第三章 遗传物质的分子基础

1.解释下列名词：半保留复制、冈崎片段、转录、翻译、小核RNA、不均一核RNA、遗传密码简并、多聚核糖体、中心法则。
半保留复制： DNA分子的复制，首先是从它的一端氢键逐渐断开，当双螺旋的一端已拆开为两条单链时，各自可以作为模板，进行氢键的结合，在复制酶系统下，逐步连接起来，各自形成一条新的互补链，与原来的模板单链互相盘旋在一起，两条分开的单链恢复成DNA双分子链结构。这样，随着DNA分子双螺旋的完全拆开，就逐渐形成了两个新的DNA分子，与原来的完全一样。这种复制方式成为半保留复制。
冈崎片段：在DNA复制叉中，后随链上合成的DNA不连续小片段称为冈崎片段。
转录：由DNA为模板合成RNA的过程。RNA的转录有三步：   ①. RNA链的起始；

②. RNA链的延长；  ③. RNA链的终止及新链的释放。
翻译：以RNA为模版合成蛋白质的过程即称为遗传信息的翻译过程。
小核RNA：是真核生物转录后加工过程中RNA的剪接体的主要成分，属于一种小分子RNA，可与蛋白质结合构成核酸剪接体。
不均一核RNA：在真核生物中，转录形成的RNA中，含有大量非编码序列，大约只有25%RNA经加工成为mRNA，最后翻译为蛋白质。因为这种未经加工的前体mRNA在分子大小上差别很大，所以称为不均一核RNA。
遗传密码：是核酸中核苷酸序列指定蛋白质中氨基酸序列的一种方式，是由三个核苷酸组成的三联体密码。密码子不能重复利用，无逗号间隔，存在简并现象，具有有序性和通用性，还包含起始密码子和终止密码子。
简并：一个氨基酸由一个以上的三联体密码所决定的现象。
多聚合糖体：一条mRNA分子可以同时结合多个核糖体，形成一串核糖体，成为多聚核糖体。
中心法则：蛋白质合成过程，也就是遗传信息从DNA-mRNA-蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNA到DNA的复制过程，这就是生物学的中心法则。

2．如何证明DNA是生物的主要遗传物质？
答：DNA作为生物的主要遗传物质的间接证据：
 ⑴. 每个物种不论其大小功能如何，其DNA含量是恒定的。
 ⑵. DNA在代谢上比较稳定。

⑶. 基因突变是与DNA分子的变异密切相关的。

DNA作为生物的主要遗传物质的直接证据：
⑴. 细菌的转化已使几十种细菌和放线菌成功的获得了遗传性状的定向转化，证明起转化作用的是DNA；
⑵. 噬菌体的侵染与繁殖 主要是由于DNA进入细胞才产生完整的噬菌体，所以DNA是具有连续性的遗传物质。
⑶. 烟草花叶病毒的感染和繁殖说明在不含DNA的TMV中RNA就是遗传物质。

3．简述DNA双螺旋结构及其特点？
答：根据碱基互补配对的规律，以及对DNA分子的X射线衍射研究的成果，提出了DNA双螺旋结构。
　　特点：⑴. 两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行的环绕于同一轴上，很像一个扭曲起来的梯子。⑵. 两条核苷酸链走向为反向平行。⑶. 每条长链的内侧是扁平的盘状碱基。⑷. 每个螺旋为3.4nm长，刚好有10个碱基对，其直径为2nm。⑸. 在双螺旋分子的表面有大沟和小沟交替出现。

4．比较A-DNA、B-DNA、Z-DNA的主要异同？
答：A-DNA是DNA的脱水构型，也是右手螺旋，但每螺旋含有11个核苷酸对。比较短和密，其平均直径是2.3nm。大沟深而窄，小沟宽而浅。在活体内DNA并不以A构型存在，但细胞内DNA-RNA或RNA-RNA双螺旋结构，却与A-DNA非常相似。
B-DNA是DNA在生理状态下的构型。生活细胞中极大多数DNA以B-DNA形式存在。但当外界环境条件发生变化时，DNA的构型也会发生变化。
Z-DNA是某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在。当某些DNA序列富含G-C，并且在嘌呤和嘧啶交替出现时，可形成Z-DNA。其每螺旋含有12个核苷酸对，平均直径是1.8nm，并只有一个深沟。现在还不清楚Z-DNA在体内是否存在。

5．染色质的基本结构是什么？现有的假说是怎样解释染色质螺旋化为染色体的？
答：染色质是染色体在细胞分裂的间期所表现的形态，呈纤细的丝状结构，故也称染色质线。其基本结构单位是核小体、连接体和一个分子的组蛋白H1。每个核小体的核心是由H2A、H2B、H3和H4四种组蛋白各以两个分子组成的八聚体，其形状近似于扁球状。DNA双螺旋就盘绕在这八个组蛋白分子的表面。连接丝把两个核小体串联起来，是两个核小体之间的DNA双链。
　　细胞分裂过程中染色线卷缩成染色体：现在认为至少存在三个层次的卷缩：第一个层次是DNA分子超螺旋转化形成核小体，产生直径为10nm的间期染色线，在此过程中组蛋白H2A、H2B、H3和H4参与作用。第二个层次是核小体的长链进一步螺旋化形成直径为30nm的超微螺旋，称为螺线管，在此过程中组蛋白H1起作用。最后是染色体螺旋管进一步卷缩，并附着于由非组蛋白形成的骨架或者称中心上面成为一定形态的染色体。

6．原核生物DNA聚合酶有哪几种？各有何特点？
答：原核生物DNA聚合酶有DNA聚合酶I、DNA聚合酶II和DNA聚合酶III。
DNA聚合酶I ：具有5'-3'聚合酶功能外，还具有3'-5'核酸外切酶和5'-3'核酸外切酶的功能。
DNA聚合酶II ：是一种起修复作用的DNA聚合酶，除具有5'-3'聚合酶功能外，还具有3' -5'核酸外切酶，但无5'-3'外切酶的功能。
DNA聚合酶III：除具有5'-3'聚合酶功能外，也有3'-5'核酸外切酶，但无3'-5'外切酶的功能。

7．真核生物与原核生物DNA合成过程有何不同？
答：⑴.真核生物DNA合成只发生在细胞周期中的S期，原核生物DNA合成过程在整个细胞生长期中均可进行。
  ⑵.真核生物染色体复制则为多起点的，而原核生物DNA复制是单起点的。　　⑶.真核生物DNA合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原核生物的要短。⑷. 在真核生物中，有α、β、γ、δ和ε5种DNA聚合酶，δ是DNA合成的主要酶，由DNA聚合酶α控制后随链的合成，而由DNA聚合酶δ控制前导链的合成。既在真核生物中，有两种不同的DNA聚合酶分别控制前导链和后随链的合成。在原核生物DNA合成过程中，有DNA聚合酶I，DNA聚合酶II和DNA聚合酶III，并由DNA聚合酶III同时控制两条链的合成。⑸.真核生物的染色体为线状，有染色体端体的复制，而原核生物的染色体大多数为环状。

8．简述原核生物RNA的转录过程。
答：RNA的转录有三步：
⑴. RNA链的起始：首先是RNA聚合酶在δ因子的作用下结合于DNA的启动子部位，并在RNA聚合酶的作用下，使DNA双链解开，形成转录泡，为RNA合成提供单链模板，并按照碱基配对的原则，结合核苷酸，然后，在核苷酸之间形成磷酸二脂键，使其相连，形成RNA新链。δ因子在RNA链伸长到8－9个核苷酸后被释放，然后由核心酶催化RNA链的延长。
⑵. RNA链的延长：RNA链的延长是在δ因子释放以后，在RNA聚合酶四聚体核心酶催化下进行。因RNA聚合酶同时具有解开DNA双链，并使其重新闭合的功能。随着RNA链的延长，RNA聚合酶使DNA双链不断解开和闭合。RNA转录泡也不断前移，合成新的RNA链。⑶. RNA链的终止及新链的释放：当RNA链延伸到终止信号时，RNA转录复合体就发生解体，而使新合成的RNA链得以释放。

9．真核生物与原核生物相比，其转录过程有何特点？
答：真核生物转录的特点：
⑴. 在细胞核内进行。     ⑵. mRNA分子一般只编码一个基因。
⑶. RNA聚合酶较多。     ⑷. RNA聚合酶不能独立转录RNA。
　　原核生物转录的特点：
⑴. 原核生物中只有一种RNA聚合酶完成所有RNA转录。
⑵. 一个mRNA分子中通常含有多个基因。

10．简述原核生物蛋白质合成的过程。
答：蛋白质的合成分为链的起始、延伸和终止阶段：
链的起始：不同种类的蛋白质合成主要决定于mRNA的差异。在原核生物中，蛋白质合成的起始密码子为AUG。编码甲酰化甲硫氨酸。蛋白质合成开始时，首先是决定蛋白质起始的甲酰化甲硫氨酰tRNA与起始因子IF2结合形成第一个复合体。同时，核糖体小亚基与起始因子IF3和mRNA结合形成第二个复合体。接着两个复合体在始因子IF1和一分子GDP的作用下，形成一个完整的30S起始复合体。此时，甲酰化甲硫氨酰tRNA通过tRNA的反密码子识别起始密码AUG，而直接进入核糖体的P位（peptidyl，P）并释放出IF3。最后与50S大亚基结合，形成完整的70核糖体，此过程需要水解一分子GDP以提供能量，同时释放出IF1和IF2，完成肽链的起始。
链的延伸：根据反密码子与密码子配对的原则，第二个氨基酰tRNA进入A位。随后在转肽酶的催化下，在A位的氨基酰tRNA上的氨基酸残基与在P位上的氨基酸的碳末端间形成多肽键。此过程水解与EF-Tu结合的GTP而提供能量。最后是核糖体向前移一个三联体密码，原来在A位的多肽tRNA转入P位，而原在P的tRNA离开核糖体。此过程需要延伸因子G（EF-G）和水解GTP提供能量。这样空出的A位就可以接合另一个氨基酰tRNA，从而开始第二轮的肽链延伸。
链的终止：当多肽链的延伸遇到UAA UAG UGA等终止密码子进入核糖体的A位时，多肽链的延伸就不再进行。对终止密码子的识别，需要多肽释放因子的参与。在大肠杆菌中有两类释放因子RF1和RF2，RF1识别UAA和UAG，RF2识别UAA和UGA。在真核生物中只有释放因子eRF，可以识别所有三种终止密码子。

第四章 孟德尔遗传

1．小麦毛颖基因P为显性，光颖基因p为隐性。写出下列杂交组合的亲本基因型：
　　（1）毛颖×毛颖，后代全部毛颖。  （2）毛颖×毛颖，后代3/4为毛颖 1/4光颖。
　　（3）毛颖×光颖，后代1/2毛颖 1/2光颖。
答：（1）亲本基因型为：PP×PP；PP×Pp； （2）亲本基因型为：Pp×Pp； （3）亲本基因型为：Pp×pp。

2．小麦无芒基因A为显性，有芒基因a为隐性。写出下列个各杂交组合中F1的基因型和表现型。每一组合的F1群体中，出现无芒或有芒个体的机会是多少？
　　（1）AA×aa，　（2）AA×Aa，　（3）Aa×Aa， （4）Aa×aa，　（5）aa×aa，
答：⑴. F1的基因型：Aa； F1的表现型：全部为无芒个体。
⑵. F1的基因型：AA和Aa； F1的表现型：全部为无芒个体。
⑶. F1的基因型：AA、Aa和aa； F1的表现型：无芒：有芒=3：1。
⑷. F1的基因型：Aa和aa； F1的表现型：无芒：有芒=1：1。
⑸. F1的基因型：aa； F1的表现型：全部有芒个体。

3．小麦有稃基因H为显性，裸粒基因h为隐性。现以纯合的有稃品种（HH）与纯合的裸粒品种（hh）杂交，写出其F1和F2的基因型和表现型。在完全显性的条件下，其F2基因型和表现型的比例怎么样？
答：F1的基因型：Hh，F1的表现型：全部有稃。

F2的基因型：HH：Hh：hh=1：2：1，F2的表现型：有稃：无稃=3：1

4．大豆的紫花基因P对白花基因p为显性，紫花×白花的F1全为紫花，F2共有1653株，其中紫花1240株，白花413株，试用基因型说明这一试验结果。
答：由于紫花×白花的F1全部为紫花：即基因型为：PP×pp?Pp。而F2基因型为：Pp×Pp?PP：Pp：pp=1：2：1，共有1653株，且紫花：白花=1240：413=3：1，符合孟得尔遗传规律。

5．纯种甜玉米和纯种非甜玉米间行种植，收获时发现甜粒玉米果穗上结有非甜玉米的子实，而非甜玉米果穗上找不到甜粒的子实，如何解释这一现象？怎么样验证解释？
答：⑴.为胚乳直感现象，在甜粒玉米果穗上有的子粒胚乳由于精核的影响而直接表现出父本非甜显性特性的子实。原因：由于玉米为异花授粉植物，间行种植出现互相授粉，并说明甜粒和非甜粒是一对相对性状，且非甜粒为显性性状，甜粒为隐性性状（假设A为非甜粒基因，a为甜粒基因）。
⑵.用以下方法验证：
　测交法：将甜粒玉米果穗上所结非甜玉米的子实播种，与纯种非甜玉米测交，其后代的非甜粒和甜粒各占一半，既基因型为：Aa×aa=1：1，说明上述解释正确。
　自交法：将甜粒玉米果穗所结非甜玉米的子实播种，使该套袋自交，自交后代性状比若为3：1，则上述解释正确。

6．花生种皮紫色（R）对红色（r）为显性，厚壳T对薄壳t为显性。R-r和T-t是独立遗传的。指出下列各种杂交组合的：1. 亲本基因型、配子种类和比例。2. F1的基因型种类和比例、表现型种类和比例。
答：祥见下表：

7．番茄的红果Y对黄果y为显性，二室M对多室m为显性。两对基因是独立遗传的。当一株红果二室的番茄与一株红果多室的番茄杂交后， F1群体内有3/8的植株为红果二室的，3/8是红果多室的，1/8是黄果二室的，1/8是黄果多室的。试问这两个亲本植株是怎样的基因型？
答：番茄果室遗传：二室M对多室m为显性，其后代比例为：
二室：多室＝（3/8+1/8）：（3/8+1/8）=1：1，因此其亲本基因型为：Mm×mm。
　　番茄果色遗传：红果Y对黄果y为显性，其后代比例为：
　　红果：黄果＝(3/8+3/8)：( 1/8 +1/8)=3：1，
　　因此其亲本基因型为：Yy×Yy。因为两对基因是独立遗传的，所以这两个亲本植株基因型：YyMm×Yymm。
8．下表是不同小麦品种杂交后代产生的各种不同表现性的比例，试写出各个亲本基因型（设毛颖、抗锈为显性）。

答：根据其后代的分离比例，得到各个亲本的基因型：
　　（1）毛颖感锈×光颖感锈： Pprr×pprr  （2）毛颖抗锈×光颖感锈： PpRr×pprr
　　（3）毛颖抗锈×光颖抗锈： PpRr×ppRr  （4）光颖抗锈×光颖抗锈： ppRr×ppRr

9．大麦的刺芒R对光芒r为显性，黑稃B对白稃b为显性。现有甲品种为白稃，但具有刺芒；而乙品种为光芒，但为黑稃。怎样获得白稃光芒的新品种？（设品种的性状是纯合的）
答：甲、乙两品种的基因型分别为bbRR和BBrr，将两者杂交，得到F1（BbRr），经自交得到F2，从中可分离出白稃光芒（bbrr）的材料，经多代选育可培育出白稃光芒的新品种。

10．小麦的相对性状，毛颖P是光颖p的显性，抗锈R是感锈r的显性，无芒A是有芒a的显性，这三对基因之间不存在基因互作。已知小麦品种杂交亲本的基因型如下，试述F1的表现型。
　　（1）PPRRAa×ppRraa  （2）pprrAa×PpRraa  （3）PpRRAa×PpRrAa  （4）Pprraa×ppRrAa
答：⑴. F1表现型：毛颖抗锈无芒、毛颖抗锈有芒。
⑵. F1表现型：毛颖抗锈无芒、毛颖抗锈有芒、毛颖感锈无芒、毛颖感锈有芒、光颖抗锈无芒、光颖抗锈有芒、光颖感锈无芒、光颖感锈有芒。
⑶. F1表现型：毛颖抗锈无芒、毛颖抗锈有芒、光颖抗锈无芒、光颖抗锈有芒。
⑷. F1表现型：毛颖抗锈有芒、毛颖抗锈无芒、毛颖感锈无芒、毛颖感锈有芒、光颖感锈无芒、光颖抗锈无芒、光颖抗锈有芒、光颖感锈有芒。

11．光颖、抗锈、无芒（ppRRAA）小麦和毛颖、感锈、有芒（PPrraa）小麦杂交，希望从F3选出毛颖、抗锈、无芒（PPRRAA）的小麦10株，在F2群体中至少应选择表现型为毛颖、抗锈、无芒（P_R_A_）小麦几株？
答：解法一：F1：PpRrAa F2中可以产生毛颖、抗锈、无芒表现型的基因型及其比例：PPRRAA：PpRRAA：PPRrAA：PPRRAa：PpRrAA：PPRrAa：PpRRAa：PpRrAa=1：2：2：2：4：4：4：8。按照一般方法则：(1/27)+(6/27)×(1/4)+(12/27)×(1/16)+(8/27)×(1/64)=1/8，则至少选择：10 /（1/8）= 80（株）。

　　解法二：可考虑要从F3 选出毛颖、抗锈、无芒（PPRRAA）的纯合小麦株系，则需在F2群体中选出纯合基因型（PPRRAA）的植株。
　　因为F2群体中能产生PPRRAA的概率为1/27，所以在F2群体中至少应选择表现为（P_R_A-_）的小麦植株：
1/27 = 10 X      X=10×27=270（株）

12．设有3对独立遗传、彼此没有互作、并且表现完全显性的基因Aa、Bb、Cc，在杂合基因型个体AaBbCc（F1）自交所得的F2群体中，求具有5显性和1隐性基因的个体的频率，以及具有2显性性状和1隐性性状个体的频率。
答：由于F2基因型比为：27：9：9：9：3：3：3：1
  而27中A_B_C_中的基因型：AABBCC：AABBCc：AABbCc：AaBBCC：AaBBCc：AaBbCC：AaBbCc
　　（1）5个显性基因，1个隐性基因的频率为：　（2）2个显性性状，一个隐性性状的个体的频率：　　

13．基因型为AaBbCcDd的F1植株自交，设这四对基因都表现为完全显性，试述F2群体中每一类表现型可能出现的频率。在这一群体中，每次任取5株作为一样本，试述3株全部为显性性状、2株全部为隐性性状，以及2株全部为显性性状、3株全部为隐性性状的样本可能出现的频率各为多少？

答：AaBbCcDd： F2表现型频率：(3/4+1/4)4 = 81：27：27：27：27：54/4：54/4：54/4：54/4：3：3：3：3：1
⑴.5株中3株显性性状、2株隐性性状频率为：

(81/256)3×(1/256)2 = 0.0316763×0.0000152587 = 0.00000048334
⑵.5株中3株显性性状、3株隐性性状频率为：
(81/256)2×(1/256)3 =（6561/85536）×（1/16777216）=0.0767045×0.0000000596046=0.00000000457194

14. 设玉米子粒有色是独立遗传的三显性基因互作的结果，基因型为A_ C_ R的子粒有色，其余基因型的子粒均无色。有色子粒植株与以下3个纯合品系分别杂交，获得下列结果：
　　（1）与aaccRR品系杂交，获得50%有色子粒   （2）与aaCCrr品系杂交，获得25%有色子粒
　　（3）与AAccrr品系杂交，获得50%有色子粒     问这些有色子粒亲本是怎样的基因型？
答：⑴.基因型为：AACcR_或AaCCR_或AaCcR_或AACcrr或AaCCrr
⑵.基因型为：AaC_Rr 或AaccRr    ⑶.基因型为：A_CcRR或A_CCRr

15．萝卜块根的形状有长形的、圆形的、有椭圆型的，以下是不同类型杂交的结果：
　　长形×圆形--595椭圆型    　长形×椭圆形--205长形，201椭圆形
　　椭圆形×圆形--198椭圆形，202圆形     椭圆形×椭圆形--58长形 112椭圆形，61圆形
说明萝卜块根属于什么遗传类型，并自定义基因符号，标明上述各杂交亲本及其后裔的基因型？

答：由于后代出现了亲本所不具有的性状，因此属于基因互作中的不完全显性作用。
　　设长形为aa，圆形为AA，椭圆型为Aa。
(1) aa×AA Aa    (2) aa×AaAa：aa
(3) Aa×AAAA：Aa=198：202=1：1     (4) Aa×AaAA：Aa：aa=61：112：58=1：2：1

16．假定某个二倍体物种含有4个复等位基因（如a1、a2、a3、a4），试决定在下列三种情况下可能有几种基因组合？     ⑴. 一条染色体；⑵. 一个个体；⑶. 一个群体。
答：a1、a2、a3、a4为4个复等位基因，故：  　⑴.一条染色体上只能有a1或a2或a3或a4；
⑵.一个个体：正常的二倍体物种只含有其中的两个，故一个个体的基因组合是a1a1或a2a2或a3a3或a4a4或 a1a2或a1a3或a1a4或a2a3或a2a4或a3a4；
⑶.一个群体中则a1a1、a2a2、a3a3、a4a4、a1a2、a1a3、a1a4、a2a3、a2a4、a3a4等基因组合均可能存在。