学习指南

遗传

生物· 3.14–3.39(2017年第3版)· 45 分钟阅读

1. 核心遗传与DNA基础★★☆☆☆B 专属⏱ 10 min

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遗传信息储存在细胞的细胞核中,位于名为染色体的结构上。每条染色体都由DNA构成,而基因是DNA上编码某一特定蛋白质的短片段。一个生物体的全套DNA被称为它的基因组。

📘 定义

基因与基因组

基因是DNA上编码特定蛋白质的片段。基因组是一个生物体的全部DNA,储存在细胞核内的染色体上。

DNA为双螺旋结构,由两条相连的链构成。两条链通过互补碱基对连接:腺嘌呤(A)始终与胸腺嘧啶(T)配对,胞嘧啶(C)始终与鸟嘌呤(G)配对。RNA是单链分子,使用尿嘧啶(U)代替胸腺嘧啶。

蛋白质合成有两个关键阶段:转录(mRNA在细胞核内复制DNA序列并移动到核糖体处)和翻译(tRNA分子将氨基酸运送到核糖体,通过匹配mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子来合成蛋白质链)。

📐 例题

一段DNA的碱基序列为GAT CCA。写出其互补DNA链、互补mRNA链,并说出蛋白质合成的两个阶段名称。

  1. 1
    1. 互补DNA遵循A-T、C-G碱基配对规则:CTA GGT
  2. 2
    1. mRNA将胸腺嘧啶(T)替换为尿嘧啶(U):CUA GGU
  3. 3
    1. 蛋白质合成的两个阶段分别是转录和翻译

Exam tip:

做碱基配对题时,在作答前务必确认考察的序列是DNA还是RNA:RNA中不存在胸腺嘧啶(T)。

2. 遗传学术语与单基因杂交★★★☆☆⏱ 12 min

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基因以名为等位基因的可变形式存在,等位基因会导致遗传性状的变异。大多数表型特征由多个基因控制(多基因遗传),但单基因杂交研究的是由单对等位基因控制的性状。

📘 定义

核心遗传学术语

基因型 = 个体携带的等位基因总和;表型 = 可观测的性状;纯合子 = 两个等位基因完全相同;杂合子 = 两个等位基因不同;显性 = 仅一份拷贝即可表达;隐性 = 只有两份完全相同的拷贝才能表达。

单基因遗传图解必须遵循爱德思要求的固定结构才能拿到满分。你也可以使用系谱图来追踪性状在家族世代中的遗传规律。

📐 例题

卷舌是显性性状(T),非卷舌是隐性性状(t)。将两名杂合子卷舌的亲本进行杂交,求他们的孩子无法卷舌的概率。

  1. 1
    1. 亲本表型:双方均为卷舌者;亲本基因型:Tt × Tt
  2. 2
    1. 配子(已圈出):每个亲本产生T和t两种配子
  3. 3
    1. 庞氏表:子代基因型为TT、Tt、Tt、tt
  4. 4
    1. 表型比例:3份卷舌者 : 1份非卷舌者;非卷舌的概率为25%(或0.25,或1/4)

性别由一对染色体控制:女性的染色体组成为XX,男性为XY。男性与女性的后代性别比例始终为1:1,子代的性别由父亲决定。

Exam tip:

在遗传图解中务必将配子的等位基因圈出:这是所有爱德思遗传类题目中必须拿到的得分点。

3. 有丝分裂、减数分裂与遗传变异★★☆☆☆⏱ 8 min

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📘 定义

倍性

人类二倍体细胞含有46条染色体(完整染色体组),人类单倍体配子含有23条染色体(为完整染色体组的一半)。

Feature

Mitosis

Meiosis

Number of daughter cells

2

4

Chromosome number

Diploid (same as parent)

Haploid (half parent)

Genetic similarity

Identical to parent cell

Genetically different from parent and each other

Uses

Growth, repair, cloning, asexual reproduction

Production of gametes for sexual reproduction

子代的遗传变异来源于减数分裂(产生遗传上独特的配子)和随机受精(任意雄配子都可以与任意雌配子融合)。

📐 例题

解释为什么减数分裂对于有性生殖中维持世代间染色体数目恒定至关重要。

  1. 1
    1. 减数分裂产生含有23条染色体的单倍体配子,染色体数目为二倍体数的一半。
  2. 2
    1. 两个配子在受精过程中融合后,形成的受精卵就拥有完整的46条二倍体染色体。
  3. 3
    1. 如果没有减数分裂,每一代的染色体数目都会翻倍,这是无法存活的。

Exam tip:

使用助记符GRAC来记忆有丝分裂的作用:生长(Growth)、修复(Repair)、无性生殖(Asexual reproduction)、克隆(Cloning)。绝对不要写有丝分裂会产生配子。

4. 变异与突变★★★☆☆⏱ 7 min

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物种内的变异可以是遗传因素导致的、环境因素导致的,也可以是两者共同作用的结果。突变是遗传物质中发生的罕见随机变化,且可以遗传。

DNA序列的改变会改变其所编码蛋白质的氨基酸序列,进而改变表型。大多数突变对表型没有影响,部分突变的影响很小,极少数突变会产生巨大影响。暴露在电离辐射(γ射线、X射线、紫外线)和化学诱变剂(例如烟草中的化学物质)下会提高突变率。

📐 例题

解释为什么频繁使用美黑床会提升患皮肤癌的风险。

  1. 1
    1. 美黑床发出的紫外线是一种电离诱变剂,会提高突变率。
  2. 2
    1. 皮肤细胞中可能会发生一处罕见的突变,该突变会调控细胞分裂过程。
  3. 3
    1. 该突变会导致细胞不受控地增殖,最终形成癌性肿瘤。

Exam tip:

绝对不要声称所有突变都是有害的:大多数突变对生物体的表型没有任何影响。

5. 自然选择与抗生素抗性★★★☆☆⏱ 8 min

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📘 定义

自然选择(达尔文理论)

  1. 种群中存在变异,2. 生物存在生存斗争,3. 拥有有利性状的个体存活下来(适者生存),4. 存活的个体繁殖并将有利等位基因传递给后代,5. 经过多代后,该有利性状在种群中的占比会逐渐升高。

细菌的抗生素抗性是自然选择的常见实例,也是考试中经常考察的知识点。

📐 例题

解释具有抗生素抗性的细菌菌株是如何产生的,以及为什么它们会让感染更难治疗。

  1. 1
    1. 细菌种群中预先存在的随机突变会产生一个具有抗生素抗性的个体。
  2. 2
    1. 抗生素会杀死所有无抗性的细菌,留下的抗性细菌没有资源竞争压力。
  3. 3
    1. 耐药细菌快速繁殖,将耐药等位基因传递给所有后代。
  4. 4
    1. 随着时间推移,整个种群都产生耐药性,抗生素不再能治疗该感染。

Exam tip:

绝对不要声称细菌“尝试”或“选择”产生抗性:突变是随机发生的,且在细菌暴露于抗生素之前就已经存在。

6. 常见陷阱

错误做法:

Forgetting to circle gametes in genetic diagrams

原因:

Circled gametes are a mandatory mark point in all Edexcel inheritance questions, missing them loses marks even if the rest of the diagram is correct.

正确做法:

Draw a clear circle around every gamete allele in your genetic diagram.

错误做法:

Stating that the mother determines the sex of offspring

原因:

Females only produce X gametes, while males produce X and Y gametes, so the father’s gamete determines the sex of the child.

正确做法:

Always explicitly state that the male parent determines offspring sex, with a 50% chance of each sex.

错误做法:

Confusing mitosis and meiosis functions, stating meiosis is used for growth

原因:

Meiosis only produces haploid gametes for sexual reproduction, growth is a function of mitosis.

正确做法:

Use the GRAC mnemonic for mitosis uses: Growth, Repair, Asexual reproduction, Cloning.

错误做法:

Writing that bacteria adapt to antibiotics by mutating on purpose

原因:

Mutations are random, and occur before exposure to antibiotics. Antibiotics only select for pre-existing resistant bacteria.

正确做法:

Explain that random pre-existing mutations give some bacteria resistance, which is selected for when antibiotics are used.

错误做法:

Using thymine (T) in RNA sequences (Biology-only)

原因:

RNA uses uracil (U) instead of thymine, so writing T in an RNA sequence is a mark-loss error.

正确做法:

Double check base pairing questions: replace T with U for all RNA sequences.

错误做法:

Giving a 9:3:3:1 ratio for monohybrid crosses

原因:

Dihybrid crosses are out of scope for this specification, so 9:3:3:1 ratios are never correct for monohybrid questions.

正确做法:

Use 3:1 for heterozygous × heterozygous monohybrid crosses, and 1:1 for heterozygous × homozygous recessive crosses.

7. 速查表

Concept

Key Fact

Exam Mark Tip

Genome & Gene

Genome = full DNA of organism; Gene = section of DNA coding for 1 protein

Do not mix these terms up in definition questions

Monohybrid Cross Ratio

Heterozygous × Heterozygous = 3 dominant : 1 recessive phenotype

Circle all gametes and state the ratio clearly for full marks

Sex Determination

Female = XX, Male = XY; 50% chance of each sex

Father determines sex of offspring, never state mother does

Mitosis

2 identical diploid daughter cells

Used for growth, repair, cloning, asexual reproduction only

Meiosis

4 genetically different haploid gametes

Halves chromosome number to maintain diploid number at fertilisation

Natural Selection

Variation → struggle for survival → survival of fittest → pass on alleles → trait common

Write all 5 steps for 4+ mark explanation questions

Antibiotic Resistance

Random mutation → non-resistant killed → resistant reproduce

Never state bacteria 'choose' to become resistant

Biology-only: Base Pairs

DNA: A-T, C-G; RNA: A-U, C-G, single-stranded

Do not use thymine (T) in RNA sequences

8. 常见问题

如何在单因子遗传图解题中拿到满分?

所有杂交题都必须遵循以下固定结构:1. 注明亲本的表现型和基因型,2. 圈出每个配子的等位基因,3. 绘制完整的庞氏表,4. 明确写出子代的基因型、表现型比例或概率。

孩子的性别由哪一方亲本决定?

由父亲决定:雌性仅产生含X染色体的配子,而雄性产生的配子中50%为X型、50%为Y型。若父亲提供的是Y型配子,子代就会是男性(XY)。

突变一定是有害的吗?

不是:大多数突变对表现型没有影响,部分突变的影响很小,只有极少数突变会产生严重的有害或有利影响。

深入阅读

下一步

Now that you have mastered inheritance concepts, you can apply this foundational knowledge to related Edexcel IGCSE Biology topics including cloning, genetic modification, and ecology, where genetic variation and adaptation drive ecosystem stability and species survival. Inheritance questions make up ~15% of both Paper 1 and Paper 2 exams, so practice past paper genetic diagram questions to perfect your structure and avoid common mark pitfalls, especially for Biology-only Paper 2 content such as protein synthesis and codominance. Make sure you also review related content on reproduction to contextualise meiosis and gamete formation.

读完指南,下一步怎么学?

选好课程,继续看图文笔记、用概念卡巩固,再通过测验检验自己是否真的掌握。

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