生物的变异与进化

生物的变异与进化（精选4篇）

生物的变异与进化 篇1

热点一、变异类型的判断

角度 (一) 姐妹染色单体上出现等位基因的变异类型

(1) 根据亲代基因型判定:

①如果亲代基因型为BB或bb, 则引起B与b不同的原因是基因突变。

②如果亲代基因型为Bb, 则引起B与b不同的原因是基因突变或交叉互换。

(2) 根据细胞分裂方式判定:

(3) 根据染色体图示判定:

①如果是有丝分裂后期, 图中两条子染色体上的两基因不同, 则为基因突变的结果。

②如果是减数第二次分裂后期, 图中两条子染色体 (颜色一致) 上的两基因不同, 则为基因突变的结果。

③如果是减数第二次分裂后期, 图中两条子染色体 (颜色不一致) 上的两基因不同, 则为交叉互换 (基因重组) 的结果。

例1 右图所示是基因型为aaBbCC的某动物细胞分裂示意图。 下列相关叙述中, 错误的是 ( )

A.图中染色体上具有C和c的原因是发生了基因突变

B.图中染色体上具有B和b的原因可能是发生了基因突变或非姐妹染色单体的交叉互换

C.若该细胞为次级卵母细胞或次级精母细胞, 则该细胞完成分裂后会形成两种精子或卵细胞

D.该动物的体细胞中具有6条染色体

【解析】由于该动物的基因型为aaBbCC, 因此其中一条染色体上具有C和c的原因只能是基因突变, 但另外一条染色体上具有B和b的原因既可能是基因突变, 也可能是一个四分体上的两条非姐妹染色单体之间发生了交叉互换, A、B两项正确;该细胞可能为次级精母细胞或次级卵母细胞或第一极体, 完成分裂后形成的两个细胞具有两种基因组成, 但形成的卵细胞只有一个, C项错误;该图没有同源染色体, 处于减数第二次分裂过程中, 因此可以判定该动物的体细胞中具有6条染色体, D项正确。

【答案】C

角度 (二) 交叉互换与染色体易位

染色体结构变异中的易位与基因重组中的交叉互换很容易混淆, 两者的区别有:

(1) 易位属于染色体结构变异, 能在显微镜下观察到, 它发生在两条非同源染色体之间;交叉互换并未改变染色体的形态、大小及基因数目, 所以不属于染色体结构变异, 而属于基因重组, 在显微镜下观察不到, 它发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间。

(2) 交叉互换是同源染色体上非姐妹染色单体之间等位基因的互换;易位是一对非同源染色体的非姐妹染色单体之间的片段互换, 交换的是非等位基因。

(3) 易位能发生在有丝分裂和减数分裂中;交叉互换只能发生在减数分裂过中。

例2 下图表示某种生物的部分染色体上发生的两种变异的示意图, 图中①和②, ③和④互为同源染色体, 则图a、图b所示的变异 ( )

A.均为染色体结构变异

B.均使基因的数目和排列顺序发生改变

C.均使生物的性状发生改变

D.均可发生在减数分裂过程中

【解析】由图可知, 图a为同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了交叉互换, 属于基因重组, 基因的数目和排列顺序未发生改变, 生物的性状可能没有发生改变;图b为染色体结构变异, 基因的数目和排列顺序均发生改变, 生物的性状也随之改变;二者均可发生在减数分裂过程中。

【答案】D

角度 (三) 单体与单倍体、三体与三倍体的区别

单倍体是指由配子发育而来, 其体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体;单体是指一对同源染色体中少了一条染色体的个体, 表示为2 N-1。三体是指一对同源染色体中多了一条染色体的个体, 表示为2 N+1;三倍体是指由受精卵发育而来, 体细胞中含有三个染色体组的个体。

例3 某些类型的染色体变异, 可通过对细胞有丝分裂或减数分裂时期的图像来识别, 而基因突变在显微镜下是观察不到的。A、B、C、D图像中发生的变异类型依次是 ( )

A.三倍体、三倍体、基因突变、基因突变

B.三倍体、三体、基因重组、基因突变

C.三体、三倍体、染色体片段缺失、基因重组

D.三体、三体、染色体片段增加、基因重组

【解析】A图中多了一条染色体, 属于三体;B图中有三个染色体组, 属于三倍体;C图属于染色体片段缺失;D图由于发生了交叉互换, 同源染色体上的非等位基因发生了重新组合, 属于基因重组。

【答案】C

角度 (四) 变异中的“缺失”或“增加”问题

DNA分子中若干基因的缺失或增加属于染色体结构变异;DNA分子中若干碱基对的缺失或增加属于基因突变。

例4 下图①②③④分别表示不同的变异类型, 其中图③中的基因2由基因1变异而来。有关说法正确的是 ( )

A.图①②都表示易位, 发生在减数分裂的四分体时期

B.图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失变异

C.图④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或增加变异

D.图中4 种变异能够遗传的是图 ① 和图③

【解析】图①表示基因重组, 图②表示某染色体片段移接到另一条非同源染色体上, 属于染色体结构变异中的易位, A项错误;图 ③ 表示碱基对的缺失, 属于基因突变, B项错误;图④表示染色体片段的缺失或增加, C项正确;4种变异都使遗传物质发生了改变, 均属于可遗传的变异, D项错误。

【答案】C

角度 (五) “环形圈”和“十字形结构”现象与染色体结构变异

染色体结构变异中的缺失或增加会导致部分区段无法配对, 出现“环形圈”现象。易位的非同源染色体由于存在同源区段, 在联会时会出现“十字形结构”现象。

例5 生物的某些变异可通过细胞分裂某一时期染色体的行为来识别。甲、乙两模式图分别表示细胞分裂过程中出现的 “环形圈”和“十字形结构”现象, 图中字母表示染色体上的基因。下列有关叙述正确的是 ( )

A.甲、乙两种变异类型分别属于染色体结构变异和基因重组

B.图甲是由于个别碱基对的增添或缺失, 导致染色体上基因数目发生改变

C.图乙是由于四分体时期同源染色体上非姐妹染色单体之间发生了交叉互换

D.甲、乙两图常出现在减数第一次分裂的前期, 染色体数与DNA数之比为1∶2

【解析】图甲是染色体结构变异中的重复或增添现象, 图乙是染色体结构变异中的易位现象, A项错误;个别碱基对的增添或缺失描述的是基因突变, 染色体结构变异是染色体上基因的数目发生改变, B项错误;四分体时期同源染色体上非姐妹染色单体之间发生交叉互换属于基因重组, 而图乙是染色体结构变异中的易位现象, 只能发生在非同源染色体之间, C项错误;甲、乙两图所处过程属于减数第一次分裂前期的联会过程, 此时染色体数与DNA数之比为1∶2, D项正确。

【答案】D

热点二、变异类型的实验探究

角度 (一) 变异来源——基因突变或染色体片段缺失

基因突变和染色体片段缺失会导致变异个体的基因型发生改变, 因此可从基因型角度进行思考。

例6 果蝇的灰体 (E) 对黑檀体 (e) 为显性, 灰体纯合果蝇与黑檀体果蝇杂交, 在后代群体中出现了一只黑檀体果蝇。出现该黑檀体果蝇的原因可能是亲本果蝇在产生配子的过程中发生了基因突变或染色体片段缺失。现有基因型为EE、Ee和ee的果蝇可供选择, 请完成下列实验步骤及结果预测, 以探究其原因。 (注:一对同源染色体都缺失相同片段时胚胎致死;各型配子活力相同)

(1) 实验步骤:①用该黑檀体果蝇与基因型为______的果蝇杂交, 获得F1;②F1自由交配, 观察并统计F2的表现型及比例。

(2) 结果预测:①如果F2的表现型及比例为______, 则为基因突变;②如果F2的表现型及比例为______, 则为染色体片段缺失。

【解析】分析题中信息可推知后代群体中这只黑檀体果蝇的基因型为ee (基因突变) 或_e (染色体片段缺失) 。由于选择隐性个体ee进行杂交实验, 后代无性状分离, 无法判断出该个体的基因型, 故应选择基因型为EE或Ee的个体与变异个体进行杂交, 而选择Ee的个体进行杂交, 后代配子种类多, 计算烦琐, 故最好选择基因型为EE的个体与变异个体进行杂交。

方法一:选择基因型为EE的个体与变异个体进行杂交, 过程如下:

1.若为基因突变, 则:

2.若为染色体片段缺失, 则:

方法二:选择基因型为Ee的个体与变异个体进行杂交, 过程如下:

1.若为基因突变, 则:

2.若为染色体片段缺失, 则:

【答案】答案一: (1) ①EE (2) ①灰体∶黑檀体=3∶1 ②灰体∶黑檀体=4∶1 答案二: (1) ①Ee (2) ①灰体∶黑檀体=7∶9 ②灰体∶黑檀体=7∶8

角度 (二) 变异来源——环境改变、基因突变或减数分裂异常

本类型题目可从判断基因型角度进行思考。

例7 几种性染色体异常果蝇的性别、育性等情况如下图所示:

用红眼雌果蝇 (XRXR) 与白眼雄果蝇 (XrY) 为亲本进行杂交, 在F1群体中发现一只白眼雄果蝇 (记为“M”) 。M果蝇出现的原因可能有三种:第一种是环境改变引起表现型发生变化, 但基因型未变;第二种是亲本果蝇发生基因突变;第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体未分离。请设计简便的杂交实验, 确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的。

实验步骤:__________________。

结果预测: (1) 若______, 则是环境改变;

(2) 若______, 则是基因突变;

(3) 若______, 则是减数分裂时X染色体未分离。

【解析】本题涉及运用遗传与变异的相关知识, 综合考查判断和推理能力、获取信息能力以及实验设计能力。 题干中 “用红眼雌果蝇 (XRXR) 与白眼雄果蝇 (XrY) 为亲本进行杂交, 在F1群体中发现一只白眼雄果蝇”为情境考查实验设计能力。通过分析可知, 本题的关键是通过设计方案, 区别基因型为XRY、XrY、XrO (雄性不育, 由信息分析可知) 的个体, 故可运用测交 (XrXr) 的方案, 先假设为某一种情况, 然后分析不同情况并得出不同结果。

【答案】实验步骤:M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交, 分析子代的表现型 (1) 子代出现红眼 (雌) 果蝇 (2) 子代表现型全部为白眼 (3) 无子代产生

角度 (三) 变异来源——基因突变或隐性基因携带者

本类型题目可从判断基因型角度进行思考。

例8 一对毛色正常鼠进行交配, 产下多只鼠, 其中一只雄鼠的毛色异常。分析认为, 鼠毛色出现异常的原因有两种:一是基因突变的直接结果 (控制毛色的基因显隐性未知, 突变只涉及一个亲本常染色体上一对等位基因中的一个基因) ;二是隐性基因携带者之间进行交配的结果 (只涉及亲本常染色体上的一对等位基因) 。假定这只雄鼠能正常生长发育, 并具有生殖能力且后代可成活。为探究该鼠毛色异常的原因, 用上述毛色异常的雄鼠分别与其同一窝的多只雌鼠进行交配, 得到多窝子代。请预测结果并作出分析:

(1) 如果每窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为______, 则可推测毛色异常是______性基因突变为______性基因的直接结果, 因为__________________。

(2) 如果不同窝子代出现两种情况, 一种是同一窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠比例是______, 另一种是同一窝子代全部表现为______鼠, 则可推测毛色异常是隐性基因携带者之间进行交配的结果。

【解析】该题以常染色体上一对等位基因控制生物的性状为出发点, 结合基因突变, 考查对遗传规律和生物变异的分析应用能力。假设该性状由一对等位基因A、a控制。 (1) 若为基因突变, 且只涉及一个亲本常染色体上一对等位基因中的一个基因, 若要表现出毛色异常, 则该突变只能为显性突变, 即由隐性基因突变为显性基因, 突变体的基因型为Aa, 正常雌鼠的基因型为aa, 故后代毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为1∶1; (2) 若为亲本中隐性基因的携带者, 则此毛色异常雄鼠 (基因型为aa) 与同一窝的多只雌鼠 (基因型为AA或Aa) 进行交配后, 不同窝的子代表现型不同。若雌鼠的基因型为AA, 则后代全部为毛色正常鼠;若雌鼠的基因型为Aa, 则后代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例为1∶1。

【答案】 (1) 1∶1 隐显只有两个隐性纯合亲本中一个亲本的一个隐性基因突变为显性基因时, 才能得到每窝毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为1∶1的结果 (2) 1∶1 毛色正常

角度 (四) 变异来源——基因突变或环境影响

探究生物变异是基因突变还是环境影响:可以用自交或杂交的方法确定变异的来源, 或者将变异个体和正常个体培养在相同的条件下, 若两者没有出现明显差异, 则原来的变异性状是由环境影响引起的。

例9 在一块高秆 (纯合体) 小麦田中, 发现了一株矮秆小麦。请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因。 (简要写出所用方法、结果和结论)

【答案】 (1) 将矮秆小麦与高秆小麦杂交。 (2) 如果子一代全为高秆, 子二代中高秆∶矮秆=3∶1 (或出现性状分离) , 则矮秆性状是基因突变引起的;否则, 矮秆性状是环境影响引起的。或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境下, 如果两者未出现明显差异, 则矮秆性状是环境影响引起的;否则, 矮秆性状是基因突变引起的。

角度 (五) 变异来源——显性突变或隐性突变

选择突变体与其他已知的未突变体进行杂交, 通过观察后代变异性状的比例来判断基因突变的类型;对于雌雄同株植物还可以通过突变体自交, 观察后代有无性状分离来进行显性突变或隐性突变的判断。

例10 石刀板是一种名贵的蔬菜, 为XY型性别决定的雌雄异株植物。野生型石刀板叶窄, 产量低。在某野生种群中, 发现生长着少数几株阔叶石刀板 (突变型) 且雌雄株均有, 雄株的产量高于雌株。若已证实阔叶为基因突变所致且有两种可能性, 一种是显性突变, 一种是隐性突变。请你设计一个简单的实验方案加以判定。 (要求写出杂交组合、杂交结果和实验结论)

【解析】题目中“石刀板为XY型性别决定的雌雄异株植物”这一信息可以理解为干扰信息。依据上述规律可知, 应选择多株阔叶石刀板 (突变型) 雌雄植株杂交, 观察子代植株的性状。若子代只有阔叶 (突变型) , 则为隐性突变;若子代出现了窄叶 (野生型) , 则为显性突变。

【答案】选用多株阔叶石刀板 (突变型) 的雌雄植株杂交, 若杂交后代只有阔叶 (突变型) , 则为隐性突变;若杂交后代出现窄叶 (野生型) , 则为显性突变。

热点三、利用变异生物进行基因定位

角度 (一) 利用单体生物进行基因定位

生物体中缺失一条染色体的个体称为单体 (2n-l) 。利用缺失染色体的个体与正常个体杂交, 依据子代的性状特点进行判断。如把新发现的隐性突变型的纯合体与缺失不同染色体的野生型个体逐一杂交, 如果后代中具有新发现的隐性突变型个体, 而且这种突变型个体与野生型个体的比例为1∶1, 则说明这个新发现的隐性基因正好位于缺失的这条染色体上。

例11 利用种皮白色水稻甲 (核型2n) 进行原生质体的培养获得再生植株, 通过再生植株连续自交, 分离得到种皮黑色性状稳定的后代乙 (核型2n) 。甲与乙杂交得到丙, 丙全部为种皮浅色 (黑色变浅) 。设种皮颜色由一对等位基因A和a控制, 且基因a控制种皮黑色。请回答:

(1) 甲的基因型是______。上述显性现象的表现形式是______。

(2) 请用遗传图解表示丙为亲本自交得到子一代的过程。

(3) 将乙与缺少1条第7号染色体的水稻植株 (核型2n-1, 种皮白色) 杂交获得子一代, 若子一代的表现型及其比例为______, 则可将种皮黑色基因定位于第7号染色体上。

【解析】 (1) 由于甲与乙杂交后代均为浅色, 说明甲与乙都是纯合子, 所以甲的基因型为AA, 且Aa为不完全显性, 表现为浅色。 (2) 遗传图解中的要素包括:亲代的表现型和基因型、配子类型、子代的表现型和基因型及其比例。 (3) 乙的基因型为aa, 如果黑色基因位于第7号染色体上, 则缺失1条第7号染色体的白色水稻植株的基因型为AO, 根据基因的分离定律可知, 子代的基因型为Aa (浅色) 和aO (黑色) , 且比例为1∶1。

【答案】 (1) AA 不完全显性 (2) 见下图

(3) 浅色∶黑色=1∶1

角度 (二) 利用三体生物进行基因定位

利用三体生物与正常个体杂交, 依据后代性状特点进行基因定位。

例12 某种动物的性别决定为XY型。研究发现, 该种动物产生的多1条染色体的雌配子可育, 而多1 条染色体的雄配子不可育。该种动物的尾形由常染色体上的等位基因R、r控制, 正常尾对卷曲尾为显性。有人在一个种群中偶然发现了一只卷曲尾的雌性个体, 其第10号常染色体多出1 条, 其余染色体均正常。 (注:“三体”细胞在减数分裂过程中, 任意配对的两条染色体分离时, 另一条染色体随机移向细胞的任意一极)

(1) 该雌性“三体”形成的原因是参与受精作用的______配子异常, 这种变异属于可遗传变异中的________________________。

(2) 欲判断基因R、r是否位于第10号常染色体上, 可让这只卷曲尾的雌性“三体”与纯合的正常尾雄性个体杂交得F1, 再让F1的雌雄个体自由交配得F2。若F2中正常尾个体与卷曲尾个体的比例为______, 则基因R、r位于第10号常染色体上;若F2中正常尾个体与卷曲尾个体的比例为______, 则基因R、r位于其他常染色体上。

【解析】 (1) 因为多一条染色体的雄配子是不可育的, 所以该雌性个体中多余的一条染色体应来自雌性个体产生的卵细胞, 这种变异属于染色体数目变异。 (2) 用假说—演绎法解决。假设基因R、r位于第10号常染色体上, 则亲本为rrr×RR, F1为1/2Rrr和1/2Rr, 雌性Rrr产生的雌配子为1/2 (1/6R+1/6rr+1/6Rr+1/6r+ 1/6Rr + 1/6r) , 即1/12R、1/12rr、2/12Rr、2/12r;雌性Rr产生的雌配子为1/2 (1/2R+1/2r) , 即1/4R、1/4r, 故F1雌性个体产生的4 种卵细胞分别为4/12R、5/12r、2/12Rr、1/12rr, 同理F1雄性个体产生的4 种精子分别为4/12R、5/12r、2/12Rr、1/12rr, 但是多1条染色体的雄配子不可育, 故2/12Rr和1/12rr不可育, F1雄性个体实际产生的2种精子分别为4/9R、5/9r。让F1雌雄个体自由交配得F2, 则F2中卷曲尾rrr的比例为1/12×5/9=5/108, 卷曲尾rr的比例为5/12×5/9=25/108, 故F2中卷曲尾的比例为5/108+25/108=5/18, 那么F2中正常尾的比例为1-5/18=13/18, 故F2中正常尾个体与卷曲尾个体的比例为13∶5。假设基因R、r位于其他常染色体上, 则亲本为rr×RR, F1为Rr, F1雌雄个体自由交配得F2, F2中正常尾 (R_) ∶卷曲尾 (rr) =3∶1。

【答案 】 (1) 雌 染色体 (数目) 变异 (2) 13∶5 3∶1

角度 (三) 利用染色体缺失生物进行基因定位

人工方法造成染色体的不同位置发生断裂, 形成各种缺失类型。该缺失类型的个体分别与待定位的染色体上的某隐性基因个体杂交, 后代呈现杂合体, 如果隐性基因得以表达, 则证明该隐性基因位于缺失的染色体区域上。

例13 染色体结构变异在遗传学的研究中具有重要价值, 比如利用缺失的染色体进行基因定位。请分析有关易位在家蚕育种中的应用并回答下列问题:

(1) 雄性家蚕的身体较壮, 食桑量少, 吐丝率高, 故养蚕业中以饲养雄蚕为好。雄蚕的性染色体的组成为______。

(2) 染色体易位是指一条染色体的某一片段移接到另一条______上, 从而引起变异的现象, 这与基因重组中的交叉互换不同。

(3) 控制家蚕卵壳颜色的基因位于第10号染色体上, 显性基因B决定黑卵壳, 隐性基因b决定白卵壳。用X射线处理雌蚕, 将带有B基因的第10号染色体片段易位到______ (填性染色体) 染色体上, 获得可以鉴别雌雄性别的品系 (第10号染色体上的基因组成为bb) 。该品系与白卵雄蚕的杂交后代中, 黑卵孵出的个体全为______, 白卵孵出的个体全为______, 其中黑卵的基因组成为______。

【解析】 (1) 蚕的性别决定方式是ZW型, 雄蚕的性染色体组成为ZZ。 (2) 染色体易位是发生在两条非同源染色体之间的。 (3) 控制家蚕卵壳颜色的基因位于第10号染色体上, 显性基因B决定黑卵壳, 隐性基因b决定白卵壳。用X射线处理雌蚕, 将带有B基因的第10号染色体片段易位到W或Z染色体上。若易位到W染色体上, 该品系与白卵雄蚕的杂交后代中, 黑卵孵出的个体肯定含有WB, 因此全为雌蚕, 白卵孵出的个体不含有WB, 应该全为雄蚕, 其中黑卵的基因组成为ZWBbb;若易位到Z染色体上, 该品系与白卵雄蚕的杂交后代中, 黑卵孵出的个体肯定含有ZB, 因此全为雄蚕, 白卵孵出的个体不含有ZB, 应该全为雌蚕, 其中黑卵的基因组成为ZBZbb。

【答案】 (1) ZZ (2) 非同源染色体 (3) W 雌蚕雄蚕 ZWBbb (或Z 雄蚕 雌蚕 ZBZbb)

热点四、变异原理在育种中的应用

例14 下图为普通小麦的培育过程。据图判断下列说法正确的是 ( )

A.普通小麦的单倍体中含有一个染色体组, 共7条染色体

B.将配子直接培养成单倍体的过程称为单倍体育种

C.二粒小麦和普通小麦均能通过自交产生可育种子

D.染色体加倍只能通过秋水仙素处理萌发的种子实现

【解析】普通小麦是六倍体, 其单倍体内含有21条染色体, 每个染色体组中含有7 条形状、大小均不相同的染色体;将配子直接培养成单倍体的过程只是单倍体育种的一个环节;二粒小麦和普通小麦细胞内均含有同源染色体, 故均能通过自交产生可育种子;使染色体加倍除可利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗外, 还可对其进行低温处理。

【答案】C

热点五、基因 (或基因型) 频率的计算

种群是生物进化与繁殖的基本单位, 基因频率和基因型频率可表示种群的遗传组成。生物进化的实质是种群基因频率的改变。近年来常围绕基因 (或基因型) 频率的计算出题, 其计算方法有:

(2) 基因位置法:

(3) 通过基因型频率计算:

若已知AA、Aa、aa的频率, 求A (a) 的基因频率, 则。

(4) 运用哈代—温伯格平衡定律, 由基因频率计算基因型频率:

①内容:在一个有性生殖的自然种群中, 当等位基因只有一对 (Aa) 时, 设p代表A基因的频率, q代表a基因的频率, 则: (p+q) 2=p2+2pq+q2=1。其中p2是AA (纯合子) 的基因型频率, 2pq是Aa (杂合子) 的基因型频率, q2是aa (纯合子) 的基因型频率。

②适用条件:在一个有性生殖的自然种群中, 在符合以下五个条件的情况下, 各等位基因的基因频率和基因型频率在一代代的遗传中是稳定不变的, 或者说是保持着动态平衡的。这五个条件是:种群足够大;种群中个体间的交配是随机的;没有突变的发生;种群之间不存在个体的迁移或基因交流;没有自然选择。

例15 将某生物种群分成两组, 分别迁移到相差悬殊的两个区域A和B中, 若干年后进行抽样调查。调查结果显示:A区域中基因型频率分别为SS=80%, Ss=18%, ss=2%;B区域中基因型频率分别为SS=2%, Ss=8%, ss=90%。下列基因频率结果错误的是 ( )

A.A地S基因的频率为89%

B.A地s基因的频率为11%

C.B地S基因的频率为6%

D.B地s基因的频率为89%

【解析】由题中数据可知A区域内S基因的频率= (80×2+18) ÷ (100×2) ×100% =89%, s基因的频率=1-89% =11%;B区域内S基因的频率= (2×2+8) ÷ (100×2) ×100%=6%, s基因的频率=1-6%=94%。

【答案】D

【同步训练】

1.下图所示为某哺乳动物某个DNA分子中控制毛色的a、b、c三个基因的分布状况, 其中Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的序列。有关叙述正确的是 ( )

A.c基因中碱基对的缺失, 属于染色体变异

B.在减数分裂四分体时期的交叉互换, 可发生在a、b之间

C.Ⅰ、Ⅱ 中发生的碱基对的替换, 属于基因突变

D.基因与性状之间并不都是一一对应的关系

2.家蝇对某类杀虫剂产生抗性, 原因是神经细胞膜上某通道蛋白中的某一亮氨酸被另一氨基酸替换。下图是对甲、乙、丙三个地区家蝇种群的敏感性和抗性基因型频率调查分析的结果。下列叙述错误的是 ( )

A.上述通道蛋白中氨基酸的改变是基因中碱基对替换的结果

B.甲地区家蝇种群中抗性基因频率为12%

C.比较三地区抗性基因频率可知乙地区抗性基因突变率最高

D.丙地区敏感性基因频率高是自然选择的结果

3.右图为某高等生物细胞不同分裂时期的模式图, Ⅰ、Ⅱ表示染色体片段。下列叙述不正确的是 ( )

A.图甲细胞处在减数第二次分裂中期, 此时不进行核DNA的复制

B.由图可以看出分裂过程中四分体中的非姐妹染色单体发生了交互叉换

C.图甲所示细胞若继续分裂可能会发生等位基因的分离

D.若两图来源于同一个精原细胞, 则图乙是图甲细胞分裂形成的

4.某种高秆植株经理化因素处理, 在其后代中发现个别矮秆植株, 请设计实验鉴定与矮秆性状出现的相关问题: (只需写出实验步骤)

(1) 是基因突变, 还是环境影响:______。

(2) 若是基因突变, 是显性突变, 还是隐性突变:______。

5.番茄是二倍体植物 (染色体2 N=24) 。有一种三体, 其6号染色体的同源染色体有三条 (比正常的番茄多了一条6号染色体) 。 三体在减数分裂联会时, 形成一个二价体和一个单价体;3条同源染色体中的任意2条随意配对联会, 另1条同源染色体不能配对, 减数第一次分裂的后期, 组成二价体的同源染色体正常分离, 组成单价体的1条染色体随机地移向细胞的任何一极, 而其他如5号染色体正常配对、分离 (如上图所示) 。

(1) 设三体番茄的基因型为AABBb, 则花粉的基因型及其比例是______。则根尖分生区连续分裂两次所得到的子细胞的基因型为______。

(2) 以马铃薯叶型 (dd) 的二倍体番茄为父本, 以正常叶型 (DDD) 的三体番茄为母本 (纯合体) 进行杂交。试回答下列问题:

①假设D (或d) 基因不在第6 号染色体上, 使F1的三体植株正常叶型与二倍体马铃薯叶型杂交, 杂交子代叶型的表现型及比例为______。

②假设D (或d) 基因在第6 号染色体上, 使F1的三体植株正常叶型与二倍体马铃薯叶型杂交, 杂交子代叶型的表现型及比例为______。

6.玉米的高秆易倒伏 (H) 对矮秆抗倒伏 (h) 为显性, 抗病 (R) 对易感病 (r) 为显性, 两对基因分别位于两对同源染色体上。下图表示利用品种甲 (HHRR) 和乙 (hhrr) 通过三种育种方法 (Ⅰ~Ⅲ) 培育优良品种 (hhRR) 的过程。

(1) 利用方法Ⅰ培育优良品种时, 获得hR植株的常用方法为______, 这种植株由于______, 须经诱导染色体加倍后才能用于生产实践。图中所示的三种方法 (Ⅰ~Ⅲ) 中, 最难获得优良品种 (hhRR) 的是方法______, 其原因是________________________。

(2) 用方法Ⅱ培育优良品种时, 先将基因型为HhRr的植株自交获得子代 (F2) , F2植株中自交会发生性状分离的基因型共有______种, 这些植株在全部F2中所占的比例为______。若将F2中的全部高秆抗病植株去除雄蕊, 用F2中矮秆抗病植株的花粉随机授粉, 则杂交所得子代中纯合矮秆抗病植株占______。

(3) 为了快速培育耐盐的紧凑型玉米植株, 育种工作者通过如下过程进行育种:

用γ射线照射属于人工诱变方法中的______。在高浓度NaCl培养基中仅有个别胚状体能顺利发育成幼苗, 说明这部分幼苗的细胞核中出现了______。获得的幼苗还需经过______的处理, 才能得到稳定遗传的植株。

7.某二倍体植物 (2n=14) 开两性花, 可自花传粉。研究者发现有雄性不育植株 (即雄蕊发育异常不能产生有功能的花粉, 但雌蕊发育正常能接受正常花粉而受精结实) , 欲选育并用于杂交育种。请回答下列问题:

(1) 雄性不育与可育是一对相对性状。将雄性不育植株与可育植株杂交, F1均可育, F1自交得F2, 统计其性状, 结果如上表, 说明控制这对相对性状的基因遗传遵循______定律。

(2) 在杂交育种中, 雄性不育植株只能作为亲本中的______ (填“父本”或“母本”) , 其应用优势是不必进行______操作。

(3) 为在开花前即可区分雄性不育植株和可育植株, 育种工作者培育出一个三体新品种, 其体细胞中增加一条带有易位片段的染色体。相应基因与染色体的关系如上图所示 (基因M控制可育, 基因m控制雄性不育;基因R控制种子为茶褐色, 基因r控制种子为黄色) 。

①三体新品种的培育利用了______原理。

②带有易位片段的染色体不能参与联会, 因而该三体新品种的细胞在减数分裂时可形成______个正常的四分体;______ (填时期) , 联会的两条同源染色体彼此分离, 分别移向细胞两极, 而带有易位片段的染色体随机移向一极。故理论上, 含有8条染色体的雄配子占全部雄配子的比例为______, 经研究发现这样的雄配子不能与雌配子结合。

③此品种植株自交, 所结的黄色种子占70%且发育成的植株均为雄性不育, 其余种子为茶褐色, 发育成的植株可育。该结果说明三体植株产生的含有8条染色体和含有7条染色体的可育雌配子的比例为______, 这可能与带有易位片段的染色体在减数分裂时的丢失有关。

④若欲利用此品种植株自交后代作为杂交育种的材料, 可选择______色的种子留种;若欲继续获得新一代的雄性不育植株, 可选择______色的种子种植后进行自交。

8.玉米籽粒黄色基因T与白色基因t是位于9号染色体上的一对等位基因, 已知无正常9 号染色体的花粉不能参与受精作用。现有基因型为Tt的黄色籽粒植株A, 其细胞中9号染色体如上图所示:

为了确定植株A的T基因位于正常染色体还是异常染色体上, 让其进行自交观察F1的表现型。

(1) 若F1的表现型及比例为______, 则说明T基因位于异常染色体上。

(2) 若F1的表现型______, 则说明T基因位于正常染色体上。

9.一株基因型为AaBb的桃树 (2 N=16) 在某个侧芽的分化过程中受到环境因素的影响, 形成了一枝染色体数目加倍的变异枝条 (能开花结果) , 其他枝条正常。桃树的高干基因 (A) 对矮干基因 (a) 是显性, 植株开花数多基因 (B) 对开花数少基因 (b) 是显性, 这两对等位基因分别位于第6号和第9号染色体上。当用X射线照射亲本中高干多花的花粉并授于高干少花的个体上, 发现在F1代734株植株中有2株为矮干。经细胞学的检查表明, 这是由于第6号染色体载有高干基因 (A) 区段缺失导致的。已知第6号染色体区段缺失的雌、雄配子可育, 而缺失纯合体 (两条同源染色体均缺失相同片段) 致死。

(1) 据题干信息推导出亲本高干少花植株的基因型为______。

(2) 请在下图中选择恰当的基因位点标出F1代矮干植株的基因组成。

(3) 在做细胞学的检査之前, 有人认为F1代出现矮干的原因是:经X射线照射的少数花粉中高干基因 (A) 突变为矮干基因 (a) , 导致F1代有矮干植株。某同学设计了以下杂交实验, 以探究X射线照射花粉产生的变异类型。

实验步骤:

第一步:选F1代矮干植株与亲本中的高干多花植株杂交, 得到种子 (F2代) 。

第二步:F2代植株自交, 得到种子 (F3代) 。

第三步:观察并记录F3代植株茎的高度及比例。

结果预测及结论:

若F3代植株的高干∶矮干为______, 则说明花粉中高干基因 (A) 突变为矮干基因 (a) , 没有发生第6号染色体载有高干基因 (A) 的区段缺失。

若F3代植株的高干∶矮干为______, 则说明花粉中第6号染色体载有高干基因 (A) 的区段缺失。

【参考答案】

1.D 2.C 3.D

4. (1) 将矮秆植株连同原始亲本一起种植, 保持土壤和栽培条件等尽量一致, 观察比较两者的表现型 (2) 第一年将矮秆植株和原始亲本杂交得F1, 第二年种植F1种子, 观察其表现型

5. (1) ABB∶ABb∶AB∶Ab=1∶2∶2∶1AABBb (2) ①正常叶型∶马铃薯叶型=1∶1②正常叶型∶马铃薯叶型=5∶1

6. (1) 花药离体培养 长势弱小而且高度不育 Ⅲ 基因突变的频率很低而且是不定向的 (2) 5 3/4 4/27 (3) 辐射诱变 耐盐基因 秋水仙素

7. (1) 基因的分离 (2) 母本 去雄 (3) ①染色体变异 (染色体结构和数目变异) ②7 减数第一次分裂后期 50% ③3∶7④黄 茶褐

8. (1) 黄色籽粒∶白色籽粒=1∶1 (2) 全为黄色籽粒

9. (1) Aabb (2) F1代矮干植株的基因组成中只有一个a基因, 另一个A基因缺失 (见下图)

(3) 3∶1 6∶1

生物的变异与进化 篇2

专题复习 生物的遗传与变异 教案

“种瓜得瓜，种豆得豆”，“一母生九子，九子各不同。”这种现象描写的是生物的遗传与变异。这就是我们今天要复习的内容――生物的遗传与变异。首先我们明确遗传和变异的结构基础。 一、 遗传和变异的结构基础 学习目标：1、举例说出生物的性状及不同性状和相对性状之间的区别  2、描述细胞核、染色体、DNA、基因和性状之间的关系。   3、举例说出生物的性状是由基因控制的。 请同学们先看一看学案一的学习目标。师：在日常生活中，我们靠什么辨别“瓜”和“豆”？ （生答）。它们各自的特征在遗传学上称为什么？（生答：性状）。什么是性状？什么是相对性状？（师板书：性状）请同学们回顾课本p29的内容，完成例题精选1，并举例。 （找学生说例题精选1的答案并举例，师评价：你对概念理解的很透彻） 师：在构成生物体的细胞中，控制生物遗传的结构是什么？（生：细胞核  师：板书） 是什么物质将细胞核和性状联系到一起的？（生：染色体、DNA、基因 师板书 表扬） 请同学们回顾课本p34，完善学案上的图解，并概括出细胞核、染色体、DNA、基因之间的关系。（生回顾课本――师巡视――生回答――师板书并评价） 在遗传的过程中，遗传下去的是基因还是性状？请同学们做例题精选3，并说明两者之间的关系。 （生做题――师巡视――生回答――师板书并评价） 师适当提示在转基因鼠的过程中应注意的事项。 经过我们的复习，你认为基因是虚拟的还是真实存在的？并说明你的理由。 （生思考回答――师评价） 通过转基因鼠的实验我们可以看出：在生物代代繁衍的过程中，传下去的.是基因而不是性状。那么基因是如何从亲代传递到子代的呢？ 让我们带着这个问题走进活动二。 请同学们迅速阅读p35内容，并思考基因在亲子间是怎样传递的？传递的特点是什么？做例题精选1。（找学生上台板演，师板书评价讲解）。 如果AA和aa分别控制着肤色正常和肤色不正常（白化病）这一对相对性状，那么当受精卵的基因是Aa时，发育成的个体表现什么性状呢？请同学们回顾教材p38-39的孟德尔的豌豆杂交实验,做例题精选2。 （生看课本――生做题――生回答――师评价板书） 人的性别也是一对相对性状，人为什么会有男女之分呢？请同学们回顾教材p43-44的内容做例题精选3，并思考：男女性染色体分别是什么？生男生女的机会是否均等，并说明你的理由。 （生看课本――生做题――生回答――师评价板书） 在学习活动二中第二题中，父母肤色正常但本人却患有白化病，这种现象称为―― 师板书 请同学们回顾课本p49-50页的内容思考可遗传变异和不遗传变异原因是什么？做例题精选1和2。 通过本节课的复习，你对遗传和变异的知识掌握的如何？请同学们迅速独立完成能力提升的题目。 最后，师讲解重点题目。师总结。

基于正态变异的思维进化计算 篇3

关键词：思维进化计算,正态变异,多种群,优化计算

思维进化计算 (MindEvolutionaryComputation, 简称MEC) [1]是从人类思维进化过程得到启发而提出的一种进化算法, 相对于遗传算法 (GA) 等传统的自然进化算法, MEC提出了用于进化的趋同和异化算子, 引入了公告板记录各祖辈的优良基因信息, 从而充分利用计算机的存储记忆功能, 并利用这些信息指导后代的生成, 使其具有较好的收敛性能。这些优点促进了思维进化算法的应用, 查凯等[2]于2002年提出了求解TSP问题的思维进化算法, 用于NP问题的求解。同年, 查凯等[3]提出了基于思维进化算法的常微分方程组演化建模, 将算法用于非数值优化中取得较好效果.思维进化计算在文献一中有详细的说明。但传统的思维进化算法仍存在着全局收敛速度不快, 易早熟等缺点。

本文将正态变异引入到思维进化计算中, 提出了一种新的基于正态变异的思维进化计算 (Mind EvolutionaryComputationBasedonNormalMutation, 以下简称为MECBNM) 。结合算法的框图, 对算法中所采取的策略进行了描述和分析。最后, 在C#语言环境中进行了仿真试验, 并与遗传算法 (Genetic Algorithm, GA) 和传统的思维进化计算 (MindEvolutionaryComputation, MEC) 进行了比较分析结果。表明该算法具有高效的收敛速度, 并能收敛到全局最优点。

1 MECBNM的框图

MECBNM的框图如图1所示, 算法的描述如下:

一方面, 将进化种群分为多个子群体, 以便各子群并行进化。各子群体通过计算亲和度以选择局部优胜个体, 将其基因信息存储在局部公告板以指导下一代子群体的生成。具体地, 各祖辈的局部优胜个体信息都记入局部公告板, 再通过轮盘赌的形式产生临时子种群的全部个体, 然后针对该临时子种群的每个个体进行正态变异, 得到新子种群。

另一方面, 每一子种群进化一代时, 判是否局部收敛, 如收敛则利用全局公告板 (即最优个体) 来指导生成一个新的子种群代替该种群。

当全局收敛发生时, 进化结束。

2 MECBNM中采取的策略

2.1 正态变异

正态分布是概率统计中最重要的一种分布:一方面, 正态分布是自然界最常见的一种分布。一般说来, 若影响某一数量指标的随机因素很多, 而每个因素所起的作用都不太大, 则这个指标服从正态分布。

在进化模型中, 变异起着重要的作用, 变异的方法和概率在实际的算法中对结果影响很大。正态变异的特点是:基于原种子的位置发生变异, 越小的变异越容易发生, 波动性小, 是以原位置为中心的变异;其次, 正态变异有利于控制变异范围, 可以通过区间灵活控制变异的大小范围。

正态变异的理论根据是正态分布。正态分布的密度函数如式 (1) 。

算法中μ的取值即为原个体的位置, 在子群体进化中指的是临时子群体原个体的位置 (对仿真试验了多峰值函数而言, 即函数的x取值) , 在全局公告板指导生成新子群体时, 指的是当前最优个体的位置;算法中σ的取值为1;算法中x的取值区域据自适应的原则灵活定义。

2.2 在进化迭代中对优胜基因的记忆和重用

在思维进化算法中通过利用公告板对祖辈优良基因的记忆和重复利用, 可以加快算法的收敛速度;受人类免疫系统原理的启发, Mori等[4]在其免疫算法中利用免疫记忆的原理来提高二次应答 (即再次寻优) 的效率, 实质也是对优胜基因的记忆和重用。在MECBNM中与思维进化算法相同, 利用公告板达到对优胜基因的记忆和重用的效果。

公告板指全局公告板和局部公告板.局部公告板以矩阵的形式记录子群体中历代最优个体的基因信息, 并由它指导子群体的后代个体生成[5], 具体过程可参见文献五。在本算法中对全局公告板进行了简化, 全局公告板只包含当代的最优个体的基因信息, 并由它经正态变异后生成一个子种群。

该策略通过公告板充分利用了各个亲代的优良基因信息;通过这些信息指导后代个体的生成, 以加快进化迭代中的收敛速度。

2.3 在进化迭代中采取自适应策略

在进化计算中采取自适应策略有利于增加灵活性和有效性。

具体在模型的算法实现中, 各种参数根据收敛的反馈效果来制定;针对测试的对象多峰值函数作者采用了正态变异, 通过自适应策略的采用灵活地控制变异的范围和变异的概率。在正态变异中, 根据迭代代数和收敛效果来灵活控制变异区间的大小。

以一维变量求解最小值为例, 设基因的全局取值区域为 (mmin, mmax) , 该基因的位移为seed, 对问题的求解值为rresult, 变异域Q (mutatemin, mutatemax) , 当前迭代次数为

noofgeneration, 则Qmutatemin=sseed- (sseed-mmin) f1 (2)

其中f1为区间修正因子, 取值为

式 (4) 中j>0, 常取值 (0, 2) 之间的实数;k<0, 常取值 (-2, 0) 之间的实数。bbestresult是当前最优个体的函数值。δ为极小的正值, 用于防止分母为零。从上述三式可以看出当亲和力高时, 变异的区间将缩小, 当进化迭代次数越大, 变异的区间将缩小, 反之, 则变异区间相应增大。根据亲和力自适应调整搜索范围 (变异区间) , 可有效实现算法高精度搜索, 能提高收敛速度和收敛精度。

3 仿真试验

3.1 试验函数及图形

以下图形通过仿真工具Matlab绘制。

3.2 试验环境及参数列表

对MECBNM在.NET环境中用C#语言编程进行试验, 并与GA和MEC进行对比和分析.下面的表1是试验中MECBNM算法和对比算法GA、MEC的参数值。对三种算法采用相同的子群数、子群规模、最大迭代次数、阈值, 其中f因子是对局部公告板的矩阵信息进行修改时的修正因子[5], 只针对MECBNM和MEC二种算法而言。自适应策略中三个函数采取的参数值相同:j=2;k=-2;δ=1.0×10-13。

(注:其中GA中没有f因子)

3.3 试验效果及比较分析

在上述试验环境中, 采用表1的参数值, 针对每种算法, 对每个函数都取不同随机初始群体进行20次优化计算。在给定的最大世代数内, 当一个子群体的最优函数值连续3代不发生变化, 则认为局部收敛, 否则继续子群体内部的进化过程.全局收敛的判断依据如下:若整个群体中最优个体的函数值在第n代与第n-10代的差值的绝对值小于阈值ε, 则认为全局收敛, 否则认为陷于局部最优解。

表2给出了MECBNM与GA和MEC的优化结果对比, 从表中可以看出, MECBNM的二十次寻优结果的平均值和最优值均优于GA和MEC。

表3比较了三种算法的达到最优解所需的平均迭代次数、平均评价次数和收敛率, 平均评价次数是指进化中达到最优解所需的函数计算次数.在相同子群数、种群规模和最大进化代数的情况下, MECBNM对三个测试函数均能达到收敛概率1, 这表明MECBNM具有更好的稳定性, 不易陷入局部最优解中.与MEC和GA比较, MECBNM达到最优解所需的平均迭代次数和函数平均评价次数更少, 这表明MECBNM具有更强的全局寻优性能, 而且计算量更小, 即计算时间更少.

参考文献

[1]Sun Chengyi Sun Yan.Mind-evolution-based machine learning:frame-work and implementation of Optimization.Proc of IEEE Inter-national Conference on Intelligent Engineering Systems, Vienna, Austria:IEEE Inc, 1998:355—359

[2]查凯, 曾建潮.求解TSP问题的思维进化算法.计算机工程与应用, 2002;4 (4) :102—104, 220

[3]查凯, 介婧, 曾建潮.基于思维进化算法的常微分方程组演化建模.系统仿真学报, 2002;14 (5) :539—543, 550

[4]Mori K, Tsukiyama M, Fukuda T.Immune algorithm and its applica-tion to factory load dispatching planning.Proc of Japan USASymp on Flexible Automation.Kobe, Japan, 1994;1343—1346

第九章 微生物遗传与变异小结 篇4

微生物遗传与变异小结

微生物的遗传物质是DNA或RNA。

证明遗传物质是DNA的最早实验是致病性的S型肺炎球菌与无致病性的R型肺炎球菌之间的转化实验。

基因是DNA上具有特定核苷酸顺序的一个片段。在微生物细胞中基因存在于染色体、质粒、叶绿体和线粒体上。

突变是指DNA中的碱基顺序突然发生了稳定的可遗传的变化。微生物的突变有自发突变、诱发突变和回复突变。自发突变频率低，诱发突变频率高。

利用物理化学因子可诱发微生物产生突变，然后可从中选出人们所需要的正突变株。紫外线、X射线是常用的物理诱变剂。亚硝酸、硫酸二乙酯和亚硝基胍是常用的化学诱变剂。

原核微生物的基因重组包括转化、转导、接合和原生质体融合。

真核微生物的基因重组包括有性杂交和准性生殖。

基因工程是在离体条件下把供体DNA和载体DNA用工具酶切割后再用连接酶连接成重组体，然后导入到某一个更易生长、繁殖的受体细胞中，让外源重组DNA在受体细胞中表达新物种的性状。

在基因工程中，微生物既是基因克隆的载体，又是克隆载体的宿主和克隆基因的表达载体。

PCR技术是DNA的体外扩增技术，它包括变性、退火、延伸三个基本反应。

在微生物保藏方法中，冷冻干燥法可保藏5-15年。而液N可保藏20年以上。在我国，斜面传代置冰箱中保藏菌种是最常用的方法。放线菌、丝状真菌用麸皮管法保藏。芽孢细菌用砂土管法保藏。冷冻干燥法和液N法保藏菌种已在我国科研院所和大专院校逐渐推开。

1、解释名词：

基因

结构基因

调节基因

跳跃基因

突变

自发突变

诱发突变

回复突变

点突变

转换

移码突变

染色体畸变

光复活作用

基因重组

转化

转导

普遍转导

流产转导

高频转导

低频转导

转化子

转化因子

感受态细胞

接合 原生质体融合准性生殖

基因工程

2、试述证明遗传物质是DNA的转化实验方法。

3、基因存在微生物细胞的哪些结构上？

4、试述乳糖操纵子的模型。

5、微生物的突变体主要有哪些种类？

6、紫外线引起微生物突变的机制是什么？

7、试述亚硝酸的诱变机制。

8、试述5-Br尿嘧啶引起碱基突变的机制。

9、绘图说明转化的过程。

10、绘图说明完全转导和流产转导的过程。

11、如何实现高频转导？

12、绘图说明接合发现的实验方法。

13、F因子在E.coli细胞中以哪几种状态存在？含有F因子的E.coli 与F-菌株接合会有几种结果？

14、试述原生质体融合的基本过程？

15、试述准性生殖的过程。

16、试述基因工程的基本过程。

17、微生物的克隆载体有哪几种？

18、哪些微生物可以作为克隆载体的宿主？

19、常见的原核微生物表达载体有哪几种？ 20、何谓PCR技术，它包括哪几个步骤？