《高中生物必修二思维导图》

中心主题：遗传与进化

第一部分：遗传的细胞基础

• 细胞的减数分裂和受精作用

  • 减数分裂的概念和意义
    • 概念：特殊的细胞分裂方式，染色体数目减半
    • 意义：维持生物前后代染色体数目恒定；提供变异来源
    • 场所：生殖器官（动物精巢、卵巢；植物花药、胚珠）
  • 减数分裂的过程
    • 减数第一次分裂
      • 前期：
        • 染色体联会（同源染色体配对形成四分体）
        • 发生非姐妹染色单体之间的交叉互换（基因重组的重要来源）
      • 中期：
        • 同源染色体成对排列在赤道板上
      • 后期：
        • 同源染色体分离，非同源染色体自由组合
      • 末期：
        • 细胞一分为二，染色体数目减半
    • 减数第二次分裂
      • 过程与有丝分裂类似，但无同源染色体，着丝点分裂，姐妹染色单体分离
  • 配子的形成
    • 雄性：精原细胞 → 初级精母细胞 → 次级精母细胞 → 精细胞 → 精子
    • 雌性：卵原细胞 → 初级卵母细胞 → 次级卵母细胞 + 极体 → 卵细胞 + 极体
  • 受精作用
    • 概念：精子和卵细胞结合形成受精卵的过程
    • 意义：使染色体数目恢复到体细胞水平；是新个体发育的起点
    • 过程：精子穿透卵细胞膜，释放细胞核，与卵细胞核融合

• 基因位于染色体上的证据

  • 萨顿的假说演绎法
    • 提出假说：基因位于染色体上
    • 依据：
      • 染色体和基因在细胞中的行为相似（减数分裂过程中染色体成对存在，基因也成对存在；减数分裂过程中同源染色体分离，基因也随之分离）
    • 推理：基因控制生物的性状，而基因在染色体上，所以性状也随着染色体分离和组合
  • 摩尔根的果蝇杂交实验
    • 材料：果蝇（容易饲养，繁殖速度快，具有易区分的性状）
    • 性状：红眼(R)/白眼(r)，位于X染色体上
    • 实验结果：正交与反交的结果不同，证明白眼基因位于X染色体上
    • 结论：基因位于染色体上

• 伴性遗传

  • 概念：与性染色体上的基因相关的遗传方式
  • 特点：表现型在两性中表现出差异
  • 常见类型：
    • 伴X隐性遗传：男性患者多于女性患者，隔代遗传（交叉遗传）
    • 伴X显性遗传：女性患者多于男性患者，世代遗传
    • 伴Y遗传：只在男性中传递

第二部分：孟德尔遗传规律

• 基因的分离定律

  • 实验基础：豌豆杂交实验
    • 性状选择：选择具有稳定遗传的、易于区分的性状
    • 实验过程：
      • 纯合亲本杂交（P）
      • F1自交
      • 统计F2性状分离比
  • 分离定律的实质
    • 等位基因分离：杂合子在减数分裂过程中，等位基因随同源染色体的分离而分离，分别进入不同的配子中
  • 分离定律的应用
    • 解释遗传现象
    • 推断基因型
    • 预测后代表现型及比例
    • 指导育种实践

• 基因的自由组合定律

  • 实验基础：两对相对性状的豌豆杂交实验
  • 自由组合定律的实质
    • 同源染色体上的等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合
    • 在减数第一次分裂后期，同源染色体分离，非同源染色体自由组合
  • 自由组合定律的应用
    • 解释多对相对性状的遗传现象
    • 预测后代表现型及比例（(3:1)^n 和 (1:1:1:1)^n）
    • 指导育种实践

第三部分：基因的本质和表达

• DNA是遗传物质的证据

  • 格里菲斯的肺炎双球菌转化实验
    • S型细菌：有荚膜，毒性强
    • R型细菌：无荚膜，毒性弱
    • 实验结果：加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌
    • 结论：S型细菌中存在某种“转化因子”，使R型细菌发生了转化
  • 艾弗里的肺炎双球菌转化实验
    • 将S型细菌的提取物分别与DNA酶、蛋白酶、多糖酶混合，再加入R型细菌
    • 实验结果：只有加入DNA酶的实验组R型细菌没有转化为S型细菌
    • 结论：DNA是遗传物质
  • 噬菌体侵染细菌实验
    • 用同位素标记DNA和蛋白质的噬菌体侵染细菌
    • 实验结果：DNA进入细菌细胞，蛋白质外壳留在外面；子代噬菌体含有亲代噬菌体的DNA的放射性
    • 结论：DNA是遗传物质

• DNA的结构

  • DNA分子的基本单位：脱氧核苷酸
    • 脱氧核糖
    • 磷酸
    • 含氮碱基（A、T、C、G）
  • DNA双螺旋结构
    • 两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋
    • 磷酸和脱氧核糖交替连接构成骨架
    • 碱基通过氢键互补配对（A-T，C-G）
    • 双螺旋结构具有一定的稳定性

• 基因的概念

  • 具有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的基本单位

• 遗传信息的转录和翻译

  • 转录
    • 概念：以DNA一条链为模板，合成RNA的过程
    • 场所：细胞核
    • 模板：DNA一条链（模板链）
    • 酶：RNA聚合酶
    • 产物：RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
  • 翻译
    • 概念：以mRNA为模板，合成蛋白质的过程
    • 场所：核糖体
    • 模板：mRNA
    • 工具：tRNA（转运氨基酸）
    • 密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基
    • 反密码子：tRNA上与mRNA密码子互补配对的三个碱基
    • 产物：蛋白质
  • 基因的表达
    • 基因通过转录和翻译控制蛋白质的合成，进而控制生物性状

• 基因突变

  • 概念：DNA分子中发生的碱基序列改变
  • 特点：普遍性、随机性、低频性、多害少利性
  • 类型：碱基对的替换、增添、缺失
  • 意义：提供生物进化的原材料

第四部分：基因在群体中的变化与生物进化

• 现代生物进化理论的主要内容

  • 种群是生物进化的基本单位
    • 种群：生活在一定区域内的同种生物的全部个体
    • 基因库：种群中全部个体所含有的全部基因
    • 基因频率：某个基因在种群基因库中所占的比例
  • 突变和基因重组提供进化的原材料
    • 突变具有随机性和不定向性
    • 基因重组在有性生殖过程中发生
  • 自然选择决定进化的方向
    • 过度繁殖
    • 生存斗争
    • 遗传变异
    • 适者生存
  • 隔离导致新物种的形成
    • 地理隔离：由于地理障碍，导致不同种群之间无法进行基因交流
    • 生殖隔离：不同物种之间无法杂交或杂交后代不育

• 生物多样性的形成

  • 遗传多样性：基因和基因型的多样性
  • 物种多样性：物种的种类多样性
  • 生态系统多样性：生态系统的类型多样性

第五部分：生物技术实践

• DNA重组技术

  • 工具：限制酶、DNA连接酶、运载体
    • 限制酶：能够识别特定的DNA序列，并在特定位置切割DNA分子
    • DNA连接酶：能够将DNA片段连接起来
    • 运载体：能够将目的基因导入受体细胞的DNA分子（质粒、噬菌体）
  • 步骤
    • 获取目的基因
    • 将目的基因与运载体结合
    • 将重组DNA导入受体细胞
    • 筛选含有目的基因的受体细胞
  • 应用：基因工程药物的生产、转基因植物的培育

• 细胞工程

  • 植物细胞工程
    • 植物组织培养：利用植物细胞的全能性，将离体的植物细胞培养成完整植株
    • 植物体细胞杂交：将不同植物的体细胞融合形成杂种植株
  • 动物细胞工程
    • 动物细胞培养：将动物细胞在体外培养
    • 单克隆抗体的制备：利用杂交瘤技术，制备能够特异性识别抗原的抗体

• 胚胎工程

  • 体外受精
  • 胚胎移植
  • 胚胎分割
  • 应用：提高家畜的繁殖率，培育优良品种