2023届高考生物二轮复习第11讲生物的变异与进化学案

第11讲　生物的变异与进化

热点一　三种可遗传的变异及应用

 [情境引领]

如图中①②③④⑤分别表示不同的变异类型,①中字母表示染色体片段,⑤中基因a、a'仅有图⑤所示片段的差异。据图判断下列叙述正误。

(1)①②③④所示变异都是染色体变异。(　×　)

提示:③属于基因重组。

(2)若②为精原细胞,则不可能产生正常的配子。(　×　)

提示:②发生了个别染色体数目的增加,形成三体,三体精原细胞也可能产生正常的配子。

(3)⑤所示的变异类型能产生新的基因。(　√　)

(4)在减数分裂过程中,图中所示变异类型均可能发生。(　√　)

(5)①⑤所示变异均属于染色体结构变异中的重复。(　×　)

提示:⑤所示变异为基因中碱基的增添,属于基因突变。

 [基础巩固]

可遗传变异的四点归纳

(1)“互换”。

(2)“缺失”。

DNA分子上若干“基因”的缺失属于染色体变异;基因内部若干“碱基对”的缺失,属于基因突变。

(3)基因“质”与“量”的变化。

①基因突变——改变基因的“质”(基因结构改变,成为新基因),不改变基因的“量”。

②基因重组——不改变基因的“质”,也不改变基因的“量”,但改变基因间组合搭配方式,即改变基因型(转基因技术可改变基因的“量”)。

③染色体变异——不改变基因的“质”,但会改变基因的“量”或改变基因的排列顺序。

(4)变异的“水平”。

基因突变和基因重组是分子水平的变异,在光学显微镜下观察不到;染色体变异是细胞水平的变异,在光学显微镜下可以观察到。

 [思维拓展]

1.钴60γ射线可将染色体切断产生染色体片段,这些染色体片段可能在细胞分裂时丢失。研究人员在进行家蚕育种时发现,经钴60γ射线照射的纯种黑缟斑雄蛹(BB)成蛾后与纯种无斑雌蛾(bb)交配,所得子代出现了少量左、右半身分别呈现黑缟斑与无斑的嵌合体。导致该嵌合体出现的原因可能是什么?

提示:经钴60γ射线照射产生的含B基因染色体片段的精子参与受精,受精卵进行第一次卵裂后该片段在其中一个子细胞中丢失。

2.淀粉酶可以通过微生物发酵生产。为了提高酶的产量,请你设计一个实验,利用诱变育种方法,获得产生淀粉酶较多的菌株,并预期实验结果。

提示:产生淀粉酶的菌株在含有淀粉的固体培养基上,随着生长可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉,在菌落周围形成透明圈。将培养好的菌株分为两组,一组用一定剂量的诱变剂处理,另一组不处理作为对照;把诱变组的大量菌株接种于多个含淀粉的固体培养基上,同时接种对照组,相同条件下培养;比较两组菌株菌落周围透明圈的大小,选出透明圈变大的菌株。

实验结果:因为诱发突变频率低,诱变组中绝大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同;因为诱发突变具有不定向性,诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小。

围绕基因突变的本质和特点,考查基础知识的理解能力

1.(2021·福建卷)水稻等作物在即将成熟时,若经历持续的干热之后又遇大雨天气,穗上的种子就容易解除休眠而萌发。脱落酸有促进种子休眠的作用,同等条件下,种子对脱落酸越敏感,越容易休眠。研究发现,XM基因表达的蛋白发生变化会影响种子对脱落酸的敏感性。XM基因上不同位置的突变影响其蛋白表达的情况和产生的种子休眠效应如下图所示。

下列分析错误的是(　C　)

A.位点1突变会使种子对脱落酸的敏感性降低

B.位点2突变可以是碱基对发生替换造成的

C.可判断位点3突变使XM基因的转录过程提前终止

D.位点4突变的植株较少发生雨后穗上发芽的现象

解析:种子正常休眠,主要由脱落酸起作用,而位点1突变则无XM蛋白产生,休眠减少,可推测脱落酸作用减弱,即敏感性降低;比较图中位点2突变和无突变表达的蛋白图示,蛋白质长度相同,只是中间有一小段氨基酸序列不同,可推测该突变可能是碱基对发生替换造成的;比较图中位点3突变和无突变表达的蛋白图示,蛋白质长度变短,可推测模板mRNA上的终止密码子提前出现,翻译提前终止;位点4突变使XM蛋白的表达倍增,使得种子对脱落酸的敏感性增强,雨后穗上的种子不易解除休眠而萌发。

2.(2021·广东卷)果蝇众多的突变品系为研究基因与性状的关系提供了重要的材料。摩尔根等人选育出M5品系并创立了基于该品系的突变检测技术,可通过观察F1和F2的性状及比例,检测出未知基因突变的类型(如显/隐性、是否致死等),确定该突变基因与可见性状的关系及其所在的染色体。回答下列问题。

(1)果蝇的棒眼(B)对圆眼(b)为显性、红眼(R)对杏红眼(r)为显性,控制这2对相对性状的基因均位于X染色体上,其遗传总是和性别相关联,这种现象称为　　　　　　。 

(2)如图1所示为基于M-5品系的突变检测技术路线,在F1中挑出1只雌蝇,与1只M-5雄蝇交配。若得到的F2没有野生型雄蝇、雌蝇数目是雄蝇的两倍,F2中雌蝇的两种表现型(表型)分别是棒眼杏红眼和　　　　　　,此结果说明诱变产生了伴X染色体　　　　　　基因突变。该突变的基因保存在表现型(表型)为　　　　　　果蝇的细胞内。 

图1

(3)上述突变基因可能对应下图2中的突变　　　(从突变①②③中选一项),分析其原因可能是　                            　,使胚胎死亡。

图2

(4)图1所示的突变检测技术,具有的①优点是除能检测上述基因突变外,还能检测出果蝇　　　　　　　　基因突变;②缺点是不能检测出果蝇　　　　　　基因突变。(①②选答1项,且仅答1点即可) 

解析:(1)位于X染色体上的基因所控制的性状总是和性别相关联,这种现象称为伴性遗传。(2)由题图可知,F1所选择的雌蝇的表型是棒眼红眼(基因型是XBrXbR,其中XbR上同时存在新突变基因),它与M-5雄蝇(XBrY)杂交,F2的雌蝇数量是雄蝇的两倍,说明F2的雄蝇存在致死现象,分析遗传实验结果可知,F2的雌蝇的基因型是XBrXBr(棒眼杏红眼)、XBrXbR(XbR上同时存在新突变基因,表现为棒眼红眼),由题意可知,F2中没有野生型雄蝇,故雄蝇的基因型只有XBrY,雌蝇(XBrXbR)存活,这说明XbR所在染色体上的突变基因是隐性致死基因,所以该突变的基因保存在表型为棒眼红眼雌果蝇体内。(3)由题图可知,突变③是正常基因编码的第20位正常氨基酸密码子UUA突变为UGA,前者编码亮氨酸,后者为终止密码子,因此突变后该蛋白质由539个氨基酸缩短为19个氨基酸,相应的蛋白质功能异常,使得胚胎死亡。(4)题图所示的突变检测技术优点是除能检测上述伴X染色体隐性完全致死基因突变外,还能检测出果蝇X染色体上的可见突变(或X染色体上显性突变);该技术检测的结果需要通过性别进行区分,不能检测出果蝇常染色体上的基因突变,包括常染色体上隐性基因突变和显性基因突变。

答案:(1)伴性遗传　(2)棒眼红眼　隐性致死　棒眼红眼雌　(3)③　突变基因编码的第20位氨基酸密码子由正常的亮氨酸变成终止密码子,使得翻译提前终止,相应的蛋白质功能异常　(4)X染色体上可见(或X染色体上显性)　常染色体

以染色体变异为载体考查科学思维能力

3.果蝇的性别决定是XY型,性染色体数目异常会影响果蝇的性别特征甚至使果蝇死亡,如性染色体组成为XO的个体为雄性,XXX、OY的个体胚胎致死。果蝇红眼和白眼分别由基因R和r控制。某同学发现一只异常果蝇,该果蝇左半侧表现为白眼雄性,右半侧表现为红眼雌性。若产生该果蝇的受精卵染色体组成正常,且第一次分裂形成的两个细胞核中只有一个细胞核发生变异,则该受精卵的基因型及变异细胞核产生的原因可能是(　A　)

A.XRXr;含基因R的X染色体丢失

B.XrXr;含基因r的X染色体丢失

C.XRXr;含基因r的X染色体结构变异

D.XRXR;含基因R的X染色体结构变异

解析:若受精卵为XRXr,第一次分裂形成的两个细胞核中只有一个细胞核发生变异,若含基因R的X染色体丢失,则形成的子细胞基因型为XRXr和XrO,表现为红眼雌性和白眼雄性;若受精卵为XrXr,有一个细胞核发生变异,若含基因r的X染色体丢失,则子细胞基因型为XrXr和XrO,表现为白眼雌性和白眼雄性;若受精卵为XRXr,含基因r的X染色体结构变异,即发生缺失、重复、倒位或易位,不会产生白眼雄性性状(XrY、XrO);若受精卵为XRXR,含基因R的X染色体结构变异,不会产生白眼雄性性状(XrY、XrO)。

4.(2022·山东济宁三模)单体(2n-1)指体细胞中某对同源染色体缺失一条的个体,三体(2n+1)指体细胞中某对同源染色体多一条的个体,单体和三体可用于基因定位。已知单体和三体产生的配子均可育,而一对同源染色体均缺失的个体致死。某大豆突变株表现为黄叶(yy),为探究Y/y是否位于6号染色体上,用该突变株分别与单体(6号染色体缺失一条)、三体(6号染色体多一条)绿叶纯合植株杂交得F1,F1自交得F2。下列叙述错误的是(　B　)

A.通过突变株与单体杂交的F1即可进行基因定位,而与三体杂交的F1不能

B.若突变株与单体杂交的F2绿叶∶黄叶=7∶8,则Y/y基因位于6号染色体上

C.若突变株与三体杂交的F2黄叶∶绿叶=5∶31,则Y/y基因位于6号染色体上

D.若突变株与单体或三体杂交的F2全为黄叶∶绿叶=1∶3,则Y/y基因不位于6号染色体上

解析:①若Y/y位于6号染色体上,则突变体基因型为yy,而单体绿叶纯合植株的基因型为YO,二者杂交后代为Yy∶yO=1∶1,表现为绿叶和黄叶;若Y/y不位于6号染色体上,则突变体基因型为yy,而单体绿叶纯合植株的基因型为YY,二者杂交后代均为Yy,表现为绿叶;②若Y/y位于6号染色体上,则突变体基因型为yy,而三体绿叶纯合植株的基因型为YYY,YYY产生的配子为YY或Y,因此二者杂交后代为YYy或Yy,均为绿叶;若Y/y不位于6号染色体上,则突变体基因型为yy,而三体绿叶纯合植株的基因型为YY,二者杂交后代均为Yy,表现为绿叶,因此通过突变株与单体杂交的F1即可进行基因定位,而与三体杂交的F1则不能;由A项可知突变株与单体杂交得到的F1中Yy自交后代为Y　=1/2×3/4=3/8,yy=1/2×1/4=1/8,yO自交后代为1/2×1/4=1/8yy、1/2×1/2=1/4yO,1/2×1/4=1/8OO(致死),则F2黄叶∶绿叶=4∶3;由A项可知,突变株与三体杂交后代为1/2YYy、1/2Yy,均为绿叶,YYy产生的配子类型和比例为YY∶Yy∶Y∶y=1∶2∶2∶1,自交后代黄叶的比例为1/2×1/6×1/6=1/72,Yy自交产生的后代中yy占1/2×1/4=1/8,因此F2自交后代黄叶占1/72+1/8=10/72,绿叶占1-10/72=62/72,F2黄叶∶绿叶=5∶31;若Y/y不位于6号染色体上,则突变体基因型为yy,而单体绿叶纯合植株的基因型为YY,二者杂交后代均为Yy,表现为绿叶,F1自交,F2表现为黄叶∶绿叶=1∶3,三体绿色植株的基因型为YY,二者杂交后代均为Yy,表现为绿叶,令其自交,子代也表现为黄叶∶绿叶=1∶3。 

生物变异类型的判断及相关实验探究

5.(2022·辽宁沈阳模拟)某生物基因组成及基因在染色体上的位置关系如图所示,该生物性原细胞经减数分裂形成了如图所示的几种配子。关于这几种配子形成过程中所发生的变异,下列说法中错误的是(　D　)

A.甲的变异属于基因重组,发生在减数分裂Ⅰ过程中

B.乙的变异属于染色体数目变异,发生在减数分裂Ⅱ过程中

C.丙的变异属于染色体结构变异,可能是基因b转移到非同源染色

体上

D.丁的变异属于基因突变,在光学显微镜下可观察到碱基序列发生了改变

解析:甲的形成过程是在减数分裂Ⅰ后期,发生了非同源染色体上非等位基因的自由组合,属于基因重组;乙形成的原因是减数分裂Ⅱ后期,姐妹染色单体分开后形成的子染色体未分离,这属于染色体数目变异;a和b是非同源染色体上的基因,而丙中a和b位于同一条染色体上,原因可能是基因b转移到非同源染色体上,属于染色体结构变异中的易位;丁的变异产生了新的等位基因,属于基因突变,基因突变是DNA中碱基序列的改变,在光学显微镜下观察不到。

6.如图为果蝇眼部细胞中某条染色体上的基因的分布,有基因A时果蝇表现为正常翅,某群体中存在其突变类型缺刻翅,这一变异有某些致死效应,在果蝇的群体中没有发现过缺刻翅的雄性果蝇,b、C为控制其他性状的基因,下面有关分析中正确的是(　C　)

A.染色体上的b、C基因都可以发生突变,体现了基因突变的普遍性

B.该细胞可以通过基因突变或基因重组使b基因变化为B基因

C.该染色体最可能是果蝇的X染色体

D.缺刻翅性状的出现是A基因发生基因突变的结果

解析:DNA上任何一个基因都可能发生突变,体现了突变的随机性;该细胞是果蝇的眼部细胞,而基因重组正常情况下发生在产生生殖细胞的减数分裂过程中,所以该细胞不会发生基因重组导致基因改变;果蝇的种群中没有发现缺刻翅的雄性果蝇,表明该基因与性别有关,很可能位于X染色体上;缺刻翅性状的出现可能是A基因发生了突变,也可能是发生了染色体结构变异。

围绕生物变异原理在育种中的应用,考查科学思维与探究

能力

7.(2021·广东卷)白菜型油菜(2n=20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)。为了培育高产新品种,科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是(　A　)

A.Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组

B.将Bc作为育种材料,能缩短育种年限

C.秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株

D.自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育

解析:白菜型油菜是二倍体,有两个染色体组,植株Bc是由该油菜的卵细胞发育而成的单倍体植株,故成熟叶肉细胞中含有一个染色体组;在单倍体育种中可以用单倍体幼苗Bc作为实验材料,通过秋水仙素诱导其染色体加倍来获取纯合植株,能明显缩短育种年限;植株Bc仅含有一个染色体组,在形成配子时,由于染色体联会紊乱而使其配子发育异常,最终导致高度不育。

8.(2022·山东潍坊一模)植物的杂种一代会出现产量等性状优于双亲的杂种优势,雄性不育品系能有效提高作物的杂交效率。油菜花粉的育性由一对基因控制,现有三种花粉育性基因型不同的纯合油菜(具两性花)品系,品系甲、乙育性正常,品系丙雄性不育(肉眼可观测到雄蕊异常),杂交实验如下。下列说法错误的是(　A　)

A.由于基因重组的原因,杂交一中F1的育性无法在自交后代中保持

B.据杂交一、二推测,与油菜花粉育性有关的基因共有三种

C.杂交二F2中雄性不育株与品系甲杂交可获得兼具品系甲、乙优良性状的杂交种子

D.杂交二自F2起逐代选取雄性不育株与品系乙杂交可使雄性不育株具有更多品系乙的性状

解析:由题意可知,该性状受一对等位基因控制,不会发生基因重组;油菜的育性性状可能由同源染色体上的三个等位基因(A1、A2、A3)决定,设品系甲的可育性状由基因A1决定,雄性不育由基因A2决定,品系乙的可育性状由基因A3决定,则其显隐性关系为基因A1对A2、A3为显性,基因A2对A3为显性,故与油菜花粉育性有关的基因共有三种;结合B选项可知,品系甲的基因型应为A1A1,品系丙为A2A2,品系乙为A3A3,则杂交二中F2雄性不育株基因型为A2A3,其与品系甲A1A1杂交,子代基因型有A1A2、A1A3,可获得兼具品系甲、乙优良性状的杂交种子;杂交二F1基因型为A2A3,与品系乙为A3A3杂交,F2基因型包括A2A3、A3A3,自F2起逐代选取雄性不育株(A2A3)与品系乙(A3A3)杂交,雄性不育株可作母本,其上结的种子基因型为1/2A2A3、1/2A3A3,可使雄性不育株具有更多品系乙(A3A3)的性状。

热点二　生物进化

 [情境引领]

市场上常见的虾有河虾、对虾、龙虾、皮皮虾等,2020年11月,我国科学家宣布发现了填补节肢动物进化空白的化石——章氏麒麟虾,它身体分节,有5只眼睛和坚硬的壳,与现在的虾相似。判断下列叙述正误。

(1)化石的大量发现,为生物进化论提供了充分证据。(　√　)

(2)章氏麒麟虾与现在的虾不存在生殖隔离。(　×　)

提示:章氏麒麟虾与现在的虾是两个物种,存在生殖隔离。

(3)皮皮虾进化过程中,种群的基因频率定向改变。(　√　)

(4)不同生物中蛋白质的基本单位都是氨基酸,可在细胞水平为进化学说提供证据。(　×　)

提示:不同生物中蛋白质的基本单位都是氨基酸,可在分子水平为进化学说提供证据。

(5)一般来说,频率高的基因所控制的性状更适应环境。(　√　)

(6)自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率。(　√　)

 [基础巩固]

现代生物进化理论的要点分析

(1)

(2)

(3)

(4)协同进化。

①两个方面:即不同物种之间、生物与无机环境之间。

②一个结果:形成生物多样性。

 [思维拓展]

1.加拉帕戈斯群岛由13个主要岛屿组成,这些岛屿上生活着13种形态各异的地雀,这些地雀来自共同的祖先——南美洲大陆的一种地雀。一种地雀如何形成了13种形态各异的地雀?

提示:南美洲大陆的一种地雀飞到了各个岛屿上,各个岛屿的种群可能产生了不同的突变和基因重组。各个岛屿上的食物和栖息环境不同,自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用有差异。由于地理隔离使各个种群不能进行基因交流,久而久之不同岛屿上地雀种群的基因库就会形成明显的差异,最终出现了生殖隔离,原来同一物种的不同种群形成了不同的物种。

2.捕食是常见的生命现象,简述捕食者的存在能够提高群落的稳定性,也能增加物种多样性的原因。

提示:①群落中捕食者和被捕食者相互影响,又相互制约,使它们的数量在一定的范围内波动,因此捕食者的存在能够提高群落的稳定性。②捕食者往往捕食个体数量多的物种,这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面,为其他物种的形成腾出

空间。

围绕生物进化理论,考查理解能力

1.(2021·河北卷)雄性缝蝇的求偶方式有①向雌蝇提供食物;②用丝缕简单缠绕食物后送给雌蝇;③把食物裹成丝球送给雌蝇;④仅送一个空丝球给雌蝇。以上四种方式都能求偶成功。下列叙述错误的是(　B　)

A.求偶时提供食物给雌蝇有利于其繁殖,是一种适应性行为

B.④是一种仪式化行为,对缝蝇繁殖失去进化意义

C.③是雌蝇对雄蝇长期选择的结果

D.④可能由③进化而来

解析:无论哪种求偶方式,都可使雄性缝蝇求偶成功,有利于缝蝇的交配繁殖,是一种适应性行为;分析题意可知,①向雌蝇提供食物可能是雄性缝蝇求偶方式中最原始的一种,随着生物的进化,由①单纯提供食物,到②简单的“包装”,再到③包装变得复杂,最终演化出④仅送包裹食物的空丝球的求偶方式,④的出现对缝蝇繁殖仍具有进化意义;雄性缝蝇求偶方式的进化是雌蝇对雄蝇长期选择的结果;由以上分析可知,④仅送一个空丝球给雌蝇可能是由③进化而来的。

2.(2022·河北石家庄模拟)家鸽按用途可分为传书鸽、肉用鸽和玩赏鸽3类。传书鸽具有强烈的归巢性,可供通讯,飞翔时速可达70公里。经过长时间的人工杂交和选育,家鸽的品种日渐增多。根据现代生物进化理论,下列解释错误的是(　B　)

A.突变和基因重组为家鸽的选育提供原材料

B.家鸽选育过程中基因频率不会发生定向改变

C.家鸽产生的变异不能在选育过程中都保留下来

D.选育出的新品种与原品种之间不存在生殖隔离

解析:突变(基因突变和染色体变异)和基因重组为生物进化提供原材料;长时间的人工选育会使种群基因频率发生定向改变;变异有可遗传的变异和不遗传的变异,不遗传的变异不能传递给下一代,没法保留;家鸽新品种不是新物种,与原品种之间没有生殖隔离。

以基因(型)频率变化为载体,考查演绎推理和解决问题能力

3.(2022·广东卷)白车轴草中有毒物质氢氰酸(HCN)的产生由H、h和D、d两对等位基因决定,H和D同时存在时,个体产HCN,能抵御草食动物的采食。如图为某地不同区域白车轴草种群中有毒个体比例,下列分析错误的是(　D　)

A.草食动物是白车轴草种群进化的选择压力

B.城市化进程会影响白车轴草种群的进化

C.与乡村相比,市中心种群中h的基因频率更高

D.基因重组会影响种群中H、D的基因频率

解析:草食动物和白车轴草的种间关系为捕食,据题干信息“H和D同时存在时,个体产HCN,能抵御草食动物的采食”分析可知,草食动物是白车轴草种群进化的选择压力;根据曲线图可知,从市中心到市郊再到乡村,白车轴草种群中产HCN个体比例增加,说明城市化进程会影响白车轴草种群的进化;与乡村相比,市中心种群中产HCN个体比例小,即基因型为D　H　的个体所占比例小,故与乡村相比,市中心种群中d和h的基因频率更高;基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合,基因重组不会影响种群中H、D的基因频率。 

4.某种群数量较大、所处环境适宜且稳定,其中AA个体占36%,Aa个体占48%,则该种群随机交配产生的后代中AA基因型频率、A基因频率和自交产生的后代中AA基因型频率、A基因频率的变化依次为(　C　)

A.增大,不变;不变,不变

B.不变,增大;增大,不变

C.不变,不变;增大,不变

D.不变,不变;不变,增大

解析:种群中,AA=36%,Aa=48%,则aa=100%-48%-36%=16%,据此可计算出A的基因频率=36%+1/2×48%=60%,a的基因频率=16%+1/2×48%=40%,该种群随机交配,基因频率保持不变,AA的基因型频率=60%×60%=36%,显然随机交配情况下基因型频率也保持不变;若该种群进行自交,后代中基因型AA所占的比例为36%+48%×1/4=48%,Aa基因型频率为48%×1/2=24%,aa的基因型频率为16%+48%×1/4=28%,根据自交后代的基因型频率可推测出自交后的基因频率为A=48%+24%×1/2=60%,a=28%+24%×1/2=40%,可见,该种群自交后代中AA基因型频率、A基因频率的变化依次为增大、不变。

[技法点拨]

自交和自由交配时种群基因型频率

和基因频率的变化规律

(1)自交:基因型频率发生变化,纯合子比例逐渐增大,杂合子比例逐渐减小,但基因频率不变。

(2)自由交配:基因型频率和基因频率都不变。

注:若某地区男性中色盲占x%,则此地区Xb的基因频率也为x%,此地区女性色盲概率则为(x%)2。