分子生态学 第二章
生物选修一第二章知识点框架
生物选修一第二章知识点框架
【实用版】
目录
一、生物选修一第二章知识点框架概述
二、生物选修一第二章知识点框架详细内容
1.分子生物学基础
2.基因与遗传
3.生物技术及其应用
4.生态学与环境保护
正文
一、生物选修一第二章知识点框架概述
生物选修一第二章主要涉及分子生物学基础、基因与遗传、生物技术及其应用以及生态学与环境保护等方面的知识点。这些内容是高中生物课程的重要组成部分，对于学生理解和掌握生物学的基本概念、原理及应用具有重要意义。
二、生物选修一第二章知识点框架详细内容
1.分子生物学基础
分子生物学是研究生物大分子结构、功能和相互作用的学科。本部分内容包括：
- 生物大分子的结构与功能
- 核酸、蛋白质和多糖的组成与生物功能
- 生物分子的相互作用与生物活性
2.基因与遗传
基因与遗传是生物学的核心概念之一，本部分内容包括： - 基因的概念、结构和功能
- 遗传的基本规律与遗传病
- 基因表达调控与表观遗传
3.生物技术及其应用
生物技术是应用生物学、化学和其他相关学科的理论和技术，对生物体进行改造和利用的一门学科。本部分内容包括：
- 生物技术的基本概念与方法
- 分子生物学技术与基因工程
- 生物技术的应用领域及其前景
4.生态学与环境保护
生态学是研究生物与环境相互关系的学科，环境保护是保障生态环境可持续发展的重要任务。
分子生态学
分子生态学
分子生态学是一门研究进化生态学基础的科学，它试图通过研究生物体内分子
与环境关联而获得的信息来解释各种物种行为以及其进化的历史。分子生态学即在内分子和外环境间建立关联，以研究生物体的行为与进化史。
分子生态学涉及的方面很多，例如生物材料的演化，以及如何通过分子技术来
研究物种之间的联系。这种研究将通过研究多种物种的分子、生物学和行为学特征来理解物种间的关联。分子生态学还会研究物种迁移，物种间种群变化，以及种群构成中物种多样性的演变。
分子生态学也会探寻物种进化中发生的变化，以便于更好理解物种间的进化史。此外，分子生态学也旨在更深入地研究不同物种之间的关系，也就是物种的互补性、竞争性和协调性的研究。
分子生态学是一个极其复杂的科学，需要集成生物学、分子生物学和计算机科
学技术。它具有极其广泛的应用，可以帮助我们思考和了解不同物种的进化历史，从而从根本上解决人类面临的生态问题。
农业生态学课件第二章第四节 农业生态系统中的生物多样性
5.放牧对草地生物多样性的影响
• 适度放牧
• 过度放牧
草原放牧强度和方式直接影响到多样性变化。 方法：轮歇与放牧“轮作”。
6.农田作物间、套作打破单一的作物结构
• 玉米与大豆套种
• 玉米间套作辣椒
间套作、轮作促进多样性提高； 有利于杂草、虫害的控制； 玉米连作 玉米与大豆轮作，减少对玉米食根虫的防治。
① 能量固定； ②调节气候； ③稳定水文； ④保护土壤； ⑤贮存必须的营养元素，促进元素循环； ⑥维持进化过程； ⑦对污染物质吸收和分解作用。
中国生物多样性经济价值初步评估
（单位：万亿元）
二、农业生态系统中的生物多样性
（一）中国农业生物多样性的特殊性； （二）农业活动对生物多样性的影响和威胁； （三）中国农业生物多样性的保护开发与利用。
（一）分子生态学的技术
DNA分析技术
① 限制性片断长度多态性（RFLP) ②随机多态性DNA（RAPD) ③扩增片断长度多态性（AFLP) ④简单重复序列（SSR) ⑤DNA序列分析
（二）分子生态学方法在农业生物 多样性研究中的应用
• （1）农业生物的起源与演化；
• RFLP、RAPD分子标记野生稻与栽培稻、ISSR研究系谱关系。
农田长期保留一 定数量的杂草与作 物共存，对害虫的 防治和土壤肥力的 提高都有着重要的 作用。
麦仙翁可促进小麦增产
大学课程生态学-分子生态学课件
向近敏等（2000）：~ 研究生物活性分子在其显示与生命关联 的活动中所牵连到的分子环境问题。
定义两层含义：
（1）运用现代分子生物学技术研究传统生态学问题；
（2）生物活性分子表现其生命活动时的分子生态条件的 规律性。
1. 蛋白质多态性(protein polymorphism) —— 指一种蛋白质存在多种不同的变型，这些变型的产
生是由于同一基因位点内的突变，产生复等位基因，导致合 成不同类型的蛋白质。
人类蛋白质的多态性往往和人种及其地理分布有关。在 目前已发现的近20种载脂蛋白中，ApoAⅠ、AⅡ、AⅣ、CⅡ、 CⅢ、E及Apo(a)等存在明显的多态性
• 大部分对种群的遗传结构与进化有贡献的分子突变在自然选择的意义上都 是中性或近中性的，因而自然选择对这些突变并不起作用；中性突变的进 化是通过随机漂移，或被固定在种群中，或消失。
3. 限制性内切酶长度多态性
• 第一代分子标记技术
RFLP （Restriction Fragment Length Polymorphism，限制性片段长度多态性）
第10 章 分子生态学
第1节 第2节 第3节 第4节
分子生态学的产生与发展 分子生态学的理论基础 分子生态学的研究方法 前沿进展举例
分子生态学复习
1.生物学种/系统发生物种/分类学物种概念
答：生物学物种是：实际上或潜在地能互相交配的自然种群的集合，该集合与其他这类集合存在生殖隔离。系统发育的物种是最小的可鉴别的单系生物类群，在该生物类群中存在祖先与后裔的亲本模式。分类学物种是形态相似并且具有特异的表观特征的个体所组成的种群，该物种概念被植物分类学家广泛使用。
2.基因、等位基因、单位基因、基因型、表型、基因流。
答：基因是产生一条多肽链或功能RNA所需的全部核苷酸序列；等位基因一般指位于一对同源染色体的相同位臵上控制着相对性状的一对基因；基因型是指某一生物个体全部基因组合的总称；表型是具有特定基因型的个体，在一定环境条件下，所表现出来的性状特征的总和。基因流：遗传物质从一个种群转移到另一个种群的过程，包括传播以及随后的个体、繁殖体或配子的繁殖。
3.哈温平衡、观测杂合度和期望杂合度
答：哈迪—温伯格平衡是指在一个有性繁殖、无穷大、随机交配并且无选择作用的种群中，基因型频率和基因频率在是在世代间保持不变。观测杂合度是种群中实际的杂合度水平。期望杂合度是种群处于哈迪—温伯格平衡时，预期的杂合度水平。
4.人工选择、自然选择
答：自然选择是指在生存斗争中适者生存，不适者被淘汰的现象;包含了两个阶段,第一阶段:由产生出新的合子的一系列过程组成，并产生新的变异。第二个阶段：即淘汰阶段，从幼体（或胚胎）阶段到成体和生殖时期。人工选择是指针对特定性状进行育种，使这些性状的表现逐渐强化，而人们不需要的性状则可能逐渐消匿的过程
5.二叉树/系统发生树类别特点
分子生态学复习资料汇总
分子生态学
名词解释
等位酶：（Allozyme）同一基因位点的不同等位基因所编码的一种酶的不同形式。突变：Genic mutation：基因突交是指基因组DNA分子发生的突然的、可遗传的变异现象。从分子水平上看，基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。
替换：即一种核苷酸被另一种核苷酸所取代。
•碱基替换有两种类型：转换是发生在嘌呤之间(A和G)或密啶之间(C和T）的变换;颠换则指嘌呤和嘧啶的变换。
•转换比颠换更频繁。
PCR：（聚合酶链式反应）在生物体外，利用一小段DNA作为模板，在DNA聚合酶的作用下，将材料dNTPs复制成跟模板互补的DNA链。
PCR每个循环可分为三步：DNA变性、引物退火、新合成序列的延伸。
单亲遗传( uniparental inheritance):基因和遗传因子仅遗传自一个亲本。该术语最常用于描述线粒体和质体基因组的遗传（包括叶绿体基因组cpDNA）,以及有性繁殖生物中一些性染色体的遗传。
双亲遗传( biparental inheritance):基因与遗传因子遗传自两个亲本;仅适用于有性繁殖生物。
共显性标记：( co-dominant markers)可以区分杂合子与纯合子的分子标记。
显性标记:( dominant markers)难以区分纯合与杂合个体的分子标记。
限制性片段长度多态性（RFLP）：一种显性分子标记技术,用一种或多种限制性内切酶,对整个基因组或预选的DNA片段进行消化,从而生成多条DNA 片段。所
获得的带型取决于相应的DNA序列的变异水平,因为每一个体中DNA序列的变异会影响限制性酶切位点的数量。
分子生态学
中的每一条带都可以在双亲之一的图中找 到，只有0.004的可能性，使子女中的一条 带不能在其父母中的图中找到(基因自发突 变的结果)。同一个体无病变的不同组织产 生的DNA指纹图完全相同，并能在培养的
细胞株中维持下去。需要说明的是，同卵 双胞胎的DNA指纹图完全相同。
概念与诞生背景
• 分子生态学:分子生物学与生态学的结合,利用分子 生物学技术研究生态学问题.因为生态学范围很广, 因此,分子生态学研究的范围也很广.
• 研究遗传多样性时空变化模式与机制,辨认物种,探 讨物种间亲缘关系,追踪物种扩散历史,了解种群内 个体间亲缘关系和近交程度等等,都属于分子生态 学研究领域.
生物对寒冷的分子水平适应
• 冷休克蛋白与抗冻蛋白:寒冷环境诱导原核生物产 生冷休克蛋白,保护生物不受伤害.诱导昆虫和植物 产生抗冻蛋白,使细胞不产生结晶,保护细胞不受伤 害.
• 膜磷脂的抗冷性:膜磷脂成分的变化可以有效抵抗 低温环境对生物的伤害.增加磷脂的不饱和脂肪酸 比例可以增加膜的流动性,脂肪去饱和酶起重要作 用,低温只是诱导该酶产量增加活性增强.
• 小卫星DNA指纹技术可以有效检测个体间 亲缘关系.
• DNA序列中存在三种类型：单拷贝序列、 中等程度重复序列和高度重复序列。重复 序列就是一种序列在DNA分子中重复出现 几百次、几千次、几万次甚至百万次，它 们约占DNA总序列的3～4％(人类10%)。每 个重复序列在300个核苷酸长度之内，由于 高度重复序列经超离心后，以卫星带出现 在主要DNA带的邻近处，所以也被称为 “卫星DNA”。卫星DNA中的重复序列单元 则称为“小卫星DNA”。
分子生物学内容整理
第一章绪论
问答：
1、分子生物学的发展大致可分为哪几个阶段
①准备和酝酿阶段：确定蛋白质是生命活动的主要物质基础
确定DNA是生物遗传的物质基础
②现代分子生物学的建立和发展：建立遗传信息传递中心法则
对蛋白质结构和功能的进一步认识
③初步认识生命本质并改造：重组DNA技术的建立和发展
基因组研究的进展
单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展
基因表达调控机理
细胞信号转导机制研究成为新的前沿领域
新技术平台驱动分子生物学的发展
第二章基因、基因组、基因组学
名解：
1、基因（两个定义）：
遗传学角度---是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，也称为遗传因子
．．．．。
分子生物学角度---是合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA，包括编码
．．蛋白质
或RNA的核酸序列及为保证转录所必需的调控序列
．．．．。
2、开放阅读框架（ORF）：是指DNA链上，由蛋白质合成的起始密码开始，到终止密码为止的一个连续编码。
3、C值（C value）：是指一种生物体单倍体基因组DNA的总量。
4、基因组（genome）：是指生物体全套遗传信息，包括所有基因和基因间的区域
5、基因重叠：是指同一段DNA片段能够参与编码两种甚至两种以上的蛋白质分子。
6、多顺反子mRNA（polycistronie mRNA）：是指病毒基因组DNA序列中功能上相关的蛋白质的基因或rRNA的基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位，形成一个功能单位或转录单元。它们可被一起转录成含有多个mRNA的分子。
7、类核（nucleoid）：是指原核生物基因组通常由一条环状的双链DNA分子组成，在细胞中与蛋白质结合成染色体的形式，在细胞内形成一个致密的区域。
第2章 种群生态学(1-2)生物种群的特征及动态
7
六、种群
种群是指在一定时间一定空间中同种个体的组合。 种内个体可自由交配繁衍后代，种群间的生殖隔离使不 同种群间产生形态和生态上的差异。 种群是物种存在、物种进化、种间关系的基本单位，是 生物群落或生态系统的基本组成部分，同时也是生物资源 开发利用的具体对象。数量、分布以及种群与其栖息环境 中的非生物因素和其他 种群生态学研究种群的生物种群的相互作用。 种群生态学的核心内容是种群动态研究，即种群数量在 时间上和空间上的变动规律及其变动原因（调节机制）。
第一列通常是表示年龄组或发育阶段，从低龄到高龄自 上而下排列；其他各列则记录种群的死亡和存活情况的 观察数据或统计数据，各列通常用一定符号表示。
21
三、种群的增长
x：年龄组或发育阶段。n x：本年龄组开始时的存活个体数。 d x：本年龄组期间的死亡个体数，或从年龄x 到年龄x +1期间的死亡个体数。 lx：在年龄组开始时存活个体的百分数，其值等于：l x = n x / n 1 。
9
八、生态系统
生态系统是生态学中最重要的概念，也是自然界最重要 的功能单位。 生态系统（ecological system，ecosystem） 指一定时间和空间范围内，生物（一个或多个生物群落） 与非生物环境通过能量流动、物质循环及信息传递所形成 的一个相互联系、相互作用并具有自动调节机制的自然整 体。即生态系统＝生物群落＋非生物环境。
环境生态学 第二章 生物与环境PPT课件
生命的起源——指地球上非生命物质 演变成原始生命的过程
无机小分子 有机小分子 生物大分子 多分子体系 原始生命
现代生物
化学进化阶段 生物进化阶段
（1）昆虫与植物间的协同进化
（2）大型草食动物与植物的协同进化
（3）互惠共生物种间的协同进化
（4）协同适应系统
二、生物多样性
（一）生物多样性的概念P35
行为上的适应－－ 迁移和冬眠／休眠等。
2.生物对高温环境的适应
植物
形态 生理
动物
适当放松恒温性 行为上改变
植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂 时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的木栓层，绝热。
动物：体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地 面；背部具厚的脂肪隔热层。
(2)生理方面的适应 植物：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓 代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光。
第一节 地球上的生物
一、生命的产生与进化 （重点） (一)、生命起源的几种学说：
1.神创论 2.从自然发生说到生源论
生态学第02章 他感作用
第二章他感作用
§1. 他感作用及其表现
一、他感作用(Allelopathy)
1. 他感作用的定义
生存竞争是地球上一切生命体的根本属性，生态系统中的高等植物相互竞争水分、光照和土壤养分等是其重要内容之一。在生存竞争过程中，植物形成了各自保护自己和战胜周围物种的方式，当这种保护方式是以化学方式为主时，就属于“他感作用”的范畴。所以，他感作用是指一种有机体所产生的化学有毒物质，进入环境被另一种有机体所吸收，并抑制后者生长、发育和繁殖的现象。
Molisch（玛里斯，1937）首先给“他感作用”下定义，广泛地解释为：“各类植物之间的生物化学作用”，包括了不利和有利作用两个方面。Rice（1974）在《他感作用》一书中将他感作用定义为：“一种植物所产生的化学有毒物质，进入环境对另一种植物的有害作用”。与Molisch相似，Rice认为他感作用是一个包括了高等和低等植物的多种生物化学作用。Muller(1970)所持的看法则不同，他认为应该将他感作用一词仅限于高等植物间的相互作用。但这种区别很难划出一条明显的界限，因为低等植物常常也直接或间接地参与到高等植物间的化学作用之中，如一个植物产生的化学物质常常依赖于土壤微生物的作用才能使其有毒物质解毒或进一步合成其它无毒化合物等。
2. 他感作用物质与作用条件
（1）他感作用物质
高等植物间起抑制作用的化学物质叫他感作用物质或毒素。他们都是典型的次生组分，并且分子量小、结构简单。绝大多数已被证明的他感作用物质是挥发性萜类或挥发性酚类化合物（图3–1）。
图3–1 植物次生物质的代谢关系（仿Krebs, 1985）
《分子生态学》课件
生态毒理学
探究化学物质对生态系统 的影响，评估环境中的污 染风险。
技术创新与应用拓展
高通量测序技术
提高基因组测序的通量和 准确性，为生态学研究提 供更多数据。
生物信息学
利用大数据和人工智能技 术，解析生态系统中的复 杂关系。
生态模型
建立生态模型，模拟生态 系统动态变化，预测未来 发展趋势。
对人类社会的影响与价值
分子生态学的重要性
揭示生物适应环境的分子机制
01
通过研究生物大分子的结构和功能，可以深入了解生物如何适
应环境变化，为生物多样性的保护和利用提供科学依据。
促进生态学与其他学科的交叉融合
02
分子生态学的发展推动了生态学与化学、物理学、遗传学等学
科的交叉融合，促进了相关领域的发展。
为环境保护和生态恢复提供指导
分子标记技术的应用
在分子生态学中，分子标记技术可用于物种鉴定、种群遗传结构分 析、亲缘关系鉴定等方面。
分子标记技术的优势
具有较高的灵敏度和特异性，能够快速准确地检测生物体的遗传特 征，有助于揭示种群结构和遗传多样性。
生物信息学方法
生物信息学方法
利用计算机科学和统计学的理论和方法，对生物学数据进行分析 、整合和挖掘。
基因组学技术的应用
基因组学技术的优势
能够全面揭示生物体的遗传信息，提 供更深入的分子机制解释，有助于理 解生物多样性和生态系统的复杂性。
2第二章 微生物生态学研究方法
• 分析不同环境样品中微生物混合DNA的ERIC-PCR指 纹图谱的差异，就可比较不同生态系统微生物群落的 差异，或者同一个群落在不同功能状态下的结构变化。
ERIC-PCR引物20 pmol/μl
E1: 5'-ATgTAAgCTCCTggggATTCAC-3' E2: 5'-AAgTAAgTgACTggggTgAgCg-3'
• •
代谢活力的测定（同位素标记、酶活力、ATP、叶绿素、呼吸 作用和光合作用） 数学方法（人工模拟实验）
Fra Baidu bibliotek
二、微生物生态学的分子生物学研究方法
1、DNA指纹图谱技术：分子标记（SSR、ISSR、RAPD、AFLP、PCR/TRFLP）、DGGE(变性梯度凝胶电泳)、TGGE(温度梯度凝胶电泳)、单链 构象多态性分析（PCR-SSCP）、重复片段PCR基因指纹分析（rep-
5. 以PCR为基础的rRNA及rDNA的分析方法
• 用于微生物群落结构分析的基因组DNA的序列包 括：核糖体操纵子基因序列(rDNA)、已知功能基 因的序列、重复序列和随机基因组序列等。
• 最常用的标记序列是核糖体操纵子基因(rDNA)。 rRNA(rDNA)在细胞中相对稳定，同时含有保守序 列及高可变序列，是微生物系统分类的一个重要 指标。
SSR
标记类型 可检测基 因座位数 DNA质量 遗传特点 多态性 技术难度 同位素使用 可靠性 实验成本 1-2 中高 共显性 高 低 不用 高 中等 20-100 高 共显性/显性 较高 中等 常用 高 较高 1-10 低 共显性/显性 较高 低 不用 高 较低 1-10 低 多数共显性 较高 低 不用 低/中等 较低 1-3 高 共显性遗传 中等 高 常用 高 高 2 高 共显性 高 高 不用 高 高
《分子生态学》教学大纲
《分子生态学》教学大纲一、基本信息
二、教学目标及任务
掌握分子生态学发展史与基本原理；掌握分子生物学基础知识；掌握微生物、植物和海洋分子生态学的研究内容和主要分子生物学技术；了解应用生物技术治理环境污染的分子机理；了解分子生物学和分子生态学基本手段。通过本课程的教学使学生掌握分子生态学的基本理论和基础、以及分子生物学技术和研究方法在不同方向生态学领域的应用，并了解分子生态学与生物信息学的前沿，从思想上明确认识分子生态学在生态学科发展过程中的重要性，通过各教学环节的实施注重培养学生思考、分析、解决分子生态问题和主动获取知识的能力，树立实事求是、严谨治学的学风。
三、学时分配
教学课时分配
四、教学内容及教学要求
第一章分子生态学的发展史
第一节生态学与分子生态学
第二节分子生态学的主要内容与任务
第三节分子生态学的科学地位
第四节分子生态学的起源与发展
第五节分子生态学的发展轨迹
第六节当今分子生态的发展
第七节分子生态学的研究方法和发展方向
第八节分子生态学的新方向
本章教学要求：了解分子生态学发展、研究内容和方法
第二章分子生态学的基本原理
第一节分子生态学概念的提出
第二节分子生态学系统概念
习题要点：分子生态学的概念、与微观和宏观生态学的联系
第三节分子生态系统的结构组成
习题要点：分子生态学的研究对象
第四节生态学中的遗传学
习题要点：分子进化的中性论和选择论；生态遗传学的概念；基因型、表现型和表型可塑性的概念
本章教学要求：掌握分子生态学的概念、研究对象；掌握生态遗传学、基因型、表现型和表型可塑性的概念；理解分子进化的中性论和选择论；
分子生态学样卷
分子生态学样卷
一、名词解释：
1、灭绝漩涡：由于小种群基因库比大种群的要小，且没有其它个体的数量汇入，更易遭受遗传变异性丧失引起的潜在遗传风险、统计波动以及环境变化或自然灾害。因此小种群比大种群更易遭受灭绝，这种导致小种群衰退直至灭绝的趋势被拟为旋涡效应，称为灭绝旋涡。
2、远交衰退：指发生遗传分化种群间的杂交可能在后代中产生不利后果并引起子代的适合度下降的现象。
3、溯祖理论：溯祖理论是一种追踪一个样品中一个位点的所有等位基因从一个种群到与这个种群的所有成员共享单一祖先拷贝的种群遗传回顾模型。
4、共进化：一群体的进化与其他群体的进化相互影响，这种变化发展过程叫共进化。
5、远交负荷：是指由于从遗传上有分化的种群来的个体之间的远缘杂交所引起的后代适合度降低。
6、火山传送带：在火山活动频繁的地区如沿大洋中脊和俯冲带（隐没带）区域常常会形成链状的火山岛。火山作用在链的一端产生一个新的岛屿，同时在另一端老的岛屿被侵蚀掉致使最后被海浸没。这种岛屿形成和消亡的周期叫作“火山传送带”。
7、微生物分子生态学：是用分子标记来研究微生物生态学的内容，包括对微生物群落的组成及种群动态、种类的鉴别等方面的研究。
8、酶联免疫吸附剂测定：采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，然后通过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。
9、遗传修饰生物GMO：指通过DNA操作程序从另一个不同物种引入至少一个基因的转基因生物。
10、进化显著单位：是一系列具有独特的长期进化历史的种群, 代表那些组成一个分类单元的历史隔离群体。
二、选择题
分子生态学
Ｗ ｕ Ｙｏ ｇ ｉ ｎ ｌ ，Ｐｒ ｆｓ ｏ ｏｅｓｒ
定环境背景下 的生物技术。介绍 目前
为解决环境问题的实用的生物技术方法 ， 提供该方法 的科 学知识基础。生物技术 现在 已经成 为替代 现有 的制 造、 土地 治 理、 污染控制和废物管理等许多 已有方法 的另一个方法 ， 成为环境研究 的一个重要 方面。本书第 １ 版于 ２０ 年 出版 ， ２版 ０１ 第 反 映 了在 这个 领 域 的 新进 展 ， 如 最 近 的 例
地球／ 环境科学
Ｃ．Ｍ ． Ｅｖ ｎ ａｓ
国外科技新书评介
２ １ 年第 １ ０１ ０期
（ 总第 ２４期） ９
调解、 有机植物调解和植物 的选择 ；．生 ８ 物技术 和废 物， 介绍有 机废物 的种类 、 成 分和处理技术 ；．遗传操作 ， 出遗传工 ９ 给
程 的原 理 、 过 基 因 工程 方 法 和 不通 过 基 通
基 因组 学 、 白质 组 学 、 物 燃 料 和 环 境 蛋 生 毒 理学等 的研究 。
（ｎｔｕｅｏ ｃ ａ ｉ ， Ａ ） Ｉｓ ｔｔ ｆ ｉ Ｍｅｈｎｃ Ｃ Ｓ ｓ
Ｊ ａｎ ｏ ｎ ａ Ｒ．Ｆｒ ｅａ ｄ ｅ ｌｎ
全书含 １ ０章，． １ 环境生物技术概论 ， 概述环境生物技术 的角色、 用范 围、 使 全 球环境市场 、 方法和 当地 的影响 ；．微生 ２ 物和代谢 ， 介绍从 生物起源 和退化 、 污染 物 的监测 、 微生物、 陈代谢、 新 代谢能力的 遗传蓝图； ． 物干预基础 ， ３生 论述生物 系 统的应用、 极端微 生物、 外源 性化学物 质 和其他有问题的化学品；．污染和污染控 ４ 制， 介绍污染分类 、 污染控制 战略和清 洁 技术 ；．土地 污染 与生 物 修 复 ， 论 修 复 ５ 讨 方法 ， 过程 集 成 和修 复 的适 宜 程 度 ；．需 ６ 氧菌 和废 水 ， 述 污 水 的流 程 问 题 、 地 叙 土 蔓延和含氮废物等的处理 ；．生物技术与 ７ 光 合作 用 ， 述 陆 地 植 物 系 统 、 属 植 物 论 金
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 2.8.2 核结构（蛋白质编码）基因 大多数结 构（蛋白质编码）基因在单套基因组中以单考 贝存在。
• 一级结构 二级结构
三级结构
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
Байду номын сангаас
血红蛋白的四级结构
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
• 抗体：
免疫分子
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.5 遗传密码和基因表达
• DNA双螺旋模型的建立及遗传密码的破译 是现代生物学发展史上的两个里程碑。
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.3.2 DNA的复制：引物5’→3’，DNA链3’→5’
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.6 基因组结构
• 在真核生物中，基因组中的编码基因的 碱基只占总碱基数中的2-50％，大部分 是非编码序列。
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
Unicellular eukaryotes
Saccharomyces cerevisiae - baker‘s yeast 酵母 or budding yeast (used in brewing and baking) Schizosaccharomyces pombe - fission yeast Neurospora crassa - red bread mold Chlamydomonas reinhardtii- a unicellular green alga used in photosynthesis research. Tetrahymena thermophila - a free living freshwater ciliated protozoan Multicellular eukaryotes
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.8.4 叶绿体DNA cpDNA是高度保守的 母体遗传（松柏类是父系遗传）
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.9 分子生态研究中的质粒和遗传操作
• 质粒是小的DNA分子，通常呈环状广 布于细菌中，是分子生物学基因克隆 中的非常有用的载体工具。
PCR的基本原理与应用
• PCR扩增的三个主要步骤：变性－退火－ 延伸
• 通过多次的循环，得到大量的扩增产物。
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.4 蛋白质结构
是由氨基酸组成的3维复杂结构
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
• 2.8.3 线粒体DNA mtDNA是通过母体遗传 （ 个 别 是 双 亲 遗 传 的 例 外 ） ， mtDNA 具 有 较高的突变率。
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
Arabidopsis thaliana, a plant, usually called Arabidopsis. A considerable amount of new knowledge today is being generated from studying this plant model. This mustard weed was the first plant to have its genome sequenced. Lotus japonicus a model legume plant. Nicotiana tabaccum cv. BY-2 (or Tobacco BY-2 cells) is suspension cell line. Useful for general plant physiology studies on cell level. Medicago truncatula a model legume. Rice is used as a model for cereal biology. Fungi Aspergillus nidulans, subject of genetics studies
第二章：
生态学中的 分子生物学
张军y丽ou中r n山a大me学
2.1 生命的范畴：
细菌(蓝藻菌)（cyanobacteria）约出现于35亿 年前 真细菌（Eubacteria）W Australia发现 3465mya前化石 古 (细)菌（Archaea）约有35亿年历史 真核生物（Eukarya）出现于约 20001500mya
的突变才会遗传
• 2.10.3 DNA点突变 • 转变（transition）发生于嘌呤间
或嘧啶间的替代，颠换 （ transversion ） 基 于 嘌 呤 和 嘧 啶 间的代换。
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
• 2.10.4 其它类型的突变
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.10 突变
• 2.10.1 体细胞突变 • 突变发生于DNA序列的变化（交换，倒位，
插入等）
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
• 2.10.2 生殖细胞突变 • 真核生物中，只有发生于生殖细胞
2.11 进化与突变率
• 突变累积率驱动‘分子钟’，其应用要注意 是有缺陷的，并要小心校准。
• 突变是随机的，是生物进化的原始材料，自 然群体存在的遗传变异足以对不同环境的自 然选择作出反应，自然选择是影响生物进化 的主要因素，决定着生物进化的方向；由于 自然选择，处在不同环境下的有利基因分别 被固定，最终可使不同环境下的生物出现生 殖隔离而形成新物种。
Organism Plant Human, mouse or rat Fugu fish Fruit Fly Worm Fungus Bacterium Mycoplasma genitalium DNA virus RNA virus Viroid
genes <50,000 25,000 40,000 13,767 19,000 6,000 500–6,000 500 10–900 1–25 0–1
• 2.3.1 核 酸
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
DNA（G,A,T,C）及RNA（G,A,C,U）的碱基及核糖
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.3.2 DNA的复制
• 2.3.1 核酸次级结构：DNA碱基序列 （一级结构）以碱基配对形成双链 （二级结构）
2.7 非编码DNA
• 在真核生物中， 包括许多重复序列， 如小 卫 星 minisatellite 和 微 卫 星 microsatellite等.
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.8 功能（编码）DNA
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
• Invertebrates Arbacia punctulata, the purple-spined sea urchin, classical subject of embryological studies Caenorhabditis elegans, a nematode, usually called C. elegans2 Euprymna scolopes, the Hawaiian bobtail squid, model for animal-bacterial symbiosis, bioluminescent vibrios. Drosophila, usually the species Drosophila melanogaster - a kind of fruit fly果蝇, famous as the subject of genetics experiments by Thomas Hunt Morgan and others. Easily raised in lab, rapid generations
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
Important model organisms
• Viruses lambda phage Prokaryotes Escherichia coli (E. coli) Bacillus subtilis Mycoplasma genitalium - a minimal organism Vibrio fischeri - quorum sensing, bioluminescence and animal-bacterial symbiosis with Hawaiian bobtail squid Synechocystis, a photosynthetic cyanobacteria widely used in photosynthesis research.
basepairs
<1011 3×109 4 × 108 1.3×108 9.7×107 1.3×107 5×105–107
580,000
5,000–800,000
1,000–23,000
~50张0 军y丽ou中r n山a大me学
JUNLIZHANG SYSU
C-值悖论
• C-值悖论（ C-value enigma or C-value paradox ）是用来描述在真核生物物种中 核基因组大小的复杂变化谜团的术语。其 中心的问题是基因组的大小并不与生物体 的复杂性成正比，许多植物及一些单细胞 的原生生物具有比人类大得多的基因组。
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
E. coli 16S rRNA
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
蛋白质的合成
• 转录和翻译
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
Gene content and genome size of various organisms
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
• 同义密码
三联密码
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
• 至今科学界仍不能回答为什么DNA上的三 联体密码子或RNA上的反密码子与相应的 氨基酸存在着密码关系，即遗传密码的起 源问题，它与手性起源都是生命起源中的 两个主要难题。
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.2 核酸与生命的共同起源
DNA是普遍存在的遗传物质。生命也有 部分是由RNA（病毒）构成遗传。遗传 物质核酸“能够指导蛋白质的合成，从 而控制新陈代谢过程和性状”。
张军y丽ou中r n山a大me学 JUNLIZHANG SYSU
2.3 DNA及RNA的结构