第七章遗传多样性研究的理论
中学生物教学中生物多样性教育
中学生物教学中生物多样性教育探讨[摘要]生物多样性教育是新时期素质教育的一项新内容。
本文立足中学生物课程的学科优势,试从生物多样性教育的内涵中学生物教学中加强生物多样性教育的必要性及主要途径三个方面,论述了中学生物多样性教育的渗透。
[关键词]中学;生物教学;生物多样性一、生物多样性的丰富内涵生物多样性(biodivelzity或biological diversity)是指地球上所有的生物及其生存环境构成的自然综合体,包括遗传多样性(genetic diversity)、物种多样性(specles diversity)和生态系统多样性(ecosystemic diversity)。
广义的遗传多样性是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。
狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化,包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异。
遗传多样性主要包括形态多样性、染色体多样性、蛋白质多样性和dna多样性。
物种多样性是指地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度。
物种多样性既是生态系统多样性的基础,又直接显示基因多样化。
生态系统多样性是指生物圈内栖息地、生物群落和生态学过程的多样化、以及生态系统内栖息地差异和生态过程变化的多样性。
这种多样性是生命支持系统最重要的组成部分。
二、中学生物教学中生物多样性教育的必要性1、加强生物;样性教育是人类社会可持续发展的要求生物多样性为人类提供了丰富的资源。
人类的食物如粮食、水果、蔬菜、鱼、肉、蛋、禽等全部来源于生物;人们穿着的棉织品、丝织品、毛纺织品及皮革制品也直接来源于生物;生物还提供了绝大部分的中药材以及橡胶、紫胶、白蜡、木材、油脂等工业原料。
人类的生活环境也依赖于生物,如水土保持、气候调节等。
生物多样性还为人类的仿生学研究提供了大量有意义的启迪,使雷达、飞机、照相机、风暴报警仪、红外线跟踪仪、电脑等一系列的高科技产品的制造和生产成为现实。
据记载,自公元1600年以来,共有724个物种消亡。
分子遗传学第七章
SNP是出现频率最高的标记，人类基因组中平 均每1000 bp中就有1个SNP，总数可达300万个。 SNP 既能在编码基因也能在非编码基因中发生， 在编码基因中出现的称为cSNP，这种cSNP可能会影 响蛋白质的结构和表达水平，对分析基因与性状的 关系有重要意义。 由于编码序列选择压力大，杂合度可能性要小 一些。而非编码序列（HLA）杂合度达5-10%。
图 7-4 DNA 扩 增 原 理
○ PCR—RFLP
如果已知多态性位点周围的DNA序列，则可 用PCR快速而简单地进行RFLP分析。
首先根据多态位点两侧序列设计和合成引物； 以基因组DNA为模板进行PCR扩增；用相应的内切 酶进行消化；再进行电泳，分析PCR区带判断多 态性。
图7-5 PCR—RFLP
染色体核型（染色体的数目、大小、随体、 着丝粒位置、核仁组织区等）、带型和数量的变 异,呈现出的染色体在结构上和数量上的遗传多态 性称为遗传标记。
优点——不受环境影响，呈孟德尔方式遗传。
缺点——工作量大，多态性较局限，常伴有对 生物有害的表型，获取材料困难。
（3）免疫遗传标记
以动物的免疫特征为标记，包括红细胞抗原多态性 和白细胞抗原多态性。
○
○
二
○
RFLP标记
限制性片段长度多态性（restiction fragment length polymorphism,RFLP）是
1980年建立的第一代遗传标记。RFLP是指用限制性 内切酶切割不同个体的DNA时，会产生长度不同的 DNA片段，电泳后用克隆探针方法可检测出这些片 段。
其基本过程是：取得DNA样本——酶切——电泳——转移 至硝酸纤维膜上——DNA探针杂交——放射自显影。
图7-7 VNTR的多态性
第七章 第二节现代生物进化理论的主要内容
A 60% AA 36% Aa 24%
a 40% Aa aa 24% 16%
A 60% a 40%
在有性生殖过程中，如果符合以上的理想条件， 在有性生殖过程中，如果符合以上的理想条件， (2)子代基因型的频率各是多少 子代基因型的频率各是多少? (2)子代基因型的频率各是多少? (3)子代种群的基因频率各是多少 子代种群的基因频率各是多少? (3)子代种群的基因频率各是多少? AA aa 亲代基因型 Aa(60%) 的频率 (30%) (10%) 配子的比率 A( 30% ) A(30% ) a(30%) a(10%) 亲代种群的 基因频率 A（ 60% ） （ a（ 40% ） （ aa(16%)
（三）自然选择决定生物进化的方向。 自然选择决定生物进化的方向。
19世纪，桦尺蠖种群中黑色 世纪， 世纪 基因（ ）频率为5%， 基因（S）频率为 ，浅灰色 基因（ ）频率为95% 基因（s）频率为
20世纪，桦尺蠖种群中 世纪， 世纪 黑色基因（ ）频率为95%， 黑色基因（S）频率为 ， 浅灰色基因（ ）频率为5% 浅灰色基因（s）频率为
第1 年 第2 年 11.5% 11. 22. 22.9% 65. 65.6% 23% 23% 77% 77%
第3年 年
13.1% 26% 60.9% 26.1% 73.9%
第4年 年
14.6% 29.3% 56.1% 29.3% 70.7%
……
基因 型频 率 基因 频率
SS Ss ss S s
10% 10% 20% 20% 70% 70% 20% 20% 80% 80%
2× 104 × 10－5 × 108 =2 ×107 ×
个体 种群
通过刚才计算，可知： 通过刚才计算，可知：
《医学遗传学》第七章 群体遗传
(2)预期理论值（C）：各基因型频率分别与调查总人数相乘即得出各基因型的理论值。 ①基因频率的计算：
②基因型频率的计算：
根据 Hardy-Weinberg 定律，达遗传平衡时，应有 p2+2pq+q2＝1
在具体的群体中，各基因型的理论人数为各基因型频率与总人数(n)的乘积。即 MM＝np2＝ 1788×（0.4628）2＝382.96
[0.107 即纯合子频率；(1-0.107)是显性显性纯合子和杂合子的频率。]
3.计算χ2 值 =
=4.57 自由度(ν)＝(4-1)(3-1)=6 查χ2 界值表得：在ν＝6 时，χ20.75＝3.45；χ20.5＝5.35 3.45＜χ2＜5.35，∴0.5＞P＞0.75， 接受检验假设。 (四)检验苯硫脲尝味能力为二双等位基因的遗传假设 不讲。 第三节 影响群体基因频率的因素(一)：突变和选择 自然界中不可能有真正意义上的理想群体，只能有近似理想条件的群体。我们可以从理想群 体出发，将适用条件逐个取消，使理论分析逐渐接近于客观的真实群体的情况，最终获得真 实群体的遗传结构及其变化的一般规律。 一、突变对遗传平衡的影响 对一个给定的群体，导致群体遗传组成发生变异的原因主要有三个方面： （1）基因突变
3.确定 P 值和作出推断结论
P 值是指由检验假设所规定的群体中作随机抽样，获得等于及大于（或等于及小于）α值的 概率。根据 P 值确定拒绝或接受假设。
接受：当 p 值＞α时，接受假设。即两组数据之间的差异是由偶然因素造成的可能性＞0.05， 不是小概率事件，我们只好接受它。
拒绝：当 p 值≤α时，拒绝假设。即两组数据之间的差异是由偶然因素造成的可能性＜0.05， 是小概率事件，发生的可能性不大，我们不能接受它。
《家畜育种学》学习指南
学习指南1、课程的性质：本课程是关于家畜育种工作理论和方法的科学，是畜牧学的重要基础理论，在动物科学专业课程体系中具有重要的地位，是本专业的主干专业基础课程，与现代生物科学理论技术及畜牧业生产的有关学科联系十分密切，体现了多学科相互渗透的特点。
2、目的和任务：本课程的培养目标在于综合应用遗传学、生物统计学、繁殖学、计算机技术等学科的理论，研究家畜育种的理论和方法，实现对现有畜禽遗传资源的合理保存和利用，并不断创造新的种质资源，为畜牧业生产服务。
是大学三年级第一学期开设的课程。
3、重点难点：《家畜育种学》的重点是选择原理，选择指数制订，BLUP育种值选择方法、选配原理，新品系、新品种培育方法，杂种优势利用和家畜育种规划等内容。
难点为个体遗传评定原理与方法，家畜育种规划，这是家畜育种学的核心内容，也是学懂本门课程的关键。
4、学习方法：本课程是一门理论与实践紧密结合的专业基础课程，在掌握好理论知识的基础上，要多参加生产实践，特别是培养学生的实际操作技能。
《家畜育种学》知识模块可划分为三个部分：（1）基础篇包括绪论、第一、二、三、四章，共五个部分。
主要讲授家畜育种学概论，家畜的起源、驯化与品种；数量遗传学基础，家畜主要性状遗传，生产性能测定等内容，是家畜育种工作的基础。
这部分内容实际就是认识家畜了解家畜，是学习家畜育种的入门和基础，学习时要联系生产和生活实际，使学生准确地掌握有关概念、名词、术语及品种形成和发展规律。
学时数占20%。
（2）方法篇包括第五、六、七、八章，共四个部分。
主要讲授选择原理与方法、个体遗传评定、选配方法等内容，是家畜育种工作的基本方法和手段，也是育种学中涉及面最广，原理性最强，重点、难点最多的部分。
将选择原理、育种值评定、选配方法贯穿与育种工作的全过程。
在弄清数理统计、概率论、通径分析、线性代数、计算机技术的基础上，将基本原理应用于家畜育种的实践。
学时数占50%。
（3）应用篇包括第九、十、十一、十二章，共四个部分。
第七章-遗传算法应用举例
第七章 遗传算法应用举例遗传算法提供了一种求解非线性、多模型、多目标等复杂系统优化问题的通用框架，它不依赖于问题具体的领域。
随着对遗传算法技术的不断研究，人们对遗传算法的实际应用越来越重视，它已经广泛地应用于函数优化、组合优化、自动控制、机器人学、图象处理、人工生命、遗传编码、机器学习等科技领域。
遗传算法已经在求解旅行商问题、背包问题、装箱问题、图形划分问题等多方面的应用取得了成功。
本章通过一些例子，介绍如何利用第五章提供的遗传算法通用函数，编写MATLAB 程序，解决实际问题。
7.1 简单一元函数优化实例利用遗传算法计算下面函数的最大值：()sin(10) 2.0[1,2]f x x x x π=⋅+∈-，选择二进制编码，种群中个体数目为40，每个种群的长度为20，使用代沟为0.9，最大遗传代数为25。
下面为一元函数优化问题的MA TLAB 代码。
figure(1);fplot ('variable.*sin(10*pi*variable)+2.0',[-1,2]); %画出函数曲线% 定义遗传算法参数NIND= 40; % 个体数目(Number of individuals)MAXGEN = 25; % 最大遗传代数(Maximum number of generations)PRECI = 20; % 变量的二进制位数(Precision of variables)GGAP = 0.9; % 代沟(Generation gap)trace=zeros (2, MAXGEN); % 寻优结果的初始值FieldD = [20;-1;2;1;0;1;1]; % 区域描述器(Build field descriptor) Chrom = crtbp(NIND, PRECI); % 初始种群gen = 0; % 代计数器variable=bs2rv(Chrom,FieldD); % 计算初始种群的十进制转换 ObjV = variable.*sin (10*pi*variable)+2.0; % 计算目标函数值while gen < MAXGEN,FitnV = ranking (-ObjV); % 分配适应度值(Assign fitness values) SelCh = select ('sus', Chrom, FitnV , GGAP); % 选择SelCh = recombin ('xovsp',SelCh,0.7); % 重组SelCh = mut(SelCh); % 变异variable=bs2rv(SelCh,FieldD); % 子代个体的十进制转换ObjVSel =variable.*sin(10*pi*variable)+2.0; % 计算子代的目标函数值[Chrom ObjV]=reins(Chrom,SelCh,1,1,ObjV ,ObjVSel); % 重插入子代的新种群 gen = gen+1; % 代计数器增加% 输出最优解及其序号，并在目标函数图象中标出，Y 为最优解，I 为种群的序号[Y,I]=max(ObjV),hold on;plot (variable (I),Y, 'bo');trace (1,gen)=max (ObjV); %遗传算法性能跟踪trace (2,gen)=sum (ObjV)/length (ObjV);endvariable=bs2rv (Chrom,FieldD); %最优个体的十进制转换hold on,grid;plot (variable',ObjV','b*');figure (2);plot (trace (1,:)');hold on;plot (trace (2,:)','-.');grid;legend ('解的变化','种群均值的变化')使用基于适应度的重插入确保四个最适应的个体总是被连续传播到下一代。
珍奇的动物针鼹教案
珍奇的动物针鼹教案第一章：认识针鼹教学目标：1. 了解针鼹的外貌特征和生活习性。
2. 掌握针鼹的分布地区和保护现状。
教学内容：1. 针鼹的定义和特点2. 针鼹的生活习性3. 针鼹的分布地区4. 针鼹的保护现状教学活动：1. 引入针鼹的话题，展示针鼹的图片，让学生猜测这是一种什么动物。
2. 讲解针鼹的外貌特征和生活习性，如吻部尖尖、善于挖掘等。
3. 介绍针鼹的分布地区，如澳大利亚、塔斯马尼亚岛等。
4. 讲述针鼹的保护现状，如栖息地破坏、气候变化等威胁。
第二章：针鼹的生态习性教学目标：1. 了解针鼹的饮食习性和繁殖方式。
2. 掌握针鼹的适应能力和生存策略。
教学内容：1. 针鼹的饮食习性2. 针鼹的繁殖方式3. 针鼹的适应能力和生存策略教学活动：1. 讲解针鼹的饮食习性，如以昆虫为主食。
2. 介绍针鼹的繁殖方式，如卵生。
3. 探讨针鼹的适应能力和生存策略，如擅长挖掘、体温调节等。
第三章：针鼹的分布与保护教学目标：1. 掌握针鼹在不同地区的分布情况。
2. 了解针鼹保护的重要性和保护措施。
教学内容：1. 针鼹的分布情况2. 针鼹的保护重要性3. 针鼹的保护措施教学活动：1. 展示针鼹在不同地区的分布地图，让学生了解其分布范围。
2. 讲解针鼹保护的重要性，如维持生态平衡、保护基因多样性等。
3. 介绍针鼹的保护措施，如设立自然保护区、加强法律法规等。
第四章：针鼹与人类的关系教学目标：1. 了解针鼹与人类生活的关联。
2. 认识到保护针鼹对人类社会的意义。
教学内容：1. 针鼹与人类生活的关联2. 保护针鼹对人类社会的意义教学活动：1. 探讨针鼹与人类生活的关联，如旅游观赏、科学研究等。
2. 讲述保护针鼹对人类社会的意义，如维持生态平衡、促进可持续发展等。
第五章：针鼹保护实践活动教学目标：1. 培养学生关爱动物、保护生态环境的意识。
2. 掌握保护针鼹的基本方法。
教学内容：1. 保护针鼹的基本方法2. 实践活动：制作保护针鼹的标语、海报等教学活动：1. 讲解保护针鼹的基本方法，如参与志愿者活动、宣传保护针鼹等。
第七章微生物的遗传变异和育种2
10-6~10-9
若干细菌某一性状的突变率
菌名
突变性状
突变率
Escherichia coil （大肠杆菌）
抗T1噬菌体
3×10-8
E．coil
抗T3噬菌体
1×10-7
E．coil
不发酵乳糖
1×10-10
E．coil
Staphylococcus aureus（金黄色葡 萄球菌）
S．aureus
抗紫外线 抗青霉素 抗链霉素
间接引起置换的诱变剂：
引起这类变异的诱变剂都是一些碱基类似物，如5-溴尿嘧 啶（5-BU）、5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鸟嘌呤 （8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）和6-氯嘌呤（6-CP） 等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到DNA 分子中后而引起的，故是间接的。
（2）移码突变（frame-shift mutation 或phase-shift mutation）
（四） 基因突变的自发性和不对应性的证明
一种观点：突变是“定向变异”，是“驯化”，是由环 境因子诱发出来的；
另一种观点；基因突变是自发的，且与环境因素是不对 应的，后者只不过是选择因素；
1、 变量试验（fluctuation test） 又称波动试验或彷徨试 验。
2、涂布试验（Newcombe experiment） 3、平板影印培养试验（replica plating） 1952年，J．Lederberg夫妇
2、定向培育优良品种：指用某一特定因素长期处理某微生 物的群体，同时不断的对它们进行移种传代，以达到积 累并选择相应的自发突变株的目的。由于自发突变 的 频 率较低，变异程度较轻微，所以培育新种的过程十分缓 慢。与诱变育种、杂交育种和基因 工程技术相比，定向 培育法带有“守株待兔”的性质，除某些抗性突变外， 一般要相当长的时间
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第三节 种群遗传结构
• 遗传多样性的存在形式，主要体现在种群遗传结 构的组成和变化上。种群遗传结构泛指遗传物质
在种群水平上的存在格局或特征，包括基因频率、
基因型频率、交配与繁殖模式、种群遗传分化、 种群间基因交流模式等。 – 种群和基因库 – 基因和基因型频率 – 哈代-温伯格平衡
种群和基因库
• 种群的基本概念。 • 种群是生物存在和进化的基本单位。 • 进化的概念
第四节 评价种群遗传多样性的指标
1、杂合度和基因多样度
• 遗传多样性(genetic diversity)可以泛指地球
上所有生物的遗传信息的总和，包括不同
物种间以及物种内的遗传变异。狭义的遗
传多样性，即通常所说的遗传多样性，主
要是指物种内的不同种群间以及种群内不
同个体间的遗传变异。
2、遗传多样性的本质
• 遗传多样性的本质是生物体在遗传物质上的变异， 即编码遗传信息的核酸(DNA或RNA)在组成和结构上 的变异。遗传多样性的研究对象主要集中在物种的
可遗传变异上。由于发育的可塑性及环境条件的作
用而产生的形态学或生理学变化，不构成遗传多样
性，因为这类差异没有相应的遗传基础。这方面的
例子诸如，某些生物的不同生活史阶段的形态学型，
动物由于营养和环境导致的高矮、胖瘦等。
3、遗传多样性的层次
遗传多样性的表现形式是多层次的。在分子水平，可表 现为核酸、蛋白质、多糖等生物大分子的多样性；在
遗传变异是生物进化的内在源泉，因而，遗传多样性及
其演变规律是生物多样性及进化生物学研究中的核心
问题之一。遗传结构与物种繁衍或濒危灭绝密切相关，
遗传多样性在一定程度上决定了物种的分布以及数量
多样性。缺乏对生物遗传多样性的深入研究，就无法
完整地认识物种的进化过程或适应机理，以及种群地
理分布格局、数量增长及物种灭绝等问题。
3、突变
• 突变也称之为遗传突变。遗传突变包括点 突变和染色体突变。点突变包括碱基替换、 插入、缺失的突变。点突变的例子是镰刀 型血细胞贫血症。 • 染色体突变是指染色体结构、数目和大小 的改变。染色体结构改变包括缺失、易位、 到位。而染色体数目的变化包括非整倍体、 单倍体和多倍体。 • 自发突变率 • 致突变因素
发展和生物技术的进步产生越来越重要的作用。
第二节 遗传多样性的主要来源
• 变异是生物进化的源泉，生物的变异由以下几个 部分构成： • 1、环境饰变； • 2、遗传重组； • 3、突变：包括基因突变和染色体突变； • 4、自然选择； • 5、随机遗传漂；
1、环境饰变
• 虽然生物的性状是由遗传决定的，但环境 对基因的表达及表达的方式具有影响，从 而使相同或相似的基因产生不同的表型。 基因与环境的相互作用丰富了遗传多样性 的内容。 • 例子：环境对植物体内次生代谢产物的影 响； • 人类智利的遗传
2、遗传重组
• 进行有性生殖的生物在生殖细胞形成的减数分裂过 程中，非连锁基因可以自由分裂，进入不同的生殖 细胞，并在受精过程中自由组合，这极大地丰富了 生物遗传多样性的来源。遗传重组是生物最直接和 最重要的遗传变异的来源。通过遗传重组，可以在 有限基因的基础上产生无限的性状重组。 • 遗传重组还包括人为改变的DNA分子，基因工程实 质上是一种遗传重组技术。 • 重组包括了在分子水平上的DNA分子间的重组以及 相对宏观层次的染色体重组。在自然状态下，染色 体重组是遗传重组的主要形式。
5、遗传多样性的应用价值
遗传多样性研究也具有十分重要的实践意义。遗传多 样性是生物界几十亿年进化所产生的宝贵资源，是
人类生存和社会生产发展的基础。
对遗传多样性的掌握和有效利用，是现代医学生物学、
农业生物技术研究的一个前沿领域。特别表现在诸
如：动植物优良品种选育、新的药物的发现和制取、 人类遗传疾病的诊断治疗、生物活性物质的基因工
程生产、生物资源的鉴别和利用、有害生物的检测
和防治等方面。
6、遗传多样性的现状及展望
• 长期以来，受技术手段的限制，生物多样性研究主 要集中于宏观方面，诸如，生态系统的结构及其复
杂性、物种多样性、群落结构及演替、种群数量动
态等方面，有关遗传多样性的一些重要内容很少涉 及。近二三十年来，现代分子生物学和遗传学的迅 速发展，使遗传多样性的研究与开发利用有了突飞 猛进的发展。遗传多样性的研究，将对生物学理论
杂合度
基因多样度
遗传杂合性指标的应用
2、遗传距离
3、核苷酸多样性
4、固定指数
5、共享带率
第五节 影响遗传多样的一些重要过程
1、小种群的遗传效应 ①遗传漂变 ②奠基者效应 ③瓶颈效应 2、生殖方式 ④近亲交配与有效种群大小 ⑤近交衰退 3、种群间基因流动 ⑥基因交流程度的分析 ⑦因交流的模式及分析
第六节 遗传多样性研究的分子生物学技术
4、自然选择
• 在一般情况下，自然选择倾向于减少生物
的遗传多样性，但在某些时候，有些新产
生的基因可以通过自然选择在种群中得到
固定，从而增加生物的遗传多样性。如果
没有自然选择，这些新产生的基因可能因
遗传漂变而不能在种群中得到固定。
5、随机遗传漂
• 随机遗传漂变是指中性及近中性的基因在种群中
随机固定的现象。在小种群中容易发生遗传漂变，
第七章、遗传多样性研究的理 论、方法及应用
第一节 遗传多样性概述
• 1、遗传多样性的基本概念 • 2、遗传多样性的本质 • 3、遗传多样性的层次
• • • • 分子水平、细胞水平、个体水平、种群水平 4、遗传多样性在进化上的意义 5、遗传多样性的应用价值 6、遗传多样性的现状及展望
1、遗传多样性的基本概念
细胞水平可体现在染色体结构的多样性以及细胞结构
与功能的多样性；在个体水平，可表现为生理代谢差 异、形态发育差异以及行为习性的差异。遗传多样性 通过对上述各层次的生物性状的影响，导致生物体的 不同适应性，进而影致任何可观测到的表
型上的差异。
4、遗传多样性在进化上的意义