生物进化的原动力——变异
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难点26 生物进化的原动力——变异
生物的遗传是相对的，而生物的变异是绝对的。遗传的变异才具生物学价值，本专题主要研究遗传的变异。所有遗传的变异均是遗传物质发生了改变。它包括基因突变、基因重组、染色体变异。注意他们的区别：
基因突变最大的特点是产生了新的基因。它是染色体的某个位点上的基因（如个别碱基的改变等）的改变。基因突变既普遍存在，又是随机发生的，且突变率低，大多对生物体有害，突变不定向。
答案：（1）农药对害虫的抗药性的变异进行了选择（2）多样（3）DNA（基因） RNA 蛋白质（4）基因突变（5）减少农药对环境的污染，保护了生态环境
（6）基因突变（7）毒蛋白基因在棉株细胞内经转录翻译过程合成了毒蛋白
（8）目的性强，育种周期短，克服了远缘杂交的障碍（9）限制性内切酶，DNA连接酶，运载体（10）医学上基因治疗，论断及制造医药药品如胰岛素等），培养对人类有利的转基因动植物新品种重组的基因可能使细菌，病毒成为超级细菌，超级病毒，给人类带来严重的危害，甚至被恐怖分子利用危害人类，外源基因对生物也可能会产生一些难以预料的危害
3.下列人体细胞中，难以发生基因突变的细胞是( )
A.神经细胞B.生发层细胞C.造血干细胞D.成骨细胞
命题意图：通过人体不同细胞的生理特点，考查学生对基因突变的理解，考查学生的推理能力。能力层次为C级。
知识依托：①细胞的生理功能之一细胞分裂；②基因突变。
错解分析：由于对各种人体细胞的生理功能不了解而错选D。
1.基因突变一般是有害的。
为什么说基因突变一般都是有害的呢？因为生物在长期的进化过程中，由于自然选择，生物体无论在形态、结构还是生理等方面都已形成了自身的协调统一和与环境的相适应，即遗传基础是均衡的。那些不相适应的个体在长期生存斗争中都相继被淘汰。在这种情况下，基因突变打破了原有的遗传基础的均衡性，已经适应的性状往往会变为不适应的性状，引起不同程度的有害后果。如生活力和可育性的降低、寿命缩短、甚至造成灭顶之灾（如白化病）。但并非所有基因突变都是有害的，有些突变也会产生有利的效应或既无利也无害的变异。
●难点磁场
1.下列细胞中含有三个染色体组的是( )
A.小麦的体细胞B.小麦的胚细胞
C.小麦的卵细胞D.小麦的胚乳细胞
2.若某基因原有303对碱基，现经过突变，成为300个碱基对，它合成的蛋白质分子与原来基因控制合成的蛋白质分子相比较，差异可能为( )
A.只相差一个氨基酸，其他顺序不变
B.长度相差一个氨基酸外，其他顺序也改变
●歼灭难点训练
1.关于基因突变和染色体变异，下列正确的一项是( )
A.基因突变在光学显微镜下是可以观察到的
B.基因突变是不定向的，染色体变异是定向的
C.秋水仙素对这两种变异均起作用
D.二种变异对生物一般都是有利的
2.基因重组、基因突变和染色体变异三者的共同点是( )
A.都能产生可遗传的变异B.都能产生新的基因
答案：A
4.解析：本题主要考查学生对基因表达、基因突变、染色体变异及基因工程的知识的综合运用能力。解本题时注意以下几点，就不易出错：①生物界共用一套密码子；②“转基因抗虫棉”中的抗虫基因能随棉花DNA分子的复制而复制，并可能产生突变，该基因也能在棉花体内表达；③最后一问是开放性题目，回答问题要注意生物学术语和关键词，即回答问题要答到“点子”上去。
1.解析：本题着重考查学生的双基知识，考查学生对秋水仙素作用的了解。
答案：C
2.解析：基因重组、基因突变与染色体变异的共同点都发生了遗传物质的变化，故产生的变异都是可遗传的。但产生的变异也有对生物有利的，也有对生物不利的。三者只有基因突变能产生新的基因。
答案：A
3.解析：现今的生物种类之所以多种多样，是因为遗传物质不断发生变化，从而引起生物变异产生新性状。而生物的变异包括基因重组、基因突变和染色体变异。
知识依托：①等位基因；②减数分裂；③基因的自由组合。
错解分析：由于对多倍体理解不透，导致对其产生配子的种类、数量比例计算错误而误选B或C。
解题技巧与方法：①四倍体西瓜基因型为AAaa，分别位于同源的各染色体上，即_______减数分裂产生配子过程中，染色体数目减半，而4条同源染色体哪两条分配到配子中，符合数学上的排列组合，即可产生配子AA∶A a∶aa=1∶4∶1பைடு நூலகம்②二倍体西瓜Aa产生两种配子A∶a=1∶1；③雌雄配子结合机会均匀，所以后代种子胚的基因型比：AAA∶AAa∶Aaa∶aaa=1∶5∶5∶1。
基因重组是生物体原有基因的重新组合，并没产生新基因，只是通过杂交等使本不在同一个体中的基因重组合进入一个个体。
上述二种变异用显微镜是看不到的，而染色体变异就是染色体的结构和数目发生改变，显微镜可以明显看到。这是与前二者的最重要差别。其变化涉及到染色体的改变。如结构改变，个别数目及整倍改变，其中整倍改变在实际生活中具重要意义，从而引伸出一系列概念和类型（如染色体组、二倍体、多倍体、单倍体及多倍体育种等），要把这些基本概念弄懂理解并会运用。
C.长度不变，但顺序改变
D.A、B都有可能
●案例探究
1.四倍体西瓜基因型为AAaa，与二倍体西瓜基因型为Aa进行杂交，所得种子胚的基因型理论比为( )
A.1∶2∶2B.1∶3∶3∶1C.1∶4∶1D.1∶5∶5∶1
命题意图：通过多倍体与二倍体杂交后代的基因型考查学生理解能力和推理能力。能力层次为D级。
答案：D
2.在下列叙述中，正确的是( )
A.培育无籽西瓜是利用生长素促进果实发育的原理
B.培育无籽番茄是利用基因重组的原理
C.培育青霉高产菌株是利用基因突变的原理
D.培育八倍体小黑麦是利用杂交育种的原理
命题意图：通过生产实践中关于变异的实例，考查学生对变异的理解能力。能力层次为C级。
知识依托：①单性结实；②诱变育种；③多倍体育种；④无籽果实产生原因。
（9）在培育“转基因抗虫棉”的基因操作中，所用的基因的“剪刀”是_________，基因的“针线”是_________，基因的“运载工具”是_________。
（10）转基因技术有利有弊，请各举一例加以说明：
有利方面：_____________________________________；
有害方面：_____________________________________。
错解分析：由于对无籽果实来源理解不透而误选A或B。
解题方法与技巧：①无籽西瓜是通过多倍体育种产生的三倍体，不能产生正常生殖细胞而形成的无籽果实，而不是利用生长素培育成的；②无籽番茄是利用生长素促进果实发育形成的，属于单性结实，而不是由于基因重组；③八倍体小黑麦是通过多倍体育种而不是杂交育种。
答案：C
2.基因突变是多方向的，可逆的。
3.基因突变有显性突变和隐性突变。前者如人的并指（由正常指s变为并指S）。后者如人类白化病（由正常基因A变为白化病基因a）。
4.自然突变的频率很低。
5.突变是随机发生的，它不以生物的需要与否所决定。
三、正确理解无性生殖、有性生殖中遗传物质的变化
基因突变发生于DNA复制过程中，DNA复制发生于有丝分裂间期和减数分裂间期，基因重组发生于形成有性生殖细胞的减数分裂过程；有丝分裂与减数分裂中都有可能发生染色体数目的变化，所以遗传物质的变化与生殖种类的对应关系可表示为：
解题方法与技巧：①神经细胞是高度特化的细胞，该细胞的新陈代谢不是进行细胞的更新，而是通过物质的更新达到代谢的目的。②B、C、D等项的细胞都具有较强的分裂能力，能进行细胞分裂，有DNA分子的复制，可能发生基因突变。
答案：A
●锦囊妙计
变异中不能遗传的变异是遗传物质没有发生改变，其变异不能遗传给下一代，不是真正意义上的变异。而遗传的变异是由于遗传物质发生改变引起的。其性状能遗传给下一代。
C.产生的变异均对生物不利D.产生的变异均对生物有利
3.现今生物种类极其多样的原因是( )
①基因重组②基因突变③染色体变异④细胞核遗传⑤伴性遗性⑥细胞质遗传
A.①②③B.④⑤⑥C.①⑤⑥D.②③④
4.棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学家发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害。通过基因工程的方法，我国已将毒蛋白基因转移入棉株细胞内并实现成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡，所以该棉花新品种在1998年推广后，已取得了很好的经济效益。请根据上述材料回答下列问题：
（5）该项科技成果在环境保护上的重要作用是_________。
（6）科学家预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此种现象来源于_________。
（7）题中毒蛋白基因转入棉花植株内并实现成功表达中的“成功表达”含义是指_________。
（8）与杂交育种，诱变育种相比，通过基因工程培育新品种的主要优点是________。
一、基因突变和基因重组
基因突变是基因的分子结构发生改变。这里的分子结构发生改变，包括DNA碱基对的增添、缺乏或碱基的改变，也就是构成基因的脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序发生了改变，产生了新的基因。基因突变可以为生物“基因库”不断增加新基因，是生物变异的主要来源，也是生物进化的重要因素之一。
二、基因突变的特点
（1）害虫在喷洒农药进行化学防治后抗药性增强是_________结果。
（2）毒蛋白对人畜无害，但能使棉铃虫致死，从蛋白质的特性看，蛋白质具有________性。
（3）“转基因抗虫棉”抵抗害虫的遗传信息表达过程可以表示为：_________。
（４）“转基因抗虫棉”的抗虫变异，属于可遗传变异类型中的_________。
参考答案
难点磁场
1.解析：本题的关键还是染色体组问题，其次要弄清体细胞是几倍体，最后注意配子中不一定都只含一个染色体组。
答案：C
2.解析：本题的命题意图是考查学生对联系中心法则分析基因突变过程中碱基对的增添、缺失或改变等情况对遗传信息表达有何影响，培养学生应用基础知识分析和解决问题的能力。
答案：D
歼灭难点训练
生物的遗传是相对的，而生物的变异是绝对的。遗传的变异才具生物学价值，本专题主要研究遗传的变异。所有遗传的变异均是遗传物质发生了改变。它包括基因突变、基因重组、染色体变异。注意他们的区别：
基因突变最大的特点是产生了新的基因。它是染色体的某个位点上的基因（如个别碱基的改变等）的改变。基因突变既普遍存在，又是随机发生的，且突变率低，大多对生物体有害，突变不定向。
答案：（1）农药对害虫的抗药性的变异进行了选择（2）多样（3）DNA（基因） RNA 蛋白质（4）基因突变（5）减少农药对环境的污染，保护了生态环境
（6）基因突变（7）毒蛋白基因在棉株细胞内经转录翻译过程合成了毒蛋白
（8）目的性强，育种周期短，克服了远缘杂交的障碍（9）限制性内切酶，DNA连接酶，运载体（10）医学上基因治疗，论断及制造医药药品如胰岛素等），培养对人类有利的转基因动植物新品种重组的基因可能使细菌，病毒成为超级细菌，超级病毒，给人类带来严重的危害，甚至被恐怖分子利用危害人类，外源基因对生物也可能会产生一些难以预料的危害
3.下列人体细胞中，难以发生基因突变的细胞是( )
A.神经细胞B.生发层细胞C.造血干细胞D.成骨细胞
命题意图：通过人体不同细胞的生理特点，考查学生对基因突变的理解，考查学生的推理能力。能力层次为C级。
知识依托：①细胞的生理功能之一细胞分裂；②基因突变。
错解分析：由于对各种人体细胞的生理功能不了解而错选D。
1.基因突变一般是有害的。
为什么说基因突变一般都是有害的呢？因为生物在长期的进化过程中，由于自然选择，生物体无论在形态、结构还是生理等方面都已形成了自身的协调统一和与环境的相适应，即遗传基础是均衡的。那些不相适应的个体在长期生存斗争中都相继被淘汰。在这种情况下，基因突变打破了原有的遗传基础的均衡性，已经适应的性状往往会变为不适应的性状，引起不同程度的有害后果。如生活力和可育性的降低、寿命缩短、甚至造成灭顶之灾（如白化病）。但并非所有基因突变都是有害的，有些突变也会产生有利的效应或既无利也无害的变异。
●难点磁场
1.下列细胞中含有三个染色体组的是( )
A.小麦的体细胞B.小麦的胚细胞
C.小麦的卵细胞D.小麦的胚乳细胞
2.若某基因原有303对碱基，现经过突变，成为300个碱基对，它合成的蛋白质分子与原来基因控制合成的蛋白质分子相比较，差异可能为( )
A.只相差一个氨基酸，其他顺序不变
B.长度相差一个氨基酸外，其他顺序也改变
●歼灭难点训练
1.关于基因突变和染色体变异，下列正确的一项是( )
A.基因突变在光学显微镜下是可以观察到的
B.基因突变是不定向的，染色体变异是定向的
C.秋水仙素对这两种变异均起作用
D.二种变异对生物一般都是有利的
2.基因重组、基因突变和染色体变异三者的共同点是( )
A.都能产生可遗传的变异B.都能产生新的基因
答案：A
4.解析：本题主要考查学生对基因表达、基因突变、染色体变异及基因工程的知识的综合运用能力。解本题时注意以下几点，就不易出错：①生物界共用一套密码子；②“转基因抗虫棉”中的抗虫基因能随棉花DNA分子的复制而复制，并可能产生突变，该基因也能在棉花体内表达；③最后一问是开放性题目，回答问题要注意生物学术语和关键词，即回答问题要答到“点子”上去。
1.解析：本题着重考查学生的双基知识，考查学生对秋水仙素作用的了解。
答案：C
2.解析：基因重组、基因突变与染色体变异的共同点都发生了遗传物质的变化，故产生的变异都是可遗传的。但产生的变异也有对生物有利的，也有对生物不利的。三者只有基因突变能产生新的基因。
答案：A
3.解析：现今的生物种类之所以多种多样，是因为遗传物质不断发生变化，从而引起生物变异产生新性状。而生物的变异包括基因重组、基因突变和染色体变异。
知识依托：①等位基因；②减数分裂；③基因的自由组合。
错解分析：由于对多倍体理解不透，导致对其产生配子的种类、数量比例计算错误而误选B或C。
解题技巧与方法：①四倍体西瓜基因型为AAaa，分别位于同源的各染色体上，即_______减数分裂产生配子过程中，染色体数目减半，而4条同源染色体哪两条分配到配子中，符合数学上的排列组合，即可产生配子AA∶A a∶aa=1∶4∶1பைடு நூலகம்②二倍体西瓜Aa产生两种配子A∶a=1∶1；③雌雄配子结合机会均匀，所以后代种子胚的基因型比：AAA∶AAa∶Aaa∶aaa=1∶5∶5∶1。
基因重组是生物体原有基因的重新组合，并没产生新基因，只是通过杂交等使本不在同一个体中的基因重组合进入一个个体。
上述二种变异用显微镜是看不到的，而染色体变异就是染色体的结构和数目发生改变，显微镜可以明显看到。这是与前二者的最重要差别。其变化涉及到染色体的改变。如结构改变，个别数目及整倍改变，其中整倍改变在实际生活中具重要意义，从而引伸出一系列概念和类型（如染色体组、二倍体、多倍体、单倍体及多倍体育种等），要把这些基本概念弄懂理解并会运用。
C.长度不变，但顺序改变
D.A、B都有可能
●案例探究
1.四倍体西瓜基因型为AAaa，与二倍体西瓜基因型为Aa进行杂交，所得种子胚的基因型理论比为( )
A.1∶2∶2B.1∶3∶3∶1C.1∶4∶1D.1∶5∶5∶1
命题意图：通过多倍体与二倍体杂交后代的基因型考查学生理解能力和推理能力。能力层次为D级。
答案：D
2.在下列叙述中，正确的是( )
A.培育无籽西瓜是利用生长素促进果实发育的原理
B.培育无籽番茄是利用基因重组的原理
C.培育青霉高产菌株是利用基因突变的原理
D.培育八倍体小黑麦是利用杂交育种的原理
命题意图：通过生产实践中关于变异的实例，考查学生对变异的理解能力。能力层次为C级。
知识依托：①单性结实；②诱变育种；③多倍体育种；④无籽果实产生原因。
（9）在培育“转基因抗虫棉”的基因操作中，所用的基因的“剪刀”是_________，基因的“针线”是_________，基因的“运载工具”是_________。
（10）转基因技术有利有弊，请各举一例加以说明：
有利方面：_____________________________________；
有害方面：_____________________________________。
错解分析：由于对无籽果实来源理解不透而误选A或B。
解题方法与技巧：①无籽西瓜是通过多倍体育种产生的三倍体，不能产生正常生殖细胞而形成的无籽果实，而不是利用生长素培育成的；②无籽番茄是利用生长素促进果实发育形成的，属于单性结实，而不是由于基因重组；③八倍体小黑麦是通过多倍体育种而不是杂交育种。
答案：C
2.基因突变是多方向的，可逆的。
3.基因突变有显性突变和隐性突变。前者如人的并指（由正常指s变为并指S）。后者如人类白化病（由正常基因A变为白化病基因a）。
4.自然突变的频率很低。
5.突变是随机发生的，它不以生物的需要与否所决定。
三、正确理解无性生殖、有性生殖中遗传物质的变化
基因突变发生于DNA复制过程中，DNA复制发生于有丝分裂间期和减数分裂间期，基因重组发生于形成有性生殖细胞的减数分裂过程；有丝分裂与减数分裂中都有可能发生染色体数目的变化，所以遗传物质的变化与生殖种类的对应关系可表示为：
解题方法与技巧：①神经细胞是高度特化的细胞，该细胞的新陈代谢不是进行细胞的更新，而是通过物质的更新达到代谢的目的。②B、C、D等项的细胞都具有较强的分裂能力，能进行细胞分裂，有DNA分子的复制，可能发生基因突变。
答案：A
●锦囊妙计
变异中不能遗传的变异是遗传物质没有发生改变，其变异不能遗传给下一代，不是真正意义上的变异。而遗传的变异是由于遗传物质发生改变引起的。其性状能遗传给下一代。
C.产生的变异均对生物不利D.产生的变异均对生物有利
3.现今生物种类极其多样的原因是( )
①基因重组②基因突变③染色体变异④细胞核遗传⑤伴性遗性⑥细胞质遗传
A.①②③B.④⑤⑥C.①⑤⑥D.②③④
4.棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学家发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害。通过基因工程的方法，我国已将毒蛋白基因转移入棉株细胞内并实现成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡，所以该棉花新品种在1998年推广后，已取得了很好的经济效益。请根据上述材料回答下列问题：
（5）该项科技成果在环境保护上的重要作用是_________。
（6）科学家预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此种现象来源于_________。
（7）题中毒蛋白基因转入棉花植株内并实现成功表达中的“成功表达”含义是指_________。
（8）与杂交育种，诱变育种相比，通过基因工程培育新品种的主要优点是________。
一、基因突变和基因重组
基因突变是基因的分子结构发生改变。这里的分子结构发生改变，包括DNA碱基对的增添、缺乏或碱基的改变，也就是构成基因的脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序发生了改变，产生了新的基因。基因突变可以为生物“基因库”不断增加新基因，是生物变异的主要来源，也是生物进化的重要因素之一。
二、基因突变的特点
（1）害虫在喷洒农药进行化学防治后抗药性增强是_________结果。
（2）毒蛋白对人畜无害，但能使棉铃虫致死，从蛋白质的特性看，蛋白质具有________性。
（3）“转基因抗虫棉”抵抗害虫的遗传信息表达过程可以表示为：_________。
（４）“转基因抗虫棉”的抗虫变异，属于可遗传变异类型中的_________。
参考答案
难点磁场
1.解析：本题的关键还是染色体组问题，其次要弄清体细胞是几倍体，最后注意配子中不一定都只含一个染色体组。
答案：C
2.解析：本题的命题意图是考查学生对联系中心法则分析基因突变过程中碱基对的增添、缺失或改变等情况对遗传信息表达有何影响，培养学生应用基础知识分析和解决问题的能力。
答案：D
歼灭难点训练