专题06 生物的变异和进化-2021届高考生物必背知识手册
专题06 生物的变异和进化
书本黑体字速记
1.基因突变：DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。基因突变在生物界中是普遍存在的：基因突变是随机发生的、不定向的、多害少利；基因突变的频率是很低的。
2.基因突变是新基因产生的途径：是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料。是诱变育种的理论基础。
3.基因重组：指在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。包括自由组合、同源染色体联会时非姐妹染色单体的交叉互换和基因工程。是杂交育种的理论基础。
4.染色体变异包括染色体结构的变异(缺失、增加、易位、颠倒)和染色体的数目变异（一类是细胞内个别染色体的增加或减少，另一类是细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少)。
5.染色体组：细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，携带着控制生物生长发育和全部遗传信息。
6.二倍体：由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组。
7.多倍体：由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组。多倍体植株的特点是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加。
8.人工诱导多倍体的方法有：低温处理和利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。秋水仙素作用于分裂前期的细胞，抑制纺锤体的形成。
9.单倍体：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。特点是植株长得弱小，而且高度不育，利用单倍体植株培育新品种能明显缩短育种年限。
10.人类遗传病主要分为单基因遗传病(受一对等位基因控制，常显多并软，常隐白聋苯，色盲血友伴X隐，伴X显抗维生素D佝偻病)、多基因遗传病(受两对以上等位基闲控制)和染色体异常遗传病三大类。
11.人类基因组计划目的是测定人类基因组的DNA全部序列。
12.基因的“剪刀”：限制酶；基因的“针线”：DNA连接酶；基因的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒等。
13.基因工程的操作步骤：提取目的基因→目的基因与运载体结合(基因表达载体的构建)→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。
14.自然选择学说包括：过度繁殖、生存斗争、遗传与变异、适者生存。遗传和变异是生物进化的内在因素，生存斗争推动着生物的进化，它是生物进化的动力。定向的自然选择决定着生物进化的方向。
15.种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体。种群是生物进化的基本单位。
16.一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫这个种群的基因库。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫作基因频率。
17.突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组产生进化的原材料。基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化。自然选择决定生物进化的方向。在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。
18.物种：能够在自然下相互交配并且产生可育后代的一群生物。
19.隔离是物种形成的必要条件，包括地理隔离和生殖隔离。新物种形成的标志：出现生殖隔离。
20.共同进化：不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展。
21.生物多样性主要包括：基因多样性、物种多样性和生态系统多样性。
必背基础知识点
1.基因突变是新基因产生的途径，生物变异的根本来源，生物进化的原始材料。
2.基因突变的准确描述是：由DNA分子中碱基对的替换、增添和缺失而引起的基因结构的改变。
3.基因突变的随机性的表述是：基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，可以发生在细胞内不同的DNA分子上，也可以发生在同一DNA分子的不同部位。注意与普遍性区分开。
4.基因重组：在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。主要包括两种情况：①同源染色体的等位基因随非姐妹染色单体的交换而发生交换，导致染色单体上的非等位基因重组；②随非同源染色体的自由组合，非等位基因自由组合。
5.同无性生殖相比，有性生殖产生的后代具有更大的变异性，其根本原因是：产生新的基因组合机会多。
6.染色体结构变异包括染色体片段的重复、缺失、倒位、易位。染色体数目变异则包括个别染色体增减、染色体组成倍增减。
7.染色体结构改变的实质是：会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。
8.染色体易位指染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上。
9.染色体组是指细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，携带着控制生物生长发育的全部遗传信息。细胞中形态相同的染色体（同源染色体）有几条，则含几个染色体组。
10.单倍体是指：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
11.多倍体是指：由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
12.单倍体育种采用花药离体培养的方法获得单倍体植株，然后经过人工诱导（如用秋水仙素处理幼苗）使染色体数目加倍，优点是能明显缩短育种年限。秋水仙素作用原理是抑制分裂过程中纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极从而加倍。
13.人工诱导多倍体的方法有低温处理和用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，如三倍体无子西瓜，属于染色体变异。
14.卡诺氏液可固定细胞的形态。
15.可遗传变异包括基因突变、基因重组和染色体变异。其中只有染色体变异可在光镜下直接观察到。
16.诱变育种的原理是基因突变，如青霉素高产菌株。
17.基因突变既可以由环境因素诱发，又可以由于DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等原因自发产生。
18.在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。
自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率
19.生物进化的实质是种群基因频率的改变，基因频率改变，生物一定进化。
20.物种的形成必须经过生殖隔离，但不一定要经过地理隔离。
21.物种指能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。
22.生殖隔离指不能相互交配或即使能交配也不能产生可育后代。
23.生态系统多样性形成的原因可概括为共同进化。
易错易混考点
一、基因突变及其他变异
1．病毒和原核生物能发生的可遗传变异一般只有基因突变。
2．禁止近亲结婚可显著降低隐性遗传病的发病率。
3．染色体结构变异会使得染色体上的基因数目和排列顺序发生改变。
4．具有家族聚集现象的遗传病一般是多基因遗传病，遗传病不是一定含有致病基因。
5．培育无子西瓜时，为什么要以一定浓度秋水仙素溶液滴在二倍体西瓜幼苗的芽尖？芽尖细胞有丝分裂旺盛，且能发育成染色体加倍的植株。
6．人类基因组计划测定的是24条染色体上DNA的碱基序列；水稻等雌雄同株的植物，因为不含性染色体，其基因组测序时，只需要测其一个染色体组的DNA碱基序列。果蝇和雌雄异株的植物如女娄菜，测序其基因组时，与人类相似，即测一个染色体组再多一条性染色体。
7．低温诱导植物染色体数目的变化，原理是低温处理植物分生组织细胞，能抑制其纺锤体的形成，主要作用于有丝分裂前期。
二、杂交育种和诱变育种
8．若研究两对独立遗传的等位基因的相关性状，对其进行杂交产生双杂合子，然后单倍体育种，此育种的原理是基因重组和染色体变异(若研究一对基因时，只写染色体变异)。
三、现代生物进化理论
9．生物多样性的根本原因是基因多样性。
10．自然选择通过直接作用于个体而影响种群的基因频率。
11．长期使用抗生素或杀虫剂会使病菌或害虫接受自然选择而抗药性增大。
12．隔离是物种形成的必要条件。
13．生物多样性的三个层次是基因、物种、生态系统，某个种群只具有其中的基因多样性。14．原核生物比真核生物进化速度慢得多的原因主要是无性生殖一般只能发生基因突变。15．真核生物出现之后，生物通过有性生殖，实现了基因重组，这就增强了生物变异的多样性，明显加快了生物进化的速度。
16．捕食者往往捕食个体数量多的个体，这就为数量少的被捕食者的发展提供了有利条件，所以，捕食者的存在有利于增加物种多样性。
17．共同进化是指不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展。
19年真题赏析
考点1 生物的变异
1.（2019浙江4月选考，2分）人类某遗传病的染色体核型如图所示。该变异类型属于
A.基因突变
B.基因重组
C.染色体结构变异
D.染色体数目变异
【答案】.D
【解析】本题考查染色体畸变，意在考查考生的识记能力。分析该遗传病的染色体核型图可知，21号染色体有3条，这种变异类型属于染色体数目变异，D符合题意。
2.（2019江苏，2分）人镰刀型细胞贫血症是基因突变造成的,血红蛋白β链第6个氨基酸的密码子由GAG变为GUG,导致编码的谷氨酸被置换为缬氨酸。下列相关叙述错误的是
A.该突变改变了DNA碱基对内的氢键数
B.该突变引起了血红蛋白β链结构的改变
C.在缺氧情况下患者的红细胞易破裂
D.该病不属于染色体异常遗传病
【答案】.A
【解析】本题考查基因突变的相关知识，意在考查考生的理解能力。考查的核心素养为生命观念与科学思维。密码子由GAG变为GUG，则模板链对应的碱基由CTC变为CAC，并不影响DNA中A与T和C与G的对数，故DNA碱基对内的氢键数不会发生改变，A项错误；由于血红蛋白β链中一个氨基酸发生了改变，故血红蛋白β链的结构会发生改变，B项正确；镰刀型细胞贫血症患者的红细胞在缺氧状态下呈镰刀状，容易破裂，C项正确；镰刀型细胞贫血症属于单基因遗传病，D项正确。
考点2 生物变异在育种上的应用
3.（2019江苏，2分）下列关于生物变异与育种的叙述,正确的是
A.基因重组只是基因间的重新组合,不会导致生物性状变异
B.基因突变使DNA序列发生的变化,都能引起生物性状变异
C.弱小且高度不育的单倍体植株,进行加倍处理后可用于育种
D.多倍体植株染色体组数加倍,产生的配子数加倍,有利于育种
【答案】.C
【解析】本题考查生物变异和育种的相关知识，意在考查考生的理解能力和分析判断能力。基因重组是生物变异的来源之一，可能会导致生物性状变异，A错误；因为密码子具有简并性以及基因的显隐性等，所以基因突变不一定导致生物性状发生改变，B错误；弱小且高度不育的单倍体植株经加倍处理后，其染色体数目加倍而成为可育的植株，可用于育种，C正确；多倍体植株染色体组数加倍，产生的配子数不变，D错误。
4.（2019天津理综，10分）作物M的F1基因杂合,具有优良性状。F1自交形成自交胚的过程见途径1(以两对同源染色体为例)。改造F1相关基因,获得具有与F1优良性状一致的N植株,该植株在形成配子时,有丝分裂替代减数分裂,其卵细胞不能受精,直接发育成克隆胚,过程见途径2。据图回答:
(1)与途径1相比,途径2中N植株形成配子时由于有丝分裂替代减数分裂,不会发生由
和导致的基因重组,也不会发生染色体数目。
(2)基因杂合是保持F1优良性状的必要条件。以n对独立遗传的等位基因为例,理论上,自交胚与F1基因型一致的概率是，克隆胚与N植株基因型一致的概率是。
(3)通过途径获得的后代可保持F1的优良性状。
【答案】.（除标明外，每空2分）(1)同源染色体非姐妹染色单体交叉互换非同源染色体自由组合减半（1分）(2)1/2 n 100% (3)2（1分）
【解析】本题考查减数分裂与育种等相关知识，意在考查考生的理解能力和应用能力。（1）根据图示可知，途径1表示作物M的F1产生的精子和卵细胞经过受精作用形成受精卵，受精卵发育成自交胚。途径2表示改造F1相关基因，获得具有与F1优良性状一致的N植株，该植株在形成配子时，以有丝分裂代替减数分裂，其精子和卵细胞的基因型与N植株相同，其卵细胞未受精可以直接发育成克隆胚。由于途径2中N植株在形成配子时不进行减数分裂，因此，不会发生同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换和非同源染色体的自由组合而导致的基因重组，卵细胞的染色体数目与N植株相同，也不会发生染色体数目的减半。（2）基因杂合是保持F1优良性状的必要条件。作物M的F1基因杂合，若以n对独立遗传的等
位基因为例，自交胚与F1基因型一致的概率是1/2 n。克隆胚是由N植株有丝分裂替代减数分裂产生的卵细胞未受精获得的，其基因型与N植株相同。（3）由于途径2获得的克隆胚的基因型与N植株相同，不会发生性状分离，所以通过途径2获得的后代可保持F1的优良性状。
5.（2019北京理综，17分）油菜是我国重要的油料作物,培育高产优质新品种意义重大。油菜的杂种一代会出现杂种优势(产量等性状优于双亲),但这种优势无法在自交后代中保持。杂种优势的利用可显著提高油菜籽的产量。
(1)油菜具有两性花,去雄是杂交的关键步骤,但人工去雄耗时费力,在生产上不具备可操作性。我国学者发现了油菜雄性不育突变株(雄蕊异常,肉眼可辨),利用该突变株进行的杂交实验如下:
①由杂交一结果推测,育性正常与雄性不育性状受对等位基因控制。在杂交二中,雄性不育为性性状。
②杂交一与杂交二的F1表现型不同的原因是育性性状由位于同源染色体相同位置上的3个基因(A1、A2、A3)决定。品系1、雄性不育株、品系3的基因型分别为A1A1、A2A2、A3A3。根据杂交一、二的结果,判断A1、A2、A3之间的显隐性关系是。
(2)利用上述基因间的关系,可大量制备兼具品系1、3优良性状的油菜杂交种子(YF1),供农业生产使用,主要过程如下：
①经过图中虚线框内的杂交后,可将品系3的优良性状与性状整合在同一植株上,该植株所结种子的基因型及比例为。
②将上述种子种成母本行,将基因型为的品系种成父本行，用于制备YF1。
③为制备YF1,油菜刚开花时应拔除母本行中具有某一育性性状的植株。否则,得到的种子给
农户种植后,会导致油菜籽减产,其原因是。
(3)上述辨别并拔除特定植株的操作只能在油菜刚开花时(散粉前)完成,供操作的时间短,还有因辨别失误而漏拔的可能。有人设想:“利用某一直观的相对性状在油菜开花前推断植株的育性”,请用控制该性状的等位基因(E、e)及其与A基因在染色体上的位置关系展示这一设想。【答案】.(除标明外，每空1分)（1）①一显②A1对A2为显性；A2对A3为显性(2分)（2）①雄性不育(2分) A2A3∶A3A3=1∶1(2分) ②A1A1(2分) ③所得种子中混有A3A3自交产生的种子、A2A3与A3A3杂交所产生的种子，这些种子在生产上无杂种优势且部分雄性不
育(3分) （3）如图(4分)
【解析】本题以我国重要的油料作物(油菜)为背景，围绕利用杂种优势提高油菜籽产量的真实问题，考查了杂交育种的操作、基因的分离定律、连锁交换定律等知识。试题检验了考生的综合实践能力，要求考生将所学知识融会贯通。（1）①由杂交实验一中F2性状分离比为3∶1可推出油菜育性由一对等位基因控制。由杂交实验二中F1均为雄性不育，可推出雄性不育对品系3的育性正常为显性。②两个杂交实验的遗传图解如下：
根据杂交一F1为育性正常可知A1对A2为显性，根据杂交二F1为雄性不育可知A2对A3为显性。（2）将杂交二F2中的雄性不育株连续多次与品系3回交，看似子代与亲本一样，但通过多次回交，子代雄性不育株的遗传物质除了雄性不育基因外越来越接近品系3，从而实现将品系3的优良性状与雄性不育性状整合在同一植株上，该植株所结种子的基因型及比例
为A3A3∶A2A3=1∶1。为制备兼具品系1和品系3优良性状的YF1，需要将A2A3作母本，A1A1作父本进行杂交，若母本中存在A3A3雄性可育植株，其会自交或与A2A3杂交产生基因型为A3A3的纯合后代，与同时整合品系1、3优良性状的杂交种子相比丧失了杂种优势，且部分雄性不育，导致油菜籽减产。（3）使易观察相对性状的E基因与A2基因位于同一条染色体上，e基因与A3基因位于同一条染色体上，保证其紧密连锁（不发生交叉互换），就可在开花前观察油菜性状，表现E基因控制性状的个体为雄性不育，未表现E基因控制性状的个体为雄性可育。
【核心素养探究】本题着重体现科学思维的核心素养，引导考生将遗传学知识和原理应用于育种生产实践中，能创造性地设计育种方案，解决优质高产油菜杂交育种过程中存在的问题。试题要求考生通过创新性的实验设计，体会生物学科价值，有助于培养考生的创新精神和实践能力。
【题型风向】2017年、2018年、2019年的北京卷理综生物第30题，均考查了作物育种相关知识，预测2020年高考还会涉及杂交育种、单倍体育种以及介绍并应用育种新方法的相关内容。
考点3 现代生物进化理论的主要内容
6.（2019天津理综，6分）囊鼠的体毛深色(D)对浅色（d）为显性，若毛色与环境差异大则
易被天敌捕食。调查不同区域囊鼠深色表现型频率,检测并计算基因频率,结果如图。
下列叙述错误的是
A.深色囊鼠与浅色囊鼠在不同区域的分布现状受自然选择影响
B.与浅色岩P区相比,深色熔岩床区囊鼠的杂合体频率低
C.浅色岩Q区的深色囊鼠的基因型为DD、Dd
D.与浅色岩Q区相比,浅色岩P区囊鼠的隐性纯合体频率高
【答案】.B
【解析】本题考查现代生物进化理论、基因型频率的计算及基因型的判断等相关知识，旨在考查考生理解所学知识要点并进行分析判断的能力。在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化，深色囊鼠与浅色囊鼠在不同区域的分布现状受自然选择的影响，A项正确；在浅色岩P区，D基因的频率为0.1，则d基因的频率为0.9，深色表现型频率为0.18，则浅色表现型频率为0.82，设杂合体频率为x ,那么1/2 x +0.82=0.9,可算出x =0.16，同理，在深色熔岩床区，D基因的频率为0.7，则d基因的频率为0.3，深色表现型频率为0.95，则浅色表现型频率为0.05，可算出杂合体频率为0.50，B 项错误；已知浅色岩Q区D基因的频率为0.3，若该区深色囊鼠的基因型均为Dd，则D基因的频率为0.25，不足0.3，故浅色岩Q区的深色囊鼠的基因型为DD、Dd，C项正确；浅色岩P区囊鼠的隐性纯合体频率为0.82，浅色岩Q区囊鼠的隐性纯合体频率为1-0.50=0.50，即与浅色岩Q区相比，浅色岩P区囊鼠的隐性纯合体频率高，D项正确。