資源簡介

第2節　基因在染色體上
【學習目標】
1.通過比較基因和染色體的平行關系,掌握薩頓的假說,理解摩爾根利用假說—演繹法推理基因在染色體上的過程,從分子水平、細胞水平闡述生命的延續性。(生命觀念、科學思維)
2.應用基因和染色體關系的知識,解釋孟德爾遺傳規律的實質。(科學思維、科學探究)
3.通過感悟和體驗摩爾根等科學家對孟德爾遺傳規律的“懷疑—認同”過程,形成尊重科學事實、敢于質疑又勇于否定自我的科學精神。(科學思維、社會責任)
【自主預習】
一、薩頓的假說
1.內容:基因是由　染色體　攜帶著從親代傳遞給下一代的,即　基因就在染色體上　。
2.假說依據:基因和染色體的行為存在著明顯的　平行關系　。
二、基因位于染色體上的實驗證據
1.實驗者:　摩爾根　。
2.實驗材料——果蠅,果蠅體細胞內染色體的組成:果蠅的體細胞中共有　4　對染色體,其中　3　對是常染色體, 　1　對是性染色體。雌果蠅的性染色體是　XX　,雄果蠅的性染色體是　XY　。
3.實驗現象
4.提出問題:白眼性狀的表現為何總與　性別　相關聯
5.作出假設,解釋現象:白眼基因(用w表示)、紅眼基因(用W表示)位于　X染色體　上,Y染色體上無相應的等位基因。
6.驗證方法——　測交　。
7.實驗結論:控制果蠅紅眼和白眼的基因位于　X　染色體上,從而證明了　基因位于染色體上　。
8.科學探究方法:　假說—演繹　法。
9.基因和染色體關系
摩爾根進一步證明了:一條染色體上有　許多　個基因;基因在染色體上呈　線性　排列。
三、孟德爾遺傳規律的現代解釋
1.基因的分離定律的實質
(1)在雜合子的細胞中,位于一對　同源染色體　上的等位基因,具有一定的　獨立性　。
(2)在減數分裂　形成配子　的過程中,等位基因會隨　同源染色體　的分開而分離,分別進入兩個配子中, 獨立地隨配子遺傳給后代。
2.基因的自由組合定律的實質
(1)位于　非同源染色體上　的非等位基因的分離或組合是　互不干擾　的。
(2)在減數分裂過程中,同源染色體上的　等位基因　彼此分離的同時,　非同源染色體上的非等位基因　自由組合。
【合作探究】
任務1　體驗基因位于染色體上的假說
活動1　下面兩圖分別是減數分裂過程中染色體的行為和孟德爾分離定律中F1豌豆產生配子時遺傳因子的行為。觀察以下兩圖并分析課本P30“思考·討論”,回答下列問題
1.歸納看得見的染色體與看不見的基因可能存在的關系,結合上圖填寫以下表格。
比較項目 基因 染色體
傳遞中的性質 在雜交過程中保持　　　　　　 在配子形成和受精過程中,保持相對穩定的　　　　　
存在 形式 體細胞中 成對 　　　
配子中 成單,只有成對的基因中的　　　 成單,只有成對的染色體中的　　　
在體細胞中的來源 等位基因中一個來自　　　　,一個來自　　　　 同源染色體中一條來自　　　,一條來自　　　　　　
形成配子時的分配 等位基因分離,　　　　　　自由組合 同源染色體分離,　　　　　　自由組合
　　提示　完整性和獨立性　形態結構　成對　一個　一條　父方　母方　父方　母方　非等位基因　非同源染色體
2.細胞中的基因都位于染色體上嗎 為什么
提示　不是。真核生物的核基因都位于染色體上,而質基因位于線粒體等細胞器內;原核生物的基因有的位于擬核區DNA分子上,有的位于質粒上。
3.薩頓提出的假說,是否一定是正確的呢 為什么
提示　不是。薩頓提出的假說內容并未經過實驗的檢驗,要判斷假說是否正確必須經過實驗的驗證。
例1　美國遺傳學家薩頓在用蝗蟲細胞作為材料研究精子和卵細胞的形成過程中,提出了“基因和染色體的行為存在著明顯的平行關系”的假說。下列說法不符合其觀點的是(　　)。
A.基因在雜交過程中保持完整性和獨立性
B.在體細胞中基因成對存在,染色體也是成對存在的
C.體細胞中成對的基因一個來自父方,一個來自母方
D.非等位基因在形成配子時自由組合,非同源染色體在減數分裂Ⅱ后期也是自由組合的
【答案】　D
【解析】　基因和染色體在行為上保持一致性,在體細胞中兩者都成對存在,在來源上一個來自父方,一個來自母方,A、B、C符合假說觀點;非同源染色體上的非等位基因在形成配子時自由組合,自由組合發生在減數分裂Ⅰ時期,D不符合假說觀點。
對點練1　下圖表示孟德爾一對相對性狀的雜交實驗(圖中染色體上的黑色橫線表示基因的位置,D、d表示相關基因),圖示不能說明(　　)。
A.染色體是基因的主要載體
B.基因由染色體攜帶著從親代傳遞給子代
C.基因在雜交過程中保持完整性和獨立性
D.減數分裂過程中,等位基因會隨著染色體的分開而分離
【答案】　A
【解析】　該圖只能說明染色體是基因的載體,但不能說明染色體是基因的主要載體,A符合題意。
任務2　分析基因位于染色體上的實驗證據
活動2　圖1為摩爾根的果蠅雜交實驗圖解,圖2為雌雄果蠅的染色體組成示意圖,圖3為X、Y染色體的區段。請據圖思考下列問題
圖1
圖2
圖3
1.摩爾根選用的實驗材料果蠅具有哪些優點
提示　易飼養,繁殖快;具有易于區分的相對性狀;染色體數目少,便于觀察。
2.據圖1判斷,果蠅的眼色遺傳中,顯性性狀、隱性性狀分別是什么 控制果蠅紅眼和白眼的基因是否遵循基因的分離定律 為什么
提示　紅眼為顯性性狀,白眼為隱性性狀。遵循,因為F1全部為紅眼,F2中紅眼和白眼個體的數量比為3∶1。
3.摩爾根通過雜交實驗發現了什么問題
提示　白眼性狀的表現與性別相關聯。說明控制白眼性狀的基因位于性染色體上。
4. X、Y染色體含同源區段,如圖3中A、C段;非同源區段(僅X染色體或Y染色體獨有區段),如圖3中B和D段。結合圖3你可以提出哪些假說
提示　假說1:控制白眼的基因在X染色體上,而Y染色體上不含有它的等位基因(基因位于B段)。假說2:控制白眼的基因在X染色體和Y染色體上,即Y染色體上含有它的等位基因(基因位于A、C段)。假說3:控制白眼的基因在Y染色體上,而X染色體上不含有它的等位基因(基因位于D段)。
5.你提出的假說中,哪些假說可以解釋摩爾根的實驗現象,哪個假說與摩爾根提出的假說相同
提示　上述假說3不能解釋摩爾根的果蠅雜交實驗中白眼性狀的遺傳現象。假說1和假說2均可以合理解釋果蠅雜交實驗中白眼性狀與性別相關聯的遺傳現象,其中假說1與摩爾根提出的假說相同。
6.根據摩爾根的假設,分別寫出紅眼、白眼雌雄果蠅的基因型,并寫出果蠅雜交實驗分析圖解。(相關基因用W和w表示)
提示　紅眼雌果蠅:XWXW、XWXw,白眼雌果蠅:XwXw;紅眼雄果蠅:XWY,白眼雄果蠅:XwY。
7.以上遺傳圖解可以解釋實驗現象,但還不能證明摩爾根的假設是正確的,為了證明該假設是正確的,摩爾根又通過測交的方法進一步驗證假設,如果你是摩爾根,你將如何設計 寫出摩爾根測交實驗的遺傳圖解。
提示　
8.根據你提出的假說,測交并不足以驗證摩爾根假說的成立,請你補充測交方案,并寫出可能的實驗結果及相應結論。
提示　用白眼雌果蠅與群體中的紅眼雄果蠅雜交。可能的實驗結果及結論:后代雌果蠅全為紅眼,雄果蠅全為白眼,則摩爾根的假設成立;后代雌雄果蠅全為紅眼,則不成立。
認知生成
例2　(不定項)果蠅的大翅和小翅是一對相對性狀,由一對等位基因A、a控制。現用大翅雌果蠅和小翅雄果蠅進行交配,再讓F1雌、雄個體相互交配,實驗結果如下:
F1:大翅雌、雄果蠅共1237只;
F2:大翅雌果蠅2159只,大翅雄果蠅1011只,小翅雄果蠅982只。
下列分析錯誤的是(　　)。
A.果蠅翅形小翅對大翅為顯性
B.果蠅的翅形遺傳遵循基因分離定律
C.控制翅形的基因位于性染色體上
D.F2中雌果蠅基因型相同,雄果蠅有兩種基因型
【答案】　AD
【解析】　大翅雌果蠅和小翅雄果蠅進行交配,F1全是大翅果蠅,所以大翅對小翅為顯性,A錯誤;根據題中信息“F2:大翅雌果蠅2159只,大翅雄果蠅1011只,小翅雄果蠅982只”可知,大翅∶小翅≈3∶1,符合基因分離定律,B正確;又因為表型與性別有關,可推知控制翅形的基因位于性染色體上,故親本的基因型為XAXA、XaY或XaYa,F1的基因型為XAXa、XAY或XAYa,故F2的基因型為XAXA、XAXa、XAY或XAYa、XaY或XaYa,C正確,D錯誤。
對點練2　摩爾根研究白眼雄果蠅基因的顯隱性及其在染色體上的位置時,經歷了若干過程。①白眼性狀是如何遺傳的 是否與性別有關 ②白眼由隱性基因控制,僅位于X染色體上。③對F1紅眼雌果蠅進行測交。上面三個敘述中(　　)。
A.①為假說,②為推論,③為實驗
B.①為觀察,②為假說,③為推論
C.①為問題,②為假說,③為實驗
D.①為推論,②為假說,③為實驗
【答案】　C
【解析】　摩爾根研究白眼雄果蠅基因的顯隱性及其在染色體上的位置時采用的方法是假說—演繹法,根據現象提出的問題是“白眼性狀是如何遺傳的 是否與性別有關 ”;作出的假設是“白眼由隱性基因控制,僅位于X染色體上,Y染色體上無對應的等位基因”;然后利用F1紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅進行測交,驗證假設,C正確。
任務3　解釋孟德爾遺傳規律的實質
活動3　閱讀課本P31~32,圖1為摩爾根等人研究并繪出的果蠅X染色體上一些基因的位置示意圖,圖2為某生物細胞內染色體和基因分布圖,分析基因的分離定律、自由組合定律的實質
圖1　　　　　　　　　　　　　　圖2　　
1.圖1基因和染色體間存在怎樣的數量和位置關系
提示　一條染色體上有許多基因;基因在染色體上呈線性排列。
2.圖1的基因互為等位基因嗎 這些基因的遺傳遵循孟德爾的遺傳規律嗎
提示　 圖1中的基因為非等位基因,這些基因的遺傳不遵循孟德爾的自由組合定律。
3.分離定律中的一對遺傳因子指一對同源染色體上的一對等位基因,圖2中等位基因有哪些
提示　A、a,B、b和C、c。
4.圖2中非等位基因有哪些 能自由組合的又有哪些
提示　圖2中非等位基因有A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)、A(或a)和B(或b)。能自由組合的有A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)。
5.不考慮同源染色體的非姐妹染色單體互換,圖2中的生物能產生哪幾種配子
提示　4種,即ABC、ABc、abC、abc。
6.以基因型AaBb為例,分析兩對等位基因在常染色體上的位置關系,它們分別能產生哪幾種配子(不考慮互換),符不符合孟德爾的遺傳規律
提示　①兩對等位基因分別位于兩對同源染色體上
能產生4種配子:AB、Ab、aB、ab,符合孟德爾的遺傳規律。
②兩對等位基因位于同一對同源染色體上,A和B在同一條染色體上
只能產生2種配子:和,不符合孟德爾的自由組合定律。
③兩對等位基因位于同一對同源染色體上,A和b在同一條染色體上
只能產生2種配子:和,不符合孟德爾的自由組合定律。
7.結合上面的分析,想一想有哪些情況不遵循孟德爾的遺傳規律。
提示　(1)同源染色體上的非等位基因不遵循自由組合定律。
(2)葉綠體、線粒體中的基因都不遵循孟德爾的遺傳規律。
(3)原核生物中的基因都不遵循孟德爾的遺傳規律。
認知生成
1.分離定律的細胞學基礎是等位基因隨同源染色體的分開而分離,如圖:
2.自由組合定律的細胞學基礎是等位基因隨同源染色體的分開而分離,位于非同源染色體上的非等位基因自由組合,如圖:
例3　(2023·沈陽校考)下列關于孟德爾遺傳規律的現代解釋的說法,錯誤的是(　　)。
A.非同源染色體上的非等位基因彼此分離的同時,同源染色體上的等位基因自由組合
B.減數分裂過程中,等位基因隨同源染色體的分開而分離,分別進入兩個配子中
C.非同源染色體上的非等位基因的分離或組合是互不干擾的
D.等位基因位于一對同源染色體上,一般成對存在
【答案】　A
【解析】　同源染色體上的等位基因彼此分離的同時,非同源染色體上的非等位基因自由組合,A錯誤;減數分裂過程中,等位基因隨同源染色體的分開而分離,分別進入兩個配子中,獨立地隨配子遺傳給后代,B正確;非同源染色體上的非等位基因的分離或組合是互不干擾的,C正確;二倍體生物中,等位基因位于一對同源染色體上,總是成對存在,D正確。
對點練3　(2023·南京聯考)下圖為某生物細胞內染色體和基因分布圖,A和a、B和b、D和d表示染色體上的基因,下列敘述不符合孟德爾遺傳規律的現代解釋的是(　　)。
A.A和a就是孟德爾所說的一對遺傳因子
B.A(a)和D(d)就是孟德爾所說的不同對的遺傳因子
C.A和a、D和d隨同源染色體分開而分離發生在減數分裂Ⅰ
D.A和a、B和b在減數分裂Ⅰ時自由組合
【答案】　D
【解析】　A和a是一對等位基因,就是孟德爾所說的一對遺傳因子,A不符合題意;A(a)和D(d)分別位于兩對同源染色體上,也就是孟德爾所說的不同對的遺傳因子,B不符合題意;A和a、D和d為等位基因,位于同源染色體上,在減數分裂Ⅰ后期隨同源染色體分開而分離,C不符合題意;A和a、B和b位于一對同源染色體上,不能發生自由組合,D符合題意。
素能提升　減數分裂的異常情況(科學思維能力)
1.減數分裂異常包括減數分裂Ⅰ同源染色體不分開和減數分裂Ⅱ染色單體不分開。
(1)減數分裂Ⅰ同源染色體不分開是指減數分裂Ⅰ過程中同源染色體移向細胞的同一極,一同進入一個子細胞中。比如,減數分裂Ⅰ時,X、Y染色體沒有分離,一同進入一個次級精母細胞中,導致產生同時含X、Y染色體的精子和不含X、Y染色體的精子。
(2)減數分裂Ⅱ染色單體不分開是指減數分裂Ⅱ過程中姐妹染色單體分開成為染色體后移向細胞的同一極,一同進入一個子細胞中。比如,減數分裂Ⅱ時,含Y染色體的次級精母細胞中染色單體分開后兩條Y染色體移向細胞的同一極,導致產生含兩條Y染色體的精子和不含性染色體的精子。
下圖為減數分裂正常和異常情況的比較。
2.減數分裂異常產生的配子類型分析
假設親代的基因型為AaXY:
(1)在未發生互換的情況下,若出現AXY或 aXY或AaX或AaY的配子,則一定是減數分裂Ⅰ異常。
(2)在未發生互換的情況下,若出現AXX或 aYY或aXX或 AYY或AAX或aaY或AAY或aaX的配子,則一定是減數分裂Ⅱ異常。
(3)若出現基因型為AAa或Aaa或XXY或XYY的配子,則一定是減數分裂Ⅰ和減數分裂Ⅱ均異常。
(4)若配子中無A和a或無X和Y時,則可能是減數分裂Ⅰ或減數分裂Ⅱ異常。
例4　(2023·鐵嶺校考)一個基因型為AaXbY的精原細胞,在減數分裂過程中,由于染色體分配紊亂,產生了一個基因型為AAaXb的精子,則另外三個精子的基因型分別是(　　)。
A.aXb,Y,Y　　　　　　 B.Xb,aY,Y
C.AXb,aY,Y D.AAaXb,Y,Y
【答案】　A
【解析】　分析題意,一個基因型為AaXbY的精原細胞,產生了一個基因型為AAaXb的精子,說明減數分裂Ⅰ后期,含有基因A和a的同源染色體未分離移向了同一極,形成兩個基因型為AAaaXbXb和YY的次級精母細胞;基因型為AAaaXbXb的次級精母細胞在減數分裂Ⅱ后期,基因A所在的兩條姐妹染色單體分開后移向了同一極,形成兩個基因型為AAaXb和aXb的精子,而基因型為YY的次級精母細胞正常分裂,形成兩個基因型均為Y的精子。因此,另外三個精子的基因型分別是aXb、Y、Y。
對點練4　(不定項)下列關于配子基因型異常發生時期的判斷,錯誤的是(　　)。
選項 個體基因型 配子基因型 發生異常時期
A Dd Dd 減數分裂Ⅱ
B AaBb AaB、AaB、b、b 減數分裂Ⅱ
C XY XY、XY 減數分裂Ⅰ
D AaXX AAXX、XX、a、a 減數分裂Ⅰ
【答案】　ABD
【解析】　A項中配子基因型發生異常的時期在減數分裂Ⅰ,A錯誤;B項中配子基因型發生異常的時期在減數分裂Ⅰ,B錯誤;D項中配子基因型發生異常的時期在減數分裂Ⅰ和減數分裂Ⅱ,D錯誤。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
判斷正誤。 (1)果蠅具有易飼養、繁殖快、染色體數量多等優點。 (×) (2)摩爾根利用假說—演繹法證明控制果蠅紅眼和白眼的基因位于X染色體上。 (√) (3)摩爾根的果蠅雜交實驗證明了基因在染色體上且呈線性排列。 (×) (4)基因和染色體的行為存在明顯的平行關系,所以基因全部位于染色體上。 (×) (5)非同源染色體自由組合,使所有非等位基因之間也發生自由組合。 (×)
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