经全国中小学教材审定委员会 2004年初审通过 普通高中课程标准实验教科书 生物 必修 遗传与进化 人民教育出版社课程教材研究所编著 生物课程教材研究开发中心 A ①人点“社
目录 科学家访谈我赞叹生命的美丽 第1章遗传因子的发现 第1节孟德尔的豌豆杂交实验(一) 第2节孟德尔的豌豆杂交实验(二)…………………9 第2章基因和染色体的关系 ……………15 第1节减数分裂和受精作用……………………16 减数分裂……………16 二受精作用…… …23 第2节基因在染色体上………………………………27 科学家的故事染色体遺传理论的奠基人——摩尔裉…32 第3节伴性遗传 第3章基因的本质 第1节DNA是主要的遗传物质…………………42 第2节DNA分子的结构 第3节DNA的复制…………………………………52 第4节基因是有遗传效应的DNA片段 ,+,,,,,+分, 科学·技术·社会DNA指纹技术……………………58 第4章基因的表达… 第1节基因指导蛋白质的合成…………………62 第2节基因对性状的控制……… 科学前沿生物信息学……… …………72 第3节遗传密码的破译(选学)… 3
第5章基因突变及其他变异…… 79 第节基因突变和基因重组… 第2节染色体变异 85 第3节人类遗传病 科学·技术·社会基囚治疗 ……,94 第6章从杂交育种到基因工程…………………………97 第1节杂交育种与诱变育种 与生物学有关的职业育种工作者……………101 第2节基因工程及其应用……102 与生物学有关的职业生物技术产业的研发人员……106 第7章现代生物进化理论 第1节现代生物进化理论的由来…………………………110 第2节现代生物进化理论的主要内容 .114 种群基因频率的改变与生物进化……114 二隔离与物种的形成 l19 与生物学有关的职业化石标本的制作…… …122 三共同进化与生物多样性的形成 ……………123 科学·技术·社会理怨的“地质时钟”………………127
c科学家访谈 我赞叹生命的美丽 与杨焕明教授一席谈 杨焕明 11988年获丹麦哥本哈根大学博士学位。研究 员、博士生导师。现为北京华大基因研究中心暨中 科院北京基因组研究所所长,国际“人类基因组计 划”中国协调人 一刚从祖国大西北风尘仆仆赶回北京,就接受 本书编者采访的杨焕明教授充满激情地赞叹道:“世 界上最美最美的就是生命,我们人类自己也是生 ■命,对生命的赞美早已融入各国、各民族的文化” 杨焕明教授是研究基因的专家之一。他和同 事们参与了“人类基因组计划”,使我国成为这一划时代科 学创举中惟一的发展中国家。之后,他领导的研究小组又 对水稻基因组进行了测序,并于2002年4月在美国《科学》 杂志上发表了水稻基因组工作框架图。杨焕明教授因此被」 美国的《科学美国人》杂志评为2002年度科研领头人。 我们三 能想像吗?生命这么复 杂.这么美丽,而生命与生 命的连接点竟这么简洁。这个 连接点就是DNA和基因。生命代 代相传,就是通过基因,把遗传信 息传递给下一代的。”说起他所热 爱的基因研究工作,杨焕明教授侃 侃而谈。 与杨焕明教授的对话 一问:“人类基因组计划”完成
之后,将对人类的生活产生怎样的影响? 答:有了人类基因组图谱,我们就可以了解人类几万 个基因的全部档案,如某个基因在哪条染色体的什么位置, 这个基因的结构是怎样的,功能是什么。这样一来,人类对 自身就会有比较全面的了解。了解了基因,就能够找到新的 诊断和治疗疾病的方法。一个新生儿出世时,如果法律允 许,父母可以拿到孩子的基因红图。这张图,将记录一个新 nature 生命的全部遗传奥秘,它可以告诉父母:这个孩子大概长 the 多高,会不会秃顶,发胖,是不是色盲,以及有没有其他遗 shuman 传病,等等。此外,人类基因组研究还会对生命科学其他领圈 genome 域的研究产生重大影响。 问:中国为什么要参与“人类基因组计划”,承担1% 的测序任务? 答:“人类基因组计划”测定的序列由全人类共享,这 是经过长期的斗争才争取到的。中国的参与是对“人类基因 組计划”精神的支持,为全人类共享人类基因组信息作出了 很大贡献。“1%测序项目”使我国能够理所当然地分享全部 成果,包括数据、黃源和技术,拥有有关事务的发言权。“1% 测序项目”还使我国具备了自己的,接近世界水平的基国组 研究的强大实力,为21世纪我国的生物技术产业带来了光 明和希望 Science 问:您怎么想到要做水稻基因组的测序? 答:中国是农业大国,全世界约有30亿人以水稻为主 要粮食,测定水稻基囚组的序列对解决世界粮食问题无疑 具有重大意义。 问:美国《科学》杂志刊登了水稻基因组序列的研究 成果,该期封面是云南红河哈尼梯田,文中的插图上还写着 “民以食为天”,这有什么深刻含义? RICE 答:我国农业文明源远流长,种植水稻的历史有7000 Genome 多年,采用栉田舯植水稻体现了我国劳动人民在充分利用 水、阳光等自然资源提高作物产量、品质方面的聪明智慧。 我们希望这幅蕴涵中国悠久文明史的图片,能让人们感受 到自然、科学与人文的和谐。 问:许多人对包括基因研究在内的生物技术忧心仲忡, 您怎么看待科学研究有可能带来的负面效应? 答:这种担心不是没有道理的。一个小小的实验室, 果做出这样可怕的事:把艾滋病病毒与流感病毒接到一起
让艾滋病像流感一样大范國地传播开,这非常危险。因此, 科学技术是一把双刃剑,既可以为人类造福,也可能给人 美带来灾难。每一位科学家,甚至每一位公民,不仅应该 有事业心,还应该有社会责任感,能够意识到自己在做什 么,所做的事情将会给社会带来怎样的影响,科学和技术 应该为人类带来光明和福祉。 问:有人说:“只要将基因研究清楚了,在生命科学领 域就可以随心所欲了。”您怎么看待这种观点? 答:了解了基囚,我们确实可以做很多事情,比如合 成所需要的蛋白质,改良生物品质,有效治疗人类疾病,延 长人类寿命,等等。但是基因不能决定一切,环境因素也 很重要,基因决定论是不对的。再说,人们利用基因做什 么事情,都应该考虑到对社会的影响,与伦理、道德的关 系。科学家不应生活在脱离社会的“象牙之塔”里 问:现在的许多科研项目,都是由多位科研工作者组 成的课题小组完成的,有时还需要省际、甚至国际间的合 作。合作精神对于科研工作的顺利开展是不是很重要? 答:的硝很重要。随着科学的发展,对一个科学问題 的阐明,往往需要多个专业领域的研究作基础。而每一位 研究者都有他的专业局限性。如果能够以团队的形式协同 攻关,发挥每一个人的智悲和特长,就会大大加快科学研 究的进程,“众人拾柴火焰高”嘛。其实不光科研工作,现 代社会的很多工作都需要集体合作来完成。因此,团队精 神,与人合作、与人交流的能力的培养,是十分重要的 我最想对高中生说的话: Life is beautiful Exploring the secret of life will make our life more beautiful, also make the living world more beautiful!(生命是美丽的。探索生命的奥秘一定会使我们 的人生更美好,也将使生命世界更美好!) 2004年1月
第/章遗传因子的发现 遗传,俯拾皆是的生物现象,其中的奥秘却隐藏至深。人类对它的探索之路, 充满着艰难曲折,又那么精彩绝伦 让我们从140多年前孟德尔的植物杂交实验开始,循着科学家的足迹,探索 遗传的奥秘。 +150从2 6 =3y 95 10%6%2 180年% 多 00 8 y+学统计物示出遗传的里
第1节孟德尔的豌豆杂交实验(-) 问题探讨 人们曾经认为两个亲本杂交后,双亲的遗传物质 会在子代体內发生混合,使子代表现出介于双亲之问 的性状。就像把一瓶蓝墨水和一癍釭基水例在一起, 混合液是另外一种颜色,再也无法分出蓝色和釭色。 这种观点也称做融合传。 讨论 按照上述觋点,当红牡丹与白牡丹杂交后.子 代的壮丹花会是什么颜色? 不同颜色的牡丹花 2.你阿忞上述观点吗?说说你的理由 本节聚焦 19世纪中期,在奧地利的一所修道院里(现捷克境内), 孟德尔一对相对性状 来了一位叫孟德尔(G. J Mendel,1822-1884)的年轻人。 的杂交实验是怎样设 当时谁都不会想到,半个多世纪以后,他会因为在遗传学 计的? 上的重大发现而名垂青史。 孟德尔为解释实验结 孟德尔从小喜爱自然科学,由于家境贫寒,21岁便做 果作了哪些假设?他 了修道士。后来,他被派到维也纳大学进修自然科学和数 又设计了什么实验来 学。回到修道院后,他利用修道院的一小块园地,种植了 验证假设? 豌豆、山柳菊、玉米等多种植物,进行杂交实验,潜心研 分高定律的内容是什么? 究了8年。其中豌豆的杂交实验非常成功,孟德尔通过分析 腕豆杂交实验的结果,发现了生物遗传的规徘。 为什么用豌豆做遗传实验容易 两性花的花粉,落到同取得成功? 朵花的雌裘柱头上的 豌豆是自花传粉植物(图1-1),而 过程叫做自花传粉,也 且是闭花受粉,也就是豌豆花在未开 叫自交。豌豆花的结构 很适合自花传粉,这是放时,就已经完成了受粉,避免了外来 因为是蝶形的花冠中 花粉的干扰。所以豌豆在自然状态下 有一对花瓣始终紧紧地般都是纯种,用豌豆做人工杂交实 图【-1豌豆花(剖面) 包裹着雄蕊和雌蕊。 验(图1-2),结果既可靠,又容易分析。 2第18责四子的现一
传粉 两朵花之间的传粉过程叫做异花传 粉。不同植株的花进行异花传粉时, 供应花粉的植株叫做父本(),接 受花粉的植株叫做母本(♀)。孟德 法雄 尔在做杂交实验时,先除去未成熟 花的全部雄蕊,这叫做去雄。然后 套上纸袋。待雌蕊成熟时,采集另 高茎(或矮茎)的花矮茎(或高茎)的花 植株的花粉,撒在去雄花的雌蕊的 柱头上,再套上纸袋 了 图1-2人工异花传粉示意图 高蒸(F) 豌豆还具有易于区分的性状( character)。例如,豌豆 中有高茎(高度1.5-2.0m)的,也有矮茎(高度0.3m左右) 的;有结圆粒种子的,也有结皱粒种子的。像这样,一种 生物的同一种性状的不同表现类型,叫做相对性状{ relative character)。这些性状能够稳定地遗传给后代。用这样的性 状进行杂交实验,实验结果很容易观察和分析。 孟德尔经过仔细观察,从34个豌豆品种中选择了7对 相对性状(如茎的高度、种子的形状,子叶的颜色、花的 位置等)做杂交实验(图1-3)。 种子形状子叶色种皮颜色豆菱形状豆莫颜色花的位置茎的高度 河滑 黄色 灰色 绿色 叶 高茎 缩 绿色 白色 不饱講 黄色 矮茎 图1-3窥豆的7对相对性状 孟德尔注意到不同品种的豌豆之间同时具有多对相对 性状。为了便于分析,他首先对每一对相对性状的遗传分 别进行研究。 1节孟德尔的豆杂交实验-13
一对相对性状的杂交实验 孟德尔用纯种高茎豌豆与纯种矮茎豌豆作亲本(用P表 (杂交) 示)进行杂交{cros)。他惊奇地发现,无论用高茎豌豆作母 本(正交),还是作父本(反交),杂交后产生的第一代(简 称子一代,用F表示)总是高茎的(图1-4)。 F 为什么子一代都是高茎的?难道矮茎性状消失了吗? 孟德尔带着疑惑,用子一代自交,结果在第二代(简 (自交)公 称子二代,用F2表示)植株中,不仅有高茎的,还有矮 茎的。 F 为什么子二代中矮茎性状又出现了呢? 看来矮茎性状并没有消失,只是在子一代中隐而未现。 孟德尔把F1中显现出来的性状,叫做显性性状 图1-4高茎豌豆和矮茎豌豆的 ( dominant character),如高茎;未显现出来的性状,叫做隐 杂交实验 性性状( recessive character),如矮茎。在杂种后代中,同 时出现显性性状和隐性性状的现象叫做性状分离。 孟德尔没有停留在对实验现象的观察与描述上,而是 对F2中不同性状的个体进行数量统计,分析F2中高茎植株 与矮茎植株之间的数量关系。结果发现在所得的1064株F2 植株中,787株是高茎,277株是矮茎,高茎与矮茎的数量 比接近3:1。 F2中出现3:1的性状分离比是偶然的吗? 孟德尔还对豌豆的其他6对相对性状进行了杂交实 验,实验结果如表1-1。 表1-1孟德尔做的邈豆杂交实验的结果 F2的表现 性状 显性 隐性 显性:隐性 种子的形状 圆粒5474皱粒 I850三 2,96:1 茎的高度 高蒸 787 矮蒸 277 2.84:1 予叶的颜色 黄色6022 绿色 200 3.01:1 种皮的颜色 灰色75白色 2243.15:1 豆荚的形状 882 不饱满 2.95:1 豆荚的颃色(未成熟 绿色 428黄色1522.82:1 花的位置 陵生 651顶生 2073.14:1 4第1遇传因子的发
