普通高中教科书·生物学必修2 遗传与进化.pdf

ISBN 978-7-5499-9264-59 787549 992645定价：10.85元审批号：苏费核（2021年）0442号举报电话：12315书名主编责任编辑出版发行重印发行排版印刷开本印张版次印次书号定价邮购电话盗版举报生物学 必修2遗传与进化汪 忠殷 宁江苏凤凰教育出版社（南京市湖南路1号A楼 邮编210009）江苏凤凰出版传媒股份有限公司江苏凤凰出版传媒股份有限公司南京紫藤制版印务中心江苏凤凰通达印刷有限公司890毫米 240毫米/921年8月第2版21年8月第1次印刷ISBN 978-499-9264-510.85元85406265，025-85400774，短信0258542090983658579普通高中教科书如发现印、装质量问题，请与凤凰传媒联系。电话：400-828-1132提供盗版线索者给予重奖第一章遗传的细胞基础第一节 减数分裂和受精作用5减数分裂产生精子或卵细胞6走进实验室 观察植物细胞的减数分裂9哺乳动物生殖细胞的形成10边做边学 模拟哺乳动物精子和卵细胞的形成过程11受精作用孕育新的生命12第二节 分离定律15分离定律16边做边学 模拟动物性状分离比的杂交实验19孟德尔获得成功的原因20分离定律的应用22第三节 自由组合定律26自由组合定律27孟德尔遗传规律的再发现29第四节 基因位于染色体上31基因位于染色体上的实验证据32性别决定和伴性遗传33目录绪论1第二章遗传的分子基础第一节DNA是主要的遗传物质40DNA是多数生物的遗传物质41RNA是某些病毒的遗传物质46第二节分子的结构和复制49沃森和克里克解开了分子结构之谜50DNA分子的双螺旋结构模型51边做边学 设计和制作DNA分子双螺旋结构模型52边做边学 搜集DNA分子结构模型建立过程的资料53DNA分子通过半保留方式进行复制53第三节 遗传信息控制生物的性状59DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成60中心法则诠释了基因与生物性状的关系65细胞分化的本质是基因选择性表达66表观遗传及其作用机制66第三章生物的变异第一节 染色体变异及其应用73染色体结构会发生变异74边做边学 模拟染色体的结构变异74染色体数量会发生变异75染色体变异在育种上得到广泛应用77第二节 基因突变和基因重组84基因突变85基因突变可能导致细胞癌变87边做边学 搜集癌症防治方面的资料89基因重组91第三节 关注人类遗传病95单基因遗传病和多基因遗传病96染色体遗传病97人类遗传病的监测和预防98边做边学 调查常见的人类遗传病98第一节 生物进化理论106达尔文生物进化理论107现代生物进化理论以自然选择学说为核心108生物进化理论发展的意义113边做边学 搜集生物进化理论发展的资料113第二节 生物的多样性和适应性是进化的结果119生物进化的证据越来越多120?边做边学 模拟用DNA分子杂交方法分析人猿间的亲缘关系124?生物进化导致生物的多样性和适应性125第四章生物的进化绪绪论论图1杂交水稻一、为什么要学习“遗传与进化”模块的内容？生物学是自然科学中的基础学科之一，是研究生命现象和生命活动规律的一门科学，也是农、林、牧、副、渔、医药和环境保护以及其他应用科学领域的基础。我们为什么要学习“遗传与进化”模块的内容呢？首先，“遗传与进化”模块是现代生物学的核心内容。生物学是解决当前人类面临的人口、能源、健康、环境和粮食等问题的关键学科之一，它的发展对社会的影响越来越大。以粮食问题为例，据联合国粮食及农业组织报道，目前世界上长期遭受饥饿的人口比例仍在增加，这与粮食缺乏有直接关系。我国是一个人口大国，在仅占世界约7%的耕地上养活了世界约22%的人口，所取得的成就举世公认。但我国粮食问题也很严峻，特别是自然灾害等因素仍然影响粮食生产。当前，依靠生物学的发展，培育优良作物品种以大幅度提高粮食产量，仍然是科学家的努力目标之一。例如，首届国家最高科学技术奖的获得者袁隆平，从20世纪60年代开始就致力于杂交水稻（图1）的研究，为解决世界粮食问题做出了重要贡献。在解决粮食问题的道路上，生物学还将发挥关键作用。生物学包括很多分支学科，如遗传学、进化生物学、植物学、动物学、细胞生物学和分子生物学。这些学科取得的进步又推动了生物学的迅猛发展。其中，遗传学和进化生物学作为两个重要的分支学科，在生物学的发展中发挥了重要作用。其次，学习“遗传与进化”模块对提高我们的生物学学科核心素养具有不可或缺的作用。“遗传与进化”模块的内容是高中生物学必修课程的两个模块之一。这些内容也是学习“稳态与调节”“生物与环境”“生物技术与工程”三个选择性必修模块的基础。本模块包括许多与遗传学和进化生物学有关的基础知识，也包括许多学习活动。通过这些知识的学习和活动的开展，我们的生物学学科核心素养会得到提升。例如，“科学思维”是生物学学科核心素养之一。科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。通过本模块中的许多“积极思维”活动，我们会逐步发展科学思维能力，如能基于生物学事实和证据并运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释遗传现象及规律，审视或论证相关1的社会议题。二、“遗传与进化”模块有哪些学习内容？在物理学、化学、信息学等学科的相互渗透和融合下，遗传学和进化生物学的研究愈加深入。当代生物学的重大成果中就有许多与遗传学和进化生物学密切相关。遗传学和进化生物学的内容如此丰富，我们要学习其中的哪些内容呢？“遗传与进化”模块仅选取了遗传学和进化生物学方面的最基本的知识。例如，我们会学习有关减数分裂和有性生殖、遗传的细胞基础和分子基础、DNA分子编码遗传信息、可遗传变异、现代生物进化理论和物种形成的内容。这将有助于我们形成“遗传信息控制生物性状，并代代相传”“生物的多样性和适应性是进化的结果”两个大概念（图2）。学习了这些内容，我们能运用相关概念阐述遗传与人类遗传病的关系；能结合实例阐述遗传学原理与农业生产的关系；也能阐述某些因素（如化学物质、射线或病毒）与细胞癌变的关系、生物多样性与适应性和进化的关系，并能关注有关的社会议题，参与讨论和做出决策。三、如何学习“遗传与进化”模块的内容？学习本模块的内容特别要注意以下两个方面。首先，重视观察与思考。达尔文（C.R.Darwin，18091882）说过：“我既没有突出的理解力，也没有过人的机智。只在观察那些稍纵即逝的事物并对其进行精细观察的能力上，我可能在许多人之上。”许多科学家和达尔文一样，具有观察和思考的习惯。美国科学家特明（H.M.Temin，19341994）的实例能说明观察与思考的重要性。他在学习和研究中始终保持着观察和思考的习惯。例如，他在研究细胞癌变的过程中，观察到许多现象，也思考了许多问题。其中，有一个问题一直让他百思不得其解。当时，克里克已经提出了中心法则，认为DNA通过RNA指导蛋白质的合成。但他观察到劳斯肉瘤病毒（一种RNA病毒）在增殖过程中，首先会出现合成DNA的现象。这样的现象与中心法则相抵触。虽然许多科学家不认同他的观察结果，但他没有气馁。通过思考，他认为要证明自己的观察是正确的，就需要找到逆转录酶。于是，他确定将研究重点转入寻找“催化RNA合成DNA的酶”这一新课题，并通过反复实验，终于发现了逆转录酶。他因此获得了1975年诺贝尔生理学或医学奖。图2“遗传与进化”模块主要学习内容遗传信息主要编码在DNA分子上基因的分离和重组导致多种基因组合遗传信息控制生物性状，并代代相传生物的多样性和适应性是进化的结果减数分裂和有性生殖基因位于染色体上现存物种来自共同祖先可遗传的变异适应是自然选择的结果2本模块既有微观层面的内容，也有宏观层面的内容，需要在观察生产、生活、社会现象时深入思考其本质。尽管我们每个人都有不同的知识背景、生活经历和人生目标，学习方式也会有所不同，但在学习生物学时，养成观察和思考的习惯会使我们学得更加轻松、有效。其次，重视概念学习，着重提升生物学学科核心素养。我们不能仅仅停留在记住一些零散生物学事实的层面上，而要通过实验和实践活动、科学思维活动、科学探究活动，对生命现象和事实进行抽象和概括，来主动建构概念和合理的知识框架，这样才能在新情境下解决相关问题。要在学习生物学概念的同时，特别注意生物学学科核心素养的提升。例如，我们应该参与以探究为特点的主动学习过程，因为主动学习过程可以直接促进“科学思维”“科学探究”核心素养的提升，也能间接影响“生命观念”“社会责任”两个核心素养的达成。本模块需要形成进化与适应观、结构与功能观等生命观念，这些观念的形成建立在较好地理解“遗传与进化”模块中重要概念的基础上。在学习本模块的过程中，我们不仅要领悟生物学家在研究过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法，还要像科学家一样，基于生物学事实和证据，学会运用批判性思维、创造性思维等开展各项活动，逐步提升生物学学科核心素养，并积极参加与生物学相关的社会事务的讨论。3孟德尔巧妙地选择了杂交实验的材料豌豆农民很早就发现，通过作物的杂交可以选育出兼具双亲优点的后代。但是，在很长的一段时间里，人们对这背后的遗传规律却知之甚少。孟德尔用豌豆进行了长达8年的杂交实验，最终发现了生物的遗传规律。那么，孟德尔的豌豆杂交实验是如何进行的？他是如何通过假说演绎法阐明豌豆的杂交实验的？后人又做了哪些工作进一步完善了生物的遗传规律？这些遗传规律对我们又有什么实际意义呢？图1-1-1一种蛔虫的体细胞和配子染色体数量变化示意图?体细胞配子第第一一节节减减数数分分裂裂和和受受精精作作用用由于环境问题和不良卫生习惯，有些人可能会感染蛔虫。蛔虫是常见的肠道寄生虫，其细胞内染色体（chromosome）数量很少。科学家常把蛔虫作为研究细胞分裂过程中染色体数量变化规律的好材料。那么，科学家从蛔虫研究中发现了什么呢？事实：1 19世纪末，有些科学家在观察一种寄生生活的蛔虫时，发现它们的受精卵、体细胞都含有四条染色体，而它们的配子中只含有两条染色体（图1-1-1）。2后来发现，许多生物也和这种蛔虫一样，配子的染色体数量是体细胞的一半。例如，人的精原细胞有46条染色体。一个精原细胞经过细胞分裂，形成四个精细胞，每个精细胞只有23条染色体。这种细胞分裂结果和细胞有丝分裂不一样。这引起了科学家进一步思考。思考：1.分析 蛔虫体细胞和配子的染色体数量存在什么比例关系？2.推理 尝试用绘图的形式，推理一个蛔虫的体细胞转变成染色体数量减半的配子的可能过程。积积极极思思维维生殖细胞中染色体数量与体细胞中的一样吗？从上述事实可以看出，形成生殖细胞的细胞分裂与体细胞的有丝分裂既有相似之处，也有显著不同。这种特殊的细胞分裂对于生物的繁衍具有十分重要的意义。那么，这种形成生殖细胞的分裂方式与有丝分裂究竟有哪些异同呢？5减数分裂产生精子或卵细胞经过科学家深入的研究发现，进行有性生殖的生物，其体细胞核内的染色体数量之所以能保持恒定，与形成生殖细胞时进行了减数分裂（meiosis）有关。在减数分裂过程中，染色体的形态、结构，以及中心体、纺锤体、核仁、核膜等也像在有丝分裂过程中一样，发生规律性的变化。所以，减数分裂可以看做是一种特殊的有丝分裂。在哺乳动物体内，精原细胞（spermatogonia）和卵原细胞（oogonium）最终分别能形成精子和卵细胞。以哺乳动物精子（sperm cell）形成过程（图1-1-2）为例，可以将减数分裂分为减数第一次分裂和减数第二次分裂两个主要阶段。减数分裂的意义在于，子代既能有效地获得父母双方的遗传物质，确保遗传的稳定性，又能保持遗传的多样性，增强子代适应环境变化的能力。如果在有性生殖过程中没有减数分裂，那么，生殖细胞的染色体数量将不能减半，经过受精作用，受精卵的染色体数量必将倍增，细胞体积也会相应增加如此代代相传，生命活动将无法正常进行。因此，减数分裂是生物有性生殖的基础，也是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要保证。核膜精原细胞纺锤体中心体非姐妹染色单体同源染色体联会形成四分