IB Biology HL 遗传与进化（HL 拓展）— 完整学习指南

适用对象：备考 IB Biology HL 的中国学生。

本章覆盖：IB Topic 10（仅 HL）— 完整减数分裂含交叉互换、二基因杂交、常染色体与性连锁、按重组频率作图、多基因遗传、进化与物种形成机制。

关于练习题的说明：下文练习题均为我们按 IB Biology HL 风格原创的教学题。

1. 为什么 HL 遗传与进化重要

Topic 10（仅 HL）扩展 SL Topic 3（遗传）和 Topic 5（进化与生物多样性），加上机制：减数分裂如何产生变异、两个基因的 Punnett 方块、为何某些基因不独立分配（连锁）、种群如何进化。

占 HL Paper 1+2 的 7-10%。

2. 减数分裂细节

减半染色体数：二倍体（2n）→ 单倍体（n）配子。两次分裂：

减数第一次分裂 — 同源染色体分离（减数分裂）：

1. 前期 I：染色体凝聚；同源对联会（形成二价体）；交叉互换在交叉处交换 DNA。
2. 中期 I：二价体在赤道排列；自由组合 — 每对独立定向。
3. 后期 I：同源被拉至两极。姐妹染色单体仍连在一起。
4. 末期 I：两个单倍体细胞，各染色体仍是姐妹染色单体对。

减数第二次分裂 — 姐妹染色单体分离（类似有丝分裂）：再两次分裂，最终 4 个单倍体细胞，各遗传上独特。

变异来源：自由组合、交叉互换、随机受精。

3. 二基因杂交

涉两个基因的杂交。基因独立分配时：

• 杂合 AaBb × AaBb → 9 A_B_ : 3 A_bb : 3 aaB_ : 1 aabb。
• 4 种表型按 9:3:3:1。

用 4×4 Punnett 方块，配子 AB、Ab、aB、ab（各 1/4）。

4. 连锁

同染色体上的基因连锁 — 倾向一起遗传。它们违反 Mendel 自由组合律。

重组型后代来自连锁基因座间的交叉互换。两基因在染色体上越远，越易发生交叉互换。

重组频率（RF）： $$\text{RF}=\frac{\text{重组后代数}}{\text{总后代数}}\times 100\%$$

• RF = 0%：完全连锁（从未观察到交叉）。
• RF = 50%：表现如不连锁（自由组合，例如不同染色体）。
• 0% < RF < 50%：连锁，频率与图距成正比。

1 cM（厘摩）= 1% RF。用于作遗传图谱。

5. 性连锁

人类女性 XX、男性 XY。X（或 Y）上的基因性连锁。

X-连锁隐性（如血友病、红绿色盲）：

• 女性两条 X 都受影响才表现；可为携带者（X^aX^A）无症状。
• 男性单条 X 受影响（X^aY）就表现 → 男性发病率远高。

性连锁 Punnett 用 X^A 与 X^a；交叉例：携带母亲（X^AX^a）× 正常父亲（X^AY）给 1/4 携带女儿、1/4 正常女儿、1/4 患病儿子、1/4 正常儿子。

6. 多基因遗传

某些性状（肤色、身高、体重）由多个基因决定（通常加性效应）。表型呈连续变异，正态分布形状。

3 个基因各加性贡献（各 2 个等位）时，AABBCC × aabbcc 的 F2 给 7 种不同表型，从极深（6 个显性等位）到极浅（0 个），按二项分布。

7. Hardy-Weinberg 平衡

单座位双等位（A 频率 $p$、a 频率 $q$、$p+q=1$）：

平衡时基因型频率：$p^2$（AA）+ $2pq$（Aa）+ $q^2$（aa）= 1。

平衡 5 条件：大种群、无迁移、无突变、无选择、随机交配。任一被破坏 → 进化（等位频率改变）。

例：种群 9% 为 aa（隐性病）。则 $q^2=0.09$、$q=0.3$、$p=0.7$。携带者（Aa）频率 = $2pq=0.42$。

8. 物种形成

物种：成员可互配并产生可育后代（生物种概念）。

生殖隔离阻止两种群交配：

• 合子前（不形成合子）：栖息地、行为、时间、机械、配子。
• 合子后（形成合子但不成功）：杂种不育、杂种不可育（如骡）、杂种衰退。

异域物种形成：地理隔离（山起、河成）阻基因流 → 独立进化 → 生殖隔离。

同域物种形成：同一地理区域内，植物常因多倍体（多倍体后代不能与二倍体亲本交配）。

9. 例题精讲

豌豆基因 T（高，显性）与 t（矮）在 2 号染色体；基因 W（白花，显性）与 w（紫）在 4 号染色体。杂交 TtWw × ttww，预测后代表型比。

解答。

基因在不同染色体 → 自由组合。

对 T（高）：TtWw × ttww → 1/2 Tt（高）：1/2 tt（矮）。 对 W（花）：1/2 Ww（白）：1/2 ww（紫）。

组合：1/4 高白 : 1/4 高紫 : 1/4 矮白 : 1/4 矮紫。比 1:1:1:1。

若 T 与 W 连锁，则比偏向亲本组合（TW 与 tw 若是亲本连锁），重组型偏少。

10. 易错点

• 自由组合 vs 连锁：只有不同染色体（或同染色体远距离）的基因自由组合。紧密连锁给非 9:3:3:1 比例。
• 性连锁携带者混淆：携带者女性有隐性等位但不表现。性连锁隐性性状男性更常见。
• Hardy-Weinberg 条件：方程描述不进化种群。等位频率改变 = 种群在进化。
• 重组 > 50%：RF 不能超 50%。一旦半数配子是重组型，比例就稳在 1:1 如自由组合。

11. 练习题

1. AaBb × aabb 给 100 后代：40 AaBb、38 aabb、11 Aabb、11 aaBb。这些基因连锁吗？算 RF。
2. 种群中每 10,000 新生儿 1 个有囊性纤维化（常染色体隐性）。求预期携带者频率。
3. 解释为何多倍体在植物中比动物中更常作为同域物种形成的途径。

12. 速查表

• 减数分裂：2 次分裂、染色体数减半、变异来源（交叉互换、自由组合、随机受精）。
• 二基因 AaBb × AaBb → 9:3:3:1（独立时）。
• 连锁基因：RF < 50%；越近 RF 越低。
• 性连锁隐性：男性更易受影响。
• 多基因：连续变异，正态分布。
• HW：$p^2+2pq+q^2=1$。5 条件不进化。
• 物种形成：合子前/后隔离；异域 vs 同域。

13. 下一步

遗传与进化喂入 Topic 11（动物生理） 激素遗传 与 生态 种群遗传。具体 Punnett 或 Hardy-Weinberg 题可问小欧。