山東科學技術出版社本書編寫組編著作權所有請勿擅自用本書制作各類出版物違者必究主管單位：山東出版傳媒股份有限公司出版者：山東科學技術出版社地址：濟南市市中區英雄山路189號郵編：250002電話：（0531）82098082網址：電子郵件：sdkj發行者：山東新華書店集團有限公司地址：濟南市萬壽路19號郵編：250001電話：（0531）82797666印刷者：山東新華印務有限責任公司地址：濟南市世紀大道2366號郵編：250104電話：（0531）82079112規格：16開（184mm260mm）印張：6.25字數：115千版次：2014年11月第2版2019年10月第14次印刷定價：6.11元義務教育教科書（五四學制）生物學八年級下冊YIWUJIAOYUJIAOKESHU（WUSIXUEZHI）SHENGWUXUEBANIANJIXIACE山東科學技術出版社目錄第八單元生物圈中生命的延續和發展第一章生物的生殖和發育.2第一節.植物的生殖.2第二節.昆蟲的生殖和發育.9第三節.鳥的生殖和發育.14第二章生物的遺傳和變異.20第一節.遺傳的物質基礎.20第二節.基因控制生物的性狀.23第三節.基因在親子代間的傳遞.28第四節.人的性別遺傳.35第五節.生物的變異.40第三章生物的進化.46第一節.地球上生命的起源.46第二節.生物進化的歷程.52第三節.生物進化的原因.58第九單元生物的多樣性及其保護第一章生物的分類.68第一節.嘗試對生物進行分類.68第二節.從種到界.74第二章生物的多樣性.79第一節.認識生物的多樣性.79第二節.保護生物的多樣性.84學習并沒有結束“梁上有雙燕，翩翩雄與雌。青蟲不易捕，黃口無飽期。須臾十來往，猶恐巢中饑。”唐代詩人白居易（772-846）這膾炙人口的詩句，描寫了燕子生兒育女的艱辛，反映了生物繁衍后代的本能。從個體水平看，生物體的壽命都是有限的，死亡意味著生命的結束；而從整個生物圈來看，生命總在不斷地延續和發展著，通過生殖和發育、遺傳和變異，并與環境的變化相互作用，演奏著延綿不絕、跌宕起伏的生命樂章。第八單元生物圈中生命的延續和發展第一節植物的生殖生物界的生殖方式多種多樣，主要分為有性生殖和無性生殖兩類。有的植物既能進行有性生殖，又能進行無性生殖。有性生殖你已經學過被子植物的開花結果，請你結合圖-1回憶學過的知識，考慮一下被子植物是怎樣生殖的。生物的生殖和發育第一章生物通過生殖和發育，使得生命在生物圈中世代相續，生生不息。人的“十月懷胎，一朝分娩”，你已知曉；被子植物的開花結果、種子萌發，你耳熟能詳；細菌的分裂生殖、真菌及一些植物的孢子生殖，你也大致了解。生物界還有哪些其他的生殖和發育方式呢？這與人類保護和利用生物資源又有什么關系呢？圖-1南瓜生殖發育示意圖開花生長萌發傳粉、受精形成果實3第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社向日葵、玉米等和南瓜一樣，通過開花、傳粉、受精結出果實，果實中有種子，種子中的胚是由兩性生殖細胞結合所形成的受精卵發育而來的。這種經過兩性生殖細胞結合形成新個體的生殖方式屬于有性生殖（sexualreproduction）。有性生殖的后代，可具有雙親的遺傳特性。有性生殖是植物最常見的生殖方式。除此之外，植物還能進行無性生殖。無性生殖富貴竹的枝條插在水里就能形成新根系。竹開花較為少見，但竹的地下部分有很多竹鞭（竹的地下莖），竹鞭分節，節上的芽形成竹筍，竹筍可以長成新竹。觀察下圖中椒草和甘薯產生新個體的方式。觀察與思考椒草的葉片長成新植株甘薯的塊根上長出新植株第八單元生物圈中生命的延續和發展4山東科學技術出版社圖-2扦插圖-3壓條椒草用葉生殖以及甘薯用塊根生殖等，都不經過兩性生殖細胞的結合，而是由母體直接產生新個體，這種生殖方式屬于無性生殖（asexualreproduction）。無性生殖產生的后代只有母體的遺傳特性，這種生殖方式有利于保持親代的優良性狀，同時還加快了植物的繁殖速度。多種多樣的生殖方式提高了植物適應環境變化的能力，擴大了它們的分布范圍，使植物廣泛分布于多種多樣的生態環境中。小資料不僅植物，其他許多生物也能進行無性生殖，如細菌和草履蟲的分裂生殖、酵母菌和水螅的出芽生殖、真菌的孢子生殖等。無性生殖在生產實踐中的應用植物的無性生殖能夠保持親代的優良性狀。在生產實踐中，人們經常利用植物的無性生殖來栽培農作物、園林植物等，常用的方式有扦插（圖-2）、壓條（圖-3）、嫁接等。楊、柳、葡萄、月季、薔薇等植物常用扦插的方法進行繁育，石榴、桂花、夾竹桃等植物常用壓條的方法進行繁育，蘋果、梨、桃等很多果樹常用嫁接的方法來繁育優良品種。討論1.這些植物產生新個體的方式有什么共性？2.還有哪些植物能以類似的方式生殖？3.這種生殖方式與有性生殖有什么不同？4.許多植物既能進行有性生殖，又能進行無性生殖，這種特性對于植物適應環境有什么意義？5第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社圖-4嫁接的步驟示意圖嫁接就是把一個植物體的芽或枝（接穗）接到另一個植物體（砧木）上，使結合在一起的兩部分長成一個完整的植物體。在嫁接木本植物時，應當使接穗與砧木的形成層緊密結合，以確保接穗成活（圖-4）。植物的無性生殖需要哪些條件呢？比如扦插，除了光照、水分、溫度、濕度等環境條件外，用做扦插的植物莖段需要具備什么條件呢？下面讓我們就這個問題進行探究。扦插材料的處理選擇一種常見植物（如楊、柳、葡萄、月季等），通過實驗探究扦插材料的處理對植株成活的影響。為了方便同學們探究，下面介紹月季的扦插技術以供參考。探究將發育狀況良好的枝條剪成15厘米左右的莖段，一般每段保留兩個節。上方的切口是水平的，下方的切口是傾斜的。上面一個節去掉部分葉片，下面一個節上的葉從葉柄處全部去掉。扦插時需將下面一個節埋入土中，注意遮陰，及時澆水。一般在扦插后2530天即可生出新根，見到有新芽長出即為成活。枝接芽接接穗砧木砧木接穗第八單元生物圈中生命的延續和發展6山東科學技術出版社1.判斷下列說法是否正確，正確的畫“”，錯誤的畫“”。（1）將馬鈴薯的塊莖切成小塊來進行無性生殖時，不一定每塊上都要有芽眼。（）（2）在種植菊或蘆薈的時候，一棵植株常常會變成一叢，這時可以把它們分成很多棵，這種生殖方式屬于無性生殖。（）（3）通過嫁接，很多果樹可以提前幾年開花結果。（）練習適合月季生長的環境條件：溫暖，通風良好，光照充足，土質疏松肥沃，排水良好。如果你用別的植物莖段進行扦插，請自己收集相關的參考資料。提出問題適宜扦插的材料，需要經過怎樣的處理才容易成活？請你參照上述資料，確定本小組探究的具體問題。制訂并實施計劃1.準備生長健壯的植株材料，還有沙土、插器、剪刀及標牌等。2.要注意設置對照組，另外實驗的樣本不要太小，以便減小誤差。3.確定每隔多長時間觀察一次。實驗組和對照組應當同時觀察和照料。4.設計一個表格，把每次觀察和照料的情況記錄下來。5.判斷扦插的枝條是否成活。分析結果，得出結論你得出的結論是______________________________________。討論1.在對扦插材料的選擇和處理過程中，你得到了哪些經驗和教訓？2.請你查閱資料，或請教有扦插經驗的人，了解還有什么方法可以促進扦插材料生根。月季莖上有尖刺，操作時要小心。7第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社2.下列植物的繁殖方式，屬于有性生殖的是（）。A.向日葵、玉米的播種繁殖B.椒草、秋海棠用葉片繁殖C.月季、菊的扦插繁殖D.桃、柿樹的嫁接繁殖3.植物的無性生殖在農業生產上有著廣泛的應用，除教科書中介紹的以外，你還能舉出其他的實例嗎？列舉的植物是否也能進行有性生殖？課外實踐嫁接科學技術社會植物的組織培養如果把一根柳條或葡萄的枝條插在濕潤的泥土里，它就會發芽，長成一株完整的植株。那么，如果把植物的一小片葉子或一瓣花瓣放在一定的環境下，它是否也能長成一株完整的植株呢？答案是肯定的！科學家是蟹爪蘭可以以仙人掌作為砧木進行嫁接。方法是先在仙人掌的適當位置橫切一刀，再在切口上直切一道12厘米深的縱切口。將蟹爪蘭扁平莖的下端兩面削成楔形，削好后將其插入仙人掌的縱切口中。最后，用牙簽或仙人掌長刺等橫穿相接處，將接穗與砧木固定。如果蟹爪蘭萌發長出新芽，表明它已經成活了。嫁接所用材料和工具砧木的縱切砧木與接穗的對接砧木與接穗的固定第八單元生物圈中生命的延續和發展8山東科學技術出版社紫薯外植體發育成愈傷組織分化成叢芽紫薯的組織培養流程圖移栽成活移栽苗生根苗利用植物的組織培養技術來達到這一目的的。植物的組織培養是利用植物離體的芽、莖等器官或其組織，在特定條件下進行的快速無性繁殖技術。利用這種技術，可以將切成小片的植物葉片、莖尖、莖段或花藥、花粉等置于無菌條件下，在培養基上培養，使它們發育成完整的植株。紫薯以其較高的營養和食療價值而成為人們的“寵兒”。利用植物組織培養的方法，只需要用少量紫薯莖尖材料，就可以在短期內誘導出大量“試管苗”（見右圖）。這種方法不僅加快了植物的繁殖速度，受季節影響小，而且誘導變異也比較容易，為科研和生產帶來了很大方便。此外，由于植物的生長點細胞分裂速度快，很少感染病毒，所以，采用莖尖培養還可以有效地脫去病毒，從而獲得更加健壯的植株。植物基因工程技術的發展也借助了植物組織培養技術。培養中的植物組織或細胞為外源基因的導入提供了便利，轉基因植物的實驗室篩選和大量繁殖也離不開植物的組織培養技術。由于植物的組織培養技術具有很多優點，它在農林業生產中已獲得了廣泛應用。9第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社生命世界真奇妙！美麗的蝴蝶竟是由“毛毛蟲”變成的（圖-5）。你知道“毛毛蟲”是從哪兒來的嗎？它又是如何變成蝴蝶的呢？還有許多昆蟲的發育過程與蝴蝶相似，如家蠶、家蠅等。家蠶的生殖和發育早在三千年以前，我國就開始飼養家蠶，生產蠶絲，并用蠶絲織成美麗的綢緞。悠悠文明史，漫漫絲綢路。小小的家蠶不僅同中華文明緊密相連，也促進了中外文化的交流（圖-6）。第二節昆蟲的生殖和發育圖-5“毛毛蟲”與蝴蝶養蠶絲綢之路上的駝隊第八單元生物圈中生命的延續和發展10山東科學技術出版社繅絲外國游客在欣賞絲綢制品圖-6家蠶與人類的關系在研究動物的行為時，我們飼養過家蠶，對它們的生殖發育已比較熟悉。下面是它們生殖發育過程中各個階段的形態圖。觀察與思考蠶吐絲結繭幼蟲雌雄蠶蛾交尾蠶蛾產卵正在羽化的蠶蛾蠶蛹11第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社討論1.家蠶是通過哪種生殖方式繁殖后代的？2.家蠶的發育過程經歷了哪幾個階段？3.“春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干。”（唐李商隱）從家蠶的發育過程來分析，這句詩有什么不準確的地方？你能通過改動其中兩個字使之既有科學性，又不失藝術性嗎？4.還有哪些動物的生殖和發育方式與家蠶相似？圖-7蝗蟲的生殖和發育過程成蟲產卵若蟲成蟲家蠶通過有性生殖的方式產生后代。在發育過程中，家蠶幼體的形態結構和生活習性與成體差異很大，屬于變態發育。其他昆蟲的生殖和發育同家蠶一樣，蜜蜂、菜粉蝶、蠅、蚊等昆蟲也是通過有性生殖方式來產生后代的。它們的發育也經過卵、幼蟲、蛹、成蟲四個時期，這樣的變態發育過程稱為完全變態。蝗蟲的發育過程與家蠶不同。由受精卵孵出的蝗蟲幼蟲，外部形態和生活習性與成蟲相似，只是身體較小，生殖器官沒有發育成熟，僅有翅芽，能夠跳躍，稱為跳蝻，這樣的幼蟲叫做若蟲。若蟲經過5次蛻皮，身體逐漸長大，不經過蛹期，就發育成有翅能飛的成蟲（圖-7）。蝗蟲的發育過程要經過卵、若蟲、成蟲三個時期，像這樣的變態發育過程，稱為不完全變態。除蝗蟲外，不完全變態發育的昆蟲還有蟋蟀、螻蛄、螳螂等。第八單元生物圈中生命的延續和發展12山東科學技術出版社對提出的問題進行評價學習生物學課程，應當學會提出有探究價值的問題。問題應當盡量具體、明確。比如，對于本節內容，有的同學問：“為什么家蠶和蝗蟲的發育過程都要經過幾次蛻皮？”有的同學問：“昆蟲的發育過程有蛻皮現象，這與它們的身體結構有關嗎？”你認為哪個問題提得更好？針對本節內容，你還能提出什么問題？與同學進行交流并互相評價。技能訓練1.美麗的蝴蝶是由“毛毛蟲”變成的，那么“毛毛蟲”與蝴蝶分別處于發育的哪個階段？（）A.幼蟲、若蟲B.蛹、若蟲C.若蟲、成蟲D.幼蟲、成蟲2.列表比較家蠶與蝗蟲生殖和發育的異同點。3.你見過蟬蛻嗎？蟬的發育屬于什么類型？為什么？練習蟬蛻過程13第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社標本員在參觀標本館、自然博物館時，你是否會被形態各異、栩栩如生的動植物標本吸引？是否想親自制作美麗的動植物標本呢？如果有這方面的興趣，你可以考慮成為一名標本員。標本員是從事動植物及其他生物或非生物標本的采集、制作和管理的人員。他們從事的工作主要包括：（1）根據科研和教學實習等的需要，采集、制作動植物及其他生物和非生物標本，并進行簡要記錄；（2）編制標本的名錄和簡要說明，建立檔案；（3）交流與交換標本；（4）對標本進行分類管理，檢查標本的狀況，對出現問題的標本及時處理；（5）定期對標本進行消毒、殺蟲等處理。要成為一名標本員，你需要掌握相關的生物學分類知識及其他一些專業知識。成為標本員后，你可以在多個領域發揮自己的才能，如昆蟲、鳥類、植物、菌類標本的制作，也可以專注于生物玻片標本、生物模型的制作。生物標本可以幫助人們觀察、識別、研究生物，常用于生物學教學和科研等方面，因此標本員多服務于學校、博物館、生物學研究機構等。與生物學有關的職業第八單元生物圈中生命的延續和發展14山東科學技術出版社你可能養過雞、鴨或家鴿，也可能在電視上看過鳥的生殖和發育的情景。關于鳥的生殖和發育，你一定有不少了解，也會有許多疑問。談談你所知道的和想要知道的，并與大家交流和探討（圖-8）。鳥的生殖和發育過程請觀察下面的圖片（圖-9），結合已有的知識，你能概括出鳥類生殖和發育的基本過程嗎？第三節鳥的生殖和發育圖-8提出問題并交流孔雀開屏丹頂鶴在“跳舞”剛孵出的小雞毛茸茸的，十分可愛。可剛孵出的小麻雀，粉紅色的皮膚上一根羽毛都沒有。為什么會這樣？冬天常看到高高的樹杈上有喜鵲窩，但是窩里并沒有喜鵲，這是怎么回事？養雞場的母雞產的卵都能孵出小雞嗎？15第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社圖-9鳥類繁殖過程中的一些行為斑鳩在孵卵織布鳥在筑巢雌雄翠鳥在交配中華攀雀在給雛鳥喂食鳥類的生殖屬于有性生殖，其發育過程經歷了卵、雛鳥、成鳥三個階段。鳥類的生殖和發育過程都伴隨著復雜的繁殖行為，如求偶、交配、筑巢、產卵、孵卵和育雛等。觀察雞卵的結構鳥類能產有硬殼保護的卵鳥卵，這顯然是鳥類的重要特性之一。下面讓我們通過觀察雞卵來認識鳥卵的結構。想一想你還能舉出其他關于鳥類繁殖行為的實例嗎？這些復雜的繁殖行為，對鳥類的生存有何意義？第八單元生物圈中生命的延續和發展16山東科學技術出版社1.取一個新鮮的雞卵，將其放在手心，所有手指一起用力握，結果如何？（注意用整個手掌握住雞卵，掌心均勻用力，不要只有一個手指用力，也不能用手指捏和掐。）2.將雞卵放進熱水中，觀察現象，并嘗試作出解釋。3.將雞卵的鈍端輕輕敲裂，如右圖所示，觀察現象。再用剪刀將小空腔下面的卵殼膜剪破，使卵殼膜內的卵白和卵黃流到一個培養皿中。對照雞卵的結構圖觀察卵的結構，注意觀察卵黃上有沒有小白點。推測卵黃為什么總是在卵的靠近中心的位置。4.用牙簽鈍端輕觸卵黃，發現了什么？再用牙簽尖端戳破卵黃，觀察現象，并嘗試作出解釋。觀察與思考討論1.請推測卵殼、卵殼膜、卵白、卵黃各有什么功能。2.卵的哪一部分將來發育成雛雞？3.鳥卵的結構復雜，這有什么意義？這與鳥類的生活環境有關嗎？雞卵的結構觀察雞卵的操作步驟卵白卵黃膜氣室卵黃卵殼膜卵殼系帶胚盤17第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社其他鳥卵的結構與雞卵的基本一樣。卵殼和卵殼膜起保護作用。卵殼上還有許多肉眼看不見的氣孔，以保證胚胎發育時能夠進行氣體交換。卵白含有營養物質和水分，供胚胎發育的需要。卵黃是卵細胞的主要營養部分，外面包裹著卵黃膜。卵黃表面中央有一盤狀的小白點，稱為胚盤，里面含有細胞核。未受精的卵，胚盤色淺而小；已受精的卵，胚盤色濃而請你用一個新鮮雞卵、一支空注射器和針頭，證明卵殼上有許多氣孔。試一試1.請用直線將鳥卵的部分結構與其相對應的功能連接起來。卵黃含細胞核，是將來發育成雛鳥的重要結構胚盤能為胚胎發育提供氣體卵殼保護鳥卵的內部結構氣室是卵細胞的主要營養部分2.“梁上有雙燕，翩翩雄與雌。銜泥兩椽間，一巢生四兒。四兒日夜長，索食聲孜孜。青蟲不易捕，黃口無飽期。觜爪雖欲敝，心力不知疲。須臾十來往，猶恐巢中饑。辛勤三十日，母瘦雛漸肥。喃喃教言語，一一刷毛衣。一旦羽翼成，引上庭樹枝。”（白居易燕詩節選）詩中分別描述了燕子的哪些繁殖行為？3.下面是幾種鳥卵的孵化時間。請你推測孵化時間的長短可能與什么有關。鳥卵名家燕卵麻雀卵家鴿卵雞卵鴨卵天鵝卵鴕鳥卵孵化時間(天)1215141719202228323438454.從超市買回的雞卵一般不能孵化出小雞，這是為什么？練習略大，這是受精卵已經開始發育的緣故。總的來看，鳥卵可儲存豐富的營養物質供胚胎發育的需要；又有卵殼、卵殼膜的保護，能減少水分的丟失。這都有利于鳥類在陸地上繁殖后代。第八單元生物圈中生命的延續和發展18山東科學技術出版社雞卵的人工孵化這是什么？這是孵化箱，它可以保證孵化時所需的適宜的溫度、濕度和通風等環境條件。雞卵孵化的管理為什么卵架要動呢？孵化過程中要適時翻卵，才能確保胚胎的正常發育。科學技術社會帶你參觀養雞場雞卵的選擇要選擇高產、優質、無病的種雞群的卵。挑選出的雞卵經過消毒，就可以用來孵化了。什么樣的雞卵才能用來孵化小雞？讓我們看看養雞場是怎樣根據雞的生長和發育特點，利用科學技術手段提高產量的。19第一章生物的生殖和發育山東科學技術出版社雛雞的飼養和管理孵化到第2l天，雛雞破殼而出。在24小時內，要給雛雞接種疫苗。還要注意飼料的配制、雞舍的保溫和衛生等。小雞出殼了!產卵雞的管理母雞到19周齡時即可產卵。要保證雞群正常產卵，每天必須滿足1416小時的光照時間。母雞什么時候可以產卵呢？雞舍總是亮著燈嗎？你已經了解雞的養殖過程和方法。有興趣的話，可以自制孵化箱，探究如何提高雞卵的孵化率。也可以幫助家人或鄰居改進飼養家禽的條件和措施，提高家禽的產卵量。根據圖-10中兔媽媽和六只兔寶寶的毛色，你能推斷出兔爸爸的毛色嗎？當你嘗試回答這一問題時，你已經開始對遺傳和變異現象進行探索了。通俗地講，遺傳（heredity）是指親代與子代間的相似性，變異（variation）是指親代與子代之間以及子代個體之間的差異性。生物的遺傳和變異是通過生殖和發育來實現的，是生物界中普遍存在的現象。第一節遺傳的物質基礎生物的遺傳和變異第二章你還記得克隆羊多莉嗎？多莉的長相與哪一只母羊相似？大量的實驗證明：生物的遺傳主要是由細胞核內的遺傳物質控制的。那么細胞核內的遺傳物質究竟是什么呢？染色體是遺傳物質的載體1.將正在分裂的細胞（如洋蔥根尖細胞）用堿性染料染色后，放在顯微鏡下觀察，發現細胞核的位置上有許多被染成深色的物質，科學家將其命名為染色體（chromosome）。進一步的研究發現，在體細胞（除生殖細胞以外的細胞）分裂前后，細胞內的染色體數量保持不變。資料分析洋蔥根尖細胞分裂圖染色體細胞核細胞圖-10兔媽媽和兔寶寶21第二章生物的遺傳和變異山東科學技術出版社雌果蠅染色體模式圖染色體結構示意圖2.下面是雌果蠅體細胞中的染色體模式圖和幾種生物體細胞中的染色體數量列表。3.先天性愚型是一種常見的人類染色體異常遺傳病，發病率大約為1700。患者智力低下，常表現出特殊面容；50%的患者有先天性心臟病；多數夭折，少數活到成年，30歲以后出現老年癡呆癥狀。研究發現，此病患者體細胞中的染色體數為47條。4.研究發現，染色體具有獨特的結構。下面是染色體結構示意圖。討論1.你能解釋體細胞分裂時，親子代細胞內染色體數目為什么能夠保持不變嗎？2.體細胞內染色體的存在有什么特點？3.資料3說明了什么？4.試描述細胞核、染色體、DNA三者之間的關系。生物名稱染色體數量生物名稱染色體數量果蠅4對玉米10對人23對番茄12對馬蛔蟲2對酵母菌8對第八單元生物圈中生命的延續和發展22山東科學技術出版社細胞分裂時，位于細胞核內的染色體先進行復制，然后平均分配到兩個子細胞中，從而使染色體在親代和子代間保持穩定性和連續性。同種生物體細胞內的染色體形態和數目是一定的，且成對存在。染色體主要由蛋白質和DNA組成。科學家通過大量實驗證明絕大多數生物的遺傳物質是DNA。DNA是主要的遺傳物質，染色體是遺傳物質的主要載體。1.判斷下列說法是否正確，正確的畫“”，錯誤的畫“”。（1）細胞核是遺傳信息庫。（）（2）染色體就是遺傳物質。（）（3）DNA是主要的遺傳物質。（）（4）DNA片段就叫基因。（）（5）每條染色體上有1個DNA分子，包含1個基因。（）2.“種瓜得瓜，種豆得豆”“一母生九子，連母十個樣”分別反映了生物的什么現象？3.請用表解、圖解或其他你喜歡的方式表示出細胞核、染色體、DNA和基因四者之間的關系。練習圖-11果蠅某條染色體上部分基因分布示意圖基因是包含遺傳信息的DNA片段科學家在進一步研究染色體時發現，一般每條染色體上有一個DNA分子。DNA分子是長長的鏈狀結構，在功能上可以分成許多片段，每一個片段都包含特定的遺傳信息，參與控制生物的某些特征。例如，有的片段決定你是什么血型，有的片段決定你是單眼皮還是雙眼皮，有的片段決定你的虹膜（俗稱眼仁）是藍色的還是褐色的。DNA分子上的這些包含特定遺傳信息的片段就叫基因（gene）。在生物的體細胞中，染色體是成對存在的，基因也是成對存在的。每條染色體上都包含許多個基因（圖-11）。例如，人的體細胞中有23對染色體，包含46個DNA分子，含有數萬對基因，決定著人體可遺傳的特征。黃身截翅深紅眼棒眼短硬毛23第二章生物的遺傳和變異山東科學技術出版社科學技術社會中國擁抱“基因世紀”2000年6月26日，在人類認識自我的歷史上，是一個具有重要意義的日子。就在這一天，科學家宣布人類基因組草圖已經完成。從那時起，有人便把21世紀稱為“基因世紀”。“人類基因組計劃”啟動于1990年，目的是測定人類23對染色體DNA分子中的全部序列，解讀它們包含的遺傳信息，造福于人類。美國、英國、德國、日本、法國和中國共同承擔了這項工作。其中中國是唯一的發展中國家，承擔了3號染色體1100多個基因的測序工作，包括與肺癌、卵巢癌、鼻咽癌等有關的基因。中國于1999年9月參加這項工作，在不到一年的時間內就完成了所承擔的部分。中國科學家再接再厲，于2002年完成了水稻基因組的測序工作，確定了水稻的基因總數在4500056000之間，為培育高產優質水稻品種、提高中國糧食自給能力和解決全球糧食問題做出了重要貢獻。美國科學雜志2002年4月號，以封面和正文14頁的篇幅介紹了這項成果。其主編說：“中國已經成為世界生物技術強國之一。”2002年10月，由美國、英國、日本、加拿大、中國和尼日利亞6個國家共同參與的“人類基因組單體型圖計劃”啟動，中國承擔了其中10%的任務。2007年10月，中國科學家又完成了全球第一個中國人的基因組測序工作，繪制了第一張亞洲人的基因組圖。2008年，中國深圳華大基因研究院、英國桑格研究所和美國國立人類基因組研究所等共同啟動了“國際千人基因組計劃”。該計劃旨在繪制迄今為止最詳盡的、最有醫學應用價值的人類基因組遺傳多態性圖譜，從而為未來個體化醫學時代的到來奠定基礎。同學們，讓我們努力學習生物學知識，共同擁抱“基因世紀”吧！科學2002年4月號封面圖第二節基因控制生物的性狀想一想，自己的哪些特征像父親，哪些特征像母親，哪些特征與父母都不像？為什么會這樣呢？第八單元生物圈中生命的延續和發展24山東科學技術出版社觀察與思考1.觀察下圖中列舉的幾種生物性狀。2.小組成員間相互觀察人體的下列性狀。（1）耳朵有沒有耳垂？（2）眼睛是單眼皮還是雙眼皮？（3）舌能否由兩側向中間卷曲？（4）大拇指能否向背側彎曲？（5）雙手十指嵌合，哪只手的拇指在上方？豌豆的圓粒和皺粒雞的玫瑰冠和單冠舌能卷曲和不能卷曲大拇指能向背側彎曲和不能向背側彎曲蠶繭的黃色和白色番茄果實的紅色和黃色右手拇指在上左手拇指在上人們對遺傳和變異的認識，最初是從性狀（character）開始的。后來隨著科學的發展，才逐漸深入到基因水平。生物的性狀什么是生物的性狀？子代的性狀與親代的性狀之間有著怎樣的關系？25第二章生物的遺傳和變異山東科學技術出版社討論1.嘗試說出什么是生物的性狀。2.通過觀察，結合自己的生活經驗，舉例說出同種生物的同一性狀有哪些不同的表現形式。3.僅憑肉眼的觀察或簡單的測量，就能知道生物所有的性狀嗎？你還知道哪些生物性狀？4.任選一種上述人的性狀，看看你與父親或母親的是否相同。如果不同，再看看你與祖父母或外祖父母的是否相同。這說明了什么？5.在觀察和討論中，你還有哪些問題？請與同學交流，并試著作出解釋。通過觀察和討論我們可以知道，任何生物都有許許多多的性狀。有的是形態結構特征，有的是生理特性（如人的ABO血型），有的是行為方式（如各種先天性行為），等等。可見，性狀就是生物體的形態結構、生理特征或行為方式等的統稱。同種生物的同一性狀往往有不同的表現形式，如番茄果實的紅色或黃色、雞的玫瑰冠或單冠、人的單眼皮或雙眼皮等。為了描述方便，遺傳學家把同種生物同一性狀的不同表現形式稱為相對性狀（relativecharacter）。父母的許多性狀為什么會在子女身上出現呢？我們知道，精子和卵細胞不攜帶任何性狀，那么，父母究竟把什么傳給了后代才使子女像父母呢？基因控制性狀轉基因鼠的啟示1982年，英國的自然雜志發表了一篇文章：有兩個美國實驗小組共同培育出了轉基因超級鼠，也就是把小鼠變成大鼠。轉基因鼠的生長速度比與它同胞所生的小鼠快23倍，體積大1倍。這項研究被譽為分子生物學技術發展的里程碑。資料分析轉基因超級鼠（這兩只鼠為一胎所生，左側的為轉基因超級鼠）第八單元生物圈中生命的延續和發展26山東科學技術出版社顯微注射獲得轉基因超級鼠示意圖討論1.在這項研究中，被研究的性狀是什么？控制這個性狀的是什么基因？2.轉基因超級鼠的獲得，說明性狀與基因之間是什么關系？3.由此推論，在生物傳種接代的過程中，傳下去的是性狀還是控制性狀的基因？把一種生物的某個基因，轉入到另一種生物的基因組中，培育出的轉基因生物就有可能表現出轉入基因所控制的性狀。可見，生物的性狀是由基因控制的，但性狀的表現，還需要適宜的環境條件。上述獲得轉基因超級鼠所應用的生物技術稱為轉基因技術。利用這種技術培育出的生物叫轉基因生物。目前，已經培育出多種轉基因作物和轉基因動物，如轉基因大豆、轉基因玉米、轉基因鯉魚等。想一想，你還知道哪些轉基因生物？27第二章生物的遺傳和變異山東科學技術出版社課外實踐調查家庭成員的部分性狀，并將調查結果填入下表中。家庭成員部分性狀調查記錄表本人其他成員有無耳垂能否卷舌大拇指能否向背側彎曲單眼皮還是雙眼皮血型慣用右手還是左手1.下列關于生物性狀的表述，錯誤的是（）。A.每個生物體都有許多種不同的性狀B.人們總是通過性狀區分不同的生物C.生物的性狀都是通過肉眼可以觀察到的特征D.生物的親緣關系越近，它們之間相似的性狀就越多2.判斷下列說法是否正確，并說明理由。（1）綿羊的卷毛和山羊的直毛是一對相對性狀。（2）狗的黃毛和卷毛是一對相對性狀。（3）金魚的體色有透明的和不透明的，這是相對性狀。（4）人的血型有A型、B型、AB型、O型4種，它們都屬于相對性狀。（5）血友病患者的傷口流血時不易凝固，這種情況在他們的后代中還有可能出現，這是受基因控制的性狀。3.螢火蟲體內的熒光素酶催化系列反應導致熒光的產生，有人設想從螢火蟲體內提取熒光素酶基因，導入到某種行道樹的離體體細胞中，然后將這些細胞培養成完整的植株，就可獲得像螢火蟲一樣發光的“熒光樹”，白天做行道樹，晚上用于照明。該設想主要應用了哪些生物技術？你贊成使用生物技術改變生物特征嗎？說說你的理由。練習性狀家庭成員第八單元生物圈中生命的延續和發展28山東科學技術出版社生物體的各種性狀都是由基因控制的。性狀的遺傳實質上是親代通過生殖過程把基因傳遞給子代。在有性生殖過程中，精子和卵細胞就是基因在親子代間傳遞的“橋梁”。基因經精子或卵細胞傳遞如果精子和卵細胞也像體細胞那樣，都具有成對的染色體，那么受精卵內的染色體數就會翻一番，發育成的子代新個體所有細胞的染色體數就會增加一倍，DNA和基因也會增加一倍。然而事實并非如此，這究竟是怎么回事呢？第三節基因在親子代間的傳遞觀察與思考下圖是人的生殖過程中某一對染色體的傳遞過程示意圖，染色體上的A和a表示基因。生殖過程中染色體的傳遞29第二章生物的遺傳和變異山東科學技術出版社1883年，比利時胚胎學家比耐登（E.vanBeneden，1846-1910）對體細胞里只有兩對染色體的馬蛔蟲進行研究時發現，馬蛔蟲的精子和卵細胞都只有兩條染色體（由每一對里的一條組成），而受精卵則又恢復到兩對染色體。德國細胞學家鮑維里（T.H.Boveri，1862-1915）和德國動物學家亨金（H.Henking，1858-1942），分別于1890年和1891年通過對多種生物的觀察研究，證實了在形成精子或卵細胞的細胞分裂過程中，要進行特殊的分裂，結果生殖細胞中的染色體都要減少一半，而且不是任意的一半，是每對染色體中各有一條進入精子或卵細胞。由于染色體上存在著控制生物性狀的基因，所以親代的基因就借助精子或卵細胞進行傳遞。基因的顯性與隱性如果基因A和a分別控制著能卷舌和不能卷舌這一對相對性狀，或者說，能卷舌是因為有一對能卷舌的基因AA，不能卷舌是因為有一對不能卷舌的基因aa，那么當受精卵的基因是Aa時，發育成的個體能卷舌還是不能卷舌？要解決這類問題，不能僅靠推測，而要通過實驗來研究。奧地利遺傳學家孟德爾（G.J.Mendel，1822-1884）（圖-12）選用具有明顯相對性狀的純種豌豆，進行人工控制的傳粉雜交，來研究相對性狀的遺傳。孟德爾讓純種的高莖豌豆與矮莖豌豆雜交，獲得的子一代全部是高莖豌豆，子一代自交得到的子二代既有矮莖豌豆也有高莖豌豆，而且兩者數量差別很大（圖-13）。圖-12孟德爾討論1.生殖細胞內的染色體與體細胞的相比有何不同？2.與親代細胞相比，受精卵內的染色體和基因組成有何不同？3.聯系染色體、DNA、基因、性狀的關系，說一說后代為什么會具有父母雙方的性狀。第八單元生物圈中生命的延續和發展30山東科學技術出版社親代高莖豌豆矮莖豌豆x子一代自交子二代全部是高莖豌豆787株高莖豌豆277株矮莖豌豆圖-13高莖和矮莖豌豆雜交實驗圖解孟德爾還做了黃色豌豆和綠色豌豆、光滑種子和皺縮種子等的雜交實驗，都取得了類似的結果。怎么解釋這些奇妙的現象呢？經過深入的思考，孟德爾對實驗現象作出了解釋，用現代遺傳學的語言表述如下：1.相對性狀有顯性性狀和隱性性狀之分。具有相對性狀的兩個純種個體（如高莖豌豆與矮莖豌豆）雜交時，子一代表現出的性狀（如高莖）叫做顯性性狀，未表現出的性狀（如矮莖）叫做隱性性狀。2.控制相對性狀的基因也有顯性基因和隱性基因之分。控制顯性性狀的31第二章生物的遺傳和變異山東科學技術出版社基因稱為顯性基因，控制隱性性狀的基因稱為隱性基因。習慣上，用同一英文字母的大小寫分別表示顯性基因和隱性基因。3.體細胞中的基因是成對存在的，生殖細胞只有成對基因中的一個。例如，開始選用的純種高莖豌豆體細胞中成對的基因為DD，矮莖豌豆體細胞中成對的基因為dd，子一代體細胞中成對的基因分別來自兩個親本，即Dd。這樣的個體表現為顯性性狀。4.子一代（Dd）的生殖細胞，有的含有D基因，有的含有d基因。如果子一代之間進行交配，攜帶不同基因的雌雄生殖細胞結合的機會相等，那么子二代豌豆的基因組成就會有DD、Dd、dd三種，表現出的性狀有高莖，也有矮莖。大量的科學實驗證明孟德爾的解釋是正確的。回到上面提出的問題。一個能卷舌（基因組成為AA）的人和一個不能卷舌（基因組成為aa）的人所產生的后代，其基因組成為Aa，表現為能卷舌，但他（或她）的細胞里含有的隱性基因a，還可以傳給后代。這就是基因的顯性（dominance）和隱性（recessiveness），以及它們與性狀表現之間的關系。禁止近親結婚我國婚姻法規定：直系血親和三代以內的旁系血親之間禁止結婚。例如，堂兄妹（或堂姐弟）、表兄妹（或表姐弟）等，就不能結婚。你能說出其中的科學道理嗎？人類的遺傳病多種多樣，其中相當一部分是由于致病基因引起的。致病基因有顯性的和隱性的。顯性遺傳病往往在婚配或生育前就可察覺，而隱性遺傳病的情況則比較復雜。如果某人的基因組成是aa時，表現為有病，婚配或生育前就可察覺。但是，如果基因組成是Aa時，表現是無病的，卻攜帶有隱性致病基因，想一想如果夫妻雙方的基因組成都是Aa，其后代的基因組成可能有幾種情況？小資料直系血親是指有直接血緣關系的血親，即生育自己與自己生育的上下各代血親。旁系血親是指直系血親以外的血親，即非直系血親而在血緣上與自己同出一源的親屬，如兄弟姐妹、伯叔、姑、舅、姨等。祖父母、外祖父母父母叔、姑、姨、舅等（堂）表兄弟姐妹（堂）表兄弟姐妹的子女（堂）表兄弟姐妹的孫子女直系血親旁系血親自己子女孫子女兄弟姐妹兄弟姐妹的子女兄弟姐妹的孫子女第八單元生物圈中生命的延續和發展32山東科學技術出版社婚配或生育前一般是不知情的。于是，生活中就會出現一對膚色正常的夫婦，卻生了一個白化征（皮膚、毛發缺乏黑色素）的孩子；一對色覺正常的夫婦，卻生了一個患紅綠色盲（不能分辨紅色和綠色）的孩子；一對智力正常的夫婦，卻生了一個患苯丙酮尿癥（智力障礙）的孩子什么樣的婚配容易造成這樣的結果呢？如果一個家族中曾經有過某種遺傳病，或是攜帶有致病的基因，其后代攜帶該致病基因的可能性就大。如果有血緣關系的后代之間再婚配生育，來自祖先的相同基因多，同種隱性致病基因相遇的機會就會增加。這樣，他們的子女患遺傳病的幾率往往比非近親婚配者的子女高出幾倍、幾十倍，甚至幾百倍。禁止近親結婚，有益于家庭幸福、民族興旺!1.下列關于顯性性狀和隱性性狀的描述，正確的是（）。A.生物體所表現出來的性狀都是顯性性狀B.出現頻率高的性狀是顯性性狀，出現頻率低的性狀是隱性性狀C.相對性狀之間存在顯性和隱性之分D.隱性性狀只有在子二代中才能表現出來2.生來就慣用右手與生來就慣用左手（都不包括后天的矯正和練習）是一對相對性狀。父親慣用左手，母親慣用右手，他們生了一個慣用右