,遵循碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的子链 (3)形成子代DNA:每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构.从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子 |
复制特点 |
半保留复制;边解旋边复制 |
复制结果 |
形成两条完全相同的DNA分子 |
复制的意义 |
①遗传信息的传递,使物种保持相对稳定的状态 ②由于复制的差错出现基因突变,为生物进化提供原始选择材料 |
知识点拨:
1、DNA分子复制过程中的相关数量关系:
2、DNA分子复制过程中的相关数量关系
若取一个全部N原子被
15N标记的DNA分子(0 代),将其转移到含
14N的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下:
(1)子代DNA分子中,含
14N的有2
n个,n表示复制代数,只含
14N的有(2
n一2)个,做题时应看准是 “含”还是“只含”。
(2)无论复制多少次,含
15N的DNA分子始终是2 个,占总数比例为2/2
n。
(3)子代DNA分子的总链数为2
n×2=2
n+1条。含
15N的链始终是2条,占总数比例为2/2
n+l=1/2
n。做题时,应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
(4)若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m 个,经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m× (2
n一1)个。若进行第n代复制,需消耗该游离的脱氧核苷酸数为m×2
n-1。
知识拓展:
1、DNA复制过程中,DNA分子独特的双螺旋结构提供了精确的模板,通过碱基互补配对,保证了复制准确无误地进行。
2、复制过程中,脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性,但也可能发生差错即发生碱基对的增添、缺失或改变——基因突变。这种稳定性与可变性的统一,是生物遗传变异的物质基础和根本原因。
3、复制简记:1个主要场所(细胞核),2种时期, 3个过程,4个条件。
遗传信息的转录:1、概念:在细胞核内,以DNA一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成RNA的过程。
2、转录
(1)场所:细胞核(主要)
(2)模板:DNA片段(基因)的一条链
(3)原料:四种游离的核糖核苷酸
(4)酶:RNA聚合酶等
(5)过程
第一步:DNA双链解开,碱基暴露出来。
第二步:游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞,当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时,两者以氢键结合。
第三步:新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的 mRNA上。
第四步:合成的mRNA从DNA上释放,而后DNA 双链恢复。
(6)产物:RNA
转录和复制的比较:
|
复制 |
转录 |
场所 |
主要在细胞和内 |
解旋 |
完全解旋 |
只解有遗传效应的片段 |
模板 |
亲代DNA的两条链均为模板 |
DNA的一条链上的某片段为模板 |
酶 |
解旋酶、DNA聚合酶等 |
解旋酶、RNA聚合酶等 |
能量 |
ATP |
原则 |
A-T、G-C |
A-U、G-C |
原料 |
四种脱氧核苷酸 |
四种核糖核苷酸 |
产物 |
两个子代DNA |
信息RNA |
RNA与DNA的区别:
种类 |
DNA(脱氧核糖核酸) |
RNA(核糖核酸) |
组成成分 |
五碳糖 |
脱氧核糖 |
核糖 |
磷酸 |
磷酸 |
碱基 |
A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶) |
T(胸腺嘧啶) |
U(尿嘧啶) |
基本单位 |
脱氧核苷酸(4种) |
核糖核苷酸(4种) |
结构 |
规则的双螺旋结构 |
常呈单链结构 |
分布 |
主要分布在细胞核内的染色体上,在线粒体和叶绿体上 |
主要分布在细胞质中 |
功能 |
传递和表达遗传信息 |
mRNA:翻译的模板 tRNA:识别密码子,运输特定氨基酸 rRNA:构成核糖体 |
知识点拨:1、RNA的组成与分类
(1)基本单位:核糖核苷酸。
(2)组成成分
(3)特点
①一般是单链,长度比DNA短。
②能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。
4.RNA的种类、作用及结构
|
mRNA |
tRNA |
rRNA |
分布部位 |
常与核糖体结合 |
细胞质中 |
与蛋白质结合形成核糖体 |
特点 |
带有从DNA上转录下来的遗传信息 |
一端能与氨基酸结合,另一端有反密码子与mRNA上遗传密码子配对 |
由核仁组织区的DNA转录而来,是核糖体的组成物质 |
功能 |
翻译时作模板 |
翻译时识别密码子和搬运氨基酸 |
参与构成合成蛋白质的场所 |
结构 |
单链 |
单链,常有部分碱基配对,形成三叶草型结构 |
单链 |
共同点 |
┃①都是经转录产生;②基本组成单位相同;③都与翻译过程有关 |
5、DNA、RNA中核苷酸成分比较
①一定相同的成分:磷酸。
②一定不同的成分:五碳糖。
③可能相同可能不同的成分:含氮碱基(A、U、T、 G、C)。
遗传信息的翻译:
1、概念:在细胞质中,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。
2、密码子:mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,这样的3个碱基成为1个密码子。
3、反密码子:tRNA上与mRNA上密码子互补配对的3个碱基。
4、tRNA:翻译过程中,将游离氨基酸运到核糖体上的RNA。
5、翻译
(1)场所:细胞质中的核糖体(主要)
(2)模板:mRNA
(3)原料:20种氨基酸
(4)碱基与氨基酸之间的关系:3个碱基(1个密码子)决定一个氨基酸
(5)搬运工:tRNA(有反密码子)
(6)过程
第一步:mRNA进入细胞质与核糖俸结合,携带甲硫氨酸的tRNA通过与密码子AUC配对进入位点1。
第二步:携带另一种氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。
第三步:甲硫氨酸与另一种氨基酸形成肽键而转移到位点2上的tRNA上。
第四步:核糖体移动到下一个密码子,原来占据位点1的tRNA离开核糖体,占据位点2的tRNA进入到位点1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2,继续肽链的合成。重复步骤二、三、四,直到核糖体读取 mRNA的终止密码后,合成才停止。肽链合成后,被运送到各自的“岗位”,盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质,承担各项职责。
(7)产物:多肽(蛋白质)
遗传信息、密码子与反密码子:
|
遗传信息 |
密码子 |
反密码子 |
存在位置 |
在DNA上,是基因中脱氧核苷酸的排列顺序 |
在tRNA上,是与mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基 |
在RNA上,是与密码子互补配对的3个碱基 |
作用 |
决定氨基酸的排列顺序,是间接作用 |
直接决定蛋白质分子中氨基酸的排列顺序 |
识别密码子 |
对应关系 |
|
联系 |
①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,通过转录,便遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上 ②mRNA的密码子直接决定蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,反密码子则起到识别密码子的作用 |
注:1、对于以RNA为遗传物质的病毒来说,遗传信息贮存在RNA中。
2、密码子共有64种,但有3种为终止密码子;对应氨基酸的密码子有61种,所有生物共用一套遗传密码。
3、tRNA上反密码子所含的碱基有3个,但整个tRNA不止3个碱基。
知识拓展:
1、DNA在细胞核内,合成蛋白质的核糖体在细胞质中,遗传信息传递如何克服空间上的隔离?
[提示]DNA在细胞核内转录出mRNA,mRNA 携带遗传信息由细胞核经核孔进入细胞质,在核糖体上翻译出肽链,盘曲折叠形成蛋白质。
2、如何在短时间内由一条mRNA合成多个相同的蛋白质?
[提示]-条mRNA与多个核糖体结合,形成多聚核糖体,这样一条mRNA就可在短时间内翻译出多条肽链。
基因突变:
概念 |
由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或替换而引起的基因结构的改变 |
意义 |
是生物变异的根本来源,为生物进化提供了最初的选择材料 |
类型 |
自然突变和诱发突变 |
原因 |
外因:某些环境条件(如物理、化学、生物因素) |
内因:DNA复制过程中,基因中脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序发生改变,从而改变了遗传信息 |
结果 |
产生了该基因的等位基因,即新基因 |
特点 |
普遍性、随机性、低频性、多害少利性、不定向性(多向性)、可逆性 |
时期 |
DNA复制时(发生于有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期) |
人工诱变 |
原理 |
物理、化学、生物因素影响生物,使它发生基因突变 |
方法 |
物理方法:辐射诱变、激光诱变 |
化学方法:硫酸二乙酯、亚硝酸等处理生物材料 |
意义 |
提高变异频率,创造动物、植物和微生物新品种 |
知识拓展: 1、基因突变和生物性状的关系
①多数基因突变并不引起生物性状的改变。
a.不具有遗传效应的DNA片段中的“突变”不引起基因突变,不引起性状变异。
b.由于多种密码子决定同一种氨基酸,因此某些基因突变也不能引起性状的改变。
c.某些基因突变虽改变了蛋白质中个别位置的氨基酸种类,但并不影响蛋白质的功能。
d.隐性突变在杂合子状态下也不会引起性状的改变。
②少数基因突变可引起性状的改变,如人的镰刀型细胞贫血症。
2、基因突变对后代的影响
①基因突变若发生在体细胞有丝分裂过程中,这种突变可通过无性繁殖传给后代,但不会通过有性生殖传给后代。
②基因突变若发生在精子或卵细胞形成的减数分裂过程中,这种突变可通过有性生殖传给后代。
3、基因突变对蛋白质结构的影响
碱基对 |
影响范围 |
对氨基酸的影响 |
替换 |
小 |
只改变1个氨基酸或不改变 |
增添 |
大 |
插入位置前不影响,影响插入位置后的序列 |
缺失 |
大 |
缺失位置前不影响,影响缺失位置后的序列 |
4、基因突变在普通光学显微镜下无法看到,但染色体变异一般可以镜检出来。
5、基因突变的结果:基因突变引起基因“质”的改变,产生了原基因的等位基因,改变了基因的碱基序列,如由A→a(隐性突变)或a→A(显性突变),但并未改变染色体上基因的数量和位置。
6、显性突变和隐性突变的判定
(1)基因突变的类型
显性突变:aa→Aa(当代表现)
隐性突变:AA→Aa(当代不表现,一旦表现即为纯合体)
(2)判定方法
①植物:让突变体自交
②动、植物:让突变体与其他未突变体杂交