普通高中教科书
生物学
必修2
遗传与进化
上海科学技术出版社


主　　编：赵云龙　周忠良
本册主编：刘志学编写人员：（以姓氏笔画为序）　　　　　阮文婕　李竹青　杨　桦　张秀珍　陈　曦
责任编辑：何孝祥　吴　玥美术设计：蒋雪静普通高中教科书　生物学　必修2　遗传与进化上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写
出 版　上海世纪出版(集团)有限公司　上海科学技术出版社　　　　（上海市闵行区号景路159弄A座9F-10F　邮政编码201101）发 行　上海新华书店印 刷　上海中华印刷有限公司版 次　2022年2月第1版印 次　2022年2月第1次开 本　890毫米×1240毫米　1/16印 张　8字 数　177千字书 号　ISBN 978-7-5478-5342-9/G·1044定 价　10.10元
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目录
第       章         
        1
遗传的分子基础　 1
1节第 DNA是主要的遗传物质2
1-1 ·活动探究 探讨DNA分子双螺旋结构的发现过程并制作模型
7
节第2节第3基因选择性表达导致细胞的差异化遗传信息通过复制和表达进行传递
10
20
第       章         
2
有性生殖中的遗传信息传递　 29
第1节第2节第3节有性生殖中遗传信息通过配子传递给子代
30
探究·建模2-1模拟减数分裂过程中染色体的变化

34
亲代基因传递给子代遵循特定规律
38
探究·建模2-2模拟植物花色性状分离

42
性染色体上的基因传递与性别相关联
47
1


第               章         
3
可遗传的变异　 57
第1节第2节第3节第4节基因重组造成变异的多样性基因突变是生物变异的根本来源染色体变异会导致性状变化人类遗传病可以检测和预防58
63
70
80
探究·活动3-1人类常见遗传病的调查分析和预防宣传

86
第       章         
        4
生物的进化　 91
第1节第2节第3节多种证据表明生物具有共同祖先生物进化理论在不断发展
92
99
探究·活动4-1 探讨细菌耐药性与抗生素使用的关系探究·建模4-2
102
模拟自然选择对种群基因频率的影响
106
物种形成和灭绝是进化过程中的必然事件
110
2


第节
第章

遗传的分子基础
1
1953年，（J.D.Watson）和英国科学家克美国科学家沃森里克（F.Crick）等解析了DNA的双螺旋结构
，标志着生物学研究进入分子生物学时代。DNA分子结构的阐明使得我们能够从分子层面对许多遗传学问题作出合理的解释。例如，什么是基因？基因与DNA具有怎样的关系
？基因如何实现其功能？遗传信息怎样传递？诸如此类的问题都将在本章中得到解答。同时，从科学家们探究这些问题的历程中，我们能领悟到所蕴含的研究方法和科学精神。
11


第1章遗传的分子基础
第 节
DNA是主要的遗传物质
1
“种瓜得瓜，种豆得豆”是指子代会表现出与亲代相同或相似的性状，这与亲代传递给子代的遗传物质相关。遗传物质的化学本质是什么？其结构如何？又是以何种形式储存遗传信息的？
学习目标
●
分析探究遗传物质本质和结构的实验，发展科学思维，培养严谨细致的探究意识和实事求是的科学精神。概述多数生物的遗传物质是DNA
格里菲斯的肺炎链球菌转化实验
●●●●
，有些病毒的遗传物质是RNA
肺炎链球菌有多种类型，其中一种在细胞外具有多糖荚膜，称为S菌，菌落较光滑、较大，小鼠感染后会死亡；另一种不具有多糖荚膜，称为R菌，菌落较粗糙、较小，小鼠感染后不会死亡。1928年，英国科学家格里菲斯（F
。概述DNA分子由四种脱氧核苷酸构成，遵循碱基互补、反向平行原则形成双螺旋结构，海量的遗传信息储存在四种碱基的排列顺序中。
. Griffith）进行了肺炎链球菌转化实验，其主要过程及结果如图1-1所示。
概念聚焦
多数生物的遗传物质是DNA
，有些病毒的遗传物质是RNA。DNA分子中碱基的排列顺序储存着遗传信息。
图1-1 格里菲斯转化实验主要过程及结果示意图
思考与讨论：
分析以上转化实验，你能得出什么结论？
2


DNA是主要的遗传物质第1节
1．NR验研究发现遗传物质是DNA或A实
格里菲斯认为，有某种化学物质从加热灭活的S菌进入了活的R菌中
，从而使R菌具有了S菌“使小鼠致死”的性状。他将这种物质称为“转化因子”。由于蛋白质结构复杂，而且是细胞生命活动的主要执行者，所以在很长的一段时间里，这种转化因子被认为是蛋白质。事实真的如此吗？肺炎链球菌的遗传物质是DNA　生物体中糖类、蛋白质、核酸等生物大分子分离技术的发展，为探究遗传物质的本质提供了可靠的技术和方法。1944年
，美国科学家艾弗里（O. A
very）等为了进一步探究格里菲斯提出的“转化因子”的化学本质，进行了肺炎链球菌体外转化实验。他们将S菌裂解，提取出较为纯净的蛋白质、RNA
、DNA等物质，分别与R菌混合
，观察哪种物质能使R菌转化成S菌。实验结果如表1-1所示。
表1-1 艾弗里“肺炎链球菌体外转化实验”的主要结果
组别对R菌的处理培养结果1加入S菌的DNA多数仍为R菌，少数转化为S菌2加入S菌的DNA+DNA酶
*R菌仍为3加入S菌的蛋白质仍为R菌4加入S菌的荚膜多糖仍为R菌5加入S菌的RNA仍为R菌　
DNA酶可降解DNA。
*
艾弗里的实验结果表明：几种物质中，只有DNA能够导致转化现象发生，且DNA的
学习提示
纯度越高，转化的效率越高；用DNA酶对DNA提取物进行处理
想一想格里菲斯和艾弗里转化实验的实验思路有什么不同。
，则不能使R菌发生转化。R菌转化为S菌之后，经细胞分裂产生的子代仍为S菌。艾弗里由此得出结论：格里菲斯所说的“转化因子”不是蛋白质，而是DNA
。这项历时15年的研究首次证明了DNA可作为遗传物质。T2噬菌体的遗传物质是DNA　1952年
，美国科学家赫尔希（A. D. Hershey
）和蔡斯（M. Chase）以T2噬菌体为材料，利用放射性同位素标记技术，更加直观地证明了DNA是遗传物质。
3


第1章遗传的分子基础
T2噬菌体是一种DNA病毒，可侵染大肠杆菌。T2噬菌体的化学成分只有蛋白质和DNA
，DNA包裹在头部蛋白质外壳内（图1-2
）。赫尔希等用放射性同位素
3532
S和P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA后
，分别侵染不含放射性同位素的大肠杆菌。然后进行搅拌，再通过离心使混合物分离成上清液和沉淀物两部分。上清液中主要是较轻的噬菌体外壳，沉淀物主要是较重的、被侵染的大肠杆菌细胞。分别测定这两部分的放射性（图1-3
）。
图1-2 T2噬菌体的结构示意图图1-3
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验示意图
35
检测结果表明：当使用S标记时，大肠杆菌中几乎无放射性；当使用
32
P标记时，放射性则主要集中在大肠杆菌细胞内。这说明噬菌体在侵染时，其DNA进入细菌
，而蛋白质留在细菌外。由此得出结论：T2噬菌体的遗传物质是DNA
。那么，T2噬菌体的DNA是如何进入大肠杆菌细胞内的呢？T2噬菌
体侵染大肠杆菌时，首先附着在大肠杆菌表面并识别其特异性受体，识别成功后，尾针像注射器的针头那样插入大肠杆菌细胞，将头部中的DNA经中空的颈部注入细菌内，而蛋白质外壳则留在细胞外。在大肠杆菌细胞内，T2噬菌体的各个部分在DNA指导下合成
，然后组装成子代噬菌体并释放（图1-4
）。
4


DNA是主要的遗传物质第1节
图1-4 T2噬菌体侵染大肠杆菌过程示意图
烟草花叶病毒的遗传物质是RNATMV（　烟草花叶病毒）是一种RNA病毒
，只含有RNA和蛋白质衣壳。蛋白质衣壳由一定数目的蛋白质分子整齐排列成管状，包裹着弹簧状的RNA。烟草叶片感染TMV后会产生病斑（图1-5
）。那么，TMV的遗传物质是蛋白质，还是RNA呢？1955年
，美国科学家弗伦克尔–康拉特（H. Fraenkel-Conrat）和威廉姆斯（R. W
illiams）从A、B两种类型TMV中分离出蛋白质和RNA
，并重新组合成两种有活性的重组TMV。用重组TMV去感染烟草
图1-5 烟草叶片感染TMV后产生的病斑
，并从病斑处收集子代TMV，鉴定其类型（图1-6
）。结果表明，决定子代TMV类型的物质是RNA
，而不是蛋白质。这说明TMV的遗传物质是RNA
，而不是蛋白质。
图1-6 烟草花叶病毒（TMV）重组实验示意图
5


第1章遗传的分子基础
格里菲斯、艾弗里、赫尔希、蔡斯、弗伦克尔–康拉特和威廉姆斯等用科学实验探究了“遗传物质的化学本质”。之后，科学家经过不断研究，明确了绝大多数生物的遗传物质是DNA
，RNA病毒的遗传物质是RNA。
2．结构中绝大多数生物的遗传信息蕴含在DNA
DNA作为主要遗传物质，储存着大量的遗传信息。遗传信息是以什么形式储存在DNA中的
？诠释这一问题必须从DNA分子的组成和结构入手。DNA是一种长链大分子
，由多个脱氧核糖核苷酸连接而成，每个脱氧核糖核苷酸中含有磷酸基