高中生物必修二知識點精講引言高中生物必修二以“遺傳與進(jìn)化”為核心主線，連接了細(xì)胞生物學(xué)（必修一）與穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)（必修三），是理解生命本質(zhì)的關(guān)鍵模塊。本模塊從細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)（減數(shù)分裂）→分子基礎(chǔ)（DNA與基因）→經(jīng)典規(guī)律（孟德爾定律、伴性遺傳）→變異來源（突變與重組）→進(jìn)化理論（自然選擇與現(xiàn)代生物進(jìn)化理論），構(gòu)建了完整的“遺傳信息傳遞—變異—適應(yīng)”邏輯鏈。學(xué)好本模塊不僅能解答“生物如何遺傳”“物種如何演變”等根本問題，也是后續(xù)學(xué)習(xí)遺傳學(xué)、進(jìn)化論的基礎(chǔ)。一、遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)：減數(shù)分裂與受精作用核心問題：有性生殖中，親子代染色體數(shù)目如何保持恒定？1.減數(shù)分裂的概念與意義定義：減數(shù)分裂是有性生殖生物在產(chǎn)生生殖細(xì)胞（配子）時進(jìn)行的特殊分裂方式，特點是染色體復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，結(jié)果是子細(xì)胞染色體數(shù)目減半（從2n→n）。意義：維持親子代染色體數(shù)目恒定（減數(shù)分裂使配子染色體減半，受精作用使受精卵恢復(fù)為2n）；通過同源染色體分離與非同源染色體自由組合，產(chǎn)生遺傳多樣性（配子類型多樣）。2.減數(shù)分裂的關(guān)鍵過程（以哺乳動物精子形成為例）時期染色體行為特點染色體數(shù)目DNA數(shù)目減數(shù)第一次分裂前期（聯(lián)會期）同源染色體（形態(tài)、大小相同，一條來自父方，一條來自母方）兩兩配對（**聯(lián)會**），形成**四分體**；四分體中的非姐妹染色單體發(fā)生**交叉互換**（基因重組的來源之一）。2n4n減數(shù)第一次分裂中期同源染色體排列在赤道板兩側(cè)2n4n減數(shù)第一次分裂后期同源染色體**分離**（分離定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)），非同源染色體**自由組合**（自由組合定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)）。2n4n減數(shù)第一次分裂末期細(xì)胞一分為二，形成兩個次級精母細(xì)胞；每個次級精母細(xì)胞染色體數(shù)目減半（n）。n2n減數(shù)第二次分裂前期染色體散亂分布（無同源染色體）n2n減數(shù)第二次分裂中期染色體著絲點排列在赤道板上n2n減數(shù)第二次分裂后期著絲點分裂，姐妹染色單體分開，染色體數(shù)目暫時加倍（2n）2n2n減數(shù)第二次分裂末期細(xì)胞一分為二，形成四個精細(xì)胞；精細(xì)胞變形為精子（染色體數(shù)目n，DNA數(shù)目n）。nn3.易錯提醒：有絲分裂與減數(shù)分裂的圖像判斷三步法：第一步：看染色體數(shù)目（奇數(shù)→減數(shù)第二次分裂；偶數(shù)→繼續(xù)判斷）；第二步：看同源染色體（無同源染色體→減數(shù)第二次分裂；有同源染色體→繼續(xù)判斷）；第三步：看同源染色體行為（聯(lián)會、四分體、同源染色體分離→減數(shù)第一次分裂；無上述行為→有絲分裂）。4.受精作用的意義定義：精子與卵細(xì)胞融合形成受精卵的過程。意義：恢復(fù)親子代染色體數(shù)目（受精卵=精子n+卵細(xì)胞n=2n）；促進(jìn)遺傳多樣性（精子與卵細(xì)胞的隨機(jī)結(jié)合，使受精卵的基因型組合多樣）。二、遺傳的分子基礎(chǔ)：DNA是遺傳物質(zhì)核心問題：遺傳信息的載體是什么？如何傳遞與表達(dá)？1.遺傳物質(zhì)的探索實驗（1）肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗（格里菲斯+艾弗里）格里菲斯實驗：加熱殺死的S型菌（有莢膜，有毒）能使R型菌（無莢膜，無毒）轉(zhuǎn)化為S型菌，提出“轉(zhuǎn)化因子”的概念。艾弗里實驗：將S型菌的DNA、蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)分離，分別與R型菌混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)只有DNA能使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌，結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)（蛋白質(zhì)不是）。（2）噬菌體侵染細(xì)菌實驗（赫爾希+蔡斯）實驗設(shè)計思路：用放射性同位素標(biāo)記（32P標(biāo)記DNA，3?S標(biāo)記蛋白質(zhì)），區(qū)分噬菌體的DNA與蛋白質(zhì)，觀察其在侵染過程中的作用。結(jié)果：32P標(biāo)記的DNA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，3?S標(biāo)記的蛋白質(zhì)留在細(xì)菌外；子代噬菌體中檢測到32P，未檢測到3?S。結(jié)論：DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)（進(jìn)一步證明DNA是主要遺傳物質(zhì)）。2.DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制（1）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)（沃森+克里克）特點：①兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈盤旋成雙螺旋；②磷酸-脫氧核糖交替連接構(gòu)成基本骨架（外側(cè)）；③堿基排列在內(nèi)側(cè)，遵循堿基互補(bǔ)配對原則（A與T配對，C與G配對；A-T之間2個氫鍵，C-G之間3個氫鍵，故C-G含量越高，DNA穩(wěn)定性越強(qiáng)）。（2）DNA的復(fù)制概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程（發(fā)生在細(xì)胞分裂間期，如有絲分裂間期、減數(shù)第一次分裂前的間期）。特點：①半保留復(fù)制（子代DNA分子保留親代DNA的一條鏈，另一條鏈為新合成的；實驗驗證：Meselson-Stahl的1?N標(biāo)記實驗）；②邊解旋邊復(fù)制（需要解旋酶解開雙螺旋，DNA聚合酶催化脫氧核苷酸連接）。條件：模板（親代DNA的兩條鏈）、原料（四種脫氧核苷酸）、酶（解旋酶、DNA聚合酶）、能量（ATP）。意義：將遺傳信息從親代傳遞給子代，保持遺傳信息的連續(xù)性。3.基因的表達(dá)：轉(zhuǎn)錄與翻譯基因的概念：有遺傳效應(yīng)的DNA片段（是遺傳信息的基本單位）。中心法則：遺傳信息的傳遞方向：DNA→RNA→蛋白質(zhì)（少數(shù)RNA病毒可逆轉(zhuǎn)錄：RNA→DNA）。（1）轉(zhuǎn)錄（DNA→RNA）場所：細(xì)胞核（真核生物）、細(xì)胞質(zhì)（原核生物）；模板：DNA的一條鏈（模板鏈）；原料：四種核糖核苷酸（A、U、C、G）；酶：RNA聚合酶（不需要解旋酶，自身能解開DNA雙螺旋）；產(chǎn)物：mRNA（信使RNA，攜帶遺傳信息）、tRNA（轉(zhuǎn)運RNA，轉(zhuǎn)運氨基酸）、rRNA（核糖體RNA，構(gòu)成核糖體）。（2）翻譯（RNA→蛋白質(zhì)）場所：核糖體；模板：mRNA（其上的密碼子：3個相鄰堿基，決定1個氨基酸；共有64種密碼子，其中61種編碼氨基酸，3種終止密碼子）；原料：20種氨基酸；工具：tRNA（一端攜帶氨基酸，另一端有反密碼子，與mRNA的密碼子互補(bǔ)配對）；過程：核糖體沿mRNA移動，tRNA攜帶氨基酸依次連接，形成多肽鏈（肽鏈折疊成蛋白質(zhì)）。4.易錯提醒：轉(zhuǎn)錄與翻譯的區(qū)別比較項目轉(zhuǎn)錄翻譯模板DNA的一條鏈mRNA原料核糖核苷酸氨基酸產(chǎn)物RNA（mRNA、tRNA、rRNA）蛋白質(zhì)場所細(xì)胞核（真核）核糖體配對方式A-U、T-A、C-G、G-CA-U、U-A、C-G、G-C三、遺傳的基本規(guī)律：孟德爾定律與伴性遺傳核心問題：性狀如何傳遞？基因的傳遞有何規(guī)律？1.孟德爾的假說-演繹法（科學(xué)研究方法的典范）步驟：觀察現(xiàn)象（豌豆雜交實驗：高莖×矮莖→F?全高，F(xiàn)?高:矮=3:1）；提出問題（為什么F?出現(xiàn)3:1的性狀分離？）；作出假說（①生物的性狀由遺傳因子（基因）控制；②體細(xì)胞中基因成對存在；③減數(shù)分裂時，成對基因分離，進(jìn)入不同配子；④受精時，配子隨機(jī)結(jié)合）；演繹推理（若假說成立，則F?與矮莖測交，后代高:矮=1:1）；實驗驗證（測交實驗結(jié)果符合預(yù)期）；得出結(jié)論（分離定律）。2.分離定律（基因的分離）實質(zhì)：減數(shù)第一次分裂后期，等位基因隨同源染色體的分離而分離（適用范圍：真核生物、有性生殖、核基因）。常見題型：性狀顯隱性判斷（如高莖×矮莖→全高→高莖為顯性）；基因型推斷（如F?中高莖的基因型為DD或Dd，比例為1:2）；概率計算（如Dd×Dd→后代高莖概率為3/4，矮莖為1/4）。3.自由組合定律（基因的自由組合）實質(zhì)：減數(shù)第一次分裂后期，非同源染色體上的非等位基因自由組合（適用范圍：真核生物、有性生殖、核基因、非同源染色體上的非等位基因）。解題技巧：拆分法（將多對基因拆分為單對基因，分別計算，再相乘）。例如，YyRr×YyRr→后代Yy的概率為1/2，Rr的概率為1/2，故YyRr的概率為1/2×1/2=1/4；后代黃色圓粒（Y_R_）的概率為3/4×3/4=9/16。4.伴性遺傳（基因位于性染色體上的遺傳）性染色體組成：人類為XY型（男性XY，女性XX）；鳥類為ZW型（雄性ZZ，雌性ZW）。常見類型：伴X隱性遺傳（如紅綠色盲、血友?。禾攸c：①男患者多于女患者（男性只要X染色體上有致病基因就患?。虎诟舸徊孢z傳（男患者的致病基因來自母親，傳給女兒）；③女患者的父親和兒子都患?。覆∽颖夭?，女病父必病）。伴X顯性遺傳（如抗維生素D佝僂?。禾攸c：①女患者多于男患者（女性有兩條X染色體，更容易獲得致病基因）；②連續(xù)遺傳（男患者的母親和女兒都患病）；③男患者的母親和女兒都患?。ǜ覆∨夭?，子病母必?。?。伴Y遺傳（如外耳道多毛癥）：特點：①只傳男不傳女（Y染色體只有男性有）；②父傳子，子傳孫。系譜圖判斷技巧：第一步：判斷顯隱性（無中生有→隱性；有中生無→顯性）；第二步：判斷是否為伴性（若隱性遺傳，女患者的父親或兒子正常→常染色體隱性；若顯性遺傳，男患者的母親或女兒正?！Ｈ旧w顯性）。四、變異與育種：遺傳多樣性的來源核心問題：生物的變異從何而來？如何利用變異培育新品種？1.基因突變（分子水平的變異）定義：DNA分子中堿基對的增添、缺失或替換，導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)的改變（產(chǎn)生新基因）。原因：自發(fā)突變（DNA復(fù)制時的錯誤，頻率低）；誘發(fā)突變（物理因素：紫外線、X射線；化學(xué)因素：亞硝酸鹽、堿基類似物；生物因素：病毒）。特點：①普遍性（所有生物都能發(fā)生）；②隨機(jī)性（可發(fā)生在任何時期、任何細(xì)胞）；③低頻性（突變頻率低）；④不定向性（可產(chǎn)生多個等位基因）；⑤多害少利性（大多數(shù)突變對生物有害）。意義：新基因的產(chǎn)生途徑（生物進(jìn)化的原始材料）。2.基因重組（基因水平的變異）定義：生物體進(jìn)行有性生殖時，控制不同性狀的基因重新組合（不產(chǎn)生新基因，產(chǎn)生新基因型）。類型：自由組合（減數(shù)第一次分裂后期，非同源染色體上的非等位基因自由組合）；交叉互換（減數(shù)第一次分裂前期，同源染色體的非姐妹染色單體之間的交叉互換）；基因工程（人工將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，屬于定向重組）。意義：產(chǎn)生遺傳多樣性的主要原因（使后代出現(xiàn)新的性狀組合）。3.染色體變異（細(xì)胞水平的變異）定義：染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目發(fā)生改變（可通過顯微鏡觀察到）。類型：結(jié)構(gòu)變異：①缺失（染色體片段丟失，如貓叫綜合征，5號染色體缺失）；②重復(fù)（染色體片段增加，如果蠅的棒眼）；③倒位（染色體片段顛倒，如人類9號染色體倒位）；④易位（染色體片段移到非同源染色體上，如慢性粒細(xì)胞白血病，22號染色體與9號染色體易位）。數(shù)目變異：①個別染色體增減（如21三體綜合征，21號染色體多了一條）；②染色體組增減（如多倍體、單倍體）。關(guān)鍵概念：染色體組：細(xì)胞中的一組非同源染色體，形態(tài)和功能各不相同，攜帶著控制生物生長發(fā)育的全部遺傳信息（如人類的染色體組有23條染色體）。多倍體：由受精卵發(fā)育而來，體細(xì)胞中含有三個或三個以上染色體組的生物（如三倍體無子西瓜、四倍體馬鈴薯）；特點：莖稈粗壯、葉片大、果實大、營養(yǎng)豐富（但結(jié)實率低）。單倍體：由配子發(fā)育而來，體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的生物（如蜜蜂的雄蜂、單倍體玉米）；特點：植株矮小、高度不育（但可通過秋水仙素處理，獲得純合二倍體）。4.育種方法總結(jié)育種方法原理優(yōu)點缺點例子雜交育種基因重組操作簡單，可集中優(yōu)良性狀育種周期長，不能產(chǎn)生新基因高產(chǎn)抗倒伏小麥誘變育種基因突變提高突變頻率，產(chǎn)生新基因突變不定向，需大量篩選高產(chǎn)青霉素菌株多倍體育種染色體數(shù)目變異果實大，營養(yǎng)豐富結(jié)實率低，需人工誘導(dǎo)三倍體無子西瓜單倍體育種染色體數(shù)目變異縮短育種周期，獲得純合子技術(shù)復(fù)雜，需組織培養(yǎng)矮稈抗病小麥基因工程育種基因重組（定向）定向改造性狀，克服遠(yuǎn)緣雜交不親和技術(shù)復(fù)雜，可能有生態(tài)風(fēng)險轉(zhuǎn)基因抗蟲棉五、生物進(jìn)化：從自然選擇到現(xiàn)代生物進(jìn)化理論核心問題：物種如何形成？生物多樣性如何產(chǎn)生？1.達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說主要內(nèi)容：過度繁殖（生物具有很強(qiáng)的繁殖能力，超過環(huán)境承載力）；生存斗爭（生物與生物、生物與環(huán)境之間的斗爭）；遺傳變異（生物具有遺傳和變異的特性，變異是不定向的）；適者生存（具有有利變異的個體存活下來，不利變異的個體被淘汰）。意義：解釋了生物進(jìn)化的原因（自然選擇）和適應(yīng)性（適者生存）。局限性：未解釋遺傳變異的本質(zhì)（當(dāng)時不知道基因）；未強(qiáng)調(diào)種群是進(jìn)化的基本單位。2.現(xiàn)代生物進(jìn)化理論（核心：自然選擇）主要內(nèi)容：種群是進(jìn)化的基本單位（種群：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體；基因庫：種群中全部個體的全部基因；基因頻率：某基因在種群基因庫中的比例）；突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料（突變包括基因突變和染色體變異，是不定向的；基因重組是定向的嗎？不，基因重組也是不定向的，只是增加了基因型的多樣性）；自然選擇決定生物進(jìn)化的方向（自然選擇使有利變異的基因頻率增加，不利變異的基因頻率減少，導(dǎo)致生物向適應(yīng)環(huán)境的方向進(jìn)化）；隔離導(dǎo)致物種的形成（隔離：種群間不能進(jìn)行基因交流的現(xiàn)象；類型：地理隔離（如加拉帕戈斯群島的地雀）、生殖隔離（如馬和驢雜交產(chǎn)生不育的騾子）；物種形成的標(biāo)志：生殖隔離的形成）。3.基因頻率的計算公式：基因頻率=（該基因的數(shù)目/該基因及其等位基因的總數(shù)）×100%例子：某種群中，AA個體占30%，Aa個體占60%，aa個體占10%，則A的基因頻率=（30×2+60×1）/（100×2）×100%=60%，a的基因頻率=40%。哈迪-溫伯格定律（遺傳平衡定律）：適用條件：種群大、隨機(jī)交配、無突變、無選擇、無遷入遷出；公式：p2+2pq+q2=1（p為顯性基因頻率，q為隱性基因頻率；p2為AA的基因型頻率，2pq為Aa的基因型頻率，q2為aa的基因型頻率）。例子：若A的基因頻率為60%，a的基因頻率為40%，則AA的基因型頻率=60%×60%=36%，Aa=2×60%×40%=48%，aa=40%×40%=16%。4.共同進(jìn)化與生物多樣性共同進(jìn)