[生物遗传变异的专题复习]

　　摘要：生物的遗传和变异是高中生物的核心内容，在一轮复习夯实双基的基础上，以遗传变异为中心启发学生运用发散思维的建立知识网络体系，引导学生从生命系统的结构层次的角度考虑，与细胞的结构和功能、新陈代谢、生长发育、生命调节、遗传进化、生态环境等认知领域建立联系。
　　关键词：高三生物 遗传变异 发散思维
　　
　　如何高效地完成高三生物二轮复习的教学任务？笔者以“遗传变异”专题复习为例，来谈谈如何引导学生运用发散思维的方法建立知识网络体系，供同行斧正。生物的遗传和变异是高中生物的核心内容，在一轮复习夯实双基的基础上，以遗传变异为中心引导学生从生命系统的结构层次的角度考虑，如与细胞的结构和功能、新陈代谢、生长发育、生命调节、遗传进化、生态环境等认知领域建立联系。
　　一、与代谢的联系
　　生物的一切遗传性状都受基因控制，但是基因并不等于性状，从基因型到表现型要经过一系列发育过程，也就是说，必须经过一系列代谢过程。而代谢过程的每一步都需要酶的催化，所以基因是通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物个体性状表现的。
　　例：人类白化病、苯丙酮尿症和尿黑酸症都是酶缺陷引起的分子遗传病。下图表示人体内苯丙氨酸代谢过程的部分图解。请根据图示讨论下列问题：
　　A．在基因水平上，白化病患者是由于基因发生突变所致，苯丙酮尿症是由于基因发生突变所致。
　　B．已知控制酶2的基因和控制酶4的基因在两对同源染色体上（假设控制酶4的基因都是正常的）。如果一对正常的夫妻，生下白化、白痴的女儿，那么这对夫妻再生一个小孩，只患一种病的概率是；表现型完全正常的概率是；表现型完全正常且不含致病基因的概率是。
　　C．蛋白质在细胞质内合成，简要指出酶4在皮肤细胞内合成的主要步骤：。
　　D．由图可见：若控制酶2合成的基因发生了变异，会引起多个性状改变；黑尿症与图中几个基因都有代谢关系。这说明：。
　　解析：本题为遗传、变异、代谢的综合题，既从代谢角度讨论了白化病发生的直接原因：是酶的异常导致代谢过程受阻，影响了黑色素的合成。又从变异角度分析了白化病发生的根本原因：是控制酶蛋白合成的有关基因发生了突变。同时本题还从遗传规律的角度探讨了某些具体情况下白化病发生的概率。答案：A.4，2；B.3/8，9/16，1/16；C.细胞核中的DNA转录形成信使RNA，信使RNA从细胞核通过核孔出来后，在核糖体上合成酶4；D.基因与性状并不是简单的线性关系。
　　二、与生物生殖的联系
　　亲子代之间遗传信息的传递是通过生殖过程来实现的。基因的分离定律、自由组合定律、伴性遗传都发生在有性生殖的减数分裂过程中，与减数分裂过程中的染色体的行为变化密切相关。
　　1．染色体的行为与遗传定律的关系
　　同源染色体分离――等位基因分开……基因的分离定律
　　非同源染色体自由组合――非等位基因自由组合… …基因的自由组合定律性染色体分离… …伴性遗传
　　2．遗传定律发挥作用的顺序
　　基因的分离定律（减Ⅰ后期）――基因的自由组合定律（减Ⅰ后期）
　　例：人类的21三体综合征的成因是在生殖细胞形成的过程中，第21号染色体没有分离。已知21四体的胚胎不能成活。假设一对夫妇均为21三体综合征患者，从理论上讲他们生出患病女孩的概率及实际可能性低于理论值的原因分别是（ ）。
　　A．2/3，多一条染色体的卵细胞不易完成受精
　　B．1/3，多一条染色体的精子因活力差不易完成受精
　　C．2/3，多一条染色体的精子因活力差不易完成受精
　　D．1/4，多一条染色体的卵细胞不易完成受精
　　解析：这是一道有关生殖、遗传变异的综合题。可以看成是三条常染色体和一对性染色体的减数分裂。精子有4种（1+X、1+Y、2+X、2+Y），卵细胞有2种（1+X、2+X）。正常情况下组合有8种，除去21四体2种（胚胎不能成活）还有6种组合，其中患病女孩有2种故占1/3。异常精子活动能力弱，失去与正常卵细胞结合的机会，而卵细胞不需运动，故受精机会与正常卵细胞大致相同。故答案：B。
　　三、与生物发育的联系
　　有性生殖细胞结合形成的受精卵，在个体发育过程中，经过细胞分裂、细胞分化，表现出不同性状及表现型，从而反映出不同遗传定律的作用结果。由此可见，遗传定律虽然在产生有性生殖细胞的过程中起作用，但其遗传功效或遗传作用的结果却要在个体发育过程中表现出来。从外形上看，生物个体发育过程是生物性状逐渐形成和表现的过程，性状是受基因控制的，因而个体发育过程实质上是体细胞基因中遗传信息表达的过程，即基因――信使RNA――不同蛋白质――不同性状。
　　同一生物体的不同细胞内含有的遗传信息是相同的。但是，细胞内的基因是选择性表达的，生物体的不同部位表现不同的性状，同一部位在个体发育的不同时期也表现不同性状。
　　例：豌豆灰种皮（G）对白种皮（g）是显性，黄子叶（Y）对绿子叶（y）是显性。现有GGYY和ggyy的豌豆杂交得F1，F1自交得F2。F2植株所结种子的种皮颜色的分离比和子叶颜色的分离比依次为（ ）
　　A.5∶3和5∶3B. 5∶3和3∶1
　　C.5∶3和3∶1D. 3∶1和5∶3
　　解析：本题涉及植物个体发育和遗传定律等知识点。因为种皮由珠被发育而成，其性状与母本一致，而子叶是胚的组成部分之一，由受精卵发育而来，其性状即为子代性状。所本题中F2植株所结种子的种皮颜色与F2相同，子叶颜色与F3相同。故答案：D
　　四、与生物进化的联系
　　生物在生殖过程中，产生可遗传的变异，为生物进化提供了原始的选择材料。现代进化理论以种群为基本单位，从基因水平对自然选择学说进行了发展，指出了自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择，因而可以改变种群的基因频率。只要基因频率改变，生物就进化，只要生物进化，基因频率一定改变。即生物进化的实质是种群基因频率的改变。从生物遗传、变异角度看进化过程如下：
　　突变――新的等位基因――多种多样的基因型――种群出现大量的可遗传变异――变异是不定向的――不利的变异被淘汰，有利的变异逐渐积累――种群的基因频率发生定向改变――生物朝一定方向缓慢进化。
　　如在一个海岛上，一种海龟中有的脚趾是连趾（ww）有的脚趾是分趾(WW、Ww)，连趾便于划水，游泳能力强，分趾的游泳能力较弱。若开始时连趾和分趾的基因频率各为0.5，当海龟数量增加到岛上食物不足时，连趾的海龟容易从海水中得到食物，分趾的海龟则会因不易获得食物而饿死，若干万年后，基因频率变化成W为0.2，w为0.8。请问：
　　A基因频率变化后，从理论上计算，海龟种群中连趾的海龟占整个种群的比例为；分趾的海龟中杂合子占整个种群的比例为。
　　B导致海龟种群的基因频率发生变化的原因是什么？
　　C这种基因频率的改变，是否产生了新的物种？请简述理由。
　　解析：自然选择直接选择的是表现型，其实质是选择了相对应的基因。A连趾是隐性纯合子，基因型为ww，杂合子分趾海龟的基因型为Ww，根据遗传平衡定律可知，ww%=（w%）2=80%×80%=64%，Ww%=2×W%×w%=2×20%×80%=32%；B从题干信息看出，海龟数量增加导致岛上食物减少，分趾的海龟因不易从海水中获得食物而饿死，导致W的基因频率下降；连趾的海龟易从海水中得到食物而存活，从而使w基因频率上升，即自然选择导致海龟种群的基因频率发生了变化。C判断是否产生了新物种的标准是能否杂交并产生可育的后代，即实现基因交流。答案：A.64%，32%；B.自然选择导致海龟种群的基因频率发生定向变化；C.没有产生新物种，只是种群种群基因频率改变，并没有产生生殖隔离。
　　五、与环境的联系
　　生物多样性是所有生物种类及种内所含的遗传变异和它们的生存环境的总称，包括遗传多样性即基因多样性、物种多样性、生态系统多样性。三者之间的关系如图：
　　可以看出：多样性的三个层次是密切联系的，基因多样性是形成物种和生态系统多样性的基础。基因通过转录和翻译，其多样性就可以反映到蛋白质分子的空间结构上，使其变化多端，进而反映出生物性状的多样性。生物性状的多样性还与变异有关。生物变异能导致新性状的出现，但变异具有不定向性，生物变异通过生物与环境之间长期的相互作用，把那些微小、有利的变异逐代积累，从而形成了适应环境的新类型。又由于环境条件是多变的，不同的变异类型适应不同的生活环境。这样，由同一祖先经过几十亿年的不断变化，逐渐形成了适应水生和陆生等不同环境的多种多样的生物类别，从而组成了物种的多样性和生态系统的多样性。
　　例：根据分类学的记载，现在地球上生活着的生物约有200多万种，但是每年都有新物种被发现。近年来在海底3000米的深海热泉孔周围，就发现了以前没有记载的生物。这就说明，生物界的物种还有待人们去继续发现。请根据以上材料分析：
　　A.从分子水平看，生物具有多样性的直接原因和根本原因分别是什么？
　　B.从遗传水平看，生物新性状出现的原因是什么？
　　C.从进化角度看，生物多样性的主要原因是什么？
　　答案：A.蛋白质的多样性和DNA（基因）的多样性；B.基因突变和基因重组；C.不同的环境对生物的自然选择。
　　要把知识体系的建构切实落实到具体的课堂教学中，教师应认真思考如何在专题复习的过程中，启发学生找出知识点之间的内在联系，然后在逐一分析的基础上，帮助学生打通知识点之间的“筋脉”，解除学生在复习过程中的障碍，建立起较为完整的知识体系和知识结构，提高他们对相关知识的迁移能力，切实提高复习课的实效，是专题复习的关键所在。
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