生物学 必修 2 遗传与进化

参考资料：

1.普通高中教科书 生物学 必修 2 遗传与进化（人民教育出版社）

2.【我在B站学生物】高中生物 必修2 新教材适用 遗传与进化 合集（张云翼_channel）

第 1 章 遗传因子的发现

第 1 节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）

一、豌豆用作遗传实验材料的优点

1.自花传粉（自交），在自然状态下可以获得纯种，纯种杂交获得杂合子

2.易于区分的性状（高、矮茎，圆、皱粒），性状能够稳定遗传给后代

3.花大，易做人工杂交实验

二、豌豆的人工杂交技术

（1）去雄：除去未成熟花的全部雄蕊。

（2）套袋：套上塑料袋或纸袋，防止外来花粉干扰。

（3）人工异花传粉的步骤：去雄→套袋→人工授粉→再套袋。

（4）异花传粉时，提供花粉的植株称为父本，接受花粉的植株称为母本。

三、一对相对性状的杂交实验

1.相对性状

一种生物的同一种性状的不同表现类型就叫做相对性状。

2.过程：

1.符号的含义

$P$亲本、$F_1$子一代、$F_2$子二代、♂父本、♀母本

2.正交和反交

若该杂交方式称为正交，则反交的父本是矮茎豌豆，母本是高茎豌豆。

3.实验过程分析

（1）$F_1$中显现出来的性状叫做显性性状（如图中高茎）；未显现出来的性状叫做隐性性状（如图中矮茎）。

（2）$F_1$杂合高茎豌豆自交后代同时出现显性性状（高茎）和隐性性状（矮茎）的现象叫做性状分离。

（3）孟德尔对$F_2$中的不同性状的个体进行数量统计，结果显示787株是高茎，277株是矮茎，比例接近于$3:1$，而且正反交的结果相同。

四、对分离现象的解释

1.高茎豌豆与矮茎豌豆杂交实验的分析图解

2.孟德尔的假说

（1）生物的性状是由遗传因子决定的，决定高茎和矮茎的遗传因子分别为：$D$、$d$。

（2）体细胞中遗传因子是成对存在的，$F_1$的遗传因子组成为$Dd$。

（3）生物体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，$F_1$产生配子的遗传因子组成及比例为$D:d=1:1$。

（4）受精时，雌雄配子的结合是随机的。

①配子的结合方式：4种。

②遗传因子组成：3种，分别为$DD$、$Dd$、$dd$，其比例为$1:2:1$。

③产生后代的性状表现：2种，分别为高茎、矮茎，其比例为$3:1$。

五、对分离现象解释的验证

测交：

六、分离定律

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。

第 2 节 孟德尔的豌豆杂交实验（二）

一、两对相对性状的杂交实验

孟德尔用纯种黄色圆粒豌豆和纯种绿色皱粒豌豆作亲本进行杂交，无论正交还是反交，结出的种子（$F_1$）都是黄色圆粒的。这表明黄色和圆粒都是显性性状，绿色和皱粒都是隐性性状。孟德尔又让$F_1$自交，在产生的$F_2$中，出现了黄色圆粒和绿色皱粒，$F_2$中还出现了亲本所没有的性状组合—绿色圆粒和黄色皱粒。

为什么会出现新的性状组合呢？

孟德尔同样对$F_2$中不同的性状类型进行了数量统计：在总共得到的556粒种子中，黄色圆粒、绿色圆粒、黄色皱粒和绿色皱粒的数量依次是315、108、101和32，它们的数量比接近于$9:3:3:1$。

这与一对相对性状实验中$F_2$的$3:1$的数量比有联系吗？

孟德尔首先对每一对相对性状单独进行分析，结果发现每一对相对性状的遗传都遵循了分离定律。

上述分析表明，无论是豌豆种子的形状还是颜色，只看一对相对性状，依然遵循分离定律。那么，将两对相对性状的遗传一并考虑，它们之间是什么关系呢？

二、对自由组合现象的解释和验证

1.解释

假设豌豆的圆粒和皱粒分别由遗传因子$R$、$r$控制，黄色和绿色分别由遗传因子$Y$、$y$控制，这样，纯种黄色圆粒和纯种绿色皱粒豌豆的遗传因子组成分别是$YYRR$和$yyrr$，它们产生的$F_1$的遗传因子组成是$YyRr$，表现为黄色圆粒。孟德尔作出的解释是：$F_1$在产生配子时，每对遗传因子彼此分离，不同对的遗传因子可以自由组合。这样$F_1$产生的雌配子和雄配子各有4种：$YR$、$Yr$、$yR$、$yr$，它们之间的数量比为$1:1:1:1$。受精时，雌雄配子的结合是随机的。雌雄配子的结合方式有16种；遗传因子的组合形式有9种：$YYRR$、$YYRr$、$YyRR$、$YyRr$、$YYrr$、$Yyrr$、$yyRR$、$yyRr$、$yyrr$；性状表现为4种：黄色圆粒、黄色皱粒、绿色圆粒、绿色皱粒，它们之间的数量比是$9:3:3:1$。

2.验证

孟德尔设计了测交实验，让杂种子一代（$YyRr$）与隐性纯合子（$yyrr$）杂交。

三、自由组合定律

孟德尔在他所研究的豌豆7对相对性状中，任取两对性状进行杂交实验，结果都是一样的。后人把这一遗传规律称为孟德尔第二定律，也叫做自由组合定律：控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的；在形成配子时，决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。

四、孟德尔实验方法的启示

1.豌豆的优良特性

2.对性状遗传的研究，从一对到多对

3.对实验结果进行统计学分析

4.设计测交实验

五、孟德尔遗传规律的再发现

1909年，丹麦生物学家约翰逊将孟德尔的"遗传因子"叫做"基因"，并且提出了表现型和基因型的概念。表现型指生物个体表现出来的性状，如豌豆的高茎和矮茎；与表现型有关的基因组成叫做基因型，如高茎豌豆的基因型是$DD$或$Dd$，矮茎豌豆的基因型是$dd$。控制相对性状的基因，叫做等位基因，如$D$和$d$。

孟德尔被世人公认为"遗传学之父"。

六、孟德尔遗传规律的应用

1.人们有目的地将具有不同优良性状的两个亲本杂交，使两个亲本的优良性状组合在一起。（抗倒伏抗条锈病小麦）

2.医学上对后代患病概率的推断

第 2 章 基因和染色体的关系

第 1 节 减数分裂和受精作用

一、减数分裂

减数分裂——特殊的有丝分裂

同源染色体：配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方，叫做同源染色体。

联会：在减数分裂过程中，同源染色体两两配对的现象叫做联会。

四分体：联会后的每对同源染色体含有四条染色单体。

1.间期

发育中的纺锤体出现，完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长，此时出现染色体。

2.减数分裂Ⅰ

前期

①两失两现（与有丝分裂一致）

②同源染色体联会

③同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换

中期

①着丝粒附着于纺锤丝

②同源染色体附着在赤道板

后期

①同源染色体分开移向两极

末期

①两失两现（与有丝分裂一致）

②完成胞质分裂

3.减数分裂Ⅱ

前期

①两失两现（与有丝分裂一致）

中期

①着丝粒附着于纺锤丝

②同源染色体附着在赤道板

后期

①同源染色体分开移向两极

末期

①两失两现（与有丝分裂一致）

②完成胞质分裂

4.精子的形成过程

在减数分裂前，每个精原细胞（曲细精管）的染色体复制一次，而细胞在减数分裂的过程中连续分裂两次，最后形成四个精细胞，这两次分裂分别叫做减数分裂Ⅰ（也叫做减数第一次分裂）和减数分裂Ⅱ（也叫减数第二次分裂）。

5.卵细胞的形成过程

6.判断细胞所处时期

①根据细胞形态判断前、中、后、末。

②判断分裂方式

练习

1.请分别指出下列细胞所处时期

2.写出细胞A、B、E 、I 、K、L的名称（如初级精母细胞） ，可能存在多种情况

3.写出细胞A、B、I 、D、L分裂后对应子细胞的名称

二、受精作用

1.配子中染色体组合的多样性

不考虑非姐妹染色单体交叉互换：可产生$2^{23}$种配子

2.受精作用

受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，保证了物种染色体数目的稳定，其中有一半的染色体来自精子（父方），另一半来自卵细胞（母方）。

第 2 节 基因在染色体上

一、萨顿的假说

基因（遗传因子）是由染色体携带者从亲代传递给下一代的。基因就在染色体上，因为基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。

二、基因位于染色体上的实验证据

美国生物学家摩根，第一次用实验证明了基因在染色体上。

三、孟德尔遗传规律的现代解释

基因分离定律的实质是：在杂合子的细胞中，位于一堆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，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代。

基因的自由组合定律的实质是：位于非同源染色体上的非等位基因的分离和组合是互不干扰的；在减数分裂的过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。

四、常染色体遗传病

第 3 节 伴性遗传

基因位于性染色体上，所以遗传上总是和性别相关联，这种现象叫做伴性遗传。

一、人类红绿色盲（伴X隐）

二、抗维生素D佝偻病（伴X显）

三、外耳道多毛症（伴Y）

第 3 章 基因的本质

第 1 节 DNA是主要的遗传物质

一、对遗传物质的早期推测

脱氧核苷酸（DNA）的组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖。

二、肺炎链球菌的转化实验

1.格里菲斯的实验。

由此可以推断：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型或细菌转化为S型或细菌的活性物质——转化因子。

2.艾弗里体外转化实验

结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

三、噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希、蔡斯）

后来的实验证明，遗传物质除DNA外，还有RNA。因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。

第 2 节 DNA的结构

一、DNA双螺旋结构模型的构建

1.发现者：沃森、克里克

二、DNA的结构

DNA双螺旋结构的主要特点如下：

（1）DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

（2）DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。

（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。

第 3 节 DNA的复制

一、对DNA复制的推测

1.半保留复制

DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称作半保留复制。

2.全保留复制

全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。

二、DNA半保留复制的实验证据

1958年，梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了一个巧妙的实验。

原理：$^{15}N$和$^{14}N$相对原子质量不同，利用离心技术区分复制后DNA的质量。

三、DNA复制的过程

DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

模板：DNA双链

场所： 细胞核

原料：游离的脱氧核苷酸

能量：ATP

酶：解旋酶、DNA聚合酶

1.解旋：在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，这个过程叫作解旋。

DNA复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。

第 4 节 基因通常是具有遗传效应的DNA片段

一、说明基因与DNA关系的实例

1.大肠杆菌基因数小于碱基对数，每个基因的平均长度约为$1\times10^3$个碱基对

2.水母的DNA上的碱基对片段——绿色荧光基因

3.人类构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过$2\%$

二、DNA片段中的遗传信息

**遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性；**DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。

基因通常是具有遗传效应的DNA片段。

第 4 章 基因的表达

第 1 节 基因指导蛋白质的合成

一、遗传信息的转录

RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫做转录。

场所：细胞核、线粒体、叶绿体/拟核

模板：DNA的一条链

原料：核糖核苷酸

能量：需要能量

酶：RNA聚合酶

1.RNA

信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）

2.DNA转录过程

通过DNA来合成RNA的过程

二、遗传信息的翻译

游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫做翻译。

模板：mRNA

场所：核糖体

原料：游离的氨基酸

1.mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系

3个碱基决定一个RNA

2.密码子表

三、中心法则

在遗传学中处于中心地位的法则

遗传信息可以从DNA流向RNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。

生命是物质、能量和信息的统一体。

对比表格：

	DNA复制	转录	翻译
场所	细胞核、线粒体、叶绿体 / 拟核	细胞核、线粒体、叶绿体 / 拟核	核糖体
模板	DNA的两条链	DNA的一条链	mRNA
原料	脱氧核苷酸	核糖核苷酸	氨基酸
能量	需要能量	需要能量	需要能量
酶	解旋酶、DNA聚合酶	RNA聚合酶	多种酶

第 2 节 基因表达与性状的关系

一、基因表达产物与性状的关系

基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。

基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。