七、生物的变异和进化

七.、生物的变异和进化

生物的变异

变异的原因

1、环境条件的改变（不可遗传变异）

2、在强烈的物理、化学基因影响下发生的基因突变和染色体畸变。

3、在有性生殖形成配子时，由于非同源染色体的自由组合和同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换而引起的基因重组。

基因重组(是生物变异的主要来源之一)

概念：具有不同遗传形状的雌、雄个体进行有性生殖时，控制不同性状的基因重新组合，导致后代不同于卿本类型的现象或过程。

注意：1、基因重组不能产生新基因，但能产生新的基因型。

2、S型肺炎双球菌使R型肺炎双球菌发生转化、转基因技术的原理也是基因重组。

3、精卵结合过程不是基因重组。

基因突变（是生物变异的根本来源）

概念：是指基因部核酸分子上的特定核苷酸序列发生改变的现象和过程。DNA分子中发生碱基的替换或缺失，而引起的基因结构的的改变，突变后的基因成为原基因的等位基因。

图例：

A A T T C C G G T 正常复制 A A T T C C G G T

T T A A G G C C A T T A A G G C C A

复制 A A A C T T C C G G T

出错 T T T G A A G G C C A

A A T T C C G G C

T T A A G G C C G

缺失

A T C C G G T

T A G G C C A

基因突变的类型

根据基因对表现型的影响

1、形态突变：主要影响生物的形态结构，可从表现型的明显差异来识别。（如果蝇的红眼突变为白眼）

2、生化突变：影响生物代过程，导致某个生化功能的改变和丧失。（如苯丙酮尿症）

3、致死突变：导致个体活力下降，甚至死亡。

形态突变和致死突变都伴随有特定的生化过程改变，因此严格地讲，任何突变都是生化突变。

基因突变的特点

1、普遍性：无论高级动植物还是低等生物都会发生。

2、多方向性：一个基因可以产生一个以上的等位基因。

3、稀有性：对某一生物个体来说突变的频率很低，对某一个种群或一个物种来说，突变基

因的总量不多。

4、可逆性：显性基因可以突变为隐性基因，而隐性基因也可以突变为显性基因。

5、有害性：大多数的基因突变会给生物带来不利影响。

诱发因素

1、物理因素：如各种射线（X射线、紫外线等）的照射、温度剧变。

2、化学因素：各种能改变DNA分子碱基排列顺序的化合物，如亚硝酸盐、碱基类似物等。

3、生物因素：如麻疹病毒等，他们的毒素和代产物对DNA分子都有诱变作用。

在自然条件下发生的基因突变成为自发突变，而在人工条件下诱发发生的基因突变叫诱发突变。

基因突变的机理

诱发因素作用分子中碱基对的缺失、分子中核苷酸

mRNA

注意

1、基因突变可发生在任何生物细胞中，一般发生在DNA复制时：有丝分裂间期（体细胞）、减数第一次分裂间期（生殖细胞）。

2、基因突变是DNA分子水平上某一基因部碱基对种类和数目的变化，染色体上基因的数目和位置并未改变。

3、基因突变如果发生在生殖细胞中，并且该生殖细胞参与了受精作用，该基因突变就能遗传给后代，而发生在体细胞中的基因突变，一般是不能通过有性生殖遗传给后代的，最多在当代表现出来。（有性生殖不可以传，无性生殖可以传）

4、以RNA为遗传物质的生物，其RNA上的核糖核苷酸序列发生变化，也引起基因突变，由于RNA为单链结构，在传递过程中更易发生突变。

染色体畸变

概念：生物细胞中染色体在数目和结构上发生的变异，包括染色体结构的变异和染色体数目的变异。

染色体结构变异

缺失：染色体断片的丢失，引起片段上所带基因也随之丢失的现象。

重复：染色体上增加了某个相同片段的现象。

倒位：一个染色体上的某个片段的正常排列顺序发生180度颠倒的现象。

易位：染色体的某一片段移接到另一非同源染色体上的现象。

注意：1、染色体结构的变异，使位于染色体上的基因的数目和排列顺序也发生改变。

2、基因突变和染色体畸变是不同水平、不同层次上的变异，基因突变属于分子水平上的变异，而染色体结构变异属于细胞水平上的变异。

实例：人类的猫叫综合征（第五条染色体部分缺失）

果蝇的棒眼（X染色体上某个区段发生重复）

染色体数目变异

分为整倍体变异和非整倍体变异

整倍体变异

1、概念：体细胞的染色体数目是以染色体组的形式成倍增加或减少的

2、染色体组：一般将二倍体生物的一个配子中的全部染色体称为染色体组。这组染色体的形态结构、功能各不相同，但包含了该生物的整套基因。

染色体组注意

A、不含同源染色体

B、不含等位基因

C、大小形态各不相同

D、含有控制生物发育成完整个体所需要的一整套基因

3、整倍体：生物体细胞中染色体数目是染色体组的整倍数的个体就称为整倍体。

4、一倍体：只有一个染色体组的细胞或体细胞中含有单个染色体组的个体称为一倍体。（一

倍体不能减数分裂产生配子）

5、二倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体，叫二倍体。绝大多数的动物和半数以上的高等植物都是二倍体。（水稻、玉米、哺乳类、人类）

6、多倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫多倍体。多倍体普遍存在于植物界，已知被子植物中有?或更多的物种是多倍体植物。相对普通二倍体植物而言，多倍体植物茎秆粗壮，叶片、果实、种子较大，种子或果实中的糖类、蛋白质含量较高但这类植物发育延迟，结实率低。（香蕉是三倍体，花生、大豆、马铃薯是四倍体、小麦、燕麦是六倍体）

7、单倍体：由配子发育而成的个体，体细胞中含有物种配子染色体数，叫单倍体。相对于动物，植物的单倍体更多见。（有花药培育而成的植株、雄蜂、雄蚁都是由未受精的卵细胞发育而来）。自然条件下，单倍体植物长得弱小，高度不育。

注意

A、多倍体育种时常用秋水仙素处理诱发的种子或幼苗，而单倍体是高度不育的，因此，不能用秋水仙素处理单倍体的种子。

B、关于几倍体的判断，标准看生物发育的起点。

起点是卵细胞或精子，不论其体细胞中有几个染色体组，均为单倍体。

起点是受精卵，其发育个体，细胞中有几个染色体组，就是几倍体。

C、单倍体的染色体组取决于本物种是二倍体、四倍体、六倍体或更多倍体。

8、非整倍体变异：细胞个别染色体等的增加和减少。（人类的卵巢发育不全症，缺少一条性染色体：特纳氏综合征；比正常人多一条21号常染色体：先天愚型，又称唐氏综合征）

杂交育种

应用诱变育种

单倍体育种

多倍体育种

杂交育种（基因重组）

概念：有目的地将两个或多个优良性状组合在一起，培育出更优良的新品种。（集优）

过程：杂交（具有不同优良性状的亲本杂交）、选择（从F2中选择出符合性状要求的个体）、纯合化（连续自交，淘汰性状分离的个体）

自交）若干次传种

注意

1、常规的杂交育种仍是培育新品种的有效手段。

2、杂交育种只适用于进行有性生殖的生物。

3、杂交育种并非都需要连续自交，如：培育杂合子或隐性纯合子。

4、杂交育种操作简单，但一般所需时间较长（缺点）。

显性优良性状的品种培育

P亲本A ×亲本选出显性性状

中能稳定遗传的优良品种

隐性优良品种的培育

P亲本A×亲本选出隐性性状

诱变育种（基因突变和染色体畸变）

概念：利用物理、化学因素诱导生物发生变异，提高了基因的突变率和染色体的畸变率。

方法

辐射诱变：如X射线、紫外线。（能使染色体发生断裂而产生断片，同时也增加DNA分子上的碱基发生变化的几率导致基因突变。）

化学诱变：化学药剂如秋水仙素（DNA分子中碱基的缺失、替换等的变化。）

特点

1、提高突变频率，为育种创造出丰富的原材料。

2、能在较短的时间有效的改良生物品种的某些性状，但因为突变是多方向的，需要筛选。

3、改良作物品质，增强抗逆性。（农作物方面：水稻、小麦、玉米、大豆、黑龙五号大豆；

微生物方面：青霉菌；动物方面：家蚕）

单倍体育种（染色体畸变）

概念:利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的纯合子的育种方法称为单倍体育种。

单倍体特点：单倍体植株长得弱小而且高度不育，其本身没有经济价值，但经过诱变其染色体加倍，可成为可育的纯合子，就成为选育新品种的原材料。

过程

花药离体培养、秋水仙素

例:

1、有常规方法获得F1

2、将F1的花药放在人工培养基上进行离体培养，花粉细胞经过多次分裂形成愈伤组织，诱导愈伤组织诱发成幼苗。

3、用秋水仙素处理幼苗（抑制纺锤体形成），染色体加倍后成为可育的纯合植株。

特点

1、缩短了年限。

2、能排除显隐性干扰，提高效率。

多倍体育种（染色体畸变）

方法：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

特点

1、主要存在于动物界。

2、多倍体的细胞通常比二倍体的细胞大，细胞有机质含量高、抗逆性强。

3、植株茎秆粗壮、叶片、种子、果实较大。

实例：三倍体无籽西瓜的培育

注意

只能以四倍体为母本，二倍体为父本，反正可以得到三倍体种子，但会因为珠被发育成硬厚的种皮，而到不到无籽的目的。

无籽番茄：生长素

无籽葡萄：赤霉素

注意

1、秋水仙素的作用是一直细胞分裂时纺锤体的形成，从而是染色体数目加倍。

2、单倍体育种包括两个阶段：花药离体培养和人工诱导染色体加倍。

同源八倍体：一个细胞

异源八倍体：不是一个细胞

转基因技术

概念：利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因（外源基因）转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。

特点：可以实现种间遗传物质的交换，但相比于其它育种方法，转基因技术针对性更强、效

率更高、经济效益更明显。但同时存在破坏生态环境、威胁人类健康的危害。

实例：抗冻西红柿（将北极海鱼的抗冻基因导入西红柿）、抗虫棉

生物的进化

多样性

生物合理的解释：生物的进化

统一性

物种：某一特定区域同一生物的集合。是生物分类的基本单位，一种自然的类群。

生殖隔离：不同种个体间不能互相交配，或交配后不能产生有生育能力的后代。（同种个体之间能相互交配并产生有生育能力的后代）

多样性：

生物界生物种类繁多，在类型上表现出巨大的多样性。

统一性：

1、生物界在模式上具有高度的统一性。

动物、植物、真菌（三类真核生物）和众多原核生物（原生生物是真核生物）都具有统一的结构模式-细胞结构。

2、关系较近的生物在生物体层次上存在结构和功能统一的模式。

细胞生物都含有DNA、RNA蛋白质，这些生物大分子的结构单体是相同的，单体的连接方式也是相同的，在细胞中的功能也是相似的，这显示出生物在生物大分子上具有统一的模式。

3、生物界共用一套密码子，在生物遗传这个基本过程中，生物表现出高度的统一性。

4、真核生物和原核生物细胞结构有显著差异，但它们缺失由相同类型的分子组成，在分子层次上存在着高度统一性。

特创论：生物物种是有上帝创造的，一经创造出来就不会改变；不同物种之间没有亲缘关系。

进化论对统一性和多样性的解释

达尔文

统一性：彼此不同而又相似的物种，由同一个祖先发展而来，遗传的力量使它们保持某种结构和功能上的统一模式，所有的动物有一个共同由来，所有的植物有一个共同由来，所以生物界有一个共同由来，因此，生物界存在严格地统一性。

多样性：同一物种的不同种群，生活在不同的环境中，由于自然选择等的作用，可以发生不同的变化来适应各自的环境，种群间发生性状的分歧，一个物种可以发展出多个物种，一种类型可以发展出多个类型，这就是生物界的多样性。

生物界既存在这巨大的多样性，又在不同层次上存在着高度的统一性。

种群变异性多样性新物种形成

选择与隔离基因频率的变化

进化性变化得以发生的前提：个体间存在可遗传变异（基因重组、基因突变、染色体畸变），至少有一部分遗传可变异。

可遗传变异是选择的前提，选择决定生物进化的方向，经过长期的选择，有利的变异得到积累和加强，最终产生了新的类型直至新物种。

选择包括人工选择和自然选择

人工选择：人们根据自己的需要，在普遍存在变异的家养生物中挑选出合乎要求的变异个体，并把它们的后代保留下来

自然选择：环境条件一某种方式选择用以繁衍后代的过程。是生物进化的一个重要动力和机制。

新的等位基因基因重组多种多样的基因型大量可遗传

变异

注意：环境变化不能决定生物种群变异的方向。生物的变异往往在环境变化以前就一直存在，环境变化仅仅是对其变异进行选择而已。

生物进化以种群（是生活在一定区域的同种生物的全部个体）、群体为单位，实质是基因频率的改变。

可遗传变异是自然选择的前提，是生物进化的前提。

基因座位：一个特定基因在染色体上的位置。

基因型数目=3^n（n是具有两个等位基因的座位数）

基因库：一个生物种群的全部等位基因的总和。

基因频率：在种群中，某一等位基因的数目占这个基因可能出现的所有等位基因总数的比例。

A%=AA%+?Aa%

a%=1-A%=aa%+?Aa%

基因型频率：每种基因型个体数占种群总个体的比例。

AA%=AA/(AA＋Aa＋aa)×100%

Aa%=Aa/(AA＋Aa＋aa)×100%

aa%=aa/(AA＋Aa＋aa)100%

遗传平衡定律（英哈代德温伯格）

在一个大的随机交配的种群里，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下，世代相传不发生变化。

影响基因频率的因素

1、突变

2、基因迁移（迁入迁出）

3、遗传漂变（在一个较小的种群中，一起偶然的事件往往可以引起基因频率的变化）

4、非随机交配

5、自然选择（基因频率、基因型频率）

满足这五个条件

若已知A=p a=q

AA=p^2 Aa=2pq aa=q^2

适应：是生物特有的一种现象，生命的结构及功能、行为、生活方式有助于该生物在一定环境条件下生存和延续。

自然选择不是进化的唯一因素，但却是适应进化的唯一标准，是种群的基因频率发生定向改变，决定生物进化的方向。

自然选择直接影响生物的表现型，间接影响生物的基因型。

异地物种的形成

初始种群不同种群

地理隔离自然选择生殖隔离同地物种的形成

初始种群新物种

染色体自然加倍生殖隔离