生物变异

关键词： 变异

生物变异（精选十篇）

生物变异 篇1

本专题包括染色体结构变异和数目变异、转基因食品的安全等两个Ⅰ级考点, 基因重组及其意义、基因突变的特征和原因、生物变异在育种上的应用等三个Ⅱ级考点, 实验“低温诱导染色体加倍”。

一、命题热点

1.基因突变的特征和原因的分析与应用。

2.基因重组的原理在杂交育种中的应用。

3.染色体组的判断及单倍体、多倍体在育种上的应用。

4.转基因食品的获取与安全。

5.低温诱导染色体加倍实验。

6.不同变异类型的判断与检测。

二、疑难点拨

(一) 生物的变异

1.概念:

是生物的亲代与子代以及子代个体之间表现出差异的现象。

2.类型:

依据变异能否遗传给后代, 分为可遗传的变异和不可遗传的变异, 前者由生物体内的遗传物质改变引起, 包括基因突变、基因重组和染色体变异;后者仅由环境因素引起, 遗传物质没有改变, 如无光条件下产生的黄化苗。

3.应用:

将可遗传的变异作为育种的原始材料, 经过选育获得符合人类需求的新类型或新品种。

(二) 基因突变

1.概念:

由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失和替换, 而引起的基因结构的改变。

2.时间:

主要在DNA复制时。

3.原因:

外因是物理、化学或生物等因素;内因是DNA在解旋复制时结构不稳定, 组成基因的脱氧核苷酸种类、数量和排列顺序易发生改变, 从而导致遗传信息改变。

4.结果:

只会使一个基因变为它的等位基因, 不会改变基因的数量, 如:由A→a或a→A, 或者A1→A2或A3。

特别提醒:基因突变不改变基因的数量, 只会使基因转变成它的等位基因;对生物性状的表现可能有影响, 也可能没影响。

5.类型:

(1) 根据对性状类型的影响划分

显性突变:如a→A, 该突变一旦发生即可表现相应性状

隐性突变:如A→a, 突变性状一旦在生物个体中表现出来, 该性状即可稳定遗传。

(2) 根据引起突变的原因划分

自然突变:在自然状态下发生的基因突变。

诱发突变:在人工条件下诱发的基因突变。

6.特点:

普遍性、随机性、有害性、低频性和不定向性。

7.意义:

是生物变异的根本来源, 为生物的进化提供最初的原材料。

(三) 基因重组

1.概念:

生物体进行有性生殖的过程中, 控制不同性状的基因重新组合。

2.类型:

通常包括随着非同源染色体的自由组合, 位于非同源染色体上的非等位基因自由组合;随着同源染色体上非姐妹染色单体的交叉交换, 使同源染色体上的非等位基因重组。

特别注意:重组DNA技术、肺炎双球菌的转化属于广义的基因重组。

3.特点:

不会改变基因的数量, 也不改变基因的结构, 只会引起基因的重新组合, 产生新的基因型;一般意义上的基因重组, 仅发生在有性生殖的过程中。

4.意义:

产生新的基因型, 极大地丰富了变异的来源, 对生物的多样性和进化具有重要意义。

(四) 染色体变异

1.染色体的结构变异

(1) 缺失:

染色体上某一区域及其带有的基因一起丢失, 从而引起变异的现象 (图甲) 。

(2) 重复:

染色体上增加了某个相同的区域而引起的变异 (图乙) 。

(3) 倒位:

染色体在两个点发生断裂后, 产生三个区段, 中间的区段发生180°的倒转, 与另外两个区段重新接合而引起的变异 (图丙) 。

(4) 易位:

一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上, 从而引起变异的现象 (图丁) 。

2.染色体的数目变异

(1) 非整倍变异:

细胞内个别染色体的增加或减少。如21三体综合征。

(2) 整倍变异:

染色组数目的改变引起。如三倍体无子西瓜。

单倍体:由配子直接发育成的新个体, 体细胞中含有本物种配子的染色体数目。特点:植株弱小, 一般高度不育。

多倍体:由于有丝分裂异常, 染色体数目整倍增加。特点是茎秆粗壮, 叶片、果实、种子较大, 糖类与蛋白质含量有所增加, 发育迟缓, 结实率低。

(五) 可遗传变异的比较与应用

三、典例解读

例1.下列产生可遗传变异的类型中, 一般不发生在肺炎双球菌的是 ( )

①基因突变 ②基因重组 ③染色体变异 ④染色单体互换 ⑤非同源染色体上非等位基因自由组合

A.①②③ B.④⑤

C.②③④⑤ D.①②③

解析:本题以肺炎双球菌为例, 考查变异发生的对象, 明确各种变异发生的机理及原核生物的结构和繁殖是正确解题的关键。肺炎双球菌为原核生物, 无染色体, 通过无性生殖的方式繁殖, 一般没有染色体变异和基因重组, 其变异主要来源于基因突变。

答案:C

特别提醒:在自然界中, 病毒、原核生物没有染色体, 缺乏染色体变异;虽然肺炎双球菌没有有性生殖, 但可能通过基因转导而产生基因重组, 只是一般条件下, 不会发生;对于真核细胞而言, 可遗传变异的来源都有基因突变和染色体变异, 对于进行有性生殖的真核生物而言, 则还有基因重组, 且基因重组产生的变异比例最大。

例2.人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄碘能力。临床上常用小剂量的放射性同位素131Ⅰ治疗某些甲状腺疾病, 但大剂量的131Ⅰ对人体会产生有害影响。积聚在细胞内的131Ⅰ可能直接 ( )

A.插入DNA分子引起插入点后的碱基引起基因突变

B.替换DNA分子中的某一碱基引起基因突变

C.造成染色体断裂、缺失或易位等染色体结构变异

D.诱发甲状腺滤泡上皮细胞基因突变并遗传给下一代

解析:本题结合放射性同位素的知识, 考查生物的变异, 明确各种变异的原因是正确解题的基础。131Ⅰ作为放射性物质, 不是碱基的类似物, 虽可产生射线, 诱发生物变异, 但不能插入或替换DNA中的碱基, 因此, A、B项错误;由于碘主要聚集于甲状腺滤泡上皮细胞并导致其基因突变, 发生在此处的基因突变不能进入生殖细胞, 因而, 不能遗传给下一代, D项错误。

答案:C

例3.生物体内的基因重组 ( )

A.能够产生新的基因

B.发生在受精作用过程中

C.是生物变异的根本来源

D.在同源染色体之间可发生

解析:本题考查基因重组的来源及其特点, 明确基因重组的机理是正确解题的关键。一般来说, 基因重组发生在减数分裂过程中, 是非同源染色体自由组合或同源染色体交叉互换所导致;生物变异的根本来源是基因突变。

答案:D

例4.已知某物种的一条染色体上依次排列着M、N、O、P、q五个基因, 如图列出的若干种变化中, 不属于染色体结构发生变化的是 ( )

解析:本题以图示的形式, 考查染色体的结构变异, 明确染色体结构变异的实质和准确获取图示信息是正确解题的关键。A项基因数目减少是染色体片段缺失所致, B项O基因增多是染色体片段重复所致, C项为基因位置改变是染色体片段倒位所致, 三项均属于染色体的结构变异;D项中没有基因数目和位置的改变, 只是基因N、O变成了它们的等位基因n、o, 属于基因突变。

答案:D

例5.下图是甲、乙两种生物的体细胞内染色体情况示意图, 则染色体数与图示相同的甲、乙两种生物体细胞的基因型可依次表示为 ( )

A.甲:AaBb;乙:AAaBbb

B.甲:AaaaBBbb;乙:AaBB

C.甲:AAaaBbbb;乙:AaaBBb

D.甲:AaaBbb;乙:AAaaBbbb

解析:本题以图示的形式, 考查染色体数目的变异, 掌握染色体组成与基因的表示方法是正确解题的基础。由图可知:甲生物体细胞内染色体相同的为四条, 为四倍体;乙生物体细胞内染色体相同的为三条, 为三倍体;故甲、乙两种生物体细胞的基因型可表示为甲:AAaaBbbb;乙:AaaBBb。

答案:C

知识链接:生物属于几倍体应依其来源确定, 具体为:由受精卵发育而来, 有几个染色体组就是几倍体;由未经受精的生殖细胞发育而来的个体, 无论有几个染色体组都是单倍体;由体细胞发育而来, 其倍性与提供体细胞的生物一致。

例6.在有丝分裂和减数分裂的过程中不都产生的变异是 ( )

A.DNA复制时发生碱基对的增添、缺失或改变, 导致基因突变

B.非同源染色体之间发生自由组合, 导致基因重组

C.非同源染色体之间交换一部分片段, 导致染色体结构变异

D.着丝点分裂后形成的两条染色体不能移向两极, 导致染色体数目变异

解析:本题考查变异的发生时间, 明确变异发生的机理是正确解题的关键。在有丝分裂和减数分裂过程中都有DNA的复制, DNA复制时, 会发生解旋, 导致结构不稳定, 可能发生碱基对的增添、缺失或改变, 发生基因突变;有可能发生非同染色体片段的交换, 导致染色体结构的变异;也可能因为子染色体在移向两极时发生错误, 导致染色体数目变异, A、C、D选项都可能发生。但细胞在有丝分裂过程中, 没有非同源染色体的自由组合, 不会发生基因重组, 因此, 答案选B。

答案:B

例7.下列选项是发生在人类的几种遗传病, 不能通过显微镜检发现的是 ( )

A.先天愚型 B.红绿色盲

C.猫叫综合征 D.镰刀型细胞贫血症

解析:本题结合常见疾病, 考查疾病的原因及其特点。先天愚型, 即21三体综合征, 是21号染色体多了一条导致, 属染色体数目异常;猫叫综合征是5号染色体部分缺失引起, 属染色体结构变异, 两种疾病都是染色体变异, 可通过显微镜检发现。红绿色盲和镰刀型细胞贫血症都是基因突变引起, 不能通过镜检发现突变的基因, 但镰刀型细胞贫血症可通过显微镜检其血液中的血细胞发现。

答案:B

例8.用X射线处理蚕蛹, 使其第2号染色体的斑纹基因易位于W染色体上, 使雌体都有斑纹。再将雌蚕与白体雄蚕交配, 其后代雌蚕都有斑纹, 雄蚕都无斑纹。这样有利于去雌留雄, 提高蚕丝的质量。这种育种方法所依据的原理是 ( )

A.染色体结构的变异

B.染色体数目的变化

C.基因突变

D.基因重组

解析:本题以蚕种的选育为话题, 考查染色体变异的机理及其特点, 准确获取信息、明确变异机理是正确解题的关键。基因从2号染色体移位至W染色体, 属染色体的结构变异。

答案:A

例9.与杂交育种比较, 诱变育种的不同之处是 ( )

①能大幅度改良某些性状

②能形成新基因

③能形成新基因型

④一般对个体生存有利

A.①②

B.①③

C.②③

D.②④

解析:诱变育种可以产生新的基因, 从而大幅度改良某些性状, 不过基因突变一般是有害的, 对个体的生存不利。杂交育种不会产生新的基因, 但是可以产生新的基因型。

答案:A

四、跟踪训练

1.下列对基因突变的描述正确的是 ( )

A.杂交育种利用的是基因突变

B.为生物进化提供原始材料

C.基因突变仅发生在细胞分裂间期

D.只有细胞核基因可发生基因突变

2.基因突变对绝大多数个体是不利的, 但却是生物进化的重要因素之一。你认为这一说法 ( )

A.正确。基因突变虽然对多数个体不利, 但它为定向的自然选择奠定了基础

B.正确。基因突变虽然对多数个体不利, 但基因突变的方向与生物进化的方向是一致的

C.不正确。因为基因突变不利于个体的繁殖, 会导致物种灭绝

D.不正确。因为基因突变会导致个体的死亡, 不利于生物进化

3.以下几种生物性状的产生, 来源于同一变异类型的是 ( )

①果蝇的白眼

②豌豆的黄色皱粒、绿色圆粒

③八倍体小黑麦的出现

④人类的红绿色盲

⑤玉米的高茎皱形叶

⑥人类的镰刀型细胞贫血症

A.①②③

B.④⑤⑥

C.①④⑥

D.②③⑤

4.右图为高等动物细胞分裂示意图, 它不能反映的是 ( )

A.发生了基因突变

B.发生了基因重组

C.发生了染色体的变异

D.发生了染色体的互换

5.下面是某种动物的一个卵细胞染色体组成示意图, 下列分析判断错误的是 ( )

A.该细胞中的染色体可以看成一个染色体组

B.该种动物的体细胞中含有4对同源染色体

C.该动物的一个体细胞在有丝分裂中期含有32个DNA分子

D.该动物的一个原始生殖细胞进行减数分裂时, 能形成4个四分体

6.杂交育种和诱变育种的实质是 ( )

A.基因突变

B.基因重组和基因突变

C.染色体变异

D.基因突变和染色体变异

7.下列高科技成果中, 根据基因重组原理进行的是 ( )

①利用杂交技术培育出超级水稻

②通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒

③通过体细胞克隆技术培养出克隆牛

④将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内, 培育出抗虫棉

⑤将健康人的正常基因植入病人体内治疗基因病

⑥用一定浓度的生长素处理, 获得无子番茄

A.①③⑤ B.①②④

C.①④⑤ D.①②⑥

8.对下列各生物形成原理的解释, 正确的是 ( )

A.无子番茄的获得是利用了多倍体育种的原理

B.培育无子西瓜是利用了单倍体育种的原理

C.培育青霉素高产菌株是利用了基因突变的原理

D.“多利羊”的获得是利用了杂交育种的原理

9.下图中, 甲、乙表示水稻两个品种, A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因, ①～⑦表示培育水稻新品种的过程, 则下列说法错误的是 ( )

A.①→②过程简便, 但培育周期长

B.②和⑦的变异都发生于有丝分裂间期

C.③过程常用的方法是花药离体培养

D.③→⑥过程与⑦过程的育种原理相同

10.1993年, 生物学家利用太空搭载的常规水稻种子做“太空条件下植物突变类型”的课题研究。当年, 科学家将这些遨游太空后的种子播种后长出2000多株禾苗, 只有其中1株出现与众不同的特性。在此后15年的种植培养过程中, 这株水稻的后代发生了变异, 有糯化早熟型、长粒型、高粗秆大穗型、小粒型、大粒型等10多个品种, 有的植株高达1.8米左右。

(1) 实验结果表明该变异最有可能是_____, 属于_____。

(2) 通过太空搭载获得新的水稻品种, 这种育种方法是_____。与之相比, 传统杂交育种的时间较长, 其依据的原理是_____。

(3) 2000多株禾苗中, 只有其中1株出现与众不同的特性, 而其后代发生变异形成了10多个品种, 说明突变具有_____的特点。

11.下表为4个不同小麦杂交组合及其子代的表现型和植株数目, 其中抗病性用A、a表示, 抗盐性用B、b表示。据表推断:

(1) 在小麦抗病与易感病这对性状中, _____是显性性状;抗盐与不抗盐这对相对性状的遗传属于_____。现有抗病不抗盐和易感病抗盐植株, 要通过杂交培育抗病抗盐植株, 则应选择_____为母本, _____为父本。

(2) 现有多株抗病抗盐小麦, 若想鉴定并保留纯合品系, 最好采用的交配方式是_____。

(3) 若通过基因工程将该抗病基因转入棉花体细胞内, 通常采用土壤农杆菌的质粒作为_____, 该过程需要用到的工具酶有_____和_____;将导入抗病基因的棉花细胞培养成抗病植株, 需要采用的技术手段是_____。

参考答案:1.B 2.A 3.C 4.C 5.C 6.B 7.C 8.C 9.B

10. (1) 基因突变 可遗传变异

(2) 诱变育种 基因重组

(3) 发生频率低、不定向

11. (1) 抗病 细胞质遗传 易感病抗盐植株 抗病不抗盐植株

(2) 自交

(3) 运载体 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 植物组织培养

生物变异 篇2

教学目标：

1、举例说出可遗传的变异和不遗传的变异并能说出引起两种变异的原因。

2、举例说出生物的性状既受遗传物质的控制又受环境因素的影响。

3、初步体验调查生物变异的方法提高处理调查数据和分析数据的能力以及应用所学知识解释调查结果的能力。

4、运用所学知识解释调查结果的能力。教材分析 通过前面的学习学生对生物的遗传现象和遗传的一般规律有了大体的了解但通过对周围事物的观察和日常生活积累的经验发现生物之间还存在着许多变异现象。本节就是通过对一些日常现象的观察引导学生对变异现象形成初步的认识然后在此基础上通过对花生果实变异类型的探究进一步了解生物性状的变异是普遍存在的并且变异产生的原因是多方面的既有遗传物质方面的原因也有环境的原因。遗传物质引起的变异是能遗传的而环境引起的变异是不能遗传的。

实施教学过程设计：

1、导入 可以俗语或故事引入。如“一母生九子连母十个样”或讲述双胞胎的故事别人看两人难以区别但母亲却不会认错。也可以复习提问关于遗传的知识然后指出同遗传现象一样变异的现象在自然界中也是普遍存在的从而引出课题。

2、新授 一变异的普遍性 组织学生分组交流课前所收集的有关性状并说明它们之间存在着的差异。小组交流后再组织全班进行叙述初步认识变异现象。教师再提问“变异是不是普遍存在的现象呢”引导学生观察交流课本的图片及例子从而得出生物的变异是普遍存在的结论。注意要强调变异应是同种生物之间的差异而不同种生物之间的差异不能叫变异。四幅图的参考分析如下 菊花和玉米是植物安康羊和果蝇是动物分别代表了自然界的两类牛物四种菊花同属一个物种但花瓣、颜色等性状各异五种玉米也属于—个物种玉米粒的颜色的性状不同三只安康羊同属一个物种但—只有角另两只无角二只果蝇同属—个物种但复眼的颜色性状有差异。这种同种生物之间存在的各种各样的差异就是生物的变异。

二探究一种变异现象 ：

1过渡 再提问“生物的变异是什么原因造成的”“为什么生物的变异是普遍存在的”引入探究活动。探究大小花生的变异现象 包括提出问题、作出假设、制定并实施探究计划、完善计划、分析结果并得出结论几 大步骤。A提出问题各小组可以提出自己的问题进行探究。如同是花生这个物种它们之间也存在着差异吗 B作出假设根据自己的问题进行假设。如同是花生这个物种大花生和小花生的大小这个性状存在着差异。C制定并实施探究计划根据自己的假设设计方案。参考方案如下 一目的要求 1探究生物性状的变异。

2认识可遗传变异和不可遗传变异。3理解生物的变异和环境的关系。二材料准备 包括大小花生数量不少于30粒。圆规、直尺等。

三实验步骤 ：1把所分发的花生粒用所做工具测量所测花生粒要从中随机抽取测量时测花生的长轴的长短长短以毫米计四舍五人如115毫米可算作12毫米。

2所测结果填人表格中。测量结果 1 2 3 5 6 �6�7 28 29 30平均值 大花生的长轴大小mm 小花生的长轴大小mm 3根据所得数据在坐标纸绘制曲线图水平轴为果实的长度纵轴为样品的个数依据两数的相交点连成曲线。

讨论题提示如下： 1用语言描述两个品种花生果实在不同长度范围内的数量分布状况你能得出什么结论 答生物的一些相对性状表现出的是数量差异如大小花生的果实大小。由于任何性状都是控制该性状的基因与环境共同作用的结果所以基因组成相同的大花生果实的 1

长度也有长有短这主要是环境引起的变异。但环境影响所引起的变异程度是有限度的所以大花生或小花生的果实大小总在一定范围内波动。

2计算并比较两个品种花生果实长度各自的平均值你能得出什么结论 答两个品种的平均值可从探究过程中的表格算得。比较相对性状的差异应该比较它们的平均值。在相同条件下种植的大小花生正常情况下大花生果实长度的平均值应大于小花生果实的平均值这种差异主要是由于遗传物质的差异引起的。

3把大花生的种子种在贫瘠的土壤中把小花生种到肥沃的土壤中它们结出的果实会怎样呢你作出推测的根据是什么 答大花生的种子种在贫瘠的土地上其果实将会变小小花生的种子种在肥沃的土壤中其果实会长大。因为环境的变化影响生物的性状表现。

4从大花生中选择一粒饱满粒大的种子种下去所收获的种子一定都是大的吗为什么 答不一定要看控制花生大小这一对相对性状的基因组成来确定。假设A为显性基因控制性状“大”a为隐性基因控制性状“小”。大花生的基因型可能是AA或Aa如果是从其后代均表现为大如果是Aa其后代就有大和小两种可能。也可回答不一定。如果大花生的大小是一种数量性状则大花生中一粒饱满粒大的种子种下去所收获的种子有大有小但平均值仍和原大花生品种相近若不考虑环境因素的话。板书设计

一、变异的普遍性

二、探究一种变异现象： 结论生物性状的变异决定于遗传物质也受环境的影响。变异产生的原因遗传物质基础环境因素。

1、遗传的变异由遗传物质决定的

生物实验——遗传与变异 篇3

一、观察细胞的减数分裂

通过观察多个精原细胞的减数分裂，推断出精原细胞减数分裂过程中染色体的连续变化。

二、低温诱导染色体加倍

原理：低温处理植物分生组织细胞，能抑制纺锤体的形成。

方法步骤：取材→解离→漂洗→染色→制成装片→观察（先用低倍镜找到染色体形态较好的分裂相。确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用高倍镜观察）。

实验的一般程序：分组编号→设置对照→条件处理→观察变化→得出结论。

结论：适当的低温可诱导细胞中染色体的加倍。

三、调查人类常见的遗传病

原理：人类遗传病是由于遗传物质改变而引起的。

一般选择单基因遗传病来调查，如：红绿色盲、白化病。

包括调查发病率（发病人数/调查人数，调查人数要尽量大）和遗传方式（一般在家族中调查）。

实施调查过程：可以通过社会调查（统计人群中的发病率）和家系调查（分析遗传病的遗传方式）。

确定调查课题→调查小组→实施调查→统计分析→写出调查报告。

例题精析

题型1 观察细胞的减数分裂

例1. 在适宜时期取材，能观察到植物细胞同源染色体配对现象的实验材料是（）

A.根尖B. 茎尖C.花药 D.种子

[解析]同源染色体两两配对，是在减数分裂形成配子时，才出现的过程。花药中的花粉母细胞能进行减数分裂形成配子。根尖、茎尖只进行有丝分裂。

[答案]C

题型2低温诱导染色体加倍

例2． 下列有关“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述，正确的是（）

A． 低温诱导能抑制分裂时纺锤体的形成

B． 改良苯酚品红液的作用是固定和染色

C． 固定和解离后的漂洗液都是95%酒精

D． 该实验的目的是了解纺锤体的结构

[解析]实验中几种常见液体的作用：卡诺氏液→固定细胞形态，95%酒精→冲洗附着在根尖表面的卡诺氏液；解离液→使组织中的细胞相互分离开清水→洗去解离液，便于染色改良苯酚品红液→使染色体染色，便于观察染色体的形态、数目与行为。

[答案]A

题型3 调查人类常见的遗传病

例3． 某研究性实验小组在调查人群中的遗传病时，以“研究XX病的遗传方式”为子课题。下列调查的遗传病与选择方法最合理的是（）

A． 白化病 在学校内随机抽样调查

B． 红绿色盲在患者家系中调查

C． 进行性肌营养不良在市中心随机抽样调查

D． 青少年型糖尿病 在患者家系中调查

[解析]遗传病有家族性的特点，所以要研究遗传方式时，一般要选择单基因遗传病、而且在家族中调查，而不能随机抽样。但青少年型糖尿病是多基因遗传病，群体发病率较高。

[答案]B

模拟操练

1．在显微镜镜下，观察到人体内的某一细胞正在进行减数分裂，其内有44条常染色体和两个同型的性染色体，此细胞不可能是（）

①初级精母细胞②次级卵母细胞

③初级卵母细胞④次级精母细胞

⑤卵细胞⑥精细胞

A. ①⑤⑥B. ②③④C. ①④⑥D. ②③⑤

2． 用显微镜观察某组织，发现一部分细胞含2个染色体组，一部分细胞只有1个染色体组。这种组织可能来自（）

A． 绵羊胚胎B． 人的肾脏

C． 牛的卵巢 D． 根尖

3． 用秋水仙素和低温都可以诱导多倍体形成，起作用的时期是（）

A. 有丝分裂的间期 B. 后期

C. 有丝分裂前期D. 有丝分裂的整个过程

4． 在自然界中，多倍体形成的过程顺序是（）

①减数分裂过程受到阻碍②细胞核内染色体数目加倍③形成染色体数目加倍的生殖细胞 ④有丝分裂过程受到阻碍⑤形成染色体加倍的合子⑥染色体复制过程受到阻碍

A． ①②⑤③B． ④⑤③⑥

C． ⑥②③⑤D． ④②③⑤

5． 用秋水仙素处理幼苗可诱导形成多倍体植物。该过程中，秋水仙素的主要作用是（）

A． 使染色体再次复制

B． 使染色体着丝点不分裂

C． 抑制纺锤体的形成

D． 使细胞稳定在间期阶段

6． 原发性低血压是一种人类的遗传病。为了研究其发病率与遗传方式，正确的方法是（）

①在人群中随机抽样调查并计算发病率

②在人群中随机抽样调查研究遗传方式

③在患者家系调查并计算发病率

④在患者家系中调查研究遗传方式

A． ①②B． ②③C． ③④D． ①④

7．黑蒙性痴呆是在北美犹太人中较常见的一种遗传病，为研究其发病率，应该（）

A． 在人群中随机抽样调查并统计

B． 在患者家系中调查并计算发病率

C． 先确定其遗传方式，再计算发病率

D． 先调查该基因的频率，再计算出发病率

8． 下列是生物兴趣小组开展人类遗传病调查的基本步骤。其正确顺序是（）

（1）确定要调查的遗传病

（2）汇总结果，统计分析

（3）设计记录表格以及调查要点

（4）分多个小组调查，获得足够大的群体调查数据

A．（1）（3）（2）（4）

B．（3）（1）（4）（2）

C．（1）（3）（4）（2）

D．（1）（4）（3）（2）

答案点拨

1． A (细胞内有44条常染色体和两个同型的性染色体，可以是44+XX或44+YY。初级精母细胞的染色体组成是44+XY，卵细胞的染色体组成是22+X，精细胞的染色体组成是22+X或22+Y。次级卵母细胞在减数第二次分裂后期、着丝点分裂时，染色体加倍，由22+X→44+XX，次级精母细胞在减数第二次分裂后期、着丝点分裂时，染色体加倍，由22+X或22+Y→44+XX或44+YY)

2． C(动物的卵巢、精巢，植物的花的器官在成熟形成配子时，要进行减数分裂)

3． C( 秋水仙素和低温都可以诱导多倍体形成，是通过抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成达到目的,而纺锤体的形成发生在细胞分裂的前期)

4． D (多倍体的形成发生在有丝分裂过程中，通过抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体加倍)

5． C

6． D (人类遗传病情况可通过社会调查和家系调查的方式进行，但是统计调查某种遗传病在人群中的发病率应是在人群中随机抽样调查，然后用统计学方法进行计算；某种遗传病的遗传方式应对某个典型的患者家系进行调查)

7． A

8． C (人类遗传病的调查，首先要确定调查的遗传病类型然后制定表格以及调查人群和调查点，各小组通过调查获取各种数据，最后汇总分析，得出结论)

“生物的变异”专题突破 篇4

本专题内容主要包括生物变异的类型及其判别方法, 是历年高考命题的重点。下面从基础知识梳理、命题热点探究、专题综合演练等方面进行突破。

一、基础知识梳理

1. 生物变异的概念和类型

(1) 概念:生物变异是指生物的子代与亲代, 以及子代个体之间在性状上出现差异的现象。

(2) 类型:包括可遗传变异和不可遗传变异两种类型, 如图所示:

由以上可见, 不可遗传变异仅仅是由环境条件的改变引起的, 而可遗传变异是由遗传物质的改变引起的, 后者主要有基因突变、基因重组和染色体变异三种来源。因此, 判断这两种变异的主要依据是遗传物质是否发生改变。

2. 基因突变的概念、本质及判别方法

(1) 概念:是指DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变, 而引起基因结构的改变。

(2) 特点:基因突变具有普遍性、随机性、低频性、弊多利少性和不定向性、可逆性的特点, 经突变后产生原有基因的等位基因。

(3) 本质:基因突变是基因的分子结构发生改变, 结果产生了新的基因, 改变了基因的“质”, 出现了新性状, 但没有改变基因的“量”。

(4) 判别方法:主要依据基因中碱基对的种类、数量或排列顺序是否改变, 而不是依据基因的数量是否改变。

注:由显性基因突变为隐性基因叫隐性突变 (如A→a) ;由隐性基因突变为显性基因叫显性突变 (a→A) 。突变的碱基对是3或3的倍数时, 对生物性状的影响较小。若突变发生在体细胞中, 影响的是亲代本身。突变发生得越早, 生物表现出突变性状的部分越多。

3. 基因重组的概念、本质及判别方法

(1) 概念:是指控制不同性状的基因的重新组合。狭义的基因重组是指减数分裂过程中, 非同源染色单体之间的自由组合, 以及同源染色体的非姐妹染色体之间的交叉互换。广义的基因重组还包括受精作用、基因工程和细菌转化过程。

(2) 本质:是原有基因的重新组合, 基因内部的结构不改变, 不会产生新的基因, 但会产生新的基因型, 使性状重新组合。

(3) 判别方法:自然状态下的基因重组不会改变基因的数量, 但在基因工程中, 基因的数量会发生改变。

4. 染色体变异的概念、类型及判别方法

(1) 概念:是指染色体结构或者数目发生改变, 从而引起生物的性状改变。

(2) 类型: (1) 染色体结构的变异:是指染色体结构的改变, 主要包括DNA片断的缺失、重复、倒位和易位等; (2) 染色体数目的变异:是指染色体数目发生的改变, 包括个别染色体增减和成套染色体 (染色体组) 的增减。

(3) 本质:无论是染色体结构还是数目发生变异, 基因的结构都不会改变, 即不会产生新的基因, 但基因的数量或基因的排列顺序可发生改变, 会产生新的基因型。

(4) 判别方法: (1) 染色体变异在光学显微镜下可以直接观察到; (2) 依据基因的数量或基因的排列顺序是否发生改变。

注:基因突变、基因重组和染色体变异的相关问题。

(1) 关于“互换”问题。同源染色体上非姐妹染色单体的交叉互换, 属于基因重组;非同源染色体之间的互换, 属于染色体结构变异中的易位。

(2) 关于“缺失”问题。DNA分子上若干基因的缺失属于染色体变异;DNA分子上若干碱基对的缺失, 属于基因突变。

(3) 关于变异的水平问题。基因突变、基因重组属于分子水平的变化, 光学显微镜下观察不到;染色体变异属于亚细胞水平的变化, 光学显微镜下可以观察到。

(4) 关于不同生物的可遗传变异类型。病毒的可遗传变异唯一来源是基因突变;细菌等原核生物不含染色体, 所以不存在染色体变异。在真核生物中, 上述三种类型都存在。

5. 染色体组的概念和判断

(1) 染色体组的概念。

(1) 从本质上看:染色体组的所有染色体互为非同源染色体, 即在一个染色体组中无同源染色体的存在;

(2) 从形态上看:一个染色体组中的所有染色体的形态、大小各不相同;

(3) 从功能上看:一个染色体组携带着一种生物生长发育、遗传变异的全部信息;

(4) 从物种类型上看:不同种生物染色体组的染色体大小、形态不同, 但是数目可能相同。

(2) 染色体组数目的判断。

(1) 根据染色体的形态来判断:细胞内形态相同的染色体有几条, 就含有几个染色体组。

(2) 根据基因型来判断:在细胞或生物体的基因型中, 控制同一性状的基因出现几次, 就有几个染色体组。

(3) 根据染色体的个数和形态数来推算:染色体组数=染色体个数/染色体形态数。

注:单倍体和多倍体的比较。

单倍体是含有本物种配子染色体数的个体。多倍体是由合子发育而来的体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。

对于体细胞中含有三个染色体组的个体, 是属于单倍体还是三倍体, 要从其来源上判断。若直接来自配子, 就为单倍体;若来自受精卵, 则为三倍体。

二、命题热点探究

遗传和变异的内容是历年高考命题的重点, 试题大多以非选择题的形式出现, 能够很好考查考生的综合分析能力, 从而体现生物试题的区分度。近年来, 高考命题的重点具有从遗传基本定律向生物变异偏移的趋势, 特别是减数分裂与生物变异的结合已成为命题的亮点。

热点1.基因突变和染色体变异的理解

【命题解读】本专题涉及概念众多, 如基因突变、基因重组、染色体组、基因组、单倍体和多倍体等, 是渗透考查知识理解能力的良好命题素材。如2010年福建卷第5题、2011年安徽卷第4题考查基因突变的理解, 2011年海南卷第19题考查染色体变异的理解等。基因突变中碱基对的缺失、增添、改变对生物性状所造成的影响, 一直是命题的关注点;同时, 结合基因突变、染色体结构变异进行综合考查是今后命题的趋势。

【例1】 (2011年海南卷) 关于植物染色体变异的叙述, 正确的是 ( )

A.染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加

B.染色体组非整倍性变化必然导致新基因的产生

C.染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化

D.染色体片段的倒位和易位必然导致基因排列顺序的变化

解析:本题考查染色体变异与基因种类、数目的关系。染色体数目变异不会产生新基因, 故基因种类不会改变, 但会改变基因数量。染色体结构变异是指DNA片段的缺失、重复、倒位和易位, 能够改变基因的排列顺序。答案为D。

热点2:生物变异类型的判断

【命题解读】生物变异包括基因突变、基因重组、染色体变异, 结合减数分裂和生物性状判断生物变异类型属于近几年高考命题的高频考点。如2011年江苏卷第22题, 2012年新课标全国卷第31题, 2012年山东卷第27题。

【例2】 (2012年山东卷) 用红眼雌果蝇 (XRXR) 与白眼雄果蝇 (Xr Y) 为亲本杂交, 在F1群体中发现一只白眼雄果蝇 (记为“M”) , M果蝇出现的原因有三种可能:第一种是环境改变引起表现型变化, 但基因型未变;第二种是亲本果蝇发生基因突变;第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离 (注:果蝇性染色体为OX的个体为雌性, 且不育) 。请设计简便的杂交试验, 确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的。

实验步骤:_________________________。

结果预测:Ⅰ.若___________, 则是环境改变;

Ⅱ.若_________, 则是基因突变;

Ⅲ.若__________, 则是减数分裂时X染色体不分离。

解析:本题结合生物性状的改变判断变异的类型, 渗透着对实验设计能力、实验分析能力和综合分析能力的考查。解题时, 应从分析M果蝇出现的三种可能原因入手, 推出每种可能下M果蝇的基因型, 从而设计实验步骤和预测实验结果。分析题干可知, 三种可能情况下, M果蝇基因型分别为XRY、Xr Y、Xr O。因此, 本实验可以用M果蝇与多只正常白眼雌果蝇 (Xr Xr) 杂交, 统计子代果蝇的眼色。当XRY与Xr Xr杂交, 若子代雌性果蝇全部为红眼, 雄性果蝇全部为白眼, 则为环境引起的表型改变;当Xr Y与Xr Xr杂交, 若子代全部是白眼, 则为基因突变引起表型改变;当Xr O (不育) 与Xb Xb杂交, 若没有子代产生, 则是减数分裂时X染色体没有分离。

答案:实验步骤:用M果蝇与多只正常白眼雌果蝇杂交, 统计子代果蝇的表现型结果预测:Ⅰ.子代中雌果蝇全是红眼Ⅱ.子代全是白眼Ⅲ.无子代产生

热点3:减数分裂与染色体异常

【命题解读】个别染色体数目的增减所涉及减数分裂过程异常的判断是高考命题的热点, 如2011年北京卷第30题, 2011年天津卷第4题, 2012年山东卷第27题, 2012年安徽卷第31题。

【例3】细胞分裂的过程实质上是细胞内染色体的行为变化过程。下列配子的产生与减数第一次分裂后期染色体的异常行为密切相关的是 ( )

A.基因型为AaBb的个体产生AB、Ab、aB、ab四种配子

B.基因型为DD的个体产生D、d的配子

C.基因型为XaY的雄性个体产生XaY的异常精子

D.基因型为XBXb的雌性个体产生XBXB的异常卵细胞

解析:本题结合减数分裂过程考查异常配子产生的原因, 渗透对知识理解能力的考查。基因型为AaBb的个体产生AB、Ab、aB、ab四种配子是由于减数第一次分裂后期同源染色体彼此分离, 非同源染色体自由组合的结果, 属于正常的染色体行为变化, A项不合题意。B项主要是减数第一次分裂间期发生基因突变的结果。C项是由于减数第一次分裂后期, X、Y染色体进入同一个细胞, 从而导致Xa Y的异常精子的产生。D项是由于减数第二次分裂后期, 含B基因的X染色体上的两条姐妹染色单体没有分开, 从而导致XBXB的异常卵细胞的产生。答案为C。

热点4:生物变异与育种

【命题解读】生物变异与育种是体现高考生物试题难度、区分度的良好命题素材。在命题素材上, 由考查某种单一育种方法过渡到对多种育种方法的综合考查。在命题的理念上, 由传统的杂交育种, 转向太空育种 (诱变育种) 和基因工程育种。如2011年安徽卷第31题考查了育种方法在生产中的应用, 2011年福建卷第26题考查了育种方法的判断和特点等。

【例4】 (2012年浙江卷) 玉米的抗病和不抗病 (基因为A、a) 、高秆和矮秆 (基因为B、b) 是两对独立遗传的相对性状。现有不抗病矮秆玉米种子 (甲) , 研究人员欲培育抗病高秆玉米, 进行以下实验:

取适量的甲, 用合适剂量的γ射线照射后种植, 在后代中观察到白化苗4株、抗病矮秆1株 (乙) 和不抗病高秆1株 (丙) 。将乙与丙杂交, F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆、不抗病矮秆。选F1中的抗病高秆植株上的花药进行离体培养获得幼苗, 经秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株 (丁) 。

另一实验表明, 以甲和丁为亲本进行杂交, 子一代均为抗病高秆。

请回答:

(1) 对上述1株白化苗的研究发现, 控制其叶绿素合成的基因中缺失了一段DNA, 因此该基因不能正常_________, 功能丧失, 无法合成叶绿素, 表明该白化苗的变异具有________的特点, 该变异类型属于________。

(2) 上述培育抗病高秆玉米的实验运用了________、单倍体育种和杂交育种技术, 其中杂交育种技术依据的原理是_______。在花药离体培养中, 可通过诱导愈伤组织分化出芽、根获得再生植株, 也可通过诱导分化成_______获得再生植株。

(3) 从基因组成看, 乙与丙植株杂交的F1中抗病高秆植株能产生_______种配子。

(4) 请用遗传图解表示乙与丙植株杂交得到F1的过程。

解析:本题结合生物变异的来源, 通过创设新情境考查生物育种的相关知识, 渗透考查考生对各种育种原理和过程的理解, 属于基础题。解答第4小题时, 要注意绘遗传图解的规范要求:一要写出亲本和子代的表现型;二要正确写出亲本和子代的基因型;三要写出相应的符号 (P、F1、×、↓) , 以及子代基因型和表现型的比例。

答案: (1) 表达有害性基因突变

(2) 诱变育种基因重组胚状体

(3) 4

(4) 见下图:

三、专题综合演练

1. 在减数第一次分裂的间期, 因某些原因使果蝇Ⅱ号染色体上的DNA分子缺失了一个基因, 这说明果蝇发生了 ( )

A.染色体变异B.基因重组

C.基因突变D.不能判断

2. 下列关于基因突变的叙述中, 正确的是 ( )

A.基因突变一定能引起性状改变

B.亲代的突变基因一定能传递给子代

C.等位基因的产生是基因突变的结果

D.DNA分子结构改变都能引起基因突变

3. 下列有关基因重组的叙述, 错误的是 ( )

A.非同源染色体的自由组合能导致基因重组

B.非姐妹染色单体的交换可引起基因重组

C.纯合体自交由于基因重组导致子代性状分离

D.同胞兄妹间的遗传差异与父母基因重组有关

4. 下列有关单倍体的叙述中, 正确的是 ( )

A.基因型为Abcd的生物体一般是单倍体

B.含有两个染色体组的生物体, 一定不是单倍体

C.生物的精子或卵细胞一定都是单倍体

D.含有奇数染色体组的个体一定是单倍体

5. 下列有关染色体组的叙述中, 正确的是 ( )

A.染色体组内不存在同源染色体

B.染色体组只存在生殖细胞中

C.染色体组只存在体细胞中

D.染色体组在减数分裂过程中消失

6. 萝卜和甘蓝均为二倍体, 利用萝卜和甘蓝作为材料经以下不同处理后得到的植株可育的组合是 ( )

(1) 萝卜×甘蓝→F1植株

(2) 萝卜×甘蓝→F1经秋水仙素处理加倍植株

(3) 萝卜经秋水仙素处理加倍植株×甘蓝→F1植株

(4) 萝卜与甘蓝经体细胞杂交得到的杂种植株

A. (1) (3) B. (2) (3)

C. (2) (4) D. (3) (4)

7. 遗传学检测两个人的体细胞中两种基因组成, 发现甲为AaB, 乙为AABb。对于甲缺少一个基因的原因分析, 错误的是 ( )

A.染色体结构变异

B.染色体数目变异

C.基因突变

D.可能是男性

8. 由受精卵发育而来的雌蜂 (蜂王) 是二倍体 (2n=32) , 由未受精的卵细胞发育而来的雄蜂是单倍体 (n=16) 。下列相关叙述中正确的是 ( )

A.蜜蜂属于XY型性别决定的生物

B.雄蜂是单倍体, 因此高度不育

C.由于基因重组, 一只雄蜂可以产生多种配子

D.雄蜂体细胞有丝分裂后期含有2个染色体组

9. 下列有关生物变异和进化的叙述, 合理的是 ( )

A.姐妹染色单体上出现等位基因一定是基因突变的结果

B.染色体结构的变异必将导致基因数目的增减

C.生物进化的实质是环境对有利变异的定向选择

D.转基因技术可在物种之间实现不同性状基因的重组

1 0. 图示雌性果蝇体内部分染色体的行为及细胞分裂图像, 其中能够体现基因重组的是 ( )

A. (1) (3) B. (1) (4) C. (2) (3) D. (2) (4)

1 1. 小鼠中有一种控制灰砂色的基因 (T) , 位于X染色体上。正常灰色 (t) 但性染色体为XO的雌鼠与灰砂色雄鼠交配, 预期后代表现型比为 (胚胎的存活至少要有一条X染色体) ( )

A.灰砂♀∶灰色♂=2∶1

B.灰砂♀∶灰色♂=1∶2

C.灰砂♀∶灰色♂=1∶1

D.灰砂♀∶灰色♂=3∶1

1 2. 在红粒高秆的麦田里, 偶然发现一株白粒矮秆优质小麦, 欲在两三年内能获得大量的白粒矮秆麦种, 通常用的育种方法是 ( )

A.杂交育种B.诱变育种

C.人工嫁接D.单倍体育种

1 3. 下列有关生物变异的叙述正确的是 ( )

(1) 通过基因突变能够产生原来基因的等位基因

(2) 染色体结构变异一定会导致基因数目的改变

(3) 减数分裂过程中非同源染色体之间交叉互换会导致基因重组

(4) 细胞分裂次数越多, 基因突变的可能性越大

A. (1) (3) B. (1) (4) C. (2) (3) D. (2) (4)

1 4. 某精原细胞在人为因素作用下发生了如图所示的染色体易位, 则该精原细胞进行正常的减数分裂产生异常精细胞所占比例为 ( )

(1) 1/4 (2) 3/4 (3) 1/2 (4) 1

1 5. 下列针对生物学中常见育种方法的理解, 错误的是 ( )

A.在杂交育种中, 一般从F2开始选种, 因为从F2开始发生性状分离

B.在单倍体育种中, 常筛选出F1的花粉然后进行花药离体培养

C.在多倍体育种中, 秋水仙素处理的目的是使染色体加倍

D.在诱变育种中, 常选用萌发的种子或幼苗作为处理材料

16.下图所示为某二倍体植物的体细胞的有关生理过程。据图回答下列问题。

(1) 该二倍体植物基因型为_______。A过程为_______, 遵循_______定律, 产生的花粉的基因型有_______种。

(2) 如果该植物的体细胞中染色体数为24条, B过程为_______, C过程一般是用_______处理幼苗, 个体Ⅰ的体细胞中含有_______条染色体。

(3) 个体Ⅱ中能稳定遗传的占_______, 重组类型占_______。

(4) 若要尽快获得纯种优良 (aaBBCCdd) 的品种, 则应采用上图中_______ (用字母表达) 过程进行育种。

17.生物多为二倍体, 缺失一条染色体是单体 (2n-1) 。大多数动物的单体不能存活, 但在黑腹果蝇中, 点状染色体 (4号染色体) 缺失一条也可以存活, 而且能够繁殖后代, 可以用来进行遗传学研究。

在果蝇群体中, 无眼性状为常染色体上隐性遗传, 由a基因控制;现利用_______果蝇与纯合野生型4号染色体单体果蝇交配, 通过统计子代的性状表现, 从而判断无眼基因是否位于4号染色体上。

实验结果预测及结论:

(1) 若_______, 则说明无眼基因位于4号染色体上;

(2) 若_______, 则说明无眼基因不位于4号染色体上。

18.科学家发现睾丸决定基因是睾丸发育的必要条件, 人睾丸决定基因一般位于Y染色体上, 当含该基因的一段Y染色体易位到其他染色体上, 人群中会出现性染色体组型为XX的男性 (每20000名男子中有一个) 。下图为某家系患某种伴性遗传病的遗传图谱, 请分析回答:

(1) 该遗传病位于_______染色体上, 属于_______性遗传。

(2) 6号个体的睾丸决定基因可能位于什么染色体上?_______。其变异类型属于_______。

(3) 若不考虑基因突变, 请解释6号个体不患该伴性遗传病的原因:_______。

(4) 7号个体和8号个体再生一个患该伴性遗传病女孩的概率是_______。

19.火鸡有时能进行孤雌生殖 (卵细胞没有受精就能发育成新个体的生殖现象) , 火鸡孤雌生殖的发生 (假定雏鸟要能活下去, 必须有一个Z染色体存在) 可能有三个原因:

(1) 如果卵细胞在形成过程中, 没有经过减数分裂, 仍为二倍体, 则理论上孤雌生殖发育的子代雌、雄数量比为_______。

(2) 如果卵细胞被极体受精, 形成二倍体, 则理论上孤雌生殖发育的子代雌、雄数量比为_______。

(3) 如果卵细胞核染色体加倍形成二倍体, 则理论上孤雌生殖发育的子代雌、雄数量比为_______。请用遗传图解表示原因 (2) 可能的过程。

20.小香猪背部皮毛颜色是由位于不同常染色体上的两对基因 (Aa和Bb) 控制的, 共有四种表现型:黑色 (A ___B___) 、褐色 (aaB___) 、棕色 (A___ bb) 和白色 (aabb) 。

(1) 如图为一只黑色小香猪 (AaBb) 产生的一个初级精母细胞, 1位点为A, 2位点为a, 某同学认为该现象出现的原因可能是基因突变或交叉互换。若是发生交叉互换, 该初级精母细胞可产生配子的基因型是_______;若是发生基因突变, 且为隐性突变, 该初级精母细胞可产生配子的基因型是_______或_______。

(2) 请设计一个实验方案对上面的假设进行验证并预测实验结果。

方案:用该性母细胞产生的配子与_______个体产生的卵细胞进行体外受精、胚胎移植, 观察子代的表现型。

结果预测:

(1) 如果子代_______, 则为交叉互换。

(2) 如果子代_______, 则基因发生了隐性突变。

参考答案

1.A 2.C 3.C 4.A 5.A 6.C 7.C8.D 9.D 10.B 11.A 12.A 13.B 14.B15.B

16. (1) AaBbCCDd减数分裂基因的分离和自由组合8

(2) 花粉 (药) 离体培养秋水仙素24

(3) 1/8 37/64 ABC

17.正常无眼 (1) 若子代中出现野生型果蝇和无眼果蝇且比例为1∶1

(2) 若子代全为野生型

18. (1) X隐

(2) 常染色体上或X染色体上染色体结构变异

(3) 虽然6号个体从1号个体继承了X连锁的隐性患病基因, 但6号个体又从2号个体得到携带着正常显性基因的X染色体

(4) 0

19. (1) 1∶0 (2) 4∶1 (3) 0∶1结合减数分裂知识用遗传图解表示原因 (2) 可能的过程如下:

20. (1) AB、Ab、aB、ab AB、aB、ab或Ab、ab、aB

(2) 方案:白色小香猪

结果预测:

(1) 出现了黑色、褐色、棕色和白色四种表现型

(2) 出现了黑色、褐色和白色或棕色、褐色和白色三种表现型

生物的变异教案 篇5

逸夫学校 王亚军

一、教材分析：

本节课的内容是继“性状的遗传”之后关于生物变异的内容比较简单，而且也容易引起学生的兴趣，所以比较适合运用探究式教法。在教学中充分发挥学生的主动性，多让学生去动脑筋，教师尽量不去直接讲述知识，而是多用引导的方式来启发学生自己来探究问题，寻找答案。这样有利于学生对知识的理解和记忆。在本节课上，学生应该知道变异现象非常普遍，并且能判断何种变异可遗传给下一代，何种遗传不能遗传给下一代。并且对于农作物育种有最基础的了解。

二、教学目标： 1．知识目标：

（1）知道变异的概念。

（2）学会区分可遗传变异和不可遗传变异的。（3）举例说出遗传变异原理在培育新品种上的应用。2．能力目标：

（1）培养学生的观察能力和理论联系实际的能力（2）培养学生能够共同协作解决问题的能力 3．情感、态度价值观

（1）培养学生热爱大自然，热爱科学．勇于探索的科学精神。

（2）使学生感受到我国在现代农业发展方面的成就，增强民族自豪感和使命感。

三、重点难点：引起生物遗传变异的原因。

四、教学方法：观察法、分析法、讨论法等。

五、教学媒体准备：生物变异的PPT课件 教学过程设计：

一、导入课题

提问：俗话说”一母生九子，九子各不同”，这描述的是—种什么生物现象？

二、生物的变异

1、变异的概念

学生欣赏同种生物不同的个体之间的差异，出示问题学生看书后回答，强调概念中关键词。引出变异的特点。

2、变异的分类

出示问题学生分析通过讨论得出结论，交流结论。比较两种变异的分类依据。进行及时总结。

3、变异的应用

师生共同分析育种方法。练习：当堂练习巩固 板书设计：

生物的变异

1、概念：

2、原因：

3、分类： 4.应用

课堂练习

1、普通西红柿和樱桃西红柿属于同种植物，但它们果实的大小差异很大，这种现象属于（）。

2、由外界环境的影响引起的,()物质没有发生变化的变异叫做()的变异。

3、由遗传物质的改变引起的变异是可遗传的，叫做()变异。

4.生物的变异现象随处可见,下列变异可以遗传的是()A、小亮喂养的花猫生了一只白猫

B、小华在纸箱里培育的蒜苗叶片发黄 C、小刚经过严格的训练后跑得很快 D、小林暑假经常到海里游泳皮肤晒得很黑

5.有关变异的叙述中,正确的是（）A、变异对生物的生存都是不利的 B、变异对生物的生存都是有利的 C、变异一旦出现,就可以遗传给后代

D、有的变异是由遗传物质变化引起的,有的则是由不同环境引起的.6.下列变异中，不可遗传的是（）A、视觉正常的夫妇生下患色盲的儿子 B、家兔的毛色有白色、黑色、灰色 C、玉米地中常出现的白化苗

D、暑假后同学们在军训一段时间后肤色

变黑

7.下列现象中属于可遗传变异的是（）

Ａ、同卵双生姐妹，姐姐比妹妹略胖

Ｂ、种在肥沃土壤中的水稻颗粒饱满

Ｃ、不同人种的肤色不同

Ｄ、某人用眼不当导致近视

8.有利变异是指（）A、对人类有益的变异 B、对生物自身生存有益的变异 C、可以提高产量的变异 D、可以遗传给后代的变异

9.判断并说明理由

(1).生物产生的变异，对自身的生存都是有利的(2).生物的变异都是可遗传的

生物变异 篇6

一、2008年全国各地高考生物题中有关“遗传”内容试题的特点

1所占分值比例较大

从考点的分布看，遗传、变异与基因工程的内容是每一套试题的必考内容，而且所占比例很大，分值所占比例在25％～33.3％左右。即至少占全卷的1/4，多则达到1/3。在新课程卷中，在选做题中，大多有遗传题。可见。遗传与变异的内容仍是高考出题的重中之重，而且整个生物试卷的难度主要在这部分内容中得以体现。

2试题特点

(1)题目形式以非选择题为主

今年高考题(理综试卷)中，遗传部分仍然以非选择题为主，但同时选择题里也涉及到遗传与变异、基因工程等内容，如四川(延考区)卷的第4题、全国1卷的第4题、北京卷的第4题等。这透露的信息很明显，进一步增加遗传内容的分值，加大遗传的考查力度。

(2)题材多以育种知识为背景

今年理综类试卷的遗传非选择题有“回归自然，重考经典”的趋势。题目大多数以遗传育种为载体和背景材料，与生活和生产实际相联系，素材常规化，所考问题常规化。考查知识的重点是基因的分离定律和自由组合定律、基因自由组合规律与变异(包括基因突变、染色体数目变异)的结合等，同时结合考查与遗传学有关的其他知识。如减数分裂、基因工程、基因的表达、变异的来源等知识，将具有内在联系的知识点进行结合，加重对知识的综合考查。而概率计算仍然不复杂，出现几率较小。

(3)命题以能力测试为主导

试题在注重对遗传的基本规律、交配方式、变异类型等基础知识和主干知识考查的同时，坚持以理解能力、实验与探究能力、综合运用能力的测试为主导的命题理念。着重考查考生的理解能力、筛选信息的能力(审题能力)、逻辑推理能力、语言表达能力、综合运用能力等诸多方面的能力，几乎所有的试题都是要求考生能鉴别、选择信息；用文字阐述事实和原理；运用所学知识进行解释和推理，做出合理的判断；理论联系实际，综合运用所学知识解决实际问题。

(4)试题稳定中有新变化

一是将研究对象拓展为三对等位基因的遗传现象，如全国卷Ⅰ31题、全国卷Ⅱ 31题、江苏生物卷28题、海南生物卷22题等，都涉及到三对等位基因遗传的有关问题，四川(延考区)卷4题(选择题)更是考查了五对等位基因遗传的问题。二是有多套试题都考查了两对基因控制一对相对性状的遗传问题，如宁夏理综卷29题、广东理科基础卷33题、全国卷Ⅱ31题等。三是有关遗传现象中的遗传特例，如某种配子致死、某种基因型致死导致后代出现非常规性状分离比，以往试题中经常出现，这样的问题今年仍然有所体现，如北京卷选择题第4题、海南生物卷选择题18题等。虽然这些题目都不是很难。但内容的复杂化却更有利于区分学生获取信息、综合分析、推理判断等能力。

(5)试题答案倾向于客观化

除选择题外，遗传的非选择题基本上都是将问题划分为若干个小问题或若干个填空题，需要考生书写的答案字数明显减少，没有了写遗传图解，或论述式的答案。虽然试题的开放程度有所降低，但对考生答案的准确性，特别是用生物学术语回答问题的能力提高了，这更有利于客观评分。增加试题区分度。

二、复习策略

考生在遗传部分的复习中，把握的总体策略是：自主构建知识体系，完善知识结构；强化训练，提升知识的应用能力，提高应试技巧。

1围绕核心概念，建构单元知识体系框架

“遗传、变异、基因工程”的知识内容中，核心概念是“基因”。在复习中，应该以“基因”为核心，通过归纳、衍射等复习方法，构建起如下知识网络，使知识系统化、网络化。

2围绕核心概念，建立各知识板块的知识体系及其之间的内在联系

(1)建立知识块的体系

比如在变异的复习中，依据“变异”知识的内容，构建如下体系结构：

4强化训练，提高解题技巧

要善于利用近几年各地的高考真题进行分类训练，因为高考题往往与生活、生产实际和最新科研成果有联系，可以启发考生的解题思路，强调规范答题，全面提高学生各方面的能力，特别是理论联系实际的能力。在训练的基础上，认真听教师有针对性的评讲，并不断总结反思，用心体会，达到一题多用、举一反三的目的。

同时，还要不断地总结规律，提升解题技巧。如有关遗传系谱图中相关问题的概率计算，其解题的关键首先是根据相关的遗传现象进行判断遗传的原理，然后根据遗传原理和特点，推出相关个体的基因型，再进行计算。判断的基本程序是：

①判定是细胞核或细胞质遗传：如果子代表现出母系遗传，即是细胞质遗传；则为细胞核遗传，需要进一步判断是常染色体遗传还是伴性遗传(伴x或伴Y遗传)，是显性遗传还是隐性遗传；

②判定是否为伴Y染色体遗传：表现为父系遗传。雌性均无该性状表现：

③判定显、隐性关系：当否定细胞质遗传和伴Y染色体遗传后，先根据表现出的遗传特点，判断显、隐性关系。如果双亲性状正常，子代出现患病，卿子代的性状为隐性，亲本性状为显性；

④如果双亲性状正常，生了患病的雌性个体，则为子代性状为常染色体隐性遗传；亲代性状为常染色体显性遗传；

⑤如果父本正常，母本患病，生了患病的雌性个体或正常的雄性个体，则致病基因不是伴x染色体隐性遗传：

⑥如果母本正常。父本患病，生了患病的雄性个体或正常的雌性个体，则致病基因不是伴×染色体显性遗传；

三管齐下破解“生物的变异” 篇7

本专题涵盖基因突变、基因重组和染色体变异。侧重考查对基因突变的产生、结果分析与特点的理解;对变异原因与变异类型的判断;对多倍体、单倍体形成的原因分析及多倍体、单倍体的特点的应用能力。近年来出现的生物变异类型的实验探究类题目较多, 值得注意。

一、基因突变与基因重组

(一) 可遗传变异与不可遗传变异

【易错警示】“可遗传”≠可育

注意:确认是否为可遗传变异的唯一依据是看“遗传物质是否发生变化”。

三倍体无子西瓜、骡子、单倍体等均 表现毎“不育”, 但它们均属可遗传变异———其遗传物质已发生变化, 若将其体细胞培养为个体, 则可保持其变异性状———这与仅由环境引起的不可遗传变异有着本质区别。如无子番茄的“无子”原因是植株未授粉, 生长素促进了果实发育, 这种“无子”性状是不可保留到子代的, 将无子番茄进行组织培养时, 若能正常授粉, 则可结“有子果实”。

(二) 基因突变

1.概念

DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失, 而引起的基因结构的改变。

图解突变原因如下:

2.分析基因结构中碱基对的增添、缺失、替换对生物的影响

3.特点

4.意义

5.基因突变 不 一 定 导 致 生 物 性 状 改 变 的原因

(1) 不具有遗传效应的DNA片段中的“突变”不引起基因突变, 不引起性状变异。

(2) 由于多种密码子决定同一种氨基酸, 因此某些基因突变也不引起性状的改变。

(3) 某些基因突变虽改变了蛋白质中个别位置的氨基酸种类, 但并不影响蛋白质的功能。

(4) 隐性突变在杂合子状态下也不会引起性状的改变。

【易错警示】

(1) 基因突变≠DNA中碱基对的增添、缺失、替换。

(2) 基因突变不只发生在分裂间期。无丝分裂、原核生物的二分裂及病毒DNA复制时均可发生基因突变。

(3) 基因突变是DNA分子水平上基因内部碱基对种类和数目的改变, 基因的数目和位置并未改变。

(4) 在没有诱发因素的作用下, 基因突变也会自发产生, 其自发突变率很低。生殖细胞的突变率一般比体细胞的突变率高。

(5) 基因突变的结果是产生新基因, 并不全是产生等位基 因, 如病毒、原核 生物的基 因突变。

(6) 基因突变的利害性取决于生物生存的环境条件。

(三) 基因重组

1.基因重组的类型

2.基因重组的结果

产生了新的基 因型, 大大丰富 了变异的来源。

【易错警示】

(1) 自然状况下, 原核生物中不会发生基因重组。

(2) 基因重组是真核生物有性生殖过程中产生可遗传变异的最重要来源, 是形成生物多样性的重要原因。

(3) 基因重组未产生新基因, 只是原有基因的重新组合, 产生了新的表现型 (或新品种) 。

例1. (2010·福建卷) 下图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。已知WNK4基因发生一种突变, 导致1169位赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是 ()

A.1处插入碱基对G—C

B.2处碱基对A—T替换为G—C

C.3处缺失碱基对A—T

D.4处碱基对G—C替换为A—T

解析:本题主要考查基因突变、转录、翻译等基础知识, 及突变对性状的影响。

首先根据基因结构和氨基酸种类先确定密码子的排列顺序, 由甘氨酸密码子为GGG, 可推得模板为WNK4基因第二条链, 根据互补关系可推知mRNA上碱基序 列为 (…GGGAAGCAG…) 。然后根据 选项提供 的突变形式及突变后的碱基序列, 推断出突变后的氨基酸 序列, 找出符合1169位赖氨酸 (AAG) 变为谷氨酸的选项即解。

答案:B

二、染色体变异

(一) 染色体结构的变异

1.染色体结构变异的4种类型

2.染色体结构变异与基因突变界定方法

染色体结构变异使排列在染色体上的“基因的数目或排列顺序”发生改变, 从而导致性状的变异, 属于细胞水平上的变化, 显微镜下可观察到。基因突变是“基因内部结构”的改变, 属于分子水平上的变化, 显微镜下观察不到。

3.易位与交叉互换的区别

(二) 染色体数目变异及其应用

1.染色体组的组成特点

(1) 从染色体来源看, 一个染色体组中不含同源染色体。

(2) 从形态、大小和功能看, 一个染色体组中所含的染色体各不相同。

(3) 从所含的基因看, 一个染色体组中含有控制本物种生 物性状的 一整套基 因, 但不能重复。

2.染色体组数的判断

(1) 细胞内同一形态的染色体共有几条则该细胞中含有几个染色体组, 如图甲中与1号 (或2号) 相同的染色体共有4条, 此细胞有4个染色体组。

(2) 根据基因型判断。控制同一性状的基因 (读音相同的大、小写字母) 出现几次, 则含有几个染色 体组。如图 乙中基因 型为AaaaBbbb, 任一种基因有4个, 则该细胞中含有4个染色体组。

(3) 根据染色体的数目和染色体的形态数来推算。染色体组的数目=染色体数/染色体形态数。如雌果蝇体细胞中有8条染色体, 分为4种形态, 则染色体组的数目为2个。

2.单倍体、二倍体和多倍体的判断

4.多倍体育种和单倍体育种

【易错警示】

(1) 单倍体的体细胞≠只有一个染色体组。

因为大部分的生物是二倍体, 所以一般认为单倍体的体细胞中只含有一个染色体组, 但是多倍体的单倍体中体细胞含有不止一个染色体组。

(2) 三体≠三倍体。

(3) 单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同。

两种育种方式都出现了染色体加倍情况:单倍体育种操作对象是单倍体幼苗, 通过植物组织培养, 得到的植株是纯合子;多倍体育种的操作对象是正常萌发的种子或幼苗。

5.染色体变异及各种变异的比较

【疑难点拨】

(1) 三种变异的共同点。

基因突变、基因重组、染色体变异都会引起遗传物质的改变, 都是可遗传变异, 但不一定遗传给后代。

(2) 三种变异的实质解读。

若把基因视为染色体上的一个位“点”, 染色体视为点所在的“线段”, 则:

基因突变———“点”的变化 (点的质变, 但数目不变) ;

基因重组———“点”的结合或交换 (点的质与量均不变) ;

染色体变异———“线段”发生结构或数目的变化;

染色体结构变 异———线段的部 分片段重复、缺失、倒位、易位 (点的质不变, 数目和位置可能变化) ;

染色体数目变异———个别线段增添、缺失或线段成倍增减 (点的质不变、数目变化) 。

例2. (2013·福建卷) 某男子表现型正常, 但其一条14号和一条21号染色体相互连接形成一条异常染色体, 如图甲。减数分裂时异常染色体的联会如图乙, 配对的三条染色体中, 任意配对的两条染色体分离时, 另一条染色体随机移向细胞任一极。下列叙述正确的是 ()

A.图甲所示的变异属于基因重组

B.观察异常染色体应选择处于分裂间期的细胞

C.如不考虑其他染色体, 理论上该男子产生的精子类型有8种

D.该男子与正常女子婚配能生育染色体组成正常的后代

解析:通过染色体变异和精子形成过程图例的分析, 考查了学生对染色体变异和基因重组的区别、减数分裂过程、非同源染色体自由组合等知识的理解和应用能力。A项错误, 由图甲可看出, 14号和21号染色体相互连接时, 还丢失了一小段染色体, 属于染色体变异。B项错误, 间期以染色质形态存在, 看不到染色体, 应该在中期观察异常染色体。C项错误, 不考虑其他染色体, 该男子只能产生6种精子 (如下表) 。通过下表可知, 该男子能产生正 常精子14+21, 故能生育正常的后代, D项正确。

答案:D

三、生物变异类型的实验探究

1.基因突变体、染色体结构缺失突变体、染色体数目缺失突变体的判别

(1) 判别依据:基因突变体只改变了基因种类, 基因的数目没有变化;染色体结构缺失突变体减少了缺失段的基因, 即缺失部分基因;染色体整条缺失, 则导致整条染色体上的基因缺失。

(2) 判断方法:分别作出假设, 选择突变体与缺失一条染色体或一条部分缺失的染色体杂交、测交或自交, 看相交后的结果是否不同, 若存在不同, 则假设成立。

(3) 注意:具体选用的材料与杂交方法要依题目给定的条件来定。

2.变异原因的探究

(1) 判别依据:1遗传物质的改变引起的变异可在其自交后代或与其他个体的杂交后代中再次出现 (即能遗传) 。

2仅由环境条件的改变引起的变异不能遗传给自交后代或杂交后代。

(2) 判断方法:1自交或杂交获得子代, 子代自交或子代之间杂交, 用这种方法确定变异的原因。如果子代自交或杂交的后代出现变异性状, 则变异性状是由于遗传物质变化引起的, 反之, 变异性状的出现仅是由环境引起的, 遗传物质没有改变。

2将变异个体和正常个体培养在相同的条件下, 两者没有出现明显变异, 则原来的变异性状是由环境引起的。

3.染色体畸变与基因突变的判别

(1) 判别依据:光学显微镜下能观察到的是染色体畸变, 不能观察到的是基因突变。

具体操作:制作正常个体与待测变异个体的有丝分裂临时装片, 找到中期图进行染色体结构与数目的比较, 可以判断是否发生了染色体畸变。

4.显性突变与隐性突变的判定

(1) 判别依据:受到物理、化学和生物因素的影响, AA个体如果突变成Aa个体, 则突变性状在当代不会表现出来, 只有Aa个体自交后代才会有aa变异个体出现, 因此这种变异个体一旦出现即是纯合子。相反, 如果aa个体突变成Aa个体, 则当代就会表现出突变性状。

(2) 判断方法:1选择突变体与其他已知未突变体杂交, 通过观察后代变异性状的比例来判断基因突变的类型。

2植物还可以利用突变体自交观察后代有无性状分离 来进行显 性突变与 隐性突变 的判定。

例3. (2012·山东卷) (节选) 几种性染色体异常果蝇的性别、育性等如图所示。

用红眼雌果 蝇 (XRXR ) 与白眼雄 果蝇 (XrY) 为亲本杂交, 在F1群体中发现一只白眼雄果蝇 (记作“M”) 。M果蝇出现的原因有三种可能:第一种是环境改变引起表现型变化, 但基因型未变;第二种是亲本果蝇发生基因突变;第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离。请设计简便的杂交实验, 确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的。

实验步骤:_____。

结果预测:Ⅰ.若_____ , 则是环境改变;

Ⅱ.若_____ , 则是基因突变;

Ⅲ.若_____, 则是减数分裂 时X染色体不分离。

解析:若白眼雄果蝇的出现是由环境改变引起的, 其基因型仍为XRY, 若是由亲本基因突变引起的, 则其基因型为XrY, 若是由于第三种原因引起的, 则其基因型为XrO (雄性不育) 。故本题实质是 设计实验 区别基因 型为XRY、XrY、XrO的个体, 自然想到动物运用测交的方式, 与多只白眼雌果蝇 (XrXr) 杂交, 后代表现型不同, 据此可确定是何种原因导致的。第一种情况下, XRY与XrXr杂交, 子代雌性果蝇全部为红眼, 雄性果蝇全部为白眼;第二种情况下XrY与XrXr杂交, 子代全部是白眼;第三种情况下, 由题干所给图示可知XrO不育, 因此与XrXr杂交, 没有子代产生。

答案:M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交, 分析子代的表现型

Ⅰ.子代出现红眼 (雌) 果蝇

Ⅱ.子代表现型全部为白眼

Ⅲ.无子代产生

【同步集训】

1.某镰刀形细胞贫血症患者因血红蛋白基因发生突变, 导致血红蛋白的第六位氨基酸由谷氨酸变成缬氨酸。下列有关叙述不 正确的是 ()

A.患者血红蛋白mRNA的碱基序列与正常人不同

B.患者红细胞中血红蛋白的 空间结构与正常人不同

C.患者细胞中携带谷氨酸的tRNA与正常人不同

D.此病症可通过显微观察或DNA分子杂交检测

2.果蝇某染色体上的DNA分子中一个脱氧核苷酸发生了改变导致了某基因结构的改变, 其结果是 ()

A.变成其等位基因

B.DNA分子内部的碱基配对方式改变

C.此染色体的结构发生改变

D.此染色体上基因的数目和排列顺序发生改变

3.下列关于 可遗传变 异的叙述 正确的是 ()

A.A基因可自发突变为a1或a2基因, 但a1基因不可回复突变为A基因

B.有性生殖的生物, 非同源染色体上的非等位基因间可以发生基因重组

C.Ti质粒的T-DNA片段整合到土壤农杆菌的DNA上, 属于染色体变异

D.杀虫剂作为化学因素诱导害虫产生抗药性突变, 导致害虫抗药性增强

4.玉米 (2n=20) 花药离体培养的单倍体幼苗, 经秋水仙素处理后形成二倍体植株。下图是该诱导过程某时段细胞中核DNA含量变化示意图, 相关叙述错误的是 ()

A.a-b过程中细胞不会发生基因重组

B.c-d过程中细胞内发生了染色体数目加倍

C.c点后细胞 内各染色 体组的基 因组成相同

D.f-g过程中同源染色体分离, 细胞内染色体数目减半

5.Tay-Sachs病是一种基因病, 可能是由于基因突变从而产生异常酶引起的。下列表格为正常酶和异常酶的部分氨基酸序列。根据题干信息, 推断异常酶的mRNA不同于正常酶的mRNA原因是 ()

A.第5个密码子前插入UAC

B.第5个密码子中插入碱基A

C.第6个密码子前UCU被删除

D.第7个密码子中的C被G替代

6.下列 关 于 染 色 体 变 异 的 叙 述, 正 确 的是 ()

A.染色体增加某一片段可提高基因表达水平, 是有利变异

B.染色体缺失有利于隐性基因表达, 可提高个体的生存能力

C.染色体易位不改变基因数量, 对个体性状不会产生影响

D.通过诱导多倍体的方法可克服远缘杂交不育, 培育出作物新类型

7.果蝇翅的性状由 常染色体 上的基因 控制。某果蝇体细胞的染色体组成如下图, 则该果蝇的性别是_____, 缺失一条染色体的个体叫单体 (2n-1) 。大多数动物的单体不能存活, 但是在黑腹果蝇 (2n=8) 中, 点状染色体 (4号染色体) 缺失一条可以存活, 且能够繁殖后代, 从变异类型看, 单体属于_____。

某黑腹果蝇群体中存在短翅个体, 正常翅对短翅为显性, 且位于常染色体上。请设计简便实验探究短翅基因是否位于4号染色体上。

实验步骤:1_____;

2统计子代的性状表现, 并记录。

实验结果预测及结论:

a.若_____, 则说明短翅基因位于4号染色体上;

b.若_____, 则说明短翅基因不位于4号染色体上。

【参考答案】

1.C2.A3.B4.D5.A6.D

7.雄性染色体变异

1让非单体的短翅果蝇个体与正常翅 (纯合) 4号染色单体果蝇交配, 获得子代

a.子代出现正常翅果蝇和短翅果蝇, 且比例是1∶1

b.子代全是正常翅果蝇

生物变异 篇8

一、备战——课前武装、适当准备

传统课堂教学过分关注知识的接受和技能的训练, 从根本上失去了对人的生命存在及其发展的整体关怀, 从而使学生成为被“肢解”的人, 甚至是被“窒息”的人。现在的课堂正因为教学思想及教育方式的改变而逐渐灵动起来, 更多关注了学生自身的发展和需求。

多媒体手段的运用大大激发了学生探索自然的兴趣。瞧!学生听得多专注、看得多入神, 仿佛各种奇特的生物变异就发生在他们周围。此时学生通过视觉、听觉对变异有了自己的理解, 产生初步的了解。

多媒体进入课堂, 一改过去“一本书+一张嘴+一支粉笔”的单调的教学模式, 充分调动了学生的视听感觉, 学生兴趣浓厚, 学习投入。没有学习兴趣, 学生不会积极提出问题、积极回答问题;兴趣是学习的动力, 有了兴趣, 就会学而不厌。学生在原有的基础上对“生物的变异”有了新的认识, 深刻地记住了这些内容, 从而为科学解释变异的本质埋下伏笔。

二、合作——小组合作、协同表现

协作小组内的同学开始合作, 共同从基因突变的一个典型的病例——镰刀型细胞贫血症入手。通过大家讨论后, 以一个学生讲解, 老师补充的方式将这个病例分析透彻, 自然地引出基因突变的一种情况。从这个情况入手, 提出问题:还有其他的情况吗?引发学生思考, 进而利用课前做好的两个flash, 演示其他的两种情况。这样就水到渠成, 推出了基因突变的概念。接下来的时间就留给学生, 教师提出三个问题, 学生通过自己的学习解决这三个问题。小组合作学习时应注意小组成员间的对等性, 要有共同的活动和相互交往的技能和意识。总之, 只要搭配得好, 小组合作学习的效果一定会事半功倍。有了这样的合作平台, 就发挥了小组合作的优势, 小组活动才能生动有效地开展下去。

三、互评——展示成果, 交互评价

学生是课程的主体, 也是课程的评价对象。利用多媒体进行评价, 从更多的层面肯定活动中的体验和感受, 激发每一个学生的创新意识, 使学生在其他领域的社会实践与团队合作中的价值达到最大化, 从而使学生的竞争意识与合作精神得到协调发展。

四、小结——并非结束的小结

“人类对生物变异的认识已经深入到了分子水平, 我们有理由相信有一天人类可以驾驭基因, 造出生命奇迹, 这对于人类是好事还是坏事呢?下面一起讨论两个话题:第一, 如果给你二十只金鱼, 利用今天学习的知识进行基因突变的研究, 你如何设计实验方案?把你的想法和大家一起交流。第二, 人类在认识基因之后还可以有哪些突破?”

课堂小结并不是一节课的结束, 而是一堂课的延申。课堂的40分钟只是学生学习过程的一小部分, 是浓缩的过程。真正的学习研究是在课外进行的, 研究生物的变异给学生提供了这样一个空间。从这一点看, 应充分利用多媒体等各种学习资源, 把课堂延申到课外, 让学生在体验中活动, 在活动中表现, 在表现中丰富学识, 提高能力。

五、要求——合作学习的目的

学会研读, 学会批注。研读是合作学习的基础, 是学生自主探究的过程, 小组合作学习首先要让学生学会研读课本, 研读问题, 研读搜集到的有关资料, 并能在研读的过程中将自己的认识与理解圈划、批注在相应的地方, 以备交流。

学会概括, 学会联系。即要求对研读过的材料既能从整体上把握主要内容, 又能抓住要点和问题, 然后能用简练、精彩的语言进行概括总结, 为组内或组际交流做好准备。概括总结时, 要注意联系有关资料, 联系生活实际, 要学会整合已有的学习经验、方法和技能。

学会表达, 学会研讨。用语言表达自己的思想与见解, 与同伴相互交流研讨问题, 既是人与人交流、互动的基础, 又是个人素质与能力的主要标志。所以, 小组合作学习中要求每个成员的表达要声音洪亮, 语言流畅, 清楚简练, 要勇于就自己的见解与同伴、同学、老师交流、探讨, 以求达成共识。

学会倾听, 学会评赏。善于倾听是一种良好的学习品质, 也是小组合作学习的重要基础。所以, 要让学生学会倾听老师的讲解、要求、问题、评析, 倾听小组的分工要求和同学的发言交流。同时, 要学会客观地评赏同学发言的内容与技巧, 取长补短, 不断提高。

学会质疑, 学会答辩。在小组合作学习交流中学会质疑, 敢于质疑是良好思维品质的表现, 要敢于向同学质疑, 向老师质疑, 向课本质疑, 向专家质疑。还要学会面对质疑善于答辩, 善于自圆其说, 要使学生的思维在不断的相互碰撞中迸发出智慧的火花。

现在我们仍主要以学习成绩来评价合作学习对学生的影响, 而实际上, 学生的创造能力以及一些远期的效果都无法通过分数反映。合作学习作为一种创造性的教学方法, 它的评价标准应与传统教学有所区别, 这是我们今后在实践中应继续深入探讨的问题。

参考文献

[1]马兰.合作学习的价值内涵[J].课程·教材·教法.2004 (24) .

生物变异 篇9

心率变异性是反映每一次心跳时间不断改变的现象,每一次心跳的时间间隔对应了人的瞬时心率,它随着人的呼吸、血压、情绪的改变而不断起伏变化,这种变化是受人体自主神经系统所控制,而心率变异性分析正是描述自主神经系统平衡性的重要指标[1,2,3,5,6]。

目前,大多数生物反馈产品以心率参数作为生物反馈指标,其主要的理论依据为经过反馈训练,心率比训练前或初期呈现下降趋势且下降到一定程度后基本保持稳定不变。一般情况下,使用者在转入平静状态后心率都会呈现上述变化趋势,因而无法真正反映反馈训练者达到的放松程度。另外,所采用心率反馈指标都是十几秒甚至是几十秒平均换算出来的心率而不是瞬时心率,无法从微观上量化反馈训练的效果。通过实时的心率变异性分析,才能从更微观的角度去衡量生物反馈训练的效果。

心率变异性分析方法在生物反馈技术中的研究应用非常少,即使在有些生物反馈评价指标中引入了心率变异性相关参数,但大都局限于简单的时域指标,而其反馈指标几乎没有涉及频域上相关参数,相应的理论依据支持也不够充分。本文提出的心率变异性反馈方法,不仅构造了心率变异性频域上的反馈评价指标,而且建立了反馈评价指标与反馈结果之间的转换关系,有效地将心率变异性分析技术应用到生物反馈技术当中。

1 理论模型

有研究表明,通过深呼吸技术或意念训练的方法可使自主平衡增加副交感神经的活动、增加心脑活动的同步、增强心血管的谐振以及与其他振荡系统的互引,调整身体运行处于理想状态[1,4,5,8]。在这种理想状态下,瞬时心率曲线在波形上类似于一条正弦波,HRV频域上表现为功率谱集中、低频(LF)功率大幅度增大,尤其在0.1 Hz附近[1,4,8,9,11,12,13](如图1所示)。相反,即时心率曲线和频域功率分布杂乱,无明显规律。

2 实现与分析

基于上述理论模型,设计实现了心率变异性反馈算法,包括3部分内容:心率变异性频域实时分析方法的实现、HRV指数计算方法的实现和反馈得分计算方法的实现。

2.1 心电参数提取

采用KF2型飞行员飞行生理参数记录检测仪提取心电信号,对采集到的信号进行滤除基线漂移和工频滤波处理,然后采用差分阈值法进行QRS波群检测得到R-R间期序列[14]。

2.2 心率变异性频域实时计算

该方法采用实时的频域分析法,必须考虑分析精度和实时性的关系,分析精确性越高,分析实时点数越多,造成分析时间跨度越大,则实时性越差;相反,分析的点数越少,则实时性越好,但精确度稍差。为了满足数据分析的实时性,同时满足心率变异性反馈分析方法要求精确性的原则,经过计算验证最终选择128点的傅里叶变换,需要64 s时间间隔的数据,精度达到1/64 Hz。

实时心率变异性分析对当前规定时间范围内的R-R间期序列进行筛选排除异常R-R间期,假设规定时间范围内N-N间期个数不超过20个,则放弃这次计算维持上次的取值。否则,对得到的正常N-N间期进行3次样条插值重新模拟N-N间期曲线,再次以2 Hz的频率重新进行128点采样,然后对新采样的数据做加汉宁窗和去趋势化处理,最后进行傅里叶变化把HRV时域转换为HRV频域,得到HRV频域分布[2,3,10]。

2.3 HRV指数方法计算

HRV指数计算利用之前得到HRV的频谱分布(f∈[0.0-0.5 Hz]),在规定范围内找出功率谱峰值频率fmax,计算[fmax-0.015,fmax+0.015]范围内功率之和Pmax(见式(1)),再计算整个频谱功率之和Ptotal(见式(2)),通过Pmax与整个功率谱功率和Ptotal比值得到归一化HRV指数(见式(3)),每5 s循环执行该计算过程。

2.4 反馈得分计算

反馈得分计算方法采用阈值判定法,根据训练难易程度对应不同的阈值上限和阈值下限骔TLower,TUpper)确定当前训练得分Scorecur(见表1),再根据当前得分与上一次得分Scoreprev关系得到累计得分增量整数值ΔScore(见式(4)),该值取值为[-2,2],当训练向好的方向发展则增量为正值,否则为负值,最终累加得分Scoretotal(见式(5)),该值越大,表明训练效果越好,相反则训练效果差。

3 实验结果

为验证评价指标和心率变异性反馈方法是否有效,进行了30人次的验证实验,实验对象为18～50岁的健康男性。随机将实验对象按照训练方法不同分为2组:一组为采用腹式呼吸训练方法;另一组为采用逆腹式呼吸训练方法(2种呼吸训练方法均属于深呼吸训练方法)。分析在静息状态下、第1次、第2次、第3次反馈训练中评价指标的变化趋势,以验证反馈计算方法的有效性。监测指标主要是HRV指数、训练得分Score,采用SPSS Statistics 17.0统计软件进行数据录入和统计分析,实验统计方法采用重复测量方差分析方法,以P<0.05为差异有统计学意义。

通过球形检验的结果统计量Score、HRVexp判断重复测量数据之间是否存在相关性(见表2),P<0.01,说明4次重复测量的数据间存在高度的相关性,宜用多元方差分析进行检验。

多变量主体内效应检验发现训练检验P<0.01,说明个体进行的每一轮次训练指标变化存在显著性的差异。单变量主体内效应检验发现Score、HRVexp检验P<0.01,说明随着训练增加指标变化具有显著性差异。从估计边界均值统计发现无论采用何种呼吸训练方法,估算边界均值Score、HRVexp都随着训练次数的增加呈现趋势性递增(如图2所示)。

4 讨论

根据心率变异性生物反馈训练的基本原理可知,采用有节律的深呼吸训练方法可以使即时心率的曲线呈类正弦曲线变化,心率变异性谱分析中谱分布高度集中,尤其是在0.1 Hz附近。累积得分Score不断增加,得分曲线呈上升趋势,HRV指数更接近1,曲线在0～1高位徘徊。累积得分Score、HRV指数2个统计量数据之间存在高度的相关性,且随着基于心率变异性生物反馈原理的变化趋势是一致的,可以反映生物反馈训练的当前效果以及累积效果。最终确立累积得分、HRV指数值作为基于心率变异性生物反馈训练的反馈指标使用。

本文提出的基于心率变异性的生物反馈方法为心率变异性分析与生物反馈技术建立紧密的联系,从更微观的角度挖掘心电信号在生物反馈技术上的应用。该方法不仅应用在基于心电信号的生物反馈系统中,还应用在基于指脉搏信号的军人身心放松反馈训练系统中,具有很好的适用性和可移植性。

生物变异 篇10

众所周知,心理压力和不良情绪会导致心律紊乱,不利于生理功能的正常发挥。心率变异性是描述自主神经系统平衡性的重要指标,能反映个人有效应对压力、不良情绪的能力[1,2]。目前,心率变异性分析技术在生物反馈技术中的应用非常少,虽然有些生物反馈产品中使用了心率变异性相关的评价指标,但都局限于简单的时域指标,几乎没有涉及频域变换上的指标,相应的技术原理研究也不够深入细致。本系统有针对性地引入心率变异性时域、频域分析指标,有效地将心率变异性分析技术应用到生物反馈技术当中。

2 技术原理

心率变异性是指每一次心跳时间不断改变的现象。每一次心跳的时间间隔对应了人的瞬时心率,它随着人的呼吸、血压、情绪的改变而不断起伏变化。这种变化是受人体自主神经系统所控制,而心率变异性分析正是反映自主神经平衡强有力的手段[3,4,5]。

有研究表明,通过深呼吸技术或把注意力集中在精神上,即控制意念的方法使自主平衡增加副交感神经的活动、增加心脑活动的同步、增强心血管的谐振以及与其他振荡系统的互引,调整身体运行处于理想状态[1,2,6,7]。在这种理想状态下,瞬时心率曲线在波形上类似于一条正弦波,HRV频域上表现为功率谱集中、低频(LF)功率大幅度增大,尤其在0.1 Hz附近[1,2,6,8],如图1所示。否则,即时心率曲线和频域功率分布杂乱,无明显规律。

基于上述理论模型,设计实现了心率变异性反馈算法,它分为:HRV指数计算方法、反馈得分算法、多媒体动画反馈算法等3个子算法。这些子算法环环相扣,完成了系统软件实时分析的整个计算流程。根据各个阶段算法的计算结果,得到了瞬时心率变化曲线、累积得分变化曲线、HRV频域分布柱状图。将其作为图形反馈结果,帮助使用者更好地了解、把握在生物反馈训练过程中心跳节律变化的趋势。

3 系统设计

3.1 系统实时处理流程

系统使用生理参数检测装置提取心动周期信号并通过短距无线(蓝牙)方式发送数据;利用计算机终端接收、处理数据得到正常心动周期信号;采用心率变异性反馈算法得到相关反馈结果;通过图形显示的方式实时显示分析结果以及采用多媒体动画的方式实时反映训练效果;受试者不断进行以提高反馈结果为目的生物反馈训练,如图2所示。

3.2 系统软件结构功能

如图3所示,该软件系统划分为4大功能模块:

(1)数据管理功能:人员基本信息管理、数据记录信息管理;

(2)实时监测分析功能:训练累积得分、瞬时心率、心率变异性功率谱等参数图形的实时显示,多媒体动画实时显示,训练指导语的播放;

(3)数据回顾统计功能:单数据记录训练过程实时回放,单数据记录参数、趋势图的分析显示,多数据记录训练效果评价的分析显示,统计报告的打印;

(4)训练教程:心率变异性反馈训练方法介绍与指导。

4 系统实现

4.1 硬件系统实现

基于心率变异性生物反馈系统的硬件设备主要包括2个部分:生理参数检测装置和BlueSoleil蓝牙适配器。

(1)生理参数检测装置(如图4(a)所示):使用我所研制的可穿戴式生理参数记录检测仪。该检测装置佩戴于人体胸部提取心电、呼吸等信号,通过检测装置中短距蓝牙通信模块发送数据。

(2)BlueSoleil蓝牙适配器(如图4(b)所示):可编程蓝牙适配器。控制蓝牙适配器与生理参数检测装置建立虚拟串口连接,接收心电信号数据,并将数据发送至计算机软件终端进行计算分析。

4.2 软件系统实现

该系统软件开发平台为Virtual Studio 2005;开发语言为C++,采用MFC、BlueSoleil API、Microsoft DirectX SDK共同开发完成[9,10,11]。软件的开发过程依据《GB/T 8566—2007信息技术软件生存周期过程》,软件测试过程依据《GB 15532—2008计算机软件测试规范》。系统可运行在Windows XP SP2、Windows 7等操作系统上,最佳分辨率为1 680×1 050或以上。该系统软件界面如图5所示。

5 应用效果

基于心率变异性的生物反馈系统进行了上百次的反馈训练实验。通过实验评定得出结论:系统硬件工作正常,无故障发生,数据传输完整,可靠性良好;系统软件界面友好,反馈场景动画丰富生动,数据图文分析清晰,结果可靠。典型训练效果图如图6所示,经过呼吸反馈调节,图6(a)深色竖线附近心率曲线规律变化类似一个正弦,图6(b)HRV频域上功率谱集中在0.1 Hz附近,训练达到最佳效果。

6 结束语

系统将心率变异性分析法应用到生物反馈技术中,实时、准确地分析得到反映心跳节律变化的反馈结果,使用者可以即时体会原来并不为己感知的身体变化,有效地引导使用者使用相应的反馈训练方法进行生物反馈训练,不断改善人体机能,从而减小心理压力或不良情绪造成的生理影响,提高工作效率,降低患病风险。

该系统设计实现有以下突出特点:采用可穿戴式的生理信号提取装置,使用者佩戴更方便、舒适;采用无线通信的方式传输采集到的生理信号数据,有效避免了传统有线连接传输数据给使用者带来的束缚感,使受试者在反馈训练中更加松弛自如;采用多媒体技术制作反馈动画和训练指导语,辅助使用者提高反馈训练质量。

在该系统的研制工作中,还成功地将心率变异性分析法移植到了基于指脉搏生理信号的生物反馈系统中,通过实验证明了该方法的准确、有效。由此可见,基于心率变异性分析法是可以用来分析反映心率节律变化的任何生理信号,比如耳脉搏信号等。在今后的工作中可以将研制的指脉搏、耳脉搏生理信号提取装置纳入到基于心率变异性的生物反馈系统中,满足不同使用者的使用需要,对丰富生物反馈系统的应用有重要的意义。

摘要：目的:设计实现一种基于心率变异性分析方法的生物反馈系统,提升生物反馈训练的效果,改善人体机能状态。方法:通过使用心率变异性反馈算法,分析心跳节律变化趋势,引导使用者有针对性地控制心跳节律同步。结果:系统可以实时准确地分析得到反馈训练结果,有效引导生物反馈训练。结论:使用系统进行生物反馈训练,可以调节心理压力或不良情绪造成的生理影响,降低患病风险。

关键词：心率变异性,生物反馈,心跳节律同步

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