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生物知识结构网络
第一单元生命的物质基础和结构基础
（细胞中的化合物、细胞的结构和功能、细胞增殖、分化、癌变和衰老、生物膜系统和细胞工程）
化学元素
必需元素
大量元素
有害元素
微量元素
基本元素：C、H、O、N
主要元素：C、H、O、N、P、S
最基本元素：C
非必需元素
无害元素
C、H、
O、N、
P、S、
K、Ca、
Mg
Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo等
Al、Si等
Pb、Hg等
1.1化学元素与生物体的关系
1.2生物体中化学元素的组成特点
不同种生物体中化学元素的组成特点
元素种类大体相同
C、H、O、N四种元素含量最多
元素含量差异很大
1.3生物界与非生物界的统一性和差异性
统一性
组成生物体的化学元素，在无机自然界中都能找到
差异性
组成生物体的化学元素，在生物体和无机自然界中含量差异很大
1.4细胞中的化合物一览表
化合物分类元素组成主要生理功能水①组成细胞
②维持细胞形态
③运输物质
④提供反应场所
⑤参与化学反应
⑥维持生物大分子功能
⑦调节渗透压无机盐①构成化合物（Fe、Mg）
②组成细胞（如骨细胞）
③参与化学反应
④维持细胞和内环境的渗透压）糖类单糖
二糖
多糖C、H、O①供能（淀粉、糖元、葡萄糖等）
②组成核酸（核糖、脱氧核糖）
③细胞识别（糖蛋白）
④组成细胞壁（纤维素）脂质脂肪
磷脂（类脂）
固醇C、H、O
C、H、O、N、P
C、H、O①供能（贮备能源）
②组成生物膜
③调节生殖和代谢（性激素、Vit.D）
④保护和保温蛋白质单纯蛋白（如胰岛素）
结合蛋白（如糖蛋白）C、H、O、N、S
（Fe、Cu、P、Mo……）①组成细胞和生物体
②调节代谢（激素）
③催化化学反应（酶）
④运输、免疫、识别等核酸DNA
RNAC、H、O、N、P①贮存和传递遗传信息
②控制生物性状
③催化化学反应（RNA类酶）
1.5蛋白质的相关计算
设构成蛋白质的氨基酸个数m，
构成蛋白质的肽链条数为n，
构成蛋白质的氨基酸的平均相对分子质量为a，
蛋白质中的肽键个数为x，
蛋白质的相对分子质量为y，
控制蛋白质的基因的最少碱基对数为r，
则肽键数＝脱去的水分子数，为……………………………………①
蛋白质的相对分子质量…………………………………………②
或者…………………………………………③
1.6蛋白质的组成层次
C、H、O、N、S
氨基酸
肽链
基本成分
C、H、O、N、P、Fe、Cu……
离子和（或）分子
其它成分
蛋白质
1.7核酸的基本组成单位
名称基本组成单位
核酸核苷酸（8种）一分子磷酸（H3PO4）一分子五碳糖
（核糖或脱氧核糖）核苷一分子含氮碱基
（5种：A、G、C、T、U）DNA
脱氧核苷酸
（4种）一分子磷酸
一分子脱氧核糖
脱氧核苷一分子含氮碱基
（A、G、C、T）
RNA
核糖核苷酸
（4种）一分子磷酸
一分子核糖
核糖核苷一分子含氮碱基
（A、G、C、U）
1.8生物大分子的组成特点及多样性的原因
名称基本单位化学通式聚合方式多样性的原因多糖葡萄糖
R
NH2
COOH
H
C
C6H12O6脱水缩合
①葡萄糖数目不同
②糖链的分支不同
③化学键的不同蛋白质氨基酸
①氨基酸数目不同
②氨基酸种类不同
③氨基酸排列次序不同
④肽链的空间结构核酸
（DNA和RNA）核苷酸
①核苷酸数目不同
②核苷酸排列次序不同
③核苷酸种类不同1.9生物组织中还原性糖、脂肪、蛋白质和DNA的鉴定
物质试剂操作要点颜色反应还原性糖斐林试剂（甲液和乙液）临时混合
加热砖红色脂肪苏丹Ⅲ（苏丹Ⅳ）切片
高倍镜观察桔黄色（红色）蛋白质双缩脲试剂（A液和B液）先加试剂A
再滴加试剂B紫色DNA二苯胺加0.015mol/LNaCl溶液5Ml
沸水加热5min蓝色
选择透过性膜的特点
三个通过
水
自由通过
可以通过
不能通过
被选择的离子和小分子
其它离子、小分子和大分子
1.10选择透过性膜的特点
物质交换
大分子、颗粒
内吞
外排
离子、小分子
自由扩散
主动运输
亲脂小分子
高浓度——→低浓度
不消耗细胞能量（ATP）
离子、不亲脂小分子
低浓度——→高浓度
需载体蛋白运载
消耗细胞能量（ATP）
膜的流动性
膜的流动性、膜融合特性
原理
1.11细胞膜的物质交换功能
1.12线粒体和叶绿体共同点
1、具有双层膜结构
2、进行能量转换
3、含遗传物质——DNA
4、能独立地控制性状
5、决定细胞质遗传
6、内含核糖体
7、有相对独立的转录翻译系统
8、能自我分裂增殖
1.13真核生物细胞器的比较
名称化学组成存在位置膜结构主要功能线粒体蛋白质、呼吸酶、RNA、脂质、DNA动植物细胞双层膜能
量
代
谢有氧呼吸的主要场所叶绿体蛋白质、光合酶、RNA、脂质、DNA、色素植物叶肉细胞光合作用内质网蛋白质、酶、脂质动植物细胞中广泛存在单层膜与蛋白质、脂质、糖类的加工、运输有关高尔基体蛋白质、脂质蛋白质的运输、加工、细胞分泌、细胞壁形成溶酶体蛋白质、脂质、酶细胞内消化核糖体蛋白质、RNA、酶无膜合成蛋白质中心体蛋白质动物细胞
低等植物细胞与有丝分裂有关
1.14细胞有丝分裂中核内DNA、染色体和染色单体变化规律
间期前期中期后期末期DNA含量2a—→4a4a4a4a2a染色体数目（个）2N2N2N4N2N染色体单数（个）04N4N00染色体组数（个）22242同源染色数（对）NNN2NN注：设间期染色体数目为2N个，未复制时DNA含量为2a。
1.15理化因素对细胞周期的影响
理化因素间期前期中期后期末期机理应用过量脱氧胸苷＋抑制DNA复制治疗癌症秋水仙素＋抑制纺锤体形成获得多倍体低温（2—4℃）＋＋＋＋＋影响酶活和供能低温贮藏注：＋表示有影响
1.16细胞分裂异常（或特殊形式分裂）的类型及结果
类型分裂方式结果事例细胞质不分裂有丝分裂双（多）核细胞多核胚囊个别染色体不分离有丝分裂、减数分裂单体、多体21三体、唐氏综合征全部染色体不分离有丝分裂、减数分裂多倍体四倍体植物染色体多次复制，但不分离有丝分裂多线巨大染色体果蝇唾腺染色体两个以上中心体有丝分裂多极核
G1
S
G2
M
周期性细胞
G0期（暂不增殖）
终端分化细胞
衰老
死亡
1.17细胞分裂与分化的关系
1.18已分化细胞的特点1.19分化后形成的不同种类细胞的特点
形态结构特化
新陈代谢改变
生理功能专一
分裂能力丧失
已分化细胞
形态结构不同
生理功能不同
代谢活动不同
基因表达不同
不同种类细胞
1.20分化与细胞全能性的关系
体细胞
生殖细胞（如卵细胞、花粉）
分化程度越低全能性越高，分化程度越高全能性越低
分化程度高，全能性也高
分化程度最低（尚未分化），全能性最高
受精卵
细胞
绝大多数细胞
少数细胞
未分化
分化
衰老
死亡
干细胞
癌细胞
分裂
分裂
干细胞特点：（无限增殖）
既分裂也分化
癌细胞特点：（无限增殖）
只分裂不分化
异常分化
癌变
（永生）
1.21细胞的生活史
1.22癌细胞的特点
癌细胞的特点
无限分裂增殖
形态结构变化
细胞物质改变
正常功能丧失
新陈代谢异常
引发免疫反应
扁平梭形
球形
成纤维细胞癌变
如癌细胞膜糖蛋白减少，细胞黏着性降低，易转移扩散。
癌细胞膜表面含肿瘤抗原，肝癌细胞含甲胎蛋白等
如线粒体功能障碍，无氧供能
可移植在异种生物体内生长，形成癌瘤
可以种间移植
主要是细胞免疫
永生细胞
1.23衰老细胞的特点
助
记
词
水分减少，细胞萎缩，体积变小，代谢减慢
水少
酶低
色累
酶的活性降低
色素积累，阻碍细胞内物质交流和信息传递
核大
细胞核体积增大，染色体固缩，染色加深
透变
细胞膜通透性改变，物质运输功能降低
细
胞
死
亡
病理性死亡（细胞坏死）
程序性死亡（细胞凋亡）
环境因素突变
病原体入侵
正常生命需要
动物变态
花儿凋谢
极体消失
大部分淋巴细胞死亡
蝌蚪尾部消失
花瓣凋萎
1.24细胞的死亡
膜
生物膜系统
生物膜
功能上的联系
组成细胞的膜的总称
化学组成相似
基本结构相同
结构上的联系
直接联系
间接联系
核外膜——内质网膜——胞膜
内质网膜——线粒体外膜（或相依）
内质网膜—膜泡—高尔基体膜—膜泡—胞膜
分泌作用
胞饮作用
内质网-高尔基体-细胞膜
细胞膜-溶酶体
相互配合
协调工作
细胞膜、核膜及具膜细胞器构成的结构体系
结构上紧密联系
功能上相互依存
生理作用
研究意义
为细胞提供稳定的内环境
进行物质运输、能量交换、信息传递
为化学反应提供场所
将细胞分隔成功能小区
细胞膜
工业上
淡化海水，处理污水
研究抗寒、抗旱、耐盐机理
人造膜材料代替病变器官
农业上
医药上
概念
概念
1.25生物膜与生物膜系统
你知道吗
细胞分裂产生新细胞
细胞分化产生新细胞类型
基因突变产生新基因
基因重组产生新基因型
生殖隔离产生新物种
植
物
细
胞
工
程
细
胞
工
程
植物酶TPP⑤5q组织培养
离体的
植物器官
组织或细胞
愈伤
组织
根
芽
植
物
体
脱分化
再分化
植物体细胞杂交
植物
细胞A
植物
细胞B
去壁
融合
杂种细胞
组织培养
动
物
细
胞
工
程
动物组织
单个细胞
原代培养
传代培养
动物细胞培养
胚胎移植
动物细胞融合
动物细胞A
动物细胞B
杂种细胞
细胞培养
融合
筛选
核移植
单克隆抗体
免疫小鼠
小鼠骨髓瘤细胞
小鼠B细胞
提取抗体
融合细胞
杂交瘤细胞
提取
融合
筛选
体内
培养
体外
培养
1.26细胞工程
你知道吗
动物细胞培养代数与取材有关
细胞来源可传代数人胎儿细胞
成人细胞50代
20代小鼠
乌龟14—28代
90—125代
1.27植物组织培养与动物细胞培养的比较
比较项目植物组织培养动物细胞培养生物学原理细胞全能性细胞分裂培养基性质固体液体培养基成分蔗糖、氨基酸、维生素、水、矿物质、生长素、细胞分裂素、琼脂葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、水、动物血清取材植物器官、组织或细胞动物胚胎、幼龄动物器官或组织培养对象植物器官、组织或细胞分散的单个细胞过程脱分化、再分化原代培养、传代培养细胞分裂生长分化特点①分裂：形成愈伤组织
②分化：形成根、芽①只分裂不分化
②贴壁生长
③接触抑制培养结果新的植株或组织细胞株或细胞系应用①快速繁殖
②培育无病毒植株
③提取植物提取物（药物、香料、色素等）
④人工种子
⑤培养转基因植物①生产蛋白质生物制品
②皮肤细胞培养后移植
③检测有毒物质
④生理、病理、药理研究培养条件无菌、适宜的温度和pH
1.28植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合生物学原理膜的流动性、膜融合特性前期处理原生质体制备：
纤维素酶和果胶酶处理细胞分散：
胰蛋白酶处理方法和手段①物理：离心、振动、电刺激
②化学：聚乙二醇（PEG）（同前）
③生物：灭活的病毒应用进行远缘杂交，创造植物新品种①制备单克隆抗体
②基因定位下游技术(后续技术)植物组织培养动物细胞培养你知道吗
细胞——生物体结构和功能的基本单位
葡萄糖——组成多糖的基本单位
氨基酸——组成蛋白质的基本单位
核苷酸——组成核酸的基本单位
基因——控制生物性状的基本单位
种群——生物生存和进化的基本单位
第二单元生物的新陈代谢
Ⅰ植物代谢部分：酶与ATP、光合作用、水分代谢、矿质营养、生物固氮
2.1酶的分类
蛋白质类酶
ＲＮＡ类酶
单纯酶
复合酶
仅含蛋白质
蛋白质
辅助因子
离子
有机物
辅酶
NADP(辅酶Ⅱ)
B族维生素
生物素(羧化酶的辅酶)
RNA
端粒酶含RNA
唾液淀粉酶含Cl
细胞色素氧化酶含Cu2+
分解葡萄糖的酶含Mg2+
如胃蛋白质酶
酶
存在于低等生物中，将RNA自我催化。对生命起源的研究有重要意义。
(蛋白质本质)
(核酸本质)
2.2酶促反应序列及其意义
酶促反应序列生物体内的酶促反应可以顺序连接起来，即第一个反应的产物是第二个反应的底物，第二个反应的产物是第三个反应的底物，以此类推，所形成的反应链叫酶促反应序列。如
A
B
C
D
酶1
酶2
酶3
终产物
……
酶4
酶n
意义各种反应序列形成细胞的代谢网络，使物质代谢和能量代谢沿着特定路线有序进行，确定了代谢的方向。
2.3生物体内ATP的来源
ATP来源反应式光合作用的光反应
酶
酶
ADP＋Pi＋能量——→ATP化能合成作用有氧呼吸无氧呼吸其它高能化合物转化
（如磷酸肌酸转化）C~P（磷酸肌酸）＋ADP——→C（肌酸）＋ATP
神经传导和生物电
肌肉收缩
吸收和分泌
合成代谢
生物发光
光合作用的暗反应
细胞分裂
矿质元素吸收
新物质合成
植株的生长
植物
动物
ATP——→ADP＋Pi＋能量
酶
2.4生物体内ATP的去向
色素
分布
分离
（橙黄色）胡萝卜素
（黄色）叶黄素
（蓝绿色）叶绿素a
（黄绿色）叶绿素b
快
慢
作用
吸收传递光能
胡萝卜素
叶黄素
大部分叶绿素a
叶绿素b
吸收转化光能
特殊状态的叶绿素a
组成
类胡萝卜素
叶绿素
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
叶绿体基粒的
类囊体薄膜上
2.5光合作用的色素
2.6光合作用中光反应和暗反应的比较
比较项目光反应暗反应反应场所叶绿体基粒叶绿体基质能量变化光能——→电能
电能——→活跃化学能活跃化学能——→稳定化学能物质变化H2O——→[H]＋O2
NADP+＋H+＋2e——→NADPH
ATP＋Pi——→ATPCO2＋NADPH＋ATP———→
（CH2O）＋ADP＋Pi＋NADP+＋H2O反应物H2O、ADP、Pi、NADP+CO2、ATP、NADPH反应产物O2、ATP、NADPH（CH2O）、ADP、Pi、NADP+、H2O反应条件需光不需光反应性质光化学反应（快）酶促反应（慢）反应时间有光时（自然状态下，无光反应产物暗反应也不能进行）2.7C3植物和C4植物光合作用的比较
C3植物C4植物光反应叶肉细胞的叶绿体基粒叶肉细胞的叶绿体基粒暗反应叶肉细胞的叶绿体基质维管束鞘细胞的叶绿体基质CO2固定仅有C3途径C4途径—→C3途径
2.8C4植物与C3植物的鉴别方法
方法原理条件和过程现象和指标结论生理学方法在强光照、干旱、高温、低CO2时，C4植物能进行光合作用，C3植物不能。
密闭、强光照、干旱、高温生长状况：
正常生长
或
枯萎死亡正常生长：C4植物
枯萎死亡：C3植物形态学方法维管束鞘的结构差异过叶脉横切，装片①是否有两圈花细胞围成环状结构
②鞘细胞是否含叶绿体是：C4植物
否：C3植物化学方法①合成淀粉的场所不同
②酒精溶解叶绿素
③淀粉遇面碘变蓝
叶片脱绿→加碘→过叶脉横切→制片→观察出现蓝色：
①蓝色出现在维管束鞘细胞
②蓝色出现在叶肉细胞出现①现象时：
C4植物
出现②现象时：
C3植物
2.9C4植物中C4途径与C3途径的关系
草酰乙酸(C4)
苹果酸C4
丙酮酸C3
磷酸烯醇式
丙酮酸（C3）
ATP
PEP羧化酶
AMP
NADP+
NADPH
CO2
苹果酸C4
丙酮酸C3
NADP+
NADPH
CO2
暗反应
（CH2O）
叶肉细胞
维管束鞘细胞
C5
注：磷酸烯醇式丙酮酸英文缩写为PEP。
2.10C4植物比C3植物光合作用强的原因
C3植物C4植物结构原因：
维管束鞘细胞的结构以育不良，无花环型结构，无叶绿体。
光合作用在叶肉细胞进行，淀粉积累，影响光合效率。发育良好，花环型，叶绿体大。
暗反应在此进行。有利于产物运输，光合效率高。生理原因：
PEP羧化酶
磷酸核酮糖羧化酶只有磷酸核酮糖羧化酶。
磷酸核酮糖羧化酶与CO2亲和力弱，不能利用低CO2。两种酶均有。
PEP羧化酶与CO2亲和力大，利用低CO2能力强。
2.11光能利用率与光合作用效率的关系
关系
提高光能利用率
延长光合作用时间
增加光合作用面积
提高光合作用效率
控制光照强弱
二氧化碳供应
必需矿质元素供应
光合作用效率
光合作用制造的有机物所含的能量
光合作用吸收的光能
＝
参与光合作用的能
量中被转移的能量
光能利用率
照在该地面的总的光能
光合作用制造的有机物所含的能量
＝
照在地面上的总能
量中被转移的能量
概念
热能损失
光能损失→荧光、磷光
光能→电能→化学能（贮存）
去向
2.12影响光合作用的外界因素与提高光能利用率的关系
影响光合作用的外界因素
提高光能利用率
增加二氧化碳供应
通风透光，增施农家肥；人工增CO2（温室）
必需矿质元素供应
N：
P：
K：糖类的合成和运输
Mg：叶绿素的成分
ATP、NADP+的成分
控制光照强弱
因地制宜：阳生植物种阳地
阴生植物种阴地
光质影响：蓝紫光照，蛋白质和脂类多
红光照，糖类增多
延长光合作用时间
提高复种指数：改一年一季为一年多季
增加光合作用面积
合理密植
套种（不同时播种）、间作（同时播种）
光
CO2
矿物质
水
温度
2.13光合作用实验的常用方法
半叶法（遮盖法）
割主叶脉法
同位素标记法
验证（探索）光合作用需
CO2并放O2、光强的影响
光合作用产生淀粉
验证（探索）光合
作用中物质的转变
打孔法（抽气法）
密封法
光质对光合作用的影响
分光法
可同时使用
2.14植物对水分的吸收和利用
2.14.1植物对水分的吸收
渗透吸水
渗透系统
隔着半透膜的两种溶液构成的体系
吸胀吸水
液泡尚未形成或消失
通过亲水物质的亲水性吸水
植物细胞构
成渗透系统
原生质层
由细胞膜、液泡膜、两膜之间的细胞质构成
看作一层半透膜（本质是选择透过性）
两个系统
①植物细胞与土壤溶液之间构成
②每两个植物细胞之间构成
水分的吸收
吸水原理
主要由成熟细胞的中央液泡构成渗透系统
通过渗透作用吸水
发生条件
①具有半透膜
②膜两侧溶液具有浓度差
溶液与纯水达平衡时，溶液一方所承受的外压差。
渗透压
2.14.2扩散作用与渗透作用的联系与区别
扩散作用
渗透作用
物质由相对多（密度高）的地方向相对少（密度低）的地方运动的过程，叫扩散
溶剂分子的扩散叫渗透，具备一定条件才能发生
联系
区别
物质由高到低的移动方式，利用物质本身的属性，不需要能量
特指溶剂分子（如水、酒精等）的扩散，需特定的条件
2.14.3半透膜与选择透过性膜的区别与联系
半透膜选择透过性膜概念小分子、离子能透过，大分子不能透过水自由通过，被选择的离子和其它小分子可以通过，大分子和颗粒不能通过性质半透性（存在微孔，取决于孔的大小）选择透过性（生物分子组成，取决于脂质、蛋白质和ATP）状态活或死活材料合成材料或生物材料生物膜（磷脂和蛋白质构成的膜）物质运
动方向不由膜决定，取决于物质密度水和亲脂小分子：不由膜决定，取决于物质密度
离子和其它小分子：膜上载体（蛋白质）决定功能渗透作用渗透作用和其它更多的生命活动功能共同点水自由通过，大分子和颗粒都不能通过
2.14.4植物体内水分的运输
导管运输
水分的运输
方向
向上：根—→茎—→叶
动力
蒸腾作用
产生蒸腾拉力
根压
导致吐水现象
2.14.5植物体内水分的利用和散失
利用
1-5%参与光合作用、呼吸作用等生命活动
水分
散失
绝大部分水分通过蒸腾作用散失
生理意义
蒸腾作用
①根持续吸水的动力
②物质运输的载体
③降低叶片温度
2.15植物体内的化学元素(1)
植物体
水分(10-95%)
干物质(5-90%)
有机物
90%
无机盐
10%
挥发部分
灰分元素
小部分N
大部分S
全部P
全部金属元素
C、H、O、N、S形成气体：
CO2、CO、N2、NH3、H2O和氮氧化物等。
少量硫形成H2S、SO2等。
燃烧
N、P、S、K、
Ca、Mg（6种）
大量元素
微量元素
必需矿质元素
Fe、Mn、B、Zn、
Cu、Mo、Cl、Ni
矿质元素
Al、Si、Na、I等
非必需矿质元素
概念
除C、H、O外
由根系吸收的元素
（N放在矿质元素中讨论）
非必需元素
必需元素
微量元素
大量元素
植物体
C、H、O
非矿质元素
能被再利用的元素
N、P、K、Mg
老叶先受损
不被再利用的元素
Ca、S、B、
缺乏症
幼叶先受损
吸收
方式
选择性吸收
载体的种类与数量
主动运输
1.16植物体内的化学元素(2)
2.17生物固氮
生物固氮
将大气氮(N2)还原成NH3的过程
概念
意义
②对自然界氮循环有重要作用
①为绿色植物提供氮素营养
固氮微生物的种类
种
类固氮原因及条件代谢类型常见类型在生态系统
中的作用同
化异
化共生固氮类与豆科植物共生时异养需氧根瘤菌（6种）
（大豆、菜豆、豌豆、苜蓿、羽扇豆、三叶草）消费者
(取食于活的生物体)自生固氮类独立生活自养固氮蓝藻
(念珠藻)生产者异养圆褐固氮菌
黄色分支杆菌分解者
(腐生生活)注意：不同的根瘤菌具有共生专一性。如蚕豆根瘤菌与蚕豆、
豌豆、豇豆共生；大豆根瘤菌只能与大豆共生。
固氮过程
N2＋e＋H+＋ATP————→NH3＋ADP＋Pi
固氮酶
（选学）
固氮基因（固氮酶）
大气氮库（N2）
大气固氮
工业固氮
NO3-
氮素化肥
氮盐
尿素
硝化细菌
分解者
生物固氮
NH3-
NO2-、NO3-
反硝化细菌
N2
遗体
生产者
消费者
脲酶
尿素
脲酶
2.18氮循环
固氮微生物
N2————→NH3
固氮酶
硝化细菌
NH3——→NO2-、NO3-
酶
反硝化细菌
NO2-、NO3-——→N2
酶
（N2循环）
2.19三类微生物在自然界氮循环中的作用
Ⅱ动物与微生物代谢部分：三大类营养代谢、细胞呼吸、代谢基本类型、微生物类群、
微生物的营养代谢与生长、发酵工程简介
淀粉
葡萄糖
脂肪、某些氨基酸
CO2＋H2O＋能量
肝糖元
肌糖元
氧化
合成
分解
转变
合成
皮下结缔组织、肠系膜
脂肪
储存
甘油、脂肪酸
CO2＋H2O＋能量
氧化
糖元
转变
分解
蛋白质
合成
转变
各种组织蛋白、酶及激素等
新的氨基酸
含氮部分
NH3尿素
转变
不含氮部分
CO2＋H2O＋能量
糖类、脂肪
分解
转氨基
脱氨基
氨基酸
2.20人和动物体内三大营养物质的代谢
必需氨基酸
在人和动物体细胞内能够合成的氨基酸
非必需氨基酸
不能在人和动物体细胞内合成，只能从
食物中获得的氨基酸称为必需氨基酸
种类(8种)
种类
苯丙赖色亮，缬亮苏甲硫
（本秉赖色亮，谢亮输贾刘）
12种
概念
概念
苯丙氨酸
赖氨酸
色氨酸
亮氨酸
缬氨酸
异亮氨酸
苏氨酸
甲硫氨酸
不同种动物有不同的必需氨基酸
助记词
2.21人体的必需氨基酸
2C3H6O3
2C2H5OH
2CO2
4[H]
能量
2CH3COCOOH
＋
C6H12O6
②
①
(葡萄糖)
(酒精)
(乳酸)
(丙酮酸)
ATP(少)
热
总反应式
C6H12O6
＋
能量
2C3H6O3
酶
C6H12O6
2C2H5OH
2CO2
＋
酶
能量
＋
总反应式
细胞质基质
线粒体
6CO2
20[H]
C6H12O6
4[H]
能量
6H2O
ATP(少)
热
C6H12O6
2CH3COCOOH
12H2O
ATP(多)
6O2
能量
热
呼吸链
ATP(少)
热
能量
2CH3COCOOH
②
①
③
(葡萄糖)
(丙酮酸)
细胞质基质
线粒体
细胞膜
②
2.22细胞的有氧呼吸
2.23细胞内的无氧呼吸
2.24有氧呼吸与无氧呼吸的比较
比较项目有氧呼吸无氧呼吸反应场所真核细胞：细胞质基质，主要在线粒体
原核细胞：细胞基质（含有氧呼吸酶系）细胞质基质反应条件需氧不需氧反应产物终产物（CO2、H2O）、能量中间产物（酒精、乳酸、甲烷等）、能量产能多少多，生成大量ATP少，生成少量ATP共同点氧化分解有机物，释放能量
2.25呼吸作用产生的能量的利用情况
呼吸类型被分解的有机物储存的能量释放的能量可利用的能量能量利用率有氧呼吸1mol葡萄糖2870kJ2870kJ1165kJ40.59%无氧呼吸2870kJ196.65kJ61.08kJ2.13%注：无氧呼吸释放的能量值为分解为乳酸时的值。不同的无氧呼吸类型释放的能量可能稍有不同。
绿色植物
光合细菌
基本类型
新陈代谢类型
兼性厌氧型
异化类型
需氧型
厌氧型
同化类型
自养型
异养型
光能自养型
化能自养型
兼性营养型
酵母菌
有光时：自养生活（进行光合作用，但供氢体不是水，而是有机物）
无光时：异养生活
红螺细菌
有氧时：有氧呼吸
无氧时：无氧呼吸
硝化细菌
化能合成作用
光合作用
绝大多数动物，腐生的真菌，大多数细菌
多数动植物
一些细菌(如光合细菌，供氢体不是水，不放O2)
蛔虫等
特殊类型
2.26新陈代谢的类型
你知道吗
科学发现：
人们对消化过程的研究发现了酶
人们对向光性的研究发现了生长素
人们对溶菌现象的研究发现了青霉素
原核细胞微生物（单细胞）
细菌
形态
杆形、球形、螺旋形（弧形）
结构
特殊结构
质粒、荚膜、鞭毛、芽孢、
基本结构
细胞壁
细胞膜
细胞质（仅有核糖体）
核区（环状DNA）
繁殖
二分裂（有DNA的复制和平分）
菌落
概念
特征
细菌在固体培养基上繁殖
形成的细菌子细胞群体
大小、形状、颜色、
光泽度、透明度、硬度等
结构
基内丝菌
气生丝菌
吸收养料—营养
产生孢子—繁殖
分枝状菌丝
放线菌
对人类的贡献
产抗生素（次级代谢产物）
分布
土壤、空气、水中
其它类群
支原体、衣原体（无壁）、（蓝藻）
真核细胞微生物
单细胞
多细胞
霉菌
酵母菌
细胞结构
非细胞结构
增殖
病毒
DNA或RNA
结构
囊膜（带刺突）
蛋白质、多糖、脂类组成
衣壳
核酸
核衣壳
（可有）
基本单位：衣壳粒
功能：保护、抗原性
吸附→注入→复制（核酸）→合成（蛋白质）→装配→释放
分类
DNA病毒
RNA病毒
蛋白质和DNA组成
蛋白质和RNA组成
微生物的类群
2.27微生物的类群
2.28微生物的营养
种类特点功能物理
性质固体培养基加凝固剂分离、鉴定半固体培养基观察、保藏液体培养基不加凝固剂工业生产化学成分合成培养基成分明确分类、鉴定天然培养基天然成分工业生产用途选择培养基加抑制剂(如青霉素)
加特殊C源或N源
不加某物质（如N源）选择、分离鉴别培养基加指示剂或药品鉴别
培养基
种类
营养素
提供碳素营养
水
无机盐
碳源
无机碳源
有机碳源
CO2、NaHCO3等
糖、脂、石油等
氮源
提供氮素营养
无机氮源
有机氮源
N2、硝酸盐、铵盐等
尿素、牛肉膏、蛋白胨等
生长因子
微生物生长不可缺少的微量有机物
（包括维生素、氨基酸、碱基等）
配制原则
（三要原则）
目的要明确
根据培养种类、培养目的选择原材料
注意营养物质的浓度和比例
营养要协调
C/N=4：有利于繁殖；
C/N=3：有利于产谷氨酸
碳氮比最重要
pH要适宜
细菌：pH=6.5—7.5
放线菌：pH=7.5—8.5
真菌：pH=5.0—6.0
微生物的营养
你知道吗
加入高浓度食盐可分离金黄色葡萄球菌
加入青霉素可分离酵母菌和霉菌
不加N源可分离固氮微生物
加入伊红-美蓝可鉴别大肠杆菌
不断
产生
代谢产物
微生物的代谢
初级代谢产物
次级代谢产物
微生物自身生长繁殖必需的物质
氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素
产物
概念
对自身生长繁殖非必需的物质
抗生素、毒素、激素、色素
产物
概念
代谢调节
或积累
或排除
特点
酶合成调节
大肠杆菌
一直存在，只受遗传控制的酶
组成酶
诱导酶
受环境中某物质的诱导产生
“好酶知时节，当需乃发生”
分解葡萄
糖的酶
分解乳
糖的酶
酶活性调节
通过改变酶的催化活性，来调节代谢速率
概念
负反馈：酶催化的产物增多抑制酶的活性
原理
谷氨酸脱氢
酶受谷氨酸
产量的调节
同时存在
密切配合
协调作用
代谢的人工控制
改变遗传特性
基因诱变
高产赖氨酸的黄色短杆菌
转基因
基因工程人胰岛素
控制发酵条件
改变细胞膜的通透性，即时输出代谢产物，解除对酶的抑制
2.29微生物的代谢
2.30微生物的生长
微生物群体
生长的规律
时期特点作用调整期菌体不增殖，代谢活跃，体积增大对数期以2n形式增长，代谢旺盛作菌种和科研材料稳定期生死平衡，活菌数最多，芽孢形成收获菌体和代谢产物衰亡期死亡加速，形态多样，细胞裂解
影响微生物生
长的环境因素
温度
pH
氧
最适生长温度：25—37℃
（最适pH见前）
超过：蛋白质和核酸不可逆破坏
超过：影响酶活性和细胞膜稳定性
需氧或不需氧
微生物的生长
2.31微生物的生长曲线与生长速率的关系
时间
菌体数目(lg)
0
时间
生长速率
0
k
k
2
d
c
a
b
d
c
a
b
生长速率＝繁殖率—死亡率
注意
a：调整期
b：对数期
c：稳定期
d：衰亡期
说明
2.32发酵工程简介
概念
内容
采用现代工程技术手段，利用微生物某些特定功能，为人类生产有用产品；
或者直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
菌种选育
培养基配制
灭菌
扩大培养与接种
基因诱变——传统，常用。
基因工程————————
细胞工程——细胞融合
（三要原则）
一般步骤：配制调→pH→分装→灭菌
严格杀灭培养基和发酵设备中的各种微生物，保证菌种是单一纯种
选育的良种要经多次扩大培养，才能满足大规模生产需要
分离提纯产品
代谢产物
菌体本身
过滤、沉淀等方法分离
蒸馏、萃取、离子交换等方法提取
发酵过程
①检测菌体数目和产物浓度。
②添加培养基组成。
③严格控制发酵条件（温度、pH、溶氧、通气量、转速）
应用
食品工业上的应用
生产抗生素、维生素、动物激素、氨基酸、核苷酸等
医药工业上的应用
生产传统发酵产品
啤酒、果酒、食醋等
生产食品添加剂
酸味剂、鲜味剂、甜味剂、色素
开发人类新食源
单细胞蛋白、真菌蛋白等新食品
发酵工程
改变原来基因
转基因
工程菌（工程细胞）
第三单元生命活动的调节
（包括植物调节、体液调节、神经调节、内环境与稳态、水盐调节、血糖调节、体温调节、免疫）
3.1植物生命活动调节——激素调节
应用
向性运动
植物体受到单一方向外界刺激而引起的定向运动
是植物对于外界环境的适应性
生长素
发现
主要在叶原基、嫩叶和发育的种子
产生
大多集中在胚芽鞘、分生组织、形成层及发育的种子和子房
分布
（略）
运输
只能由形态学上端向形态学下端运输，不能倒过来运输
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
1
浓度/mol·L-1
0
促进生长
抑制生长
根
芽
茎
两重性
赤霉素
细胞分裂素
脱落酸
乙烯
促进生长
存在于分裂部位。促进细胞分裂、分化
促进叶片脱落
促进果实成熟
其他激素
植物激素调节
生理作用
既能促进生长，又能抑制生长
既能促进发芽，又能抑制发芽
既能保花保果，又能疏花疏果
促进生长
抑制生长
取决于生长素浓度
植物的器官的种类
生长素类似物
浸泡插枝下端
促进插枝生根
促进果实发育
防止落花落果
无籽番茄
涂抹未受粉柱头
喷洒植株（棉花）
保蕾保铃
涂抹未受粉柱头
发根增多
抑制
促进
抑制顶端优势
疏花疏果
除草
3.2人和高等动物的体液调节
激素调节
内分泌腺激素名称主要生理功能下丘脑促甲状腺激素
释放激素促进垂体合成和分泌促甲状腺激素促性腺激素
释放激素促进垂体合成和分泌促性腺激素抗利尿激素减少排尿垂体促甲状腺激素促进甲状腺生长发育和调节其合成与分泌促性腺激素促进性腺生长发育和调节其合成与分泌生长激素促进生长，主要促进骨生长和蛋白质合成催乳素促进乳腺发育与泌乳及嗉囊分泌鸽乳甲状腺甲状腺激素促进新陈代谢(促进氧化分解)、促进生长发育(包括神经)、提高神经系统兴奋性肾上腺肾上腺素升血糖(促进肝元糖分解)醛固酮促进肾小管吸Na+泌K+胰
岛A细胞胰高血糖素升血糖(强烈促进肝元糖分解和非糖转化）B细胞胰岛素
性
腺睾丸性
激
素雄激素促进雄性生殖器官的发育和精子生成，
激发并维持雄性第二性征卵巢雌激素促进雌性生殖器官的发育和卵子生成，
激发并维持雌性第二性征，
激发并维持正常性周期卵巢孕激素促进子宫内膜和乳腺生长发育，
为受精卵着床和泌乳准备条件
激素的种类和作用
人和高等动物的体液调节
调节内分泌的中枢
下丘脑
反馈调节
激素分泌的调节
其他化学物质的调节
如CO2对呼吸频率的调节等
相关激素间的作用
协同作用
增强效应
甲状腺激素
生长激素
胰岛素
胰高血糖素
拮抗作用
对抗效应
寒冷紧张
促甲状腺激素释放激素
促甲状腺激素
甲状腺激素
下丘脑
垂体
甲状腺
(＋)
(－)
(＋)
(－)
增加去路
促进肝(肌)糖元合成
促进葡萄糖氧化分解
促进转变成脂肪
减少来源
抑制肝糖抑制元分解
抑制非糖物质转化
降血糖
其它激素
基本方式
反射
由神经系统对体内外刺激所作的规律性反应
概念
结构基础
神经中枢
感受器
传入神经
传出神经
效应器
反射弧
分类
遗传获得的先天性反射
非条件反射
条件反射
生活中学习获得的后天性反射
兴奋的传导
神经纤维上的传导
细胞间的传导
从兴奋点开始
双向传导
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
++++++++
++++++++
-
-
-
-
++++++++
++++++++
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
刺激
单向传导
由前一个神经元传向后一个神经元
传导方向
高级神经
中枢的调节
高级神经中枢
大脑皮层
驱体运动中枢
中央前回
交叉支配
左侧中枢支配右侧驱体
右侧中枢支配左侧驱体
倒置投射
顶部中枢支配足部运动
颞部中枢支配头部运动
运动性失语
感觉性失语
语言中枢
运动性语言中枢(说话中枢)
感觉性语言中枢(听话中枢)
S区
H区
神经调节
3.3神经调节
神经调节与行为
激素调节与行为
求偶行为
照顾幼仔行为
催乳素
性激素
影响活动、食欲等
甲状腺激素
先天性行为
趋性
对环境刺激的定向反应
本能
由一系列非条件反射
按顺序连锁发生构成
非条件反射
膝跳反射、搔扒反射
吸吮反射、眨眼反射
后天性行为
印随
模仿
条件反射
判断推理
决定性作用
生活体验和学习
动物行为产生的生理基础
3.4动物行为产生的生理基础
3.5内环境与物质交换
稳
态
概念
内环境的理化性质
保持相对稳定的状态
(包括pH、参透压、温度、血糖浓度等等)
体液
细胞内液
细胞外液
血浆
淋巴
内环境
物质交换
废物、CO2
养料、O2
细胞液
组织液
内环境与物质交换
NaHCO3
H2CO3
乳酸
＋
Na2CO3
＋
缓冲物质
缓冲物质
血浆中酸性物质增多时
血浆中碱性物质增多时
多余的NaHCO3
由肾脏排出体外
多余的H2CO3
生成CO2和H2O
pH的相对稳定
H2CO3增高时
NaHCO3增高时
3.6水、钠、钾的来源与去向
H2O
来源（mL）去向（mL）来自饮水
来自食物
来自代谢1300
900
300由肾排出
由皮肤排出
由肺排出
由大肠排出1500
500
400
100共计2500共计2500
食物中的Na+
便
Na+
人
体
汗
Na+
尿Na+
皮肤
大肠
肾脏
K+
便K+
消化道中的K+
血K+
组织液中的K+
细胞中的K+
尿K+
食物中的K+
吸收
排出
多吃多排
少吃少排
不吃也排
诊断某些疾病的指标
Na+
水、钠、钾的来源与去向
3.7水盐平衡的调节
饮水不足、失水过多、食物过咸
细胞外液渗透压升高
下丘脑渗透压感受器
大脑皮层
产生渴觉
饮水增加
垂体后叶
抗利尿激素
肾小管、集合管重吸收水
尿量减少
+
释放
细胞外液渗透压下降
神经调节
激素调节
肾上腺
直接刺激
血钾升高
血钠降低
醛固酮
重吸收Na+
分泌K+
+
+
+
水盐平衡的调节
咏下丘脑
下丘脑下丘脑
产生激素真不少
通过垂体控性甲
有种激素抗利尿
体温调节是中枢
血糖平衡功不小
水盐代谢没有它
什么事都做不了
3.8血糖平衡的调节
胰岛素
分泌增加
胰高血糖素
分泌增加
血糖升高
血糖降低
（+）
（－）
（+）
（+）
（+）
（+）
（+）
下丘脑某一区域
胰岛A细胞
胰岛B细胞
肾上腺
肾上腺素
下丘脑另一区域
激素调节
神经调节
皮肤
血管收缩
汗腺不排汗
立毛肌收缩
散热减少
肾上腺
肾上腺素
产热增加
代谢增强
冷觉感受器
温觉感受器
炎热
皮肤
散热增加
血管扩张
汗腺排汗
下丘脑体温调节中枢
寒冷
下丘脑
垂体
甲状腺
甲状腺激素
体温恒定
3.9体温的调节
免疫概述
概念
机体特殊的保护性生理功能。通过识别“自己”
与“非已”，以维持机体内环境的平衡与稳定。
分类
非特异性免疫
第一道防线
皮肤及黏膜的屏障作用
对所有病原体的防御能力
组成
概念
第二道防线
体液中的杀菌物质
吞噬细胞的吞噬作用
特异性免疫
第三道防线
对特殊病原体的防御能力
组成
概念
体液免疫
细胞免疫
3.10免疫概述
B细胞
造血干细胞
T细胞
胸腺中的
造血干细胞
增殖分化
增殖分化
血液循环
大部分死亡
淋巴结脾脏扁桃体
少部分进入
效应B细胞
记忆细胞
效应T细胞
记忆细胞
抗原刺激后
免疫系统
免疫细胞
吞噬细胞
淋巴细胞
T细胞
B细胞
中枢淋巴组织及器官
骨髓
胸腺
免疫器官
免疫组织
外周淋巴组织及器官
脾脏
扁桃体
淋巴结
免疫分子
抗体、淋巴因子（白细胞介素、干扰素等）
淋巴细胞起源
3.10免疫系统的组成与淋巴细胞的起源
概念
能与B细胞受体、T细胞受体及抗体结合，
具有启动免疫应答潜能的物质
性质
异物性
机体以外的物质。或机体内的隔离物质或已发生改变的自身物质
特异性
只与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合。取决于抗原决定簇
大分子性
相对分子质量大于10000的物质。蛋白质、脂多糖、多糖等
抗原决定簇
概念
特点
①一种抗原可含有多种抗原决定族
②不同种抗原可含有相同或相似的抗原决定族
③一个B细胞只接受一种抗原决定族的刺激
④每一种抗原决定族只引起产生一种特定的抗体
抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团
是免疫细胞识别抗原的重要依据
概念
B细胞识别抗原后经分裂增殖形成的效应B细胞所产生的一种球蛋白
特点
①能与相应的抗原特异性结合，从而清除抗原
②存在于血浆、组织液和淋巴中
刺激产生
特异结合
抗体
抗原
3.11抗原与抗体
3.12体液免疫和细胞免疫
病原体
吞噬细胞
T细胞
B细胞
抗原
抗原
记忆细胞
直接刺激
增殖分化
效应B细胞
抗体
再次刺激
增殖分化
病原体再次入侵
抗体与病原体
（抗原）结合
防止病原体感染
降低病毒侵染力
感应阶段
反应阶段
效应阶段
再次刺激
增殖分化
与宿主细胞密切接触
增殖分化
宿主细胞裂解死亡
记忆细胞
病原体侵入宿主细胞后
效应T细胞
释放淋巴因子
白细胞介素-2
(+)
宿主细胞溶酶体酶激活
反应阶段
效应阶段
细胞免疫
体液免疫
器官特异性自身免疫疾病
病变局限于某一器官
风湿性关节炎
风湿性心脏病
酿脓链球菌的一种抗原决定族
与心脏瓣细胞的某种物质相似
全身性（系统性）自身免疫疾病
病变见于多种器官和结缔组织
系统性红斑狼疮
累及多器官：
关节痛、皮肤红斑、脱发、白细胞减少
自身免疫疾病
概念
由自身免疫而导致的机体的疾病状态。由于自身组织和
细胞不易被清除，机体不断受攻击，结果进入疾病状态
导致
自身免疫
免疫系统对自身成分发生免疫应答的现象
遗传性（先天性）免疫缺陷病
原发性B细胞缺陷病（伴X隐性遗传）
获得性（后天性）免疫缺陷病
AIDS病（HIV主要攻击T细胞）
概念
机体免疫功能不足或缺乏而引起的疾病
免疫缺陷病
毛细血管扩张、血管通透性增强
平滑肌收缩、腺体分泌增加
全身性过敏反应
呼吸道过敏反应
消化道过敏反应
皮肤过敏反应
过敏原
效应B细胞
抗体
某些细胞
活性物质
再次刺激
再次刺激时释放
刺激
吸附
概念
已免疫过的机体在再次接触相同物质刺激时所发
生的以机体生理功能紊乱为主的特异性免疫反应
特点
发作迅速、反应强烈、消退较快。无后遗症、有遗传倾向和个体差异
过敏反应
免疫失调引起的疾病
3.13免疫失调引起的疾病
3.13免疫学的应用（选学）
免疫预防
注射抗原
人工主动免疫
灭活死疫苗(脊髓灰质炎疫苗)
减毒活疫苗(卡介苗、牛痘苗)
类毒素（白喉疫苗、破伤风疫苗）
人工被动免疫
注射抗体
抗毒素（免疫动物后获得的抗体）
人免疫球蛋白制剂（抗乙肝病毒免疫球蛋白）
细胞因子制剂（新型制剂）
单抗制剂
免疫治疗
输入免疫物质（抗体、胸腺素、淋巴因子）或药物
调整病人的免疫功能，从而治疗疾病
移植免疫
组织相容性抗原（HLA）是否一致，关系到器官移植的成败
免疫学的应用
你知道吗
缺氧引起脑水肿的原因
①细胞内水肿：
供氧不足→ATP减少→胞内Na+转运下降→胞内渗透压升高→细胞吸水增加→细胞内水肿
②细胞外水肿：
血浆缺氧→毛细血管扩张→通透性升高→血浆物质滤出→组织液增多→细胞外水肿
第四单元生物的生殖与发育
(包括生殖的种类、动物生殖细胞的生成、植物的个体发育、动物的个体发育)
胚囊母细胞(2N)
花粉母细胞(2N)
消失
减数分裂
萌发
减数分裂
胚囊(N)
八核胚囊
发育
核分裂(3次)
成熟胚囊
核分裂
极核
精子
卵细胞
受精卵
受精极核
珠被
被子植物的有性生殖
生殖的类型
无性生殖
生殖方式概念举例分裂生殖由一个生物体直接分裂成两个新个体变形虫、细菌出芽生殖在母体的一定部位长出芽体（新个体）酵母菌、水螅孢子生殖母体产生无性生殖细胞——孢子，由孢子萌发成新个体真菌（青霉）
低等植物（衣藻）营养生殖高等植物的营养器官（根、茎、叶）与母体脱落后，发育成新个体马铃薯的块茎
草莓的匍匐茎注：植物组织培养是人工进行的植物无性繁殖方式。
概念
由亲体产生有性生殖细胞——配子，由配子两两结合
形成合子，再由合子发育成新个体的过程的生殖方式
孤雌生殖
卵细胞不经受精直接发育成新个体
（蜜蜂的卵细胞直接发育成雄蜂）
类型
同配生殖
配子形态大小相同（同型配子）
异配生殖
配子形态大小不同（大配子和小配子）
卵式生殖
配子形态大小差别很大，大的称卵细胞（雌配子），
小的称精子（雄配子），结合形成的合子特称受精卵
幼体
受精卵
成体
雄体
精子
雌体
卵子
胎的发育
胎后发育
有性生殖
(2N)
(2N)
(2N)
(N)
花粉(N)
(N)
(2N)
(3N)
珠孔
双受精
一核消失，一核分裂
4.1生殖的类型
4.2动物有性生殖细胞的形成（没有交换）
初级精母细胞
精原细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
精子的形成
复制
(2N=4)
(2N=4)
(N=2)
(N=2)
(N=2)
卵细胞
第一极体(N=2)
第二极体
复制
卵原细胞
(2N=4)
初级卵母细胞
(2N=4)
次级卵母细胞
(N=2)
(N=2)
(N=2)
卵细胞的形成
有性生殖细胞的形成
一种卵细胞
一种类型
一种类型
共两种精子
A
A‘
B
B‘
B‘
B‘
AB‘
A‘B
B
B
A‘
A‘
A
A
A
A‘
B
B‘
B
B
B
B‘
B‘
B‘
A
A‘
A‘
A
A
四分体
交叉
互换
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
四分体时期
四种精子
（一种卵细胞）
4.3减数分裂中非姐妹染色单体的交叉互换
4.4减数分裂中染色体行为及数目与配子类型的关系
1、由于同源染色体分离，非同源染色体在配子中进行自由组合，所以形成不同种类的配子
2、配子（精子、卵）种数等于组合数
3、组合数又与同源染色体的对数有关
4、每一个精原细胞分裂都只形成两种精子
5、每一个卵原细胞分裂都只形成一种卵子
6、要产生2n种精子至少需要2n-1个精原细胞参与减数分裂
7、要产生2n种卵细胞至少需要2n个卵原细胞参与减数分裂
8、当有m个精原细胞进行减数分裂时
配子种数＝2n（n为同源染色体对数）
非姐妹染色单体不发生交叉互换
与同源染色体对数无关
①当m＜2n-1，则生成的精子类型最多为2m<2n种
②当m≥2n-1，则生成的精子类型为2m=2n种
非姐妹染色单体发生交叉互换
1、每一个精原细胞分裂都要形成4种精子
2、每一个卵原细胞分裂都只形成1种卵子
3、m个精（卵）原细胞分裂时形成的精子（卵）最多为4m（m）种，与染色体对数无关
(不符合2n规律)
与同源染色体对数无关
配子多样性
的主要原因
4.5减数分裂与有丝分裂的比较（以动物细胞为例）
比较项目减数分数有丝分裂复制次数1次1次分裂次数2次1次同源染色体行为联会、四分体、同源染色体分离、非姐妹染色体交叉互换无子细胞染色体数是母细胞的一半与母细胞相同子细胞数目4个2个子细胞类型生殖细胞（精细胞、卵细胞）、极体体细胞细胞周期无有相关的生理过程生殖生长、发育染色体(DNA)的
变化曲线时期
数量
4
2
时期
4
2
数量
DNA
染色体
有丝减数区分难，抓住几个关键点。
有丝分裂要加倍，减数分裂看同源。
联会形成四分体，同源分开要减半。
再分过程同有丝，染色体中无同源。
助记词
种子
植株
胚根
胚轴
胚芽
子叶
胚柄
受精卵
供给营养
顶细胞
球状
胚体
多次分裂
有丝分裂
基细胞
几次分裂
胚
多次分裂
珠被
种皮
受精极核
多次分裂
胚乳细胞
胚乳
或者消失
果实
胚珠
子房
提供生长素
消失
4.6被子植物的个体发育
4.7动物的个体发育
受精卵
囊胚
原肠胚
卵裂
分化
外胚层
表皮及其附属结构
神经系统、感觉器官
中胚层
骨骼、肌肉及循环、
排泄、生殖系统等
内胚层
肝脏、胰脏等腺体
消化道、呼吸道上皮
幼体
分化
分化
分化
胚胎发育
爬行类、鸟类、哺乳类和人类在胚胎发育的早期形成羊膜，
内有羊水，为胚胎发育提供水环境，防止震动、保护胚胎。
胚后发育
成体
直接发育
变态发育
幼体与成体相似
幼体与成体不同
幼体
你知道吗
判断必需矿质元素的标准是
①不可缺少性：缺乏不能完成生活史
②不可替代性：有专一缺乏症，加入其它元
素不可替代
③直接功能性：直接影响，不是通过影响土
壤、微生物等的间接作用
第五单元生物的遗传、变异与进化
(包括遗传的物质基础、遗传规律、伴性遗传、细胞质遗传、基因突变、染色体变异、现代进化理论)
5.1证明DNA是遗传物质的实验（1）——肺炎双球菌的转化实验
格里菲思实验
第一组
注射
活R型(无毒)
健康
第三组
注射
死S型(加热)
健康
第二组
活S型(有毒)
注射
死亡
在死S细菌中存在某种“转化因子”，使R型细菌转化成S细菌
设想
第四组
分离
死S型
活R型
注射
死亡
＋
活S型
注射
死亡
加入
R型(无毒)
R型(无毒)
R型(无毒)
DNA
蛋白质或
荚膜多糖
DNA加
DNA酶
活S型(有毒)
分离
加入
加入
培养
培养
培养
R型(无毒)
R型(无毒)
S型
R型
艾弗里的实验
结论
DNA是“转化因子”，即遗传物质
5.2证明DNA是遗传物质的实验（2）——T2噬菌体感染细菌实验
培养
含放射性35S
不含放射性
离心
搅拌
加入
不含放射性
含放射性32P
培养
离心
搅拌
加入
大肠杆菌
培养液
感染
使在细菌
体外的噬
菌体分离
检测上清液
和沉淀物中
的放射性
35S标记的噬菌体
32P标记的噬菌体
新形成的噬菌
体没检测到35S
新形成的噬菌
体检测到32P
实线表示不带放射性
虚线表示带放射性
说明
5.3证明RNA是遗传物质的实验——烟草花叶病毒的感染实验
蛋白质
RNA
烟草花叶病毒（TMV）
烟叶
花叶病
感染
感染
＋
RNA酶
烟叶
健康
感染
烟叶
健康
蛋白质
分离
感染
烟叶
花叶病
RNA
TMV
5.4DNA是遗传物质的理论证据（遗传物质的必备条件）
分子结构相对稳定
1、稳定性
能够自我复制，使前后代保持一定的连续性
2、连续性
能够控制生物的性状和新陈代谢
3、控制性
能够产生可遗传的变异
4、变异性
能够贮藏大量遗传信息
5、信息性
理论证据
5.5核酸是生物的遗传物质
1、核酸是一切生物的遗传物质
2、DNA是主要的遗传物质
3、含DNA的生物DNA是遗传物质，RNA不是
4、不含DNA的生物（RNA病毒）RNA才是遗传物质
A
C
G
G
A
T
C
T
3’端
3’端
5’端
5’端
DNA的分子结构
氢键
5.6DNA的组成单位、分子结构和结构特点
碱基
磷酸
脱氧核糖
脱氧核苷
脱氧核苷酸
基本组成单位
DNA分子的结构特点
单脱氧核苷酸经磷酸二酯键连接成脱氧核苷酸长链
两条脱氧核苷酸长链反向平行由氢键连接成双链DNA分子
碱基遵循碱基互补配对原则进行配对，碱基对由氢键连接起来。即：GC；AT。
两条链向右旋转形成规则的双螺旋结构
双链结构的外侧由磷酸和脱氧核糖交替排列形成骨架，碱基排在双链的内侧
一条链的碱基排列顺序一旦确定，另一条链的碱基排列顺序也随之确定
理论上链上碱基的排列顺序是任意的，这构成了DNA分子的多样性
DNA的碱基排列顺序贮藏着生物遗传信息，DNA分子的多样性是生物多样的根源
1
2
3
4
5
6
7
8
4n种
5.7由碱基互补配对原则引起的碱基间关系
A=TG=C
A1=T2G1=C2
A2=T1G2=C1
A=A1+A2T=T1+T2
G=G1+G2C=C1+C2
A+G=T+CA+C=T+G
1
2
3
4
5
基本关系
根据第一链计算第二链
5.8DNA分子的复制
5’端
3’端
3’端
5’端
5’端
3’端
解旋方向
5’端
3’端
3’端
3’端
5’端
5’端
A
C
G
T
T
G
C
A
32P
32P
亲代（0代）
1代
2代
n代
T
G
C
A
A
C
G
T
T
G
C
A
A
C
G
T
T
G
C
A
A
C
G
T
A
C
G
T
T
G
C
A
32P
32P
31P
31P
31P
A
C
G
T
T
G
C
A
T
G
C
A
A
C
G
T
32P
31P
32P
31P
子代DNA分子中含亲代链的比例
子代DNA链中含亲代链的比例
1
1/2
1/2n-1
1/2
1/4
1/2n
复制
（半保留复制）
15N(重链)
15N(重链)
15N(重链)
14N(轻链)
从每一代DNA分子中取等量的DNA进行氯化铯密度梯度离心
重带
轻带
中间带
全轻
半重半轻
半重半轻
全重
亲代
Ⅰ代
Ⅱ代
低
高
氯化铯密度
DNA带
5.9DNA半保留复制的实验证明
5.10基因的结构及控制蛋白质的合成
RNA聚合酶结合位点
非编码区
编码区
非编码区
原核生物基因的结构
放大
基因控制蛋白质的合成
T
G
C
A
T
G
C
A
T
G
C
A
A
C
G
T
A
C
G
T
A
C
G
T
U
G
C
A
C
G
U
A
C
G
U
A
C
G
U
A
U
G
C
A
U
G
C
A
苏
酪
精
缬
转录
翻译
基因（编码区）
mRNA
tRNA
蛋白质（多肽）
转录
RNA聚合酶结合位点
非编码区
编码区
非编码区
外显子
外显子
内含子
内含子
外显子
A
B
C
D
E
真核生物基因的结构
转录
A
B
C
D
E
A
C
E
加工
翻译
初级RNA
mRNA
蛋白质（多肽）
基因控制蛋白质的合成
5.11染色体组与基因组比较
概念示例染色体组正常配子中的全部染色体数称为一个染色体组，用N表示果蝇：N=4基因组概念某生物DNA分子所携带的全部遗传信息叫基因组。包括核基因组和质基因组（线料体基因组和叶绿体基因组）人：23+1+
线粒体DNA单倍体基因组有性别生物：N+1（N个DNA+1个性染色体DNA组成）
无性别生物：N（N个DNA分子组成）人：23+1
玉米：10原核生物基因组一个DNA分子组成（或加上质粒DNA）细菌DNA线粒体基因组线粒体中一个DNA分子所携带的遗传信息（见后述）线粒体DNA叶绿体基因组叶绿体中一个DNA分子所携带的遗传信息叶绿体DNA区别与联系染色体组由正常配子中的染色体数目构成，只包含一条性染色体
基因组由一半常染色体、两条性染色体和细胞质中的DNA分子组成5.12人类基因组研究
5.12.1人类基因组计划（HGP）大事记
人类基因组计划大事记1985年美国科学家诺贝尔奖获得者杜伯克首先提出了人类基因组计划（HGP）1990年10月1日经美国国会批准美国HGP正式启动，预计投资30亿美元，历时15年，在2005年完成。先后共有美、英、日、法、德、中六国参加，分别负担了其中54%、33%、7%、2.8%、2.2%和1%的研究工作。1998年5月全球最大的DNA自动测序仪厂家在美国马里兰州罗克威尔设立了Celera（塞莱拉）基因组学公司，声称在3年内完成人类基因组的序列测定，另外有一些私营机构也涉足这一领域，目的都是为了申请专利，垄断人类基因信息资源。至此形成公私两大阵营。1998年10月人类基因组计划的公立阵营宣布提前于2001年完成人类基因组的工作草图，整个终图的完成期将从2005提前到2003年。1999年9月我国搭上基因组研究的末班车，加入该计划并负责3号染色体上3000万个碱基对的测序工作，成为参与人类基因组计划唯一的发展中国家。这1%的测序任务，带给中国的利益是长远的，我们不仅因此可以分享整个计划的成果，拥有相关事务的发言权，而且建立了自己的研究队伍，技术水平走在了世界的前列。2000年3月14日美国总统克林顿和英国首相贝理雅发表联合声明，呼吁将人类基因组研究成果公开，以便世界各国的科学家都能自由地使用这些成果。2000年4月底中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了百分之一人类基因组的“工作框架图”。2000年6月26日美国白宫召开会议，宣布人类基因组“工作框架图”完成。2001年2月15日人类基因组计划公立阵营在当日出版的《自然》杂志公布人类基因组测序草图。2001年2月16日塞莱拉公司在当日出版的《科学》杂志上公布人类基因组测序草图。2006年5月18日美国和英国科学家在英国《自然》杂志网络版上发表了人类最后一个染色体—1号染色体的基因测序。科学家不止一次宣布人类基因组计划完工，但推出的均不是全本，这一次杀青的“生命之书”更为精确，覆盖了人类基因组的99．99％。历时16年的人类基因组计划书写完了最后一个章节。
5.12.2人类基因组计划（HGP）的主要内容
主要内容遗传图又称连锁图，它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于1%）的遗传标记为“路标”，以遗传学距离（在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率，1%的重组率称为1cM(厘摩)）为图距的基因组图。遗传图的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。
意义：6000多个遗传标记已经能够把人的基因组分成6000多个区域，使得连锁分析法可以找到某一致病的或表现型的基因与某一标记邻近（紧密连锁）的证据，这样可把这一基因定位于这一已知区域，再对基因进行分离和研究。对于疾病而言，找基因和分析基因是个关键。物理图物理图是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。绘制物理图的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。DNA物理图是指DNA链的限制性酶切片段的排列顺序，即酶切片段在DNA链上的定位。因限制性内切酶在DNA链上的切口是以特异序列为基础的，核苷酸序列不同的DNA，经酶切后就会产生不同长度的DNA片段，由此而构成独特的酶切图。因此，DNA物理图是DNA分子结构的特征之一。DNA是很大的分子，由限制酶产生的用于测序反应的DNA片段只是其中的极小部分，这些片段在DNA链中所处的位置关系是应该首先解决的问题，故DNA物理图谱是顺序测定的基础,也可理解为指导DNA测序的蓝图。广义地说，DNA测序从物理图制作开始，它是测序工作的第一步。序列图随着遗传图和物理图的完成，测序就成为重中之重的工作。DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。通过测序得到基因组的序列图。转录图
(基因图)基因图是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。在人类基因组中鉴别出占具2%~5%长度的全部基因的位置、结构与功能，最主要的方法是通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置。
其原理是：所有生物性状和疾病都是由结构或功能蛋白质决定的，而已知的所有蛋白质都是由mRNA编码的，这样可以把mRNA通过反转录酶合成cDNA或称作EST的部分的cDNA片段，也可根据mRNA的信息人工合成cDNA或cDNA片段，然后，再用这种稳定的cDNA或EST作为“探针”进行分子杂交，鉴别出与转录有关的基因。
基因图谱的意义是：在于它能有效地反应在正常或受控条件中表达的全基因的时空图。通过这张图可以了解某一基因在不同时间不同组织、不同水平的表达；也可以了解一种组织中不同时间、不同基因中不同水平的表达，还可以了解某一特定时间、不同组织中的不同基因不同水平的表达。
5.12.3人类与其他物种的基因组比较（大约）
物种碱基对数量基因数量物种碱基对数量基因数量黴浆菌580,000500酿酒酵母12,000,0005,538肺炎双球菌2,200,0002,300黑腹果蝇180,000,00013,350流感嗜血杆菌4,600,0001,700家鼠2,500,000,00029,000大肠杆菌4,600,0004,400人类3,000,000,00027,000
5.12.4人类基因组24条染色体上的基因数目和申请的专利数目（截止2006年）
染色体编号基因数目专利数目染色体编号基因数目专利数目1号3,14150413号477972号1,77633014号8211553号1,44530715号9151414号1,02321516号1,1391925号1,26125417号1,4713136号1,40122518号408747号1,41023219号1,7152708号95220820号7621789号1,08623321号3576610号1,04217022号10665711号1,626312X1,09020012号1,347252Y14414合计=SUM(ABOVE)17,510=SUM(ABOVE)3,242合计=SUM(ABOVE)9,405=SUM(ABOVE)2,357累计26,9155,599【说明】目前人们对于基因资源是否应该登记专利仍有争议。由于学术研究并非营利性，因此通常不受这些专利所拘束。此外由于美国政府近年来将专利申请条件提高，因此与DNA有关的专利许可，在2001年之后已逐渐减少。
5.12.5人类基因组研究的意义与展望
对于各种疾病尤其是对各种遗传病的诊断、治疗具有划时代的意义
对于深入了解基因表达的调控机制、细胞的生长、分化和个体发育的机制以及生物进化等也具有重要意义
推动生物高新技术的发展，并产生巨大的经济效应
1
2
3
你知道吗
??在人体全部22对常染色体中，1号染色体包含的基因数量最多，达3141个，是平均水平的两倍，共有超过2.23亿个碱基对，破译难度也最大。一个由150名英国和美国科学家组成的团队历时10年，才完成了1号染色体的测序工作。
DNA
RNA
逆转录
转录
蛋白质(性状)
翻译
复制
复制
5.13遗传的中心法则
5.14基因工程的基本内容
质粒
DNA连接酶酶
目的基因
DNA
获取DNA
获取质粒
细菌
质粒
DNA
用同一种限制性内切酶切割
重组质粒
细胞
目的基因
将目的基因导入受体细胞
DNA
重组质粒
细胞增殖
目的基因产物
将目的基因导入受体细胞
目的基因与运载体结合
提取目的基因
目的基因的检测和表达
5.15基因分离定律中亲本的可能组合及其比数
亲本组合AA×AAAA×AaAA×aaAa×AaAa×aaaa×aa基因型比AA
1AAAa
1∶1Aa
1AAAaaa
1∶2∶1Aaaa
1∶1aa
1表现型比显性
1显性
1显性
1显性∶隐性
3∶1显性∶隐性
1∶1隐性
1
5.16基因分离定律的特殊形式
特殊形式亲本组合子代的基因型比子代的表现型比（一般形式）Aa×AaAA∶Aa∶aa＝1∶2∶1显性∶隐性＝3∶1显性相对性Aa×AaAA∶Aa∶aa＝1∶2∶1显性∶相对显性∶隐性＝1∶2∶1并显性（MN血型）LMLN×LMLNLMLM∶LMLN∶LNLN＝1∶2∶1显性①∶并显性∶显性②＝1∶2∶1复等位基因遗传物种中存在三个以上等位基因，而每一个体只含两个等位基因或两个相同的基因，基因之间存在显隐关系或其它关系。如ABO血型的遗传：IA、IB对i为显性，IA对IB并显性。显性纯合致死Aa×AaAa∶aa＝2∶1显性∶隐性＝2∶1隐性纯合致死Aa×AaAA∶Aa＝1∶2显性单性隐性配子致Aa×AaAA∶Aa＝1∶1显性单性显性配子致死Aa×AaAa∶aa＝1∶1显性∶隐性＝1∶1伴性遗传基因在性染色体上，子代表现型与性别有关，形式多样，在后面有专题讨论。X上的致死效应见专题5.23(P53)
P
双显AABB
A显（AAbb）
Aabb双隐
（aaBB）B显
×
AaBb双显
F1配子ABAbaBabABAABB（双显）AABb（双显）AaBB（双显）AaBb（双显）AbAABb（双显）AAbb（A显）AaBb（双显）Aabb（A显）aBAaBB（双显）AaBb（双显）aaBB（B显）aaBb（B显）abAaBb（双显）Aabb（A显）aaBb（B显）aabb（双隐）
F1
表现型
表现型同亲本
亲本为AABB×aabb时：10/16（9/16+1/16）
亲本为AAbb×aaBB时：6/16（3/16+3/16）
双显∶A显∶B显∶双隐＝9∶3∶3∶1
比数
4种
种类
9种
基因型
（AABB、AABb、AaBB、AaBb、AAbb、aaBB、Aabb、aaBb、aabb）
F2
5.17基因自由组合定律的一般特点
5.18遗传定律中各种参数的变化规律
遗传
定律亲本中
包含的
相对性
状对数F1F2遗传定律的实质包含等
位基因
的对数产生的
配子数配子的
组合数表现
型数基因
型数性状
分离比分离定律112423(3∶1)F1在减数分裂形成配子时，等位基因随同源染色体的分开而分离。自由组合
定律2241649(3∶1)2F1在减数分裂形成配子时，等位基因随同源染色体分离的同时，非同源染色体上的非等位基因进行自由组合。33864827(3∶1)344162561681(3∶1)4……………………………………nn2n4n2n3n(3∶1)n
①将自由组合定律分解成分离定律
②根据亲本的基因型或表现型推出子代基因型概率或表现型概率
（或者根据子代的表现型比或基因型比推出亲本的表现型或基因型）
③得出最后结果
方法一
分离定律法
例2
用绿圆豌豆与黄圆豌豆进行杂交，得到子代四种豌豆：黄圆196，黄皱67，绿圆189，绿皱61。
写出亲本的基因型。（已知黄受Y、圆受R控制）
解
①分解成分离定律的子代表现型
②推出亲本的基因型
子代表现型比
亲代基因型
③得出结果
亲本绿圆豌豆的基因型是yyRr，黄圆豌豆的基因型是YyRr
圆（196+189）∶皱（67+61）=3∶1
黄（196+67）∶绿（189+61）=1∶1
Yy×yy
Rr×Rr
基因型为AaBb（甲）和Aabb（乙）的亲本杂交，求子代中同亲本的基因型和表现型的概率
解
①分解成分离规律的杂交组合
AaBb×Aabb
Aa×Aa
Bb×bb
1/4AA1/2Aa1/4aa
1/2Bb1/2bb
②推出各组合的基因型概率和表现型概率
③计算结果：
例1
示例
3/4A显
1/4a隐
1/2B显
1/2b隐
子代基因型为AaBb（同亲本甲）的概率是：1/2Aa×1/2Bb＝1/4
子代基因型为Aabb（同亲本乙）的概率是：1/2Aa×1/2bb＝1/4
子代基因型同亲本的概率是：1/4＋1/4＝1/2
ii
i
子代表现型同亲本的概率是：
（3/4A显×1/2B显）+（3/4A显×1/2b隐）=3/4
5.19自由组合遗传题的快速解法
番茄的紫茎（A）对绿茎（a），缺刻叶（B）对马铃薯叶（b）均为显性。亲本紫缺番茄
与紫马番茄杂交，子代出现了紫缺、紫马、绿缺、绿马四种番茄。求亲本的基因型和子
代的表现型比。
①根据亲本和子代的表现型写出亲本和子代的基因式（如图）。
紫缺
紫马
×
A-B-
A-bb
紫缺
紫马
绿缺
绿马
A-B-
A-bb
aaB-
aabb
基因式
基因式
（亲本）
（子代）
②根据基因式推出亲本基因型。
由于子代中有隐性个体出现，因此亲本的基因型是AaBb（紫缺）和Aabb（紫马）。
③利用分离定律法推出子代表现型比（如图）。
3紫1绿1缺1马
3紫缺
3紫马
1绿缺
1紫马
解
①根据亲本和子代的表现型写出亲本和子代的基因式
②根据基因式推出基因型
(此方法只适于亲本和子代表现型已知且显隐关系已知时)
方法二
基因式法
示例
①因为子代的表现型比之和就是子代的组合数，所以根据子代的
组合数可推出亲本产生的可能的配子种数。
②根据亲本可能的配子种数可推出亲本可能的基因型。再根据亲
本相关信息最后确定亲本的基因型或表现型。
方法三
逆推法
番茄的紫茎（A）对绿茎（a），缺刻叶（B）对马铃薯叶（b）均为显性。亲本紫缺番茄
与绿缺番茄杂交，子代出现了3紫缺、1紫马、3绿缺、1绿马四种番茄。
求亲本的基因型。
①推出亲本产生的可能的配子种数
由题意可知，子代的表现型比之和为（3+1+3+1），8种组合数，由此可知亲本产生的
配子种类为：一个亲本产生4种配子，另一亲本产生2种配子（因为只能是4种配子
与2种配子的组合才有8种组合数，因为一方产生8种配子，另一方产生1种配子的
组合不可能）。
②推出亲本的基因型
要产生4种配子，基因型必为AaBb（双显性）。所以亲本紫缺的基因型为AaBb。
另一亲本只产生2种配子，因为表现型为绿缺，那么基因为aaBb。验证不错。
解
示例
①熟练运用三种方法可以进行口算心算，大大提高解题速度。
②三种方法中“分离定律法”最适用，适合各种情况。提倡使用该方法。
③后两种方法的应用需要一定条件，有一定局限性。
注
5.20自由组合定律中基因的相互作用
作用类型特点举例加强作用互补
作用(球形)AAbb
aaBB(球形)
×
AaBb(扁盘形)
A-B-(扁盘)
A-bb(球形)
aaB-(球形)
aabb(长形)
9/16
3/16
3/16
1/16
南瓜P
F1
F2
只有一种显性基因或无显性基因时表现为某一亲本的性状，两种显性基因同时存在时（纯合或杂合）共同决定新性状。
F2表现为9∶7(白花)CCdd
ccDD(白花)
×
CcDd(紫花)
C-D-(紫花)
C-dd(白花)
ccD-(白花)
ccdd(白花)
9/16
3/16
3/16
1/16
香豌豆P
F1
F2
累加
作用两种显性基因同时存在时产生一种新性状，单独存在时表现相同性状，没有显性基因时表现为隐性性状。
F2表现为9∶6∶1
重叠
作用不同对基因对表现型产生相同影响，有两种显性基因时与只有一种显性基因时表现型相同。没有显性基因时表现为隐性性状。
F2表现为15∶1
(三角形果)EEFF
eeff(卵形果)
×
EeFf(三角形果)
E-F-(三角)
E-ff(三角)
eeF-(三角)
eeff(卵形)
9/16
3/16
3/16
1/16
荠菜P
F1
F2
抑制作用显性
上位一种显性基因抑制了另一种显性基因的表现。
F2表现为12∶3∶1
右例中I基因抑制B基因的表现。I决定白色，B决定黑色，但有I时黑色被抑制(白色)BBII
bbii(褐色)
×
BbIi(白色)
B-I-(白色)
bbI-(白色)
B-ii( 黑色)
bbii(褐色)
9/16
3/16
3/16
1/16
狗P
F1
F2
隐性
上位一对基因中的隐性基因对另一对基因起抑制作用。
F2表现为9∶3∶4
右例中c纯合时，抑制了R和r的表现。
(黑色)RRCC
rrcc(白色)
×
RrCc(黑色)
R-C-(黑色)
rrC-(浅黄)
R-cc(白色)
rrcc（白色)
9/16
3/16
3/16
1/16
家鼠P
F1
F2
抑制效应显性基因抑制了另一对基因的显性效应，但该基因本身并不决定性状。
F2表现为13∶3
右例中C决定黑色，c决定白色。I为抑制基因，抑制了C基因的表现。(白色莱杭)IICC
iicc(白色温德)
×
IiCc(白色)
I-C-(白色)
I-cc(白色)
iiC-(黑色)
iicc（白色)
9/16
3/16
3/16
1/16
家鸡P
F1
F2
作用类型F2表现型比作用类型F2表现型比作用类型F2表现型比互补作用9∶7重叠作用15∶1隐性上位9∶3∶4累加作用9∶6∶1显性上位12∶3∶1抑制效应13∶35.21杂交育种
5.21.1培育显性基因（A）控制的优良品种
后代纯合的速率
取决于等位基因的对数和自交的代数
公式
（n表示自交的代数；r表示等位基因对数）
多对相对性状控制
方法同上。纯合更加困难，育种难度大
原始材料
培育目标
Aa
AA
育种方法
连续自交，连续选择，直到基本不发生性状分离
Aa
AA
4
1
aa
4
1
AA
4
1
Aa
2
1
aa
4
1
AA
8
1
Aa
4
1
aa
8
1
AA
16
1
Aa
8
1
aa
16
1
AA
32
1
Aa
16
1
aa
32
1
AA
8
1
aa
8
1
aa
4
1
AA
4
1
AA
16
1
aa
16
1
aa
8
1
AA
8
1
AA
4
1
aa
4
1
Aa
2n
1
AA
aa
自交代数
杂合体
纯合体
自交过程（原理）
16
1
4
1
2
1
8
1
2n
1
0
2
3
4
n
1
16
15
4
3
2
1
8
7
1
0
（每代保留并种植）
）
（每代淘汰直到几乎不出现）
一对相对性状控制
原始材料
培育目标
Aa
aa
育种方法
自交，选择aa
Aa
×
Aa
AA
aa
保留推广
淘汰
5.21.2培育隐性基因（a）控制的优良品种
5.22人类的X染色体与Y染色体
X的非同源部分
Y的非同源部分
X和Y的同源部分
眼白化
Xg血型
磷皮病
血友病
红色盲
长毛耳
X染色体
Y染色体
总色盲
表皮泡化症
眼球网膜色素
睾丸决定因子
性染色体的结构
巴氏小体：
失活浓缩的X染色体，通过染
色后可见，女性一个，男性无。
Y小体：
荧光染料染色后可见。男性有。
女性无。
性染色体由常染色体进化而来，随着进化的深入，同源部分越来越少，或者Y染色体逐渐缩短，最后消失。如蝗虫中雄蝗2N=23（XO），雌蝗2N=24（XX）。因此X和Y染色体越原始，同源区段就越长，非同源区段就越短。据研究，人类Y染色体产生之初含有基因约1400个，现在仅剩下45个基因。再经1500万年人类的Y染色体将彻底消失。
性染色体的起源
5.23人类性别畸型及其原因
精子
细
卵
胞
性染色体组型
正常异常X①同源染色体不分离
②姐妹染色单体不分离XXO正常XXX（正常）XXX（超雌）XO（卵巢退化）YXY（正常）XXY（睾丸退化）YO（不能存活）异常同源染色体不分离XYXXY（睾丸退化）XXXY（同上）XY（正常）姐妹染色单体不分离XXXXX（超雌）XXXX（超雌）XX（正常）YYXYY（多数不育）XXYY（未见）YY（不能存活）①同源染色体不分离
②姐妹染色单体不分离OXO（卵巢退化）XX（正常）OO（不能存活）5.24性别分化与环境的关系
原理因素性激素(内部环境)的影响温度(外部环境)的影响示例①鸡的性反转（必修本P94）
ZZ(幼体)♂
ZZ(成体)♀
雌激素
ZZ♀×ZZ♂
ZZ♂
生殖
②非洲蛙(Xenopus)性反转实验。受精卵
20℃
1/2♀蛙(XX)
1/2♂蛙(XY)
发育
受精卵
30℃
全部♂蛙(1/2XX，1/2XY)
发育
某些XY型性别决定的蛙类：5.25伴性遗传的特点
说明：这里讨论致病基因的遗传。隐性遗传表示隐性基因致病，显性遗传表示显性基因致病。
特点示例伴
X
遗
传隐性
遗传①交叉遗传：父传女，母传子。
②男（雄）性患者多于女（雌）性患者。
③男（雄）性患者的致病基因均由母亲传递。
④男（雄）性患者的女儿均为携带者。
⑤近亲婚配发病率高。XaY×XAXA
XAXa
XAY
患者
携带者
XAY×XAXa
XaY
XAXA
患者
携带者
XAXa
XAY
显性
遗传①患者双亲中至少一个是患者。
②女（雌））性患者多于男（雄）性患者。
③女（雌）性患者的子女患病机会均等。
④男（雄）性患者的女儿全部患病。
⑤未患病者的后代不会患病（真实遗传）。XaY×XAXa
XAXaXaXaXAYXaY
XAY×XaXa
XAXaXaY
患者
患者
患者
患者
患者
伴Y遗传①不同源时基因无显隐性关系。
②基因只能由父亲传给儿子并表现出来。
③具家族同源性，用于刑事侦探和亲子鉴定。(短硬毛)XbYB×XbXb(正常硬毛)
(短硬毛)XbXbXaYB(正常硬毛)
果蝇硬毛遗传(与X染色体同源)：
5.26伴性遗传中的致死效应
X染色体上隐性基因花粉(雄配子)致死X染色体上隐性基因雄性个体致死宽叶♀XBXB×XbY♂窄叶
宽叶♀XBXb×XbY♂窄叶
XB
Xb
Y
(死)
XBY宽叶♂
XB
Xb
Y
(死)
XbY♂
窄叶
Xb
XBY♂
宽叶
1
1
∶
(特点：无窄叶雌株)
剪秋罗植物叶型遗传：XAXa
XAY
XAXA
XAXa
XAY
XaY
正常♀
正常♂
正常♀
正常♀
正常♂
死亡♂
性别区分并不难
同型隐性异型显
5.27通过性状识别性别的杂交设计
显性
隐性
×
♂
♀
隐性
♂
显性
♀
XaXa
XAY
XAXa
XaY
例
果蝇眼色遗传
红眼♂
白眼♀
红眼♀
白眼♂
×
XY型性别决定
显性
隐性
×
♀
♂
隐性
♀
显性
♂
ZOsW
ZosZos
ZosW
ZOsZos
×
例
家蚕油脂皮肤遗传
（油脂皮肤透明）
正常蚕♀
油蚕♂
正常蚕♂
油蚕♀
ZW型性别决定
5.28人类常染色体遗传病与伴X遗传病的比较
常染色体遗传病X染色体遗传病显性遗传
（显性基因致病）遵循的定律分离定律致病基因位置常染色体X染色体发病概率男女均等女性多于男性判断方法无特殊的判断方法，根据相关特点判断隐性遗传
（隐性基因致病）遵循的定律分离定律致病基因位置常染色体X染色体发病概率男女均等男性多于女性判断方法①父母正常有女儿患病时，一定是常染色体隐性遗传
②根据相关特点判断5.29细胞质遗传的一般形式
P
F1
母方性状
父方性状
×
母方性状
5.30核质互作雄性不育遗传情况表
细胞核基因
(r不育)
细胞质基因表现型RRRrrr正常基因N
不育基因S(N)RR可育
S(RR)(可育)N(Rr)(可育)
S(Rr)(可育)N(rr)(可育)
S(rr)(不育)5.31植物的三系配套杂交(选学)
三系
不育系
恢复系
保持系
S(rr)
N(rr)
N(RR)
不育系
保持系
杂交种
♀S(rr)
N(rr)♂
×
不育系
恢复系
♀S(rr)
N(RR)♂
×
不育系
S(rr)
S(Rr)
(可育)
5.32判断核、质遗传的方法
看基因的来源
看子代分离比
看正反交结果
细胞核遗传
细胞质遗传
来源于核
来源于质
一定的分离比
无分离比或
无一定的分离比
一致
不一致
符合任何一条即可判断
3
1
2
编码区是连续的
线粒体基因组
基因
13种多肽链
22种tRNA
2种rRNA
37个，共编码
结构
①环状双链DNA，共16569个碱基对
②外环富含G，称为重链，内环富含C称轻链
③重链含28个基因，轻链含9个基因
氧化磷酸化酶系统需要的80多种蛋白质亚基，线粒体基因组仅编码13种。
注意
5.33人类线粒体基因组
5.34细胞核遗传与细胞质遗传的比较
细胞核遗传细胞质遗传遗传本质基因位于细胞核的染色体上基因位于细胞质的线粒体和叶绿体基因存在形成成对存在单个存在基因的传递方式父母双方传递仅由母方传递遗传特点孟德尔遗传母系遗传子代表现型由显隐性关系决定完全由母方决定(大多表现母方性状)显隐性关系有没有子代分离比有一定的分离比无一定的分离比(可能出现分离)正反交结果相同(伴性遗传时可有例外)不同配子中基因的分配方式减半均分随机分配基因突变频率低，不一定表现出来频率高，突变的一定要表现出来遗传信息传递方式中心法则遗传自主性全自主半自主（受核基因控制）转录翻译系统各自独立转录场所细胞核线粒体和叶绿体翻译场所细胞质中的核糖体线粒体和叶绿体中的核糖体对性状的控制控制全部性状仅控制线粒体和叶绿体的少量性状5.35细胞质遗传与伴性遗传的比较
细胞质遗传伴性遗传伴X遗传伴Y遗传遗传
方式母系遗传孟德尔遗传(分离定律)只在雄性
个体中传递基因
位置线粒体上叶绿体上X染色体上Y染色体上
亲本枝条
子代植株
♀绿色×白色♂
正交
绿色
♀白色×绿色♂
反交
白色
正反
交结
果
（随母遗传）
正交
♀白眼×红眼♂
XRY
XrXr
XRXr
XrY
红眼
白眼
♀红眼×白眼♂
反交
XRXR
XrY
XRXr
XRY
红眼
红眼
亲本
眼色
子代
眼色
不一致。示例：紫茉莉枝条叶色遗传（不随母遗传）
不一致。示例：果蝇眼色遗传①与X不同源时，无正反交。
②与X同源时，正反交结果不一致。遗传
特点母亲传给子女父亲传给女儿，母亲传给子女父亲传给儿子应用确定母子、母女关系遗传咨询、遗传病预防确定父子关系5.36生物变异的类型
可遗传的变异不遗传的变异基因变异染色体变异基因突变基因重组结构变异数目变异变异的本质基因结构改变基因重新组合染色体结构异常染色体数目异常环境改变
（遗传物质不改变）遗传情况按一定方式遗传和表现不遗传鉴别方法观察、杂交、测交观察、染色体检查改变环境条件意义产生新基因，为基因重组和进化提供素材产生新基因型
产生新品种关系人类遗传健康关系人类遗传健康。植物多倍体能改良植物性状。改变环境条件，也能影响性状应用价值诱变育种遗传病筛查
杂交育种遗传病筛查
遗传健康遗传病筛查
单倍体育种
多倍体育种改变环境条件，获得优质高产。联系基因
性状
环境
相互作用
不遗传的变异（直接影响）
基因重组基因突变染色体变异
诱因（间接影响）
可遗传的变异
表达
5.37基因突变
基
因
突
变本质碱基对替换点突变。一对碱基被另一对碱基取代碱基对增添移码突变。插入点处编码碱基后移；缺失点处编码碱基前移碱基对缺失发生
时期细胞分裂（有丝分裂、减数分裂）的DNA复制时类型体细胞突变发生在胚胎发育过程中，发生的越晚对个体影响越晚（小）。配子突变发生在配子形成时，影响个体的一生。突变因素生理因素辐射激光温度化学因素秋水仙素亚硝酸碱基类似物生物因素病毒某些细菌特点普遍性小致病毒大到人类均发生基因突变。分自然突变和人工诱变。随机性随机发生，在个体发育的整个阶段都可发生。低频性高等生物的突变频率在10-5—10-8之间有害性大多有害，少量有利，有的突变是中性的。
B
b2
b1
b3
A
a
生物的长期进化中已形成了对环境的适应，再突变一般有害。不定向性
（多向性）产生等位基因或复等位基因
产生非等位基因
显性突变：A—→a
隐性突变：a—→A
回复突变：Aa突变后果点突变同义突变：突变前后密码子同义。蛋白质结构不变。错义突变：编码的氨基酸改变，一种氨基酸被另一种氮基酸取代无义突变：突变后的密码子为终止码。使合成提前终止。移码突变引起一系列氨基酸的改变。导致肽链延长或缩短或无法终止。表现形式形态突变型外形改变：人类白化、果蝇白眼、葡萄无籽……致死突变型引起个体死亡或配子死亡：植物的白化等条件致死型在一定条件下致死：T4噬菌体温敏型在25℃时存活，42℃时死亡生化突变型无形态效应，但生化功能改变：微生物的营养缺陷型应用自然突变的应用利用白化动物培育白化新品种；利用芽突变培育无籽品种等。诱变育种概念：利用理化因素处理植物或微生物，产生突变，选育新品种
特点：供试材料多，有用突变少，有盲目性，适于植物和微生物高等生物
非同源染色体的自由组合
非姐妹染色单体的交叉互换
减数分裂时发生
转化
转导
受体细胞直接吸收供体细胞的DNA
例：肺炎双球菌的转化实验
通过噬菌体介导，将供体细胞DNA片段
带进受体细胞
原核生物
5.38基因重组
自然的基因重组
基因工程（重组DNA技术）例：抗虫棉
人工的基因重组
5.39基因突变与基因重组的比较
基因突变基因重组发生后的结果形成新基因（等位基因或复等位基因）形成新的基因型发生的时期减数分裂或有丝分裂时的DNA复制时减数分裂的第一次分裂时本质原因碱基对的改变(替换、增添、缺失)非姐妹染色单体的交叉互换
同源染色体的分离特点低频性、偶然性、多向性、无规律高发性、必然性、多样性、有规律关系基因突变为基因重组提供材料基因重组使突变的基因以多种形式传递5.40染色体结构变异
缺失重复倒位易位图示a
b
c
d
e
a
b
e
d
e
b
c
a
a
d
e
b
c
b
c
b
e
d
c
a
d
e
b
c
a
d
e
b
c
a
x
y
z
x
y
z
c
b
d
e
a
效应人类的猫叫综合征（5号染色体部分缺失）果蝇的棒眼(小眼数目减少。X染色体某一区段重复)一般无效应，但是
大段倒位导致不育一般无效应，但杂合子易位常伴有不同程度的不育5.41染色体数目变异
类别名称染色组构成事例个别染色体数目增减（非整倍体）单体2N－1AA—1（abcd）（abc）唐氏综合征（XO）双单体2N—1—1AA—1，AA—1（abc-）（ab-d）缺体2N—2（1）AA—1，AA—1（abc-）（abc-）三体2N＋1AA＋1（abcd）（abcd）（d）21三体综合征四体2N＋2（1）AA＋1，AA＋1（abcd）（abcd）（dd）双三体2N＋1＋1AA＋1，AA＋1（abcd）（abcd）（cd）染色体数目成倍增减
（整倍体）单倍体1或多个1个（abcd）或多个（abcd）蜜蜂的雄蜂二倍体2NAA（abcd）（abcd）人果蝇豌豆多倍体同源三倍体3NAAA（abcd）（abcd）（abcd）香樵三倍体西瓜同源四倍体4NAAAA4个（abcd）蔓陀罗异源四倍体4NAABB2个（abcd）2个（opqr）棉花烟草油菜异源六倍体AAAABBBB
6N2个（abcd）
AABBCC2个（opqr）
2个（wxyz）普通小麦异源八倍体8N4个（abcd）
4个（wxyz）异源八倍体小黑麦说明：大写字母表示染色体组，小写字母表示染色体。这里假定每个染色体组含有4个染色体。
5.42四倍体（AAaa）的自交分析
×
AAaa显性
显性AAaa
亲本
配子1AA4Aa1aa1AA1AAAA显4AAAa显1Aaaa显4Aa4AAAa显16Aaaa显4Aaaa显1aa1Aaaa显4Aaaa显1aaaa隐
隐性∶显性＝35∶1
子代
隐性∶显性＝17∶1
卵
精子1AA2Aa2A1a2A2AAA显4Aaa显4AA显2Aa显1a1Aaa显2Aaa显2Aa显1aaa隐注：AA精子和Aa精不育或不能参与受精
显性AAa
AAa显性
×
亲本
子代
5.43三体（AAa）的自交分析
5.44染色体变异的几个概念的比较
概念特点形成过程事例染色
体组一个正常配子所含的染色体数叫一个染色体组，用N表示。不含同源染色体，含有一整套完整的基因减数分裂果蝇
N=4单倍体体细胞中含有本物种配子染色体数的个体①可能含一个或几个染色体组
②二倍体和奇数多倍体的单倍体高度不育
③偶数多倍体的单倍体可育单性生殖
（可自然形成和通过花药离休培养形成）雄蜂
N=16
单倍体水稻
N=12
（或2N=24）同源
多倍体具有三个以上相同染色体组的个体①茎秆粗壮，叶、果实和种子变大
②糖类、蛋白质含量多
③生长变慢，成熟推迟，育性降低①由染色体加倍形成
②由已加倍的多倍体与原来的二倍体杂交形成①四倍体西瓜
4N=44
②三倍体西瓜
3N=33异源
多倍体两个或两个以上物种杂交后经染色体加倍后形成的个体远缘杂交
具有两个物种的特性先种间杂交
后染色体加倍
（自然或人工）普通小麦
6N=42
小黑麦（8N=56）
5.45普通小麦（异源六倍体）的自然形成途径
一粒小麦
AA（2N=14）
）
斯氏山羊草
或可能是拟斯卑尔脱山羊草
BB（2N=14）
）
×
二粒小麦
AABB（4N=28）
滔氏山羊草
DD（2N=14）
染色体加倍
×
（不育）（3N=21）
ABD
普通小麦
AABBDD（6N=42）
染色体加倍
AB
（不育）（2N=14）
5.46单倍体育种
一般过程
①选择亲本杂交
②种植杂种一代
④加倍处理后再选择（或先选择后加倍处理）
⑤扩大和推广
③利用杂种一代的花粉获得单倍体植株
花药离体培养
培育图解
利用AAbb和aaBB两个单优品种双优品种（AABB）
AAbb
aaBB
×
（品种A）
（品种B）
AaBb
（双优杂交种）
种植
AB
Ab
aB
ab
花粉
F1
单倍体
AB
Ab
aB
ab
花药离休培养
染色体加倍
aaBB
AABB
AAbb
aabb
二倍纯合体
杂交
aaBB
AABB
AAbb
aabb
保留推广
淘汰
选择
亲本
①
②
③
④
⑤
推广
例
四倍体西瓜(4N=44)
三倍体西瓜(3N=33)
加倍
普通西瓜(2N=22)
幼苗
植株
♀
♂
×
种子
植株
三倍体西瓜(3N=33)
普通西瓜(2N=22)
♀蕊
花粉
无籽西瓜（3N=33）
果实
秋水仙素
第一年
第二年
刺激
普通西瓜(2N=22)
不加倍
5.47多倍体育种
5.48利用遗传学原理的育种总结
育种类型原理方法优点缺点基因
育种杂交育种基因的分离连续自交与选择实现优良组合
丰富优良品种育种年限长
不易发现优良性状基因的重组基因工程育种转基因定向、打破隔离可能有生态危机改造原来基因定向改造结果难料诱变育种基因突变诱变与选择提高突变率供试材料多染色体
育种单倍体育种染色体
数目变异花药离体培养
秋水仙素处理性状纯合快
缩短育种年限需先杂交
技术复杂多倍体育种秋水仙素处理器官大，营养多发育迟缓结实率低细胞工程育种细胞融合
细胞全能性细胞融合
植物组织培养打破种间隔离
创造新物种结果难料5.49人类的遗传病
分类病列特点基因
遗传病单基因
遗传病显性遗传病并指软骨发育不全抗VD佝偻病(X)连续遗传隐性遗传病白化血友病(X)先天性聋哑
苯丙酮尿症进行性肌营养不良(X)隔代遗传
近亲结婚发病率高多基因遗传病唇裂无脑儿原发性高血压
青少年型糖尿病家庭性肥胖家庭聚集现象
易受环境影响染色体
遗传病结构异常缺失猫叫综合征(5号染色体部分缺失)后果严重
(死胎流产)数目异常常染色体病个别减少单体缺体个别增多21三体13三体性染色体病个别减少特纳氏综合征(XO)性别异常
不孕不育个别增多XXYXXXXXXY细胞质遗传病线粒体肌病母系遗传5.50人类遗传病的预防(优生)
措施原理方法禁止近亲结婚减少隐性基因纯合的概率直系血亲和三代以内旁系血亲禁婚（法律约束）进行遗传咨询利用遗传学原理进行生育指导①了解家庭病史②分析传递方式
③推算发病风险④提出防治对策提倡适龄生育减少突变的发生避免低龄（<20岁）生育和高龄（>40岁）生育实施产前诊断查找胎儿的遗传缺陷基因检测、染色体检查和其他孕期检查5.51自然选择学说与现代进化理论的比较
自然选择学说现代进化理论主要内容①过度繁殖：为自然选择提供更多材料，引起和加剧生存斗争。
②生存斗争：繁殖过剩导致生存危机。是自然选择的过程，是生物进化的动力。
③遗传变异：变异普遍而不定向，好的变异可通过遗传积累和放大。
④适者生存：适者生存不适者淘汰，决定了进化的方向。①种群是生物进化的单位：种群是生物存在的基本单位，是“不死”的，基因库在种群中传递和保存。
②生物进化的实质是种群基因频率的改变③突变和基因重组产生进化的原材料
④自然选择决定进化的方向
⑤隔离导致物种形成核心观点①自然选择过程是适者生存不适者被淘汰的过程
②变异是不定向的，自然选择是定向的
③自然选择过程是一个长期、缓慢和连续的过程①生物进化是种群的进化。种群是进化的单位
②进化的实质是改变种群基因频率
③突变和基因重组、自然选择与隔离是生物进化的三个基本环节意义①能科学地解释生物进化的原因
②能科学地解释生物的多样性和适应性
③为现代生物进化理论奠定了理论基础①科学地解释了自然选择的作用对象是种群不是个体
②从分子水平上去揭示生物进化的本质5.52达尔文进化理论的三个原则与群体遗传学
变异的原则
任何一个群体中的个体在形态、生理和行为上的差异
遗传的原则
后代与他们亲本的相似性多于无关个体的相似性
选择的原则
在特定的环境下，一些个体总比另一些个体有更强的生存力和繁殖力
达尔文进化论三原则
将达尔文的三个原则转变成精确的遗传学概念的是群体遗传学。群体遗传学是研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学的分支学科。它应用数学和统计学方法研究群体的基因频率和基因型频率，以及影响这些频率的选择效应和突变作用、迁移和遗传漂变作用与遗传结构的关系，以此来探讨进化的机制。生物进化过程实质上是群体中基因频率的演变过程。因此群体遗传学是研究生物进化的理论基础。至于生物进化机制的研究当然应属于群体遗传学的研究范畴。
群体遗传学
基因频率
某种基因在某个种群中出现的比例叫基因频率
基因型频率
群体中某特定基因型个体的数目占个体总数目的比率
基因库
概念：一个种群的全部个体所含的全部基因叫基因库
特点：不仅不会因个体死亡而消失，反而在代代相传中保持和发展
种群
概念：生活在同一地点的同种生物的一群个体，是生存和繁殖的基本单位
特点：彼此之间可以交配产生可育后代，通过繁殖传递基因给后代
5.53种群、基因库、基因频率、基因型频率
5.54常染色体上基因频率和基因型频率的计算与关系
基因频率=配子频率
………④
A
a
………⑤
基因型频率
AA
Aa
aa
………………………………①
………………………………②
………………………………③
基因频率与基因型频率的关系
设有N个个体的群体中有A和a一对等位基因在常染色体上遗传，其可能的基因型有三种：AA、Aa、aa，如果群体有n1AA+n2Aa+n3aa个个体，则n1+n2+n3=N。于是
而D+H+R=1，由于AA个体有两个A基因，Aa个体只有1个A基因；aa个体有两个a基因，Aa个体只有1个a基因。因而
而p+q=1。公式④、⑤表示基因频率与基因型频率间的关系。
例中国汉族人中PTC（笨硫脲）偿味能力分布如下表（T对t不完全显性）
表现型基因型人数基因型频率基因Tt完全偿味者
偿味杂合体（弱）
味盲TT
Tt
tt（n1）490
（n2）420
（n3）90(D)0.49
(H)0.42
(R)0.09980
420
420
180合计100011400600则T基因的频率为
或
t基因的频率为
或
①个体数量足够大
②交配是随机的
③没有突变、迁移和遗传漂变
④没有新基因加入
⑤没有自然选择
5.55遗传平衡定律
如果一个群体满足以下条件：
那么这个群体中的各等位基因频率和基因型频率在一代一代的遗传中保持平衡（不变）。这就是遗传平衡定律。
例如果某群体中最初的基因型频率是YY（D）=0.10，Yy（H）=0.20，yy（R）=0.70。
则这个群体的配子频率(配子频率)是
卵细胞
精子0.20Y(p)0.80y(q)0.20Y(p)0.04YY0.16Yy0.80y(q)0.16Yy0.64yy
于是，下一代的基因型频率是
即子代的基因型频率是YY=p2=0.04 Yy=2pq=2×0.16=0.32 yy=q2=0.64
由此可知，该代的基因频率是
与上代的基因频率达到平衡。可以计算，下代的基因型频率与上代相等，即
YY=p2=0.04 Yy=2pq=2×0.16=0.32 yy=q2=0.64
至此，基因型频率也达到平衡。
……………………………………………………………………………①
综上所述，对于一个大的群体中的等位基因A和a，当A基因频率为p，a基因频率为q时，
有
这个群体的基因型频率是
……………………………………………………………………………②
……………………………………………………………………………③
……………………………………………………………………………④
…………………………………………………………⑤
于是有
5.56性染色体上基因频率和基因型频率的计算
如果一对等位基因A、a位于X染色体上，在随机交配的条件下，达到平衡时，有
雄性个体
雌性个体
XA
Xa
XAXAXAXaXaXa
p
q
q2
P2
2pq
基因型
基因型频率
p+q=1
p2+2pq+q2=1
基因频率
p
q
p
q
基因型频率特点
（式中X表示雄性，XX表示雌性）
基因频率
雌性个体的基因频率
雄性个体的基因频率
＝
即
＝
雌性个体基因型频率
（与常染色体的基因型频率算法相同）
XAXA＝P2
XAXa＝2Pq
XaXa＝q2
雄性个体基因型频率
基因频率
＝
XAY＝P
XaY＝q
基因型频率
分别计算
①伴X基因有2/3存在于雌性个体，1/3存在于雄性个体中（雌性为XX，雄性为XY）
②伴X隐性遗传病的男患者∶女患者＝q∶q2，当男性发病率为1时，女性发病率为q(男多于女)
③伴X显性遗传病的男患者∶女患者＝p∶(p2+2pq)＝1∶(1+q)(女多于男)
（当男性发病率为p=1时，女性发病率为(p+2q)＝(1－q+2q)＝(1+q)）
几个特点
由此可知，
例在人群中调查发现男性色盲患者是7%，求（1）色盲基因（Xa）和它的等位基因（XA）的频率。
（2）女性的基因型频率。（3）下一代的基因频率。
解：（1）求基因频率：
Xa基因的频率：
q＝男性个体的基因型频率＝男性个体的表现型频率＝女性个体的Xa基因频率＝7%＝0.07。
XA基因的频率：
p＝1－q＝1－0.07＝0.93
（2）求女性的基因型频率：
XAXA＝p2＝0.93×0.93＝0.8649
XAXa＝2pq＝2×0.93×0.07＝0.1302
XaXa＝q2＝0.07×0.07＝0.0049
（3）求下一代的基因频率
下一代的基因频率＝上一代的女性中基因的频率，即
突变
基因重组
基因突变
染色体变异
产生进化的原材料
可遗传的变异
5.57突变和基因重组产生进化的原材料
直接原因
1、产生突变的绝对个体数大：虽然每个基因的突变率低，但基因数量多种群数量大
2、有利与有害突变不是绝对的，往往取决于生存环境
3、基因重组形成不同基因型，使群体中出现大量可遗传的变异
变异产生是不定向的，突变和基因重组只是产生进化的原材料，不能决定进化的方向
根本原因
选择种群中的极端类型，淘汰多数个体的过程。最常见。
例：桦尽蠖的进化
定向性选择
5.58选择的类型
选择种群中的中间类型，淘汰极端类型。对抗基因突变和遗传漂变。
例：3—4kg左右的新生儿存活率高，轻于和重于此值的存活率低。
稳定性选择
自然选择
选择种群中的极端类型，淘汰中间类型。较少见。
例：美州白足鼠长尾（LL）和短尾（ll）被选择，中尾（Ll）被淘汰
中断性选择
不随机交配。例：果蝇中有红眼雄果蝇时雌蝇不与白眼雄果蝇交配
按照人的意志保留某性状的个体，淘汰不需要的个体。
人工选择
性选择
自然选择改变了生物种群的基因频率，从而决定了生物进化的方向
5.59自然选择决定生物进化的方向
5.60改变生物种群基因频率的因素
突变、选择（包括自然选择、性选择和人工选择）、遗传漂变、迁移
因素
自然选择
主要因素
5.61突变与选择的关系
突变是不定向的
突变为选择提供原材料
选择是定向的
没有突变也可进行选择
5.62隔离的类型
由于地理上了障碍导致两个种群不能交配的现象。例：东北虎与华南虎
地理隔离
两个种群间的个体不能自由交配（交配前隔离）或
交配后不能产生可育后代（交配后隔离）的现象。
生殖隔离
特点：发生在同一物种之内。导致小种群和物种的不同分布
特点：发生在不同物种之间。有或没有生殖隔离。
5.62物种形成的方式
地理隔离
生殖隔离
物种形成
隔离导致物种形成
多倍体导致物种形成
例1：同源多倍体——四倍体西瓜
例2：异源多倍体——六倍体小麦
5.63现代生物进化理论的核心
生物进化的一个基本观点
物种形成的三个基本环节
种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质在于种群基因频率的改变。
1、突变和基因重组
2、自然选择
3、隔离
产生进化的原材料
使基因频率定向改变并决定生物进化方向
导致新物种的形成，是新物种形成的必要条件
第六单元生物与环境
6.1生态因子的组成
生态因素组成
非生物因素
生物因素
光热水土气火
人为因子
种内关系
种内斗争种内互助
种间关系
共生寄生竞争捕食
光对植物的影响
光影响光质（波长）影响光合作用：绿光为生理无效光
影响光合产生：红光有利于糖类合成；篮光有利于蛋白质合成
影响生长发育：红光能促进种子和孢子的萌发，红外光抑制种子萌发光强阳生植物：要求全日照，光补偿点高，耐高温干旱。玉米
阴生植物：光补偿点低，呼吸和蒸腾弱。人参黄连
耐阴植物：介于两者之间，全日照下生长最好，也能在阴生环境生长。山毛榉日照长度长日照植物：每天日照时间在14—17h以上才开花的植物。日照越长，开花越早。北方体系植物：小麦油菜萝卜短日照植物：每天需要一段昼短（少于12h不少于8h）夜长的时间才开花的植物。暗期越长，开花戟早。水稻大豆玉米烟草棉花及热带、亚热带植物春秋季开花的植物多属此类中间性植物：对日照没有要求，只要其他条件适合均可开花。黄瓜番茄四季豆
6.2非生物因子的作用
光对动物的影响
影响事例影响热能代谢晒太阳取暖。极地昆虫体色多黑色：吸收太阳辐射，防止紫外线杀伤影响生长发育对生长发育有促进或抑制作用：蛙卵在有光时正常发育。光抑制黑暗昆虫以育。影响动物行为昼行性动物夜行性动物。趋光性光死亡（蚯蚓）影响动物繁殖银灰狐在白昼延长时开始交配。延长光照时间改变动物繁殖时间：黑鼬提前繁殖。影响生活节律鱼类洄游鸟类迁徙鸟类换羽哺乳类脱毛影响动物分布水生动物的垂直分布：随透光深度和光照长度不同而不同
温度对生物的影响
影响事例影响生长发育3—43℃范围内小麦种子才能萌发。18—20℃时猪增重最快。温度增高蒸腾加快。影响生物繁殖低温影响抽穗扬花。水温至少18℃时鲤鱼才产卵。30℃时全民育成雄蛙。影响生物分布影响生物的水平分布和垂直分布（往往是各种因子综合作用的结果）影响动物行为休眠迁移
水分对生物的影响
影响事例影响生长发育萎蔫水稻烂根。土壤含水量影响根系发育影响生物生殖靠水传粉授精：苔藓、青蛙。水稻灌浆期遇雨季减产影响生物分布沙漠动植物必需耐干旱
以水为主导因子的植物生态类型
水生植物
沉水植物浮水植物挺水植物
中生植物
湿生植物
水稻地衣苔藓
介于湿生与旱生之间：森林植物大多数农作物
旱生植物
耐受土壤和大气干旱：多浆植物：仙人掌；少浆植物：骆驼刺
6.2生物种间关系比较
种间关系相互作用能量关系特点事例互利共生
共同生活，彼此有利。离开后彼此或一方不能生存。地衣
大豆与根瘤菌
白蚁与鞭毛虫
蚂蚁与蚜虫寄生
共同生活，一方有利，一方有害。
离开后寄生生物不能生存。蛔虫与人
噬菌体与细菌
虱子与人
菟丝子与大豆竞争
生活环境相同。
大多数情况下，和平共处，形成各自的生态位（生态灶）。
如果两个物种在时间和空间上完全重叠，会导致一种生存一种死亡（上图）。牛与羊
庄稼与杂草
大草履虫与小草履虫捕食
一种生物以另一种生物为食。数量消长上呈现“跟随”现象。猫与老鼠
牛与草
狼与羊其他关系共栖（寄居蟹与海癸）抑制（青霉菌与细菌）
传播（蜜蜂传粉）腐生（分解者与死亡生物为食）
个体数
时间
A
B
B
A
个体数
时间
A
B
A
B
A
B
A
个体数
时间
A
B
C
个体数
时间
A
B
B
个体数
时间
B
A
B
A
A
6.2生态因子作用的一般特征
生态因子作用的一般特征
综合作用
①作用的不可替代
②作用的和同等重要
③作用的不等价
④彼此相互影响
各种生态因子
主导因子
①对整个环境起主导作用，能引起全部生态关系的变化
②使生物的生长发育、种群数量和分布情况发生明显变化
耐受性定律
每个生态因子对生物的作用都有三个基点：最低点、最高点和最适点。
最低点和最高点之间的范围叫生物的适应幅度。
限制生物生长或存活（超过生物的耐受性）的生态因子
限制因子
生物的生长发育繁殖受最低量生态因子的限制
最低量定律
6.3种群的一般特征
种群特征主要内容种群密度概念：单位空间内的某种群的个体数
第一次捕获数×第二次捕获数
标志后重新捕获数
调查方法：
①标志重捕法种群密度＝
②随机取样法取样→计数→计算种群密度＝各样方中数量的均值出生率与死亡率年出生个体数
年平均个体数
年出生个体数
年平均个体数
出生率＝出生率＝增长率＝出生率－死亡率
时间
存活率
A
B
C
A类生物：农作物人类大型哺乳类
存活曲线B类生物：水螅一些鸟类
C类生物：青蛙鱼类草本植物
年龄组成增长型稳定型衰退型性别比例雌雄比等于1大于1小于1迁移迁入迁出种群动态变化
种群数量
迁入
迁出
死亡率
出生率
＋
＋
－
－
6.4种群数量变化规律
种群增长规律
特点：年增长率不变
事例：新引进的生物的早期增长接近“J”增长（我国环颈雉刚引入美国时）
J型增长
种群数量
K
时间
种群增长率
时间
S型增长
特点：①增长率不断变化
②种群数量为K/2时，增长率最大
③种群数量为K时，增长率为0
J型增长与S增长的关系
种群数量
时间
环境阻力
影响种群数量变化的因素
种群数量变化的原因
出生率死亡率迁入迁出
种群数量变化的因素
凡是影响出生率、死亡率、迁入、迁出的因素都会影响种群数量变化。
包括气候、食物、被捕食、传染病和人为因素。
研究种群数量变化规律的意义
①有利于野生生物资源的利用与保护
②为害虫的防治提供依据
6.5群落的概念及结构
概念
在一定的自然区域内，相互之间有直接或间接关系的各种生物的总和，叫生物群落。
垂直结构
垂直方向上，生物群落的分层状态叫垂直结构。
水平结构
水平方向上，不同地段的不同种群生物分布的状态叫水平结构。
原因
不同生物对不同生态环境有不同的要求和适应性，导致不同生态习性的生物处于
不同的层次。
原因
环境因素在不同地段的不一致性，导致不同生物在不同地段的分布差异。
6.6生态系统的概念及分类
生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，叫生态系统。
概念
分类原则类型按无机因子分陆地生态系统森林生态系统草原生态系统沙漠生态系统城市生态系统农田生态系统矿区生态系统水域生态系统海洋生态系统淡水生态系统湿地生态系统河流生态系统池塘生态系统按形成过程分自然生态系统原始森林未污染海洋半自然生态系统放牧的草原采伐的森林人工生态系统城市农田村庄
分类
6.7生态系统的成分
成分构成作用（主要生理过程）营养方式非生物
成分非生物的物质
和能量光、热、水、土、气为生物提供物质和能量生物成分生产者绿色植物、光合细菌、
化能合成细菌将无机物转变成有机物
（光合作用化能合成作用）自养型消费者动物、寄生微生物、
根瘤菌消费有机物（呼吸作用）异养型分解者腐生微生物、蛔虫分解动植物遗体（呼吸作用）6.7典型生态系统的特点比较
生态系统类型主要的环境因素主要生产者主要消费者特点及作用森林生态系统水温度土壤主要是乔木树栖哺乳类、鸟类等结构复杂
具有多种生态功能草原生态系统限制因素：水主要是草本植物奔跑类种群和群落变化剧烈
畜牧基地
调节气候防止风沙海洋生态系统水、盐等微小的浮游植物微小的浮游动物到大型哺乳动物极其多样结构复杂
资源丰富
调节全球气候湿地生态系统水水生、陆生植物鸟类、昆虫、水生动物生态类型多样
动植物资源丰富
防洪抗旱农田生态系统人农作物农业害虫人的作用很关键
群落结构单一城市生态系统人草地、绿化带人能量生产不足
对其他生态系统产生强烈干扰
6.8生态系统的营养结构
食物链
生产者→初级消费者→次级消费者→三级消费者→……
营养级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
（一般不超过五级）
食物链
由食物链构成的网状结构
特点
由食物（营养）关系连接起来的生物组成层次
作用
是生态系统中物质循环和能量流动的渠道
6.8生态系统的能量流动
概念
生态系统中能量的输入、传递和散失过程，能量流动。
能量流动
过程
三级
消费者
生产者
初级
消费者
次级
消费者
……
分解者
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
太
阳
能
特点
单向流动
逐级递减
前一营养级的能量只有10%—20%流向后一营养级（十分之一法则）
计算
A
B
C
D
E
营养级
食物链
能量
1
2
3
4
5
E1
E2
E3
E4
E5
按最低能量流动效率计算：
按最高能量流动效率计算：
研究能量流动的意义
合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地
流向对人类最有益的部分。
概念
在生态系统中，构成生物体的化学元素不断地进行着从无机环境到生物群落，
又从生物群落回到无机环境的循环过程。这个过程就是生态系统的物质循环。
特点
广大的空间：全球（生物圈）
漫长的时间：经历地质过程
6.9生态系统的物质循环
大气氮库（N2）
大气固氮
工业固氮
NO3-
氮素化肥
氮盐
尿素
硝化细菌
分解者
生物固氮
NH3-
NO2-、NO3-
反硝化细菌
N2
遗体
生产者
消费者
脲酶
尿素
脲酶
氮循环
捕食
大气CO2库
生产者
消费者
捕食
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
分解者
化石燃料
动植物遗体和排出物
呼吸作用
燃烧
碳循环
生产者
消费者
吸收
动植物遗体和排出物
分解者
捕食
化石燃料
土壤或水中的SO42-
大气中SO2
火山爆发
降
水
吸
收
燃
烧
燃
烧
分
解
硫循环
6.10能量流动和物质循环的关系
两者同时进行相互依存不可分割。
通过物质循环和能量流动使生态系统的各种成分成为统一整体。
物质是能量的载体，使能量沿食物网流动
能量是物质循环的动力，使物质在无机环境和生物群落间循环往返
总体关系
物质对能量
能量对物质
概念
生态系统发展到一定阶段，它的结构和功能能够保持相对稳定。生态系统具有的保持或
恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫生态系统的稳定性。
保持力稳定性
生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构和功能保持原状的能力。
原因
生态系统的自我调节能力
抵抗力稳定性
生态系统遭到外界干扰因素破坏后恢复持原状的能力。
原因
群落演替净化作用等
弱
复杂
强
强
简单
弱
生态系统结构
保持力稳定性
恢复力稳定性
关系
6.11生态系统的稳定性
6.12生物圈及其稳态
生物圈
地球上全部生物及其无机环境的总和。
由大气圈、水圈、岩石圈中有生物分布的圈层组成。
生物圈的稳态
生物圈的结构和功能长期保持相对稳定状态的现象
原因
①太阳——源源不断的能量供应——能量流动
②大气圈、水圈、岩石圈——取之不竭的物质来源——物质循环
③生物圈自身——多层次的自我调节能力——自我调节
土地沙漠化森林植被破坏生物多样性锐减全球气温上升臭氧层损耗酸雨
6.12全球环境问题
6.12酸雨的成因与危害
成因
硫循环失衡：大气SO2增多，超过了生物圈的自净能力，造成大气的严重污染。
危害
①水体酸化，严重影响鱼类的生殖发育。
②直接伤害植物芽和叶，影响植物生长。
③腐蚀建筑物和金属物材料。
6.13生物多样性
生物多样性的内容
遗传多样性物种多样性生态系统多样性
生物多样性的价值
直接使用价值
食用价值药用价值科研价值美学价值
间接使用价值
生态价值
潜在使用价值
尚待开发
我国生物多样性的特点
物种丰富
特有种古老种多
经济物种丰富
生态系统多样
我国生物多样性面临的威胁
物种多样性和遗传多样性多样性面临的威胁
物种灭绝或濒临灭绝
生态系统多样性面临的威胁
围湖造田森林减少草原退化
生物多样性面临威胁的原因
①生存环境改变或破坏
②掠夺式的开发和利用
③环境污染
生物多样性的保护
就地保护
迁地保护
建立自然保护区
①保护自然生态系统
②保护珍稀濒危物种
迁出原地保护
行将灭绝
加强教育和法制管理 |
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