生物的进化与变异

生物的进化与变异第1页，共68页，2023年，2月20日，星期六可遗传的变异表现型环境条件不遗传的变异基因突变基因重组染色体畸变（改变）（改变）（改变）来源诱因基因型基因突变基因重组染色体畸变分子水平的变化，光镜下看不见细胞水平的变化，光镜可可见第2页，共68页，2023年，2月20日，星期六1、概念主要指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。基因重组主要是通过有性生殖过程实现的。一、基因重组外源基因的导入。如转基因、细菌转化。2、来源（原因）非同源染色体上的非等位基因自由组合。同源染色体的非姐妹染色单体之间的交换。改变基因型，未改变基因本身的结构。3、实质第3页，共68页，2023年，2月20日，星期六生物多样性的原因之一，对生物进化有重要意义。5、原理的应用（育种）方法——杂交育种

基因工程4、意义第4页，共68页，2023年，2月20日，星期六

小麦高秆(D)对矮秆(d)显性，抗锈病(T)对不抗锈病(t)显性，现有纯合高秆抗锈病小麦(DDTT)和矮秆不抗锈病小麦(ddtt)，如何通过杂交育种得到符合人们要求的矮杆抗病的优良品种？杂交育种第5页，共68页，2023年，2月20日，星期六杂交育种P高抗矮不抗DDTTddtt杂交F１

高抗F２DdTt高抗高不抗矮抗矮不抗自交选择ddTt矮抗纯合化ddTT矮抗ddTT矮抗矮抗矮不抗ddTtddTT连续自交，选择能稳定遗传的优良品种。第6页，共68页，2023年，2月20日，星期六杂交育种概念：杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。杂交自交(选优自交)若干次纯种能有目的地将不同亲本的性状集中在一起流程：不能产生新的基因，育种时间长，可供选取的亲本范围有限缺点：优点：成就：高产矮秆小麦(水稻)、抗病红果肉番茄基因工程育种：周期短，目的性强，能定向改变生物的遗传特性，能克服远缘杂交的障碍。第7页，共68页，2023年，2月20日，星期六1、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，就叫做基因突变。二、基因突变基因结构的改变，产生了新基因(它的等位基因)，改变了基因型，通常会引起一定的表现型的变化。2、实质3、原因由于受到内部或外界因素的影响，DNA局部碱基对排列顺序改变。第8页，共68页，2023年，2月20日，星期六4、基因突变的类型形态突变：主要影响生物的形态结构。果蝇的红眼突变为白眼。生化突变：影响生物的代谢过程。如苯丙酮尿症。致死突变：导致个体活力下降，甚至死亡。镰刀型细胞贫血症。

形态突变和致死突变都伴随有特定的生化过程改变，因此严格地说，也都是生化突变。第9页，共68页，2023年，2月20日，星期六血红蛋白

正常

异常氨基酸谷氨酸缬氨酸mRNADNACTT突变

红细胞

圆饼状镰刀型镰刀型细胞贫血症病因分析GAAGUACATGAAGTA第10页，共68页，2023年，2月20日，星期六替换增添缺失ATCCGCTAGGCG

CCGC

GGCG

ATTA

CCGC

GGCG

ATAT

CCGC

GGCG

ATTA

ACCGC

TGGCG

碱基对的增添、缺失或替换，改变了遗传信息。遗传信息的改变一定引起密码子或氨基酸的变化吗？为什么？第11页，共68页，2023年，2月20日，星期六5、意义是生物变异的根本来源，为生物进化提供了最初的原材料。6、遗传情况发生在体细胞上，一般不传给后代。发生在生殖细胞上，可遗传给后代。第12页，共68页，2023年，2月20日，星期六普遍性低频性有害性不定向性6、基因突变的特点随机性第13页，共68页，2023年，2月20日，星期六（1）概念：

利用物理、化学因素诱导生物发生变异，并从变异后代中选育新品种的过程。（2）原理：基因突变、染色体畸变。（3）常用方法：辐射诱变、化学诱变。8、诱变育种物理因素化学因素变异类型优良品种选择培育生物第14页，共68页，2023年，2月20日，星期六（4）优点：提高突变频率，产生多种多样新类型。加速育种过程，改良作物品质。（5）缺点：有利变异少，需大量处理供试材料，有一定的盲目性。（6）成功的例子：早熟的籼稻种子、抗性强的“太辐一号”小麦、青霉素的高产菌株、雌雄可辨的蚕(常染色体上卵色基因片段易位到W染色体上)。第15页，共68页，2023年，2月20日，星期六三、染色体畸变1、概念生物细胞中染色体在数目和结构上发生变化。2、原因受某些因素的影响，染色体发生断裂后，在断裂处发生错误连接或染色体数目出现增加或减少。第16页，共68页，2023年，2月20日，星期六染色体畸变染色体结构变异染色体数目变异缺失重复倒位易位非整倍体变异（个别染色体的增加或减少）整倍体变异（以染色体组的形式成倍地增加或减少）：染色体中某一片段的缺失：染色体中增加了某一片段：染色体中某一片段的位置颠倒了180°：染色体中某一片段移接到另一条非同源染色体上

3、类型第17页，共68页，2023年，2月20日，星期六4、实质染色体结构变异使位于染色体上的基因的数目和排列顺序也发生改变。大多数的染色体结构变异对生物体是不利的，甚至会导致生物体死亡。染色体数目变异，使基因的数量发生改变，可改变基因型，而引起表现型的改变。第18页，共68页，2023年，2月20日，星期六5、染色体数目的变异（1）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发育、遗传和变异的全部遗传信息，这样的一组染色体就叫做一个染色体组。第19页，共68页，2023年，2月20日，星期六雄果蝇的染色体组图解第20页，共68页，2023年，2月20日，星期六染色体组特点：（1）都是非同源染色体（2）不同生物的一个染色体组所含的染色体数目可不同（3）携带控制一种生物的全部遗传信息某种生物一套完整的非同源染色体染色体组（没有性染色体的生物一个染色体组就是一个基因组）人的单倍体基因组由几条染色体组成?(研究几条染色体?)水稻的单倍体基因组研究几条染色体?第21页，共68页，2023年，2月20日，星期六说一说以下细胞图中有几个染色体组？AaaBBbABCDE3个1个4个2个3个AaaBBb第22页，共68页，2023年，2月20日，星期六一倍体：只有一个染色体组的细胞或体细胞中含有一个染色体组的个体。二倍体(2n)：由合子发育形成的，具有两个染色体组的细胞或体细胞中含有两个染色体组的个体，叫做二倍体。

几乎全部动物和过半数高等植物都是二倍体。多倍体：由合子发育形成的，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的生物，叫做多倍体。被子植物中有1/3或更多的物种是多倍体植物。

(2)一倍体、二倍体、多倍体第23页，共68页，2023年，2月20日，星期六纺锤体形成受破坏不能分裂成2个子细胞温度骤变等正常的有丝分裂2n4n4n4n2n形成染色体数目加倍的组织或个体（3）多倍体①产生的原因细胞分裂时纺锤体的形成受到破坏第24页，共68页，2023年，2月20日，星期六减数分裂染色体加倍2n4n体细胞体细胞2n配子受精4n合子发育个体四倍体2nn3n三倍体问:若细胞减数分裂时纺锤体的形成受到破坏,配子及合子的染色体能否加倍?第25页，共68页，2023年，2月20日，星期六②植株特点茎秆粗壮，叶片、果实、种子比较大，营养物质含量多，抗逆性强。但有的多倍体(同源多倍体)结实率较低，发育延迟。③多倍体育种（应用）染色体变异用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。秋水仙素的作用机理当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能抑制纺锤体的形成，导致着丝粒能分裂，而染色体不分离，从而引起细胞内染色体数目加倍。还有其他方法获得多倍体吗？原理方法第26页，共68页，2023年，2月20日，星期六二倍体秋水仙素四倍体二倍体父本母本果实种子三倍体母本二倍体父本三倍体果实授粉三倍体无籽西瓜的培育花粉刺激联会紊乱(四倍体)(三倍体)第27页，共68页，2023年，2月20日，星期六染色体数目不平衡的异常配子正常的配子联会紊乱第28页，共68页，2023年，2月20日，星期六基因型AAaa产生的正常配子种类及比例如何？AaAa1234AaAaAaAaAAaa123413142324配子1：1：4第29页，共68页，2023年，2月20日，星期六（4）单倍体①概念体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。②形成原因配子未受精直接发育成个体。③植株特点弱小、高度不育。人工获得单倍体的方法花药离体培养：花粉粒→→单倍体植株第30页，共68页，2023年，2月20日，星期六概念利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法。缩短育种年限；排除显隐性干扰，提高效率。染色体数目变异原理优点过程④单倍体育种第31页，共68页，2023年，2月20日，星期六思考由高秆抗病(DDTT)和矮秆易感病(ddtt)小麦品种培育矮秆抗病新品种，通过常规杂交育种至少需要多少年可选出纯合子？通过单倍体育种呢？(如果从播种到收获要一年）第32页，共68页，2023年，2月20日，星期六P高杆抗病

DDTT×矮杆感病

ddttF1高杆抗病

DdTt↓第1年↓×选育出需要的矮抗品种F2D_T_D_ttddT_ddtt矮抗杂交育种第2年第3年×生长ddTTF3减数分裂花粉DTDtdTdt单倍体DTDtdTdt↓花药离体培养↓秋水仙素第1年第2年第4年单倍体育种DDttddTTddtt纯合体DDTT矮抗第33页，共68页，2023年，2月20日，星期六生物的进化第34页，共68页，2023年，2月20日，星期六生物界动物界植物界真菌界原生生物界原核生物界1、生物的多样性一、生物的多样性和统一性生物多样性地球上所有的植物、动物和微生物,它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统,共同构成了生物的多样性.第35页，共68页，2023年，2月20日，星期六包括遗传多样性物种多样性生态系统多样性不同物种的生物在结构、功能、行为、生活方式上都有各自的特点，甚至存在巨大的差异，但物种之间在生命更基本的层次上却存在着惊人的统一性。第36页，共68页，2023年，2月20日，星期六（1）个体层次某些物种在部分身体结构上有相同的结构模式，如同样类型的骨骼组成，相似的肌肉和血管等，在胚胎发育阶段，它们都是从相同的胚胎组织发育而来。2、生物的统一性（2）细胞层次

都有相似的基本结构：细胞膜、细胞质、细胞核第37页，共68页，2023年，2月20日，星期六细胞生物遗传物质都是DNA、共用一套遗传密码主要的直接能源都是ATP组成DNA、RNA、蛋白质的单体及连接方式是相同的组成的元素种类大致相同等（3）分子层次第38页，共68页，2023年，2月20日，星期六二、生物的进化理论1、达尔文的“自然选择”学说主要内容包括：过度繁殖生存斗争遗传和变异适者生存第39页，共68页，2023年，2月20日，星期六自然选择学说的主要观点3、

是生物进化的内在因素1、

为生物进化提供了原始的选择材料2、

使有利变异在后代里得到积累和加强5、

是生物进化的动力8、

决定着生物进化的方向7、变异是

的，自然选择是

的。9、生物发生变异以后，由

决定其生存或淘汰10、生物发生变异以后，由

决定其有利或不利11、

是自然选择的结果6、

的过程叫做自然选择。变异遗传遗传和变异可遗传的变异选择不定向定向自然选择环境适应适者生存，不适者被淘汰定向的自然选择4、进化性变化得以发生的前提条件是

。第40页，共68页，2023年，2月20日，星期六自然选择学说认为生物的进化过程变异微小的有利变异显著的有利变异生物新类型生存斗争选择遗传逐代积累对自然选择学说的评价产生科学性方面能科学地解释生物进化的原因。能解释生物的多样性和适应性。不足之处不能科学地解释遗传和变异的本质，自然选择如何对遗传和变异起作用。解释进化局限于个体水平，不能解释物种大爆发等现象。第41页，共68页，2023年，2月20日，星期六种群指生活在同一地点的同种生物的一群个体，彼此可以交配产生后代。是生物繁殖的基本单位.物种是指分布在一定的自然区域，具有一定的形态结构和生理功能，而且在自然状态下能够相互交配和繁殖，并能够产生出可育后代的一群生物个体。（1）基本概念2、现代生物进化理论第42页，共68页，2023年，2月20日，星期六基因库一个种群的全部个体所含有的全部基因。基因频率某种等位基因的数目在某个种群中可能出现的所有等位基因总数的比例。基因型频率某种基因型在某个种群中出现的比例。第43页，共68页，2023年，2月20日，星期六（2）影响基因频率变化的因素基因突变染色体变异自然选择迁移遗传漂变（小种群）不随机交配等第44页，共68页，2023年，2月20日，星期六（3）遗传平衡定律(哈代—温伯格定律)一个理想的种群：①种群极大；②交配随机；③没有突变；④无迁移，没有新基因加入；⑤没有自然选择。则种群的基因频率可以一代代稳定不变，保持平衡。

公式

(p+q)2=p2+2pq+q2(p+q=1)第45页，共68页，2023年，2月20日，星期六（4）隔离指不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。地理隔离分布在不同自然区域的种群，由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍，使彼此间无法相遇而不能交配。生殖隔离种群间的个体不能自由交配，或者交配后不能产生出可育的后代。包括受精前隔离和受精后隔离(杂种不活、杂种不育等)。第46页，共68页，2023年，2月20日，星期六受精前隔离：如动物的求偶方式、繁殖期不同；植物的开花季节、花的形态不同。受精后隔离：如杂种不活（山羊和绵羊的杂种不活）、杂种不育（马和驴的杂种不育）、杂种败育(杂种子代生存能力差,可育性低)等。

第47页，共68页，2023年，2月20日，星期六地理隔离自然选择方向不同

不同种群的遗传组成朝着不同的方向发展

种群基因库的差异达到一定程度

达到生殖隔离种群基因库差异是产生生殖隔离的根本原因。为什么长期地理隔离可能会达到生殖隔离呢？产生生殖隔离的根本原因是什么？第48页，共68页，2023年，2月20日，星期六基因频率定向改变形成新物种生殖隔离选择突变、重组物种形成过程的三个基本环节是：

突变和基因重组、自然选择及隔离。（5）物种形成的常见方式：长期的地理隔离生殖隔离达到新物种物种形成的常见过程：地理隔离第49页，共68页，2023年，2月20日，星期六（6）现代生物进化理论的主要观点1、

是生物进化的基本单位；2、

是繁殖的基本单位；7、生物进化的实质是种群

的过程；3、

产生进化的原材料；4、突变有害还是有利取决于

；6、

决定生物进化的方向；8、

是新物种形成的必要条件。5、生物的变异是不定向的，而自然选择导致种群的

发生定向的改变；从而导致生物朝一定方向进化。9、物种形成过程的三个基本环节是：

、

及

。种群种群突变和基因重组生物的生存环境基因频率自然选择基因频率发生改变隔离突变和基因重组自然选择隔离第50页，共68页，2023年，2月20日，星期六自然选择学说与现代生物进化理论相同的观点1、遗传和变异是生物进化的内在因素3、选择是生物进化的动力4、定向的自然选择决定着生物进化的方向5、变异是不定向的，自然选择是定向的6、生物发生变异以后，由自然选择决定其生存或淘汰7、生物发生变异以后，由环境决定其有利或不利2、自然选择通过生存斗争来实现第51页，共68页，2023年，2月20日，星期六自然选择学说观点1、变异为生物进化提供了原始的选择材料2、遗传使有利变异在后代里得到积累和加强1、种群是生物进化的基本单位；2、种群是繁殖的基本单位；3、生物进化的实质是种群基因频率发生改变的过程；4、突变和重组产生进化的原材料；5、隔离是新物种形成的必要条件。6、自然选择导致种群的基因频率发生定向的改变；7、物种形成过程的三个基本环节是：突变和基因重组、自然选择及隔离。现代生物进化理论观点第52页，共68页，2023年，2月20日，星期六第53页，共68页，2023年，2月20日，星期六AabBAaBb第54页，共68页，2023年，2月20日，星期六基因重组染色体畸变第55页，共68页，2023年，2月20日，星期六苯丙酮尿症第56页，共68页，2023年，2月20日，星期六苯丙氨酸酪氨酸3，4二羟苯丙氨酸黑色素苯丙氨酸羟化酶酪氨酸酶苯丙酮酸基因P基因A尿黑酸乙酰乙酸，进一步氧化分解尿黑酸酶基因C苯丙氨酸代谢过程：（损害神经系统）第57页，共68页，2023年，2月20日，星期六开花结果的植株胚幼苗具根茎叶的植株分化出花芽的植株受精卵植物的个体发育过程基因突变可能发生在个体发育的什