高中生物学习笔记3

遗传和变异1． 等位基因与非等位基因等位基因是指在一对同源染色体上同一位置的基因，等位基因控制相对形状。非等位基因就是指，存在于非同源染色体上或同源染色体不同位置上的控制不同性状的不同基因。2． 杂种优势杂交产生的后代在生活力、形态大小、发育速度、以及抗逆力等方面，优于杂交亲本的现象就是杂种优势。杂种优势是生物领域的普遍现象，动、植物界都有。在家禽、家畜中杂种优势广泛应用于鸡、羊、猪等育种工作中，所产生的杂种个体具有体型大、健壮、生长速度快等优点。杂种优势也运用在科学实验上，科学工作者喜欢用两个纯合杂交子一代做实验材料，因为子一代具有遗传上的纯一性以外，还具有生活力强，抗逆性强等优点。由于杂种优势以杂种第一代最强，以后逐代递减。杂种优势越强的组合，其优势下降的幅度也越大。因此，在生产上要充分利用杂种优势就必须年年制杂交种，以确保利用F1。生命的自然史1.生命起源的化石记录地球的年龄约为46亿年。已知地球上最古老的沉积岩是格陵兰西南部伊苏瓦地区的沉积岩，年龄约为38亿年。在这种沉积岩中发现了一些有机物的微结构，此种结构已被证明已在水面放电时产生的。1978-1980年间，澳大利亚学者格罗夫斯等连续报道了在澳洲诺斯波尔（NorthPole）地区发现了一些丝状微体化石。此化石由排成链状的单细胞原核生物组成。从外观上看，这些原核生物与现代的蓝细菌没有明显的区别。课本上电镜照片所显示的是始杆菌（Eobacteriumisolstum）化石，发现于南非和斯威士兰边界巴波通地方32亿年前的无花果树（FigTtee）地层的燧石矿床中。始杆菌长约0.5微米，以个体单独存在。2.米勒的模拟试验美国学者米勒和尤里等人，于1953年在芝加哥大学进行了模拟原始地球条件下合成有机物的实验。他们设计的实验装置如课本中的图6—3所示。首先抽出空气，加入氨、甲烷和氢的混合气体，并把水加到500毫升的小烧瓶中。然后将烧瓶内的溶液煮沸，使混合气体进入溶剂为5升的玻璃容器内。容器内装有相距1厘米的两根钨电极，外接高频线圈，通电后使电极间连续火花放电。当混合气体穿过电火花时，产生了非挥发性产物。火花放电持续1周，结果得到20种有机化合物，其中有11种氨基酸。在这11种氨基酸中有4种即甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸，是构成生物蛋白质的重要氨基酸。氨基酸合成的机理，在模拟试验中医研究的比较清楚。在持续1周的火花放电期内，先合成了大量的醛类和氰化氢，在和氨等反应产成氨基酸。 米勒等的氨基酸生成模拟试验是否真正反映了上的变化呢？最近10-20年来所获得的宇宙资料支持了米勒实验的真实性。在宇宙尘埃中发现了HCN、甲醛、乙醛、氢乙炔等许多简单的有机物。此外，在云始终也发现了许多中氨基酸。根据这些从地球以外获得的资料来看，这些物质可能来源于微生物，从而进一步证明了在原始地球化学进化早期阶段可能发生的过程。同时也说明，化学进化过程不仅发生在原始地球上，而且也发生在宇宙中的其他天体上。3．团聚体假说前苏联学者奥巴林等认为生物大分子必须组成体系，形成界膜并与周围环境明确分开，才可能进一步演变。所以多分子体系的形成可能是生命出现之前，化学进化过程中的一个必不可少的阶段。他们提出团聚体假说作为研究多分子体系的实验模型。奥巴林将白明胶水溶液和阿拉伯胶水溶液混在一起，在显微镜下看到了无数的小滴，即团聚体。后来发现，蛋白质与糖类、蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸相混，均可形成团聚体。团聚体小滴约为1-500微米，外围部分增厚而形成一种膜。奥巴林把磷酸化酶加到含有组蛋白和阿拉伯胶的溶液中，酶就浓缩在团聚体小滴内；再把葡萄糖—1—磷酸加到溶液中，后者就会扩散进入团聚体并被磷酸化酶聚合成淀粉。聚合时释放出的磷酸根则作为“废物”从小滴中扩散出来。由于阿拉伯胶是一种糖类，故合成的淀粉可是团聚体的体积增大。当团聚体的体积增大到一定程度时，就会自发地分裂成几个小滴。若把磷酸化酶和淀粉酶一同加到团聚体的配置物中，则这两种酶都会浓缩在团聚体内，随后发生两步反应：葡萄糖—1—磷酸进入团聚体并被磷酸化酶聚合成淀粉；淀粉酶则把淀粉分解为麦芽糖，后者与磷酸根一道扩散回到周围溶液中。可以设想，如果团聚体能自行制造磷酸化酶和淀粉酶，在他们周围环境中又有足够的葡萄糖-1-磷酸作“食物”，则他们就既能化成，又能分解。如合成速度大于分解速度，团聚体球就能“生长”，并通过分裂而“繁殖”。由于团聚体模型能表现出这些最简单的生物学特性，所以引起人们的注意。4.微球体假说这一假说是由美国学者福克斯（S.W.Fox）提出的。福克斯等把酸性类蛋白放到稀释的盐溶液中，加热溶解，冷却后放在显微镜下观察，可发现溶液中出现无数个大小均一的球状小体，福克斯称它为类蛋白微球体。微球体的直径约为2微米，其形状和大小与球菌相似。结构较稳定。贮存数周，不会丧失结构的完整，经离心收集后结构仍不改变。微球体有双层膜，并能通过双层膜与周围环境进行有选择性的物质交换。它们在高渗溶液中收缩，在低渗溶液中膨胀；能通过“出芽”和分裂方式进行“繁殖”；还表现出水解、脱羧、脱氨和氧化还原等类酶活性。但类蛋白还不是蛋白质，，因它除有一定量肽键外，还有大量其他化学键，故不能被蛋白酶完全水解。它的类酶活性很低，并且几乎全是分解性的，而在进化上更具重要意义的是合成酶的活性。但类蛋白是以20种天然氨基酸为原料，在模拟原始地球的干热条件下产生出来的，较以团聚体来自生物体产生的现成有机物（如白明胶、阿拉伯胶等）有更大的说服力，所以受到广泛的重视。第二节       生物进化的证据1.马的进化马的进化是在古生物学中论证生物进化的最佳实例。 整个新生代是马的演化舞台。故生物学家对欧洲和美洲新生代地层进行研究，发掘到千百具马的化石，所以证据完备，进化过程十分明显、有说服力。马的进化可概括为以下几个阶段：（1）始祖马（Hyracotherium）是马的最早祖先。出现在5800年前新生代第三纪始新世，生活在北美洲。体高约30厘米，背部弯曲，脊椎活动灵活。前足有四趾，中趾大，第一趾消失；后足三趾，第一和第五趾退化。臼齿小，齿冠低。始祖马很像狐狸，可以隐藏在矮树林里，以多汁的灌木和其他嫩叶作为食物。（2）渐新马（Mesohippus）又称中马，是生活在渐新世的一种森林三趾马。前后足都是三趾，虽然中趾开始发达，但趾间隙很宽。三个脚趾全部着地，借以支持身体免陷入柔软的森林湿土中。牙齿也是低冠齿，仍然适于噬食水分较多的嫩叶。（3）中新马(Merychippus)又称原马，是生活在中新世的一种草原三趾马。这种马身体逐渐增大到羊那样，背脊由弧形弯曲变为硬直。四肢增长，前后足虽然还可分出三趾，但中趾增大，约为侧趾的三倍，侧趾已失去了步行的功能。臼齿变为高冠齿，有复杂的皱褶，说明食料已从嫩叶转向干草。这是由于地球表面以辽阔草原代替了森林，中新马从林间生活转向草原，只有适于以干草为食的高冠齿和有奔跑能力的四肢，才能获得食料和逃避猛兽的袭击。（4）上新马（Pliohippus）是生活在上新世初期的一种马类。这种马随着环境的变化，出现了跟现代马相近的结构。牙齿更为进化，前后趾都只有中趾显露，第二和第四趾都相继退化，只剩下肢状的遗迹。（5）现代马(Equus)又称真马。它起源于北美洲，早在更新世初期迁移到其他大陆，成为一种世界性的马。背部平直，四肢强壮，中趾发达，指甲演变成坚硬的蹄。高冠齿的咀嚼面更为复杂，适于咀嚼各种草类。2．生物重演律德国胚胎学家海克尔（E.Haeckel）根据动物形态学和胚胎学方面的研究，于1866年提出了“生物发生律”，或称“生物重演律”。重演律为生物进化提供了有力的证据。例如，蛙的个体发育经历了以下几个阶段：（1）受精卵，相当于进化过程中的单细胞生物阶段。（2）囊胚，相当于多细胞群体生物的阶段。（3）原肠胚，早期相当于腔肠动物阶段，出现三胚层后相当于涡虫阶段。（4）早期蝌蚪，相当于脊索动物文昌鱼的阶段。（5）蝌蚪，相当于鱼类阶段。（6）成蛙，即两栖类阶段。这一事例说明了蛙的个体发育，反映了蛙的系统发育过程。这种重演，不仅反映在形态变化上，也反映在生理生化等方面。例如鱼类身体中的含氮废物一般以氨的形式排出体外。两栖类（成体）主要以尿素的形式排出体外，而在蝌蚪期，则和鱼类一样以氨的形式排泄。鸟类以尿酸的形式排泄体内的含氮废物。可是在鸟胚胎发育过程中，4天左右的幼胚以氨的形式排泄含氮废物，6-8天的幼胚则以尿素为主排出含氮废物，10天以后的胚胎却变成以尿酸为主要形式排出含氮废物了。 应该说明，个体发育重演系统发育的情况并不是绝对的，它只能是简单而迅速地重演系统发育，却不能完全重演，并且还具有新的内容。这是因为胚胎发育的时间比较短促，胚胎发育的条件也不同于系统发育。因此在应用“重演律”论证进化问题时，要注意对具体情况作具体分析。3.同源器官、同功器官、痕迹器官生物进化在比较解剖学上的证据出同源器官外，还有同功器官和痕迹器官。同源器官的典型例子是脊椎动物的前肢。脊椎动物的前肢虽在外形和功能上有很大差异，但内部结构无论是神经、肌肉或骨骼却又都很相似。以骨骼为例，它们都是由肱骨、尺骨和桡骨、腕骨、掌骨和指骨组成的。只是大小和形状不一样，掌骨和指骨数目不完全相同而已。这种器官的一致性，表明这些动物是由较近的共同祖先发展而来的，它们的前肢由相似的原基发育而来。在植物方面同样有形态、功能不同而在发育中起源相同的器官。如豌豆的卷须和小蘖的刺，都是叶的变态；马铃薯的块茎和葡萄的卷须都是茎的变态。同功器官是指形态和功能相似，而起源和结构不同的器官。例如鸟得以和昆虫的翅，它们虽然都适于飞翔，但内部结构和起源很不相同。鸟翼由前肢演变而来，内有骨骼，外被羽毛；而昆虫的翅是膜状结构，由胸部的体壁向外扩展而成。又如山楂的刺和刺槐叶基的刺都有保护作用，但前者是变态的茎，后者是变态的托叶。同样，马铃薯和甘薯都有形态相似的适于贮藏养料的器官，但前者是块茎，后者是块根，来源不同。同功器官说明具有这些器官的生物之间虽没有直接的亲缘关系，不是直接来源于同一祖先，但由于它们的某些器官适应相同的环境，用于相同的功能，因而在发展中趋同进化，形成了相似的形态。痕迹器官是指高等生物体上保存的功能基本消失的器官残迹。这些器官在它们的祖先体内曾经是发达的，并且具有一定的功能。如生活在海洋中的鲸，后肢完全退化，只在体内保存着髋骨、股骨和胫骨的遗迹。人体内也有痕迹器官，如盲肠、阑尾、动耳肌、瞬膜、体毛和尾椎骨等。在植物中如小麦、水稻有退化的花被，仙人掌有针状叶，也都是痕迹器官。痕迹器官的存在，可以追溯到具有这些器官的生物与其他生物的亲缘关系和进化线索。例如鲸退化的后肢骨的存在，说明它们是从陆生脊椎动物进化来的。因此，痕迹器官是证明生物进化的有力证据。第三节 生物进化的规律1.地质年代的测定18世纪末到19世纪初，英国的工程师（W.Smith）创建了利用标准化是此丁地层相对年龄的方法。他注意到在地层的不同位置存在着不同的化石，并且知道特有的化石在地球历史上一旦绝灭，就不会再重复出现。于是他把某些分布广泛而又能标志某一地层的特有的化石作为标准，就可用来推断地层的相对年龄。例如雷氏三叶虫可作为距今6亿年寒武纪的标准化石；裸蕨可作为距今4亿年泥盆纪的标准化石；三角恐龙可作为距今1亿年左右白垩纪的标准化石等等。这种方法比较简便，目前还在应用。1907年波尔德乌特（B.Bboltwood）首创利用放射性同位素衰变的原理来测定地层的相对年龄。放射性元素的衰变进行得缓慢而有规律，不受其他条件的影响，而且每种放射性元素的半衰期又都是一定的。例如233铀蜕变为206铅的半衰期是451.1亿年。如果发现了含铀的岩石，测定其中所含238铀和206铅的比例，就可算出该地层的绝对年龄。 但铀不是一种普遍存在的元素，不能应用于各种地层。所以后来又相继发展了钾—氩法和碳—氮法。钾的放射性同位素40钾蜕变为40氩的半衰期为12.6年。由于40钾在地层中广泛存在，所以现在各个地层绝对年龄的测定大都是用钾—氩法。碳的放射性同位素14碳蜕变为14氮的半衰期为5730年，用来测定6万年到1千年范围的地层年龄则更为精确。2.总鳍鱼类和两栖类的起源总鳍鱼类首先出现于泥盆纪的淡水中，三叠纪以后，海水中才有它的同类。从前曾认为这类鱼早已灭绝，可是自1938年后在南非附近海域先后捕获到数十尾矛尾鱼，经过研究，得知它们正是保留到今天的总鳍鱼，是动物界最珍贵的“活化石”之一。总鳍鱼类头骨结构上的特征是有内鼻孔。体内有鳔，鳔在必要时可以行使呼吸功能。其偶鳍的结构与陆生动物的五趾型附肢也很相似。这就给演化提供了内在条件。根据古生物学的研究，在泥盆纪末期陆地气候温暖潮湿，已出现真正陆生植物。到了石炭纪陆生植物已十分繁茂。当时的森林如巨大的木贼类或树状的羊齿植物，沿着广阔的湖岸生长。结果，大量植物残体落入水中腐败，导致水中氧气缺乏或水域干涸，不少古代硬骨鱼死亡。而古总鳍鱼类却能幸存下来，这一因为它们依赖偶鳍的支撑力，能从干涸的泥塘里爬行出来，移到有水的池塘。同时具有气呼吸功能的鳔，也使它能在缺水条件下延长在陆上的生活时间。大约在泥盆纪末期，最早的两栖类动物坚头类（如鱼石螈）出现了。它们的牙齿同总鳍鱼类一样，头骨和肢骨的结构都与总鳍鱼类十分相似。因此，动物学家都认为最早的两栖类是在池沼干涸的条件下，从幸存的总鳍鱼类进化而来的。第四节生物进化的理论1.达尔文对变异和遗传的论述达尔文根据他对栽培植物、饲养动物和自然界生物的考察，认为生物界普遍存在着变异，其中大部分变异是微小的，也有些变异是显著的。达尔文认为改变了的环境对生物体的影响是变异的主要原因。例如，将普通甘蓝栽种到炎热的地区就不会结球；生活在山地或岛屿上的马，因缺乏富于营养的、多样化的食物，身体就长得瘦小，并且外形上也有变异。其次，达尔文认为器官的用于不用在动物的变异上起很大作用。例如家鸭的翅骨比野鸭的翅骨轻，家鸭的腿骨比野鸭的腿骨重，这是由于家鸭比它们的野生祖先野鸭少飞多走的缘故。此外，达尔文还认为杂交，尤其是双亲性有显著差别的杂交，也能够引起后代发生变异。达尔文把变异分成一定变异和不定变异两类。在相似的环境条件影响下，所有的个体都发生相似的变异，如寒冷的气候可以使兽类的皮肤增厚、毛加密，这是一定变异。在相似的环境条件影响下，不同的个体发生不同的变异，如同一胎生的动物个体有所不同，同一果实的种子长出的幼苗有差异，这是不定变异。按达尔文的意见，不定变异是生物进化的主要材料。决定不定变异的性质和方向的是生物的本性，生活条件一般只起诱发作用。达尔文在研究家养动植物的实际材料时也注意到遗传的问题，并且把它同生物的进化直接联系起来。因微生物产生的变异，只有通过遗传来积累和巩固才能形成新的生物类型。达尔文又把变异分为可遗传的变异和不遗传的变异两类。只有能够遗传的变异才能作为进化的原材料，所以遗传是生物进化的一个基本条件。 2.加拉巴哥斯群岛上的地雀加拉巴哥斯群岛位于南美洲厄瓜多尔以西950千米的太平洋中。该群岛是一个火山群岛，历史并不很长，大约只有100万年左右，从未与南美大陆和其他大陆相连接。群岛有10多个主要岛屿组成，每一岛上有着彼此略有差异的物种。加拉巴哥斯群岛上生活着14种地雀，有的岛屿上有10种共同生活着。这些地雀主要区别是喙的形状和大小不同。这14种分为4个属，均属于雀科。达尔文认为这些特殊的雀类在世界其他各地区并不存在。他分析这些特殊的种与南美洲的一个种非常相似。他断定，最合理的解释是它们都是大陆雀类的后代，由于长期隔离在岛上发生了变异。变异的原因在于觅食方式不同，最后形成了各种形式的喙.。　生物与环境   第一节生物与无机环境1.生物的无机环境生物的环境包括生物有机体周围所有的各种因素，其中对生物有影响的因素称为生态因子，它包括光、温度、PH、氧……等非生物因子和生物因子。这些因子都是指对于生物体具有直接影响（影响生物的分布、形态和生理等）的各种环境因素，如阳光、水、空气等。至于海拔高度和水域深度等环境因素，它们的作用是通过温度、日照、气压等生态因素间接地体现出来的，它们本身对于生物体没有什么直接的影响，因此可以不属于生态因子。2.光对植物分布的影响由于水对光的反射和吸收能力很强，所以光只能照入水体20~30米以内，到200米深处几乎无光透入。绿藻适于在强光下生长，叶绿素最适于吸收红橙光和蓝紫光，常分布在海面下5~6米以内水域。褐藻分布于水深10~20余米处，其体内的藻黄素最适于吸收蓝紫光。红藻的藻红素适于吸收蓝绿色和紫色光，其分布深度在20~30米范围，也有在水深100米以内生活的。到了无光区域，则就无营光合作用的植物分布了。第二节种群和群落1.种群和种群动态在一定的自然区域内，同种生物全部个体的总和叫做种群。例如一个池塘中的全部鲫鱼，一块稻田中的全部三化螟，一个蚁巢中的全部白蚁，一个地区的全部人口，都可叫做种群。种群大小或数量总是不断地变化着，这称为种群动向。对种群动态的研究，包括空间动态和时间动态两方面，如有益生物资源或害虫等，它们的数量如何变动，为何这里多那里少（空间动态），这时多那时少（时间动态），根据种群动态，进行预测预报和控制管理，因此这是人类为着本身利益所关心的时间问题。决定种群数量的是出生、死亡、迁入和迁出四种过程。出生率和迁入率的增加使种群数量上升，所亡率和迁出率的增加使种群数量下降出生率和死亡率都随年龄而改变，种群中各年龄级所占的比例（年龄结构）和性比也就成为影响数量的重要因素。种群数量在时间上的改变有各种不同的形式：种群的增长，种群的消失，种群的平衡，不规则波动和周期性波动等。种群的调节机制，包括内因性和外因性调节等，都是种群生态学研究的主要问题。种群是由个体组成的，但它不是个体简单的累计，它具有个体所没有的特点。 第三节 生态系统1．食物链和食物网食物链主要有三种类型：（1）捕食链，是生物界普遍存在的由捕食方式而形成的食物链。（2）寄生链，生物体内以寄生方式而形成的食物链，如马蛔虫寄生在马体内，某些原生动物又寄生在马蛔虫体内。（3）腐生链，专以动物遗体为食物而形成的食物链，在热带雨林中，腐生链占有突出的重要地位。 在捕食链中，并非所有消费者都能明确地只归入某一个营养级中。例如狐既吃鼠类，又吃浆果。熊是杂食性动物，不仅齿植物的果实，也捕食小型的草食动物和肉食动物。实际上，绝大多数动物的食性都非单一的，完全单食性的动物是较少见的。一般说来，一条食物链的营养级不超过五个。这是因为能量在沿着食物链的各个营养级流动时，大部分被消耗掉了。能量在逐级流动中的传递效率只有10%~20%。这样，在流经三、四个营养级之后，传递下来的能量就少到不足以在维持一个营养级的生命活动的程度了。在自然界中，有的食物链可以多达六、七级，，如棉花——棉蚜——食蚜蝇——瓢虫——麻雀——鹰——食鹰动物。如果把一条食物链的终端算上人类，也可能其营养级会超过五个，但这种例子终究是少数。在一个生态系统中，常常有许多条食物链，这些食物链并不是相互孤立地存在着。由于一种消费者常常不是只吃一种食物，而一种食物又往往被多种消费者食用。于是，一个生态系统内的许多条食物链就自然地交织成复杂的食物网。生态系统内的生物种类越丰富，食物网越复杂，生态系统也就越稳定。食物网维持着生态系统的平衡。在一个生态系统中，无论是生产者还是消费者，只要其中某一种群的数量突然发生变化，就必然牵动整个食物网，从而影响着生态系统的平衡。例如，由于森林中鸟类的减少，导致昆虫的突法性增长，使森林中的枝叶因大量昆虫的吃食而受到严重危害，从而是该森林的生态系统的生态平衡受到破坏。2．生态系统中的能量流动 在生态系统中某一食物链内生产者所能固定的这部分太阳辐射能量（即生产者所生产出的有机物的能量）叫做初级生产量。在单位时间里，生产者所固定的全部太阳辐射能量称为总初级生产量。食物链中各级消费者的能量流动情况具有各自的某些特点。如初级消费者以生产者作为食物来源，但并非在该生态系统中的全部净初级生产量都被初级消费者利用，有许多绿色植物未被草食动物触及，即使为其触及，也并未都被利用。因此，为草食动物真正吃掉的那部分绿色植物称为消耗量，把因种种原因而未被吃掉的那部分绿色植物称为未利用物质。消耗量中的大部分被初级消费者同化了，这部分称为同化量；消耗量中的小部分未被消费者同化，而是通过消化系统和排泄系统排至体外，称为粪尿量。草食动物的生产量属于次级生产量。在单位时间里草食动物的同化量叫做总次级生产量。总次级生产量中去除了草食动物的呼吸量，余下的就是净次级生产量，它用于草食动物自身生长、发育和繁殖。次级消费者和三级消费者体内能量流动的情况，与初级消费者的情况大致相同。由于生态学上一般不用“三级生产量”、“四级生产量”等术语，所以次级消费者和三级消费者都列入次级生产量内。能量在食物链内的流动过程中，由于生产者和各级消费者的呼吸作用的消耗（呼吸量），各级消费者未加利用的物质以及所排出的粪尿，而后两者最终又会被分解者分解者利用。因此，在生态系统中被消耗的能量总和是极大的，以致能量在两个营养级之间的转化（传递）效率大约只占10-20%。植物细胞有丝分裂装片的制作及观察一、洋葱的培养　1　根尖的长度：1cm--5cm。洋葱的根尖不能培养的太长，因为太长后，根细胞内的机械组织增多，不利于制片和观察。　2为什么要经常换水：根细胞的呼吸作用需要消耗水中的溶解氧。二、装片的制作　　1、解离：10%的HCI中，10--15分钟。　　　　　　解离的目的：溶解细胞之间的果胶，使细胞更溶易分散开。　　2、漂洗：漂洗的目的是除去根上的浮色，以利于着色。　　3、染色：染色是使细胞核中的核酸着色。　　4、制片：三、低倍镜下观察：　　在低倍镜下到生长点细胞：生长点细胞的特点是细胞小，呈正方形。四、高倍镜下观察： 　　高倍镜下要求看清细胞有丝分裂的各个时期，主要是前期、中期、后期和末期。