普通高中教科书·生物学必修2 遗传与进化.pdf

遗传与进化普通高中课程标准教科书遗传与进化普通高中教科书生物学生物学必 修 2必 修2SHENGWUXUEPUTONG GAOZHONG JIAOKESHU绿 色 印 刷 产 品 普 通 高 中 教 科 书未命名-1 119-8-2 上午8:42遗传与进化必修 2普通高中教科书生物学北京人民教育出版社 课程教材研究所生 物 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心编著普通高中教科书 生物学 必修2 遗传与进化人民教育出版社 课程教材研究所生 物 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心 编著出网版（北京市海淀区中关村南大街17号院1号楼 邮编：100081）址 http:/ 版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现内容质量问题，请登录中小学教材意见反馈平台：如发现印、装质量问题，影响阅读，请与联系调换。电话：-主 编：朱正威 赵占良副 主 编：何奕騉本册主编：曹保义 吴成军编写人员：（以姓氏笔画为序）王 颖 王永胜 王伟光 李新花 吴成军 赵占良 曹保义 蔡民华 责任编辑：王 颖 卢 媛美术编辑：王 喆目录第 1 章 遗传因子的发现.1第 1 节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）.2 探究实践 性状分离比的模拟实验.6第 2 节 孟德尔的豌豆杂交实验（二）.9 与生物学有关的职业 育种工作者.14第 2 章 基因和染色体的关系.17第 1 节 减数分裂和受精作用.18 一 减数分裂.18 探究实践 观察蝗虫精母细胞减数分裂装片.24 二 受精作用.25 探究实践 建立减数分裂中染色体变化的模型.25 科学技术社会 人类辅助生殖技术.28第 2 节 基因在染色体上.29 科学家的故事 染色体遗传理论的奠基人摩尔根.33第 3 节 伴性遗传.34科学家访谈 毕生追求的“禾下乘凉梦”与袁隆平院士一席谈第 3 章 基因的本质.41第 1 节 DNA 是主要的遗传物质.42 生物科技进展 生物信息学及其应用.47第 2 节 DNA 的结构.48 探究实践 制作 DNA 双螺旋结构模型.51 科学技术社会 DNA 指纹技术.52第 3 节 DNA 的复制.53第 4 节 基因通常是有遗传效应的 DNA 片段.57 生物科技进展 单细胞基因组测序.60 与生物学有关的职业 测序工程师.60第 4 章 基因的表达.63第 1 节 基因指导蛋白质的合成.64 生物科学史话 遗传密码的破译.70第 2 节 基因表达与性状的关系.71 科学技术社会 基因工程的应用.76第 5 章 基因突变及其他变异.79第 1 节 基因突变和基因重组.80 生物科技进展 基因组编辑.85 科学技术社会 精准医疗.86第 2 节 染色体变异.87 探究实践 低温诱导植物细胞染色体数目的变化.89第 3 节 人类遗传病.92 探究实践 调查人群中的遗传病.93 与生物学有关的职业 遗传咨询师.96第 6 章 生物的进化.99第 1 节 生物有共同祖先的证据.100 科学技术社会 理想的“地质时钟”.105 与生物学有关的职业 化石标本的制作人员.105第 2 节 自然选择与适应的形成.106第 3 节 种群基因组成的变化与物种的形成.110 一 种群基因组成的变化.110 探究实践 探究自然选择对种群基因频率变化 的影响.112 探究实践 探究抗生素对细菌的选择作用.115 二 隔离在物种形成中的作用.116第 4 节 协同进化与生物多样性的形成.119寂寂无闻时就敢于挑战世界权威，名满天下时仍然只专注绿野田园，这一切只因为心中有毕生追求的梦想让所有人远离饥饿。袁隆平院士将全部心血倾注于杂交水稻事业，为中国乃至世界的粮食生产作出了重大贡献。2017年10月，袁隆平院士欣然接受了我们的采访。问：什么是杂交水稻？与普通水稻相比，它有哪些优势？答：杂交水稻就是通过将遗传上有一定差异、优良性状互补的两个水稻品种杂交，获得的具有杂种优势的新品种。与常规栽培稻相比，杂交水稻的产量会有较大幅度的提高。杂交水稻自1976年大面积推广以来，已累计推广80亿亩，累计增产稻谷6 000亿千克以上，被誉为“第二次绿色革命”。这些年来，因为我国科学科学家访谈家在杂交水稻领域的不断创新，也使我国成为世界杂交水稻强国。问：您为什么选择杂交水稻作为研究方向？答：我上大学时，学的是农业科学。20世纪60年代，在水稻、小麦、玉米、油菜等主要农作物的育种中，只有水稻育种停滞不前，成为世界性难题，而水稻又是我国的主要粮食作物之一。因此，我开始研究水稻育种，立志解决我国的粮食短缺问题。1961年，我在湖南省安江农校的早稻田中，偶然间发现了一株“鹤立鸡群”的稻株。它穗大，籽粒饱满，结了十几个8寸多长的稻穗。我如获至宝，等它成熟时，小心翼翼地收下种子。第二年，我在田里用这些种子种了1 000多株水稻。让我大失所望的是，子代长得参差不齐，高的高、矮的袁隆平江西德安人，“共和国勋章”获得者，中国工程院院士，美国科学院外籍院士，杰出的杂交水稻育种学家，被誉为“杂交水稻之父”。袁隆平院士于1981年获得我国第一个特等发明奖，2001年获得首届国家最高科学技术奖，他还相继获得国家科学技术进步奖特等奖、联合国教科文组织科学奖、世界粮食奖、沃尔夫农业奖等多项大奖。毕生追求的“禾下乘凉梦”与袁隆平院士一席谈问：有人说发现“野败”是一种偶然，您认同这种观点吗？答：选育出雄性不育植株，是做杂交水稻研究的第一个难题。最初，我们在栽培稻中寻找。在检查了几十万个稻穗后，只找到6株雄性不育植株，而且它们雄性不育的性状无法在后代中保持下去。后来我们改变策略，尝试做远缘杂交，即用野生稻与栽培稻杂交。1970年，我们终于发现了一株雄性不育的野生稻，就是前面所说的“野败”，而且它雄性不育的性状能够保持下去，这就为研制杂交水稻打开了突破口。虽然发现“野败”的过程十分艰辛，但我们一直很有信心。因为我们的研究方向很明确，我们也具备专业知识，知道如何分辨雄性不育植株。因此，当遇到“野败”时，我们就能一眼识“宝”。能够成功地发现“野败”，绝不是什么偶然，而是我们多年来持之以恒、克服种种困难的必然结果。问：您为人类的粮食生产作出了巨大贡献，取得了举世瞩目的成就。您成功的秘诀是什么？答：我的体会就是“知识、汗水、灵感、机遇”这八个字。知识是创新的基础；汗水意味着任何一项成果都来自深入细致矮。冷静之后我仔细分析，水稻是自花传粉植物，一般都是纯种，为什么这些子代与亲代存在巨大差异？说明这株野生稻是一株天然的“杂交稻”，也就是说，水稻是能杂交的。这让我对当时的“水稻等自花传粉植物没有杂种优势，不适宜进行杂交”的权威理论产生了怀疑，激发了我研究杂交水稻的兴趣，由此确定了研究方向。问：据说杂交水稻之所以取得成功，与发现“野败”有很大的关系，您能简单介绍什么是“野败”吗？答：刚才所说的天然“杂交稻”启发我，水稻中一定有天然的雄性不育（雄蕊发育不正常，但雌蕊正常，可以接受外来的花粉而繁殖后代）植株。如果将雄性不育植株作为母本，就可以让它与其他品种杂交来培育杂交水稻。后来我们通过大量的调查，发现了一株野生的雄性不育水稻，并将它命名为“野败”。山外青山楼外楼，自然探秘永无休。成功易使人陶醉，莫把百尺当尽头。2017年10月我最想对高中生说的话：的实干和苦干；灵感是知识、经验、思索和孜孜以求综合在一起升华的产物，它往往在外来因素的刺激下突然产生；机遇看似偶然，但往往又是必然的，机遇总是给有准备的人。自然界的现象也是如此，偶然背后是必然。科学家的任务，就是要透过偶然性的表面现象，找出隐藏在它背后的自然规律。问：您在杂交水稻研究上付出了艰辛的努力，是否也需要多方面的配合和支持？您能谈谈这方面的体会吗？答：杂交水稻是我国科技领域自主创新、社会主义协作的成就。它的成功离不开国家的高度重视和大力支持，同时也是我国广大农业科技工作者努力协作、合力攻关取得的。我在杂交水稻研究的前沿工作中起了一些带头作用，但我单枪匹马不可能完成，是靠大家合作完成的。问：您至今还奋战在科研第一线。我们看您的身体和精神状态也挺好的，这是否跟坚持锻炼有关呢？您有哪些业余爱好呢？答：我的爱好比较多，打球、游泳、拉小提琴、阅读等，我都喜欢。爱好会让学习和生活更加丰富多彩，还可以促使人在知识、文化等层面上相互交融和相互启发。问：听说您有两个梦想，您能简单谈谈吗？答：第一个梦想是“禾下乘凉梦”，这是我曾经做过的梦。我梦见试验田的超级杂交稻长得比高粱还高，穗子有扫帚那么长，籽粒像花生米那么大，我和同事就坐在瀑布般的稻穗下乘凉。第二个梦想是“杂交水稻覆盖全球梦”。如果全球一半的稻田种植杂交水稻，所增产的粮食，可以多养活4 亿5 亿人，这将为世界粮食安全作出很大贡献。我还要继续工作，实现我的梦想，向水稻的更高产量攀登。第1节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）1遗传因子是什么，你可能不清楚，但说起基因，你一定耳熟能详。你的长相、身高、体重、肤色，甚至在某方面的天赋，都与基因有着密不可分的关系。基因最早的名字就是“遗传因子”。基因为什么曾叫遗传因子？这背后有什么故事吗？遗传因子看不见摸不着，科学家是怎样发现它的呢？它在亲子代间的传递有什么规律呢？让我们从一百多年前孟德尔的豌豆杂交实验开始，循着科学家的足迹，探索遗传的奥秘。第1章遗传因子的发现八年耕耘源于对科学的痴迷，一畦畦豌豆蕴藏遗传的秘密。实验设计开辟了研究的新路，数学统计揭示出遗传的规律。2第1章 遗传因子的发现融合遗传的观点曾在19世纪下半叶十分盛行。然而，在奥地利的一所修道院里（现捷克境内），孟德尔（G.J.Mendel，18221884）冲破了这个错误观点的“束缚”，提出了完全不同的理论。孟德尔从小喜爱自然科学，由于家境贫寒，21岁便做了修道士。后来，他被派到维也纳大学进修自然科学和数学。回到修道院后，他利用修道院的一小块园地，种植了豌豆、山柳菊、玉米等多种植物，进行杂交实验，潜心研究多年。其中豌豆的杂交实验非常成功，孟德尔通过分析豌豆杂交实验的结果，发现了生物遗传的规律。豌豆用作遗传实验材料的优点豌豆花是两性花，在未开放时，它的花粉会落到同一朵花的雌蕊的柱头上，从而完成受粉，这种传粉方式叫作自花传粉，也叫自交。自花传粉避免了外来花粉的干扰，所以豌豆在自然状态下一般都是纯种，用豌豆做人工杂交实验（图1-1），结果既可靠，又容易分析。豌豆植株还具有易于区分的性状（trait）。例如，豌豆植株中有高茎（高度1.52.0 m）的，也有矮茎（高度0.3 m左 孟德尔是怎样设计一对相对性状的杂交实验的？孟德尔为解释实验结果作出了哪些假设？他又设计了 什么实验来验证假设？分离定律的内容是什么？怎样用分离定律解释一些遗传现象？如何运用假说演绎法进行科学探究？本节聚焦第1节孟德尔的豌豆杂交实验（一）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内发生混合，使子代表现出介于双亲之间的性状。就像把一瓶蓝墨水和一瓶红墨水倒在一起，混合液是另外一种颜色，再也无法分出蓝色和红色。这种观点也称作融合遗传。讨论1按照上述观点，当红花豌豆与白花豌豆杂交后，子代的豌豆花会是什么颜色？2你同意上述观点吗？你的证据有哪些？问题探讨红花豌豆和白花豌豆有些植物（如玉米）的花为单性花，花中只有雄蕊的，叫雄花；只有雌蕊的，叫雌花。玉米雄花的花粉落在同一植株的雌花的柱头上，所完成的传粉过程也属于自交。相关信息第1节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）3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，叫作相对性状（relative trait）。这些性状能够稳定地遗传给后代。用具有相对性状的植株进行杂交实验，很容易观察和分析实验结果。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、种子形状、子叶颜色、花的位置等）做杂交实验（图1-2）。两朵花之间的传粉过程叫作异花传粉。不同植株的花进行异花传粉时，供应花粉的植株叫作父本（），接受花粉的植株叫作母本（）。图1-1 人工异花传粉示意图茎的高度矮茎高茎腋生顶生花的位置种子形状皱缩圆滑子叶