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第2章 基因和染色體的關(guān)系
第2節(jié) 基因在染色體上
學習目標：
1.能說出基因和染色體之間存在的平行關(guān)系。
2.能基于基因和染色體的相關(guān)事實，闡明基因在染色體上，并概述摩爾根的果蠅實驗。
3.能從基因和染色體的關(guān)系角度，對孟德爾遺傳定律作出現(xiàn)代解釋。
知識回顧
分離定律/孟德爾第一定律：
在生物的體細胞中，控制同一性狀的 成對存在，不相融合；
在形成配子時，成對的 發(fā)生分離；
分離后的 分別進入不同的配子中，隨配子遺傳給后代。
遺傳因子
遺傳因子
遺傳因子
基因
基因
基因
同源染色體
同源染色體
同源染色體
一 薩頓的假說
1903年，美國科學家薩頓用蝗蟲細胞作材料，研究精子和卵細胞的形成過程。
發(fā)現(xiàn)孟德爾假設(shè)的一對遺傳因子，其分離與減數(shù)分裂中同源染色體的分離非常相似。
減數(shù)第一次分裂時，同源染色體的分離。
孟德爾分離定律
D d
D
d
減數(shù)分裂
雜合子在形成配子時，成對的遺傳因子分離。
一 薩頓的假說
基因和染色體的行為存在著明顯的平行關(guān)系
基因的行為 染色體的行為
雜交過程中 保持：__________ 也有：_____________
體細胞中 存在形式 _________存在 __________存在
在配子中 存在形式 只有成對基因中的_______ 只有成對染色體中的_________
體細胞中 的來源 成對中的基因 一個來自______　　　　　　　　 一個來自______　 同源染色體
一條來自______
一條來自______
形成配子時 組合方式 非等位基因：________ 非同源染色體：________
成對
成對
一個
一條
父方
母方
父方
母方
自由組合
自由組合
完整性和獨立性
相對穩(wěn)定的形態(tài)結(jié)構(gòu)
一 薩頓的假說
受精作用
受精卵
親代
配子
子代
染色體行為
基因行為
DD
dd
D
d
Dd
Dd
受精作用
看不見的
染色體
基因在染色體上
推理
基因
看得見的
平行關(guān)系
深度思考：
通過對遺傳因子與同源染色體的行為變化的比較，展開你的想象，你能作出怎樣的推測或假設(shè)？
①染色體就是基因；
②可能基因在染色體上，染色體是基因的載體。
一個生物的性狀是由基因控制的，大多數(shù)生物的性狀成百上千，但生物的染色體數(shù)目卻是有限的，比如，人的染色體只有23對，你能根據(jù)這個事實檢驗上述假設(shè)是否成立嗎？
薩頓在“遺傳和染色體”一文（1903年）中說：“父本和母本的染色體聯(lián)合成對及它們在減數(shù)分裂中的分離構(gòu)成孟德爾定律的基礎(chǔ)”。就是說，只要假定基因是在染色體上，分離定律和自由組合定律就會從細胞水平得到解釋。
一 薩頓的假說
思考 討論：分析減數(shù)分裂中基因和染色體的關(guān)系
如果你也認為“基因在染色體上”，請在圖中的染色體上標出基因符號，解釋孟德爾雜交試驗。
高 莖
高 莖
矮 莖
高 莖
D d
D D
d d
D d
d d
×
減數(shù)
分裂
受 精
減數(shù)
分裂
高 莖
減數(shù)
分裂
P
配子
F1
F1配子
高莖
矮莖
F2
d
D
d
D
D D
D
D d
d
基因真的位于染色體上嗎？
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
我不相信孟德爾，更
難以相信薩頓毫無
事實根據(jù)的臆測！
我更相信的是實驗證據(jù)，我要通過確鑿的實驗找到基因和染色體的關(guān)系！
薩頓的假說遭到同時代的遺傳學家摩爾根的強烈質(zhì)疑。
類比推理得出的結(jié)論并不具有邏輯的必然性，其正確與否，還需要觀察和實驗的檢驗。
摩爾根的這種大膽質(zhì)疑，科學務(wù)實的研究精神是值得我們努力學習的。
遺傳學實驗材料——果蠅的優(yōu)點：
1. 個體小，易飼養(yǎng)
2. 繁殖快，后代多
3.具有易于區(qū)分的相對性狀
4.染色體少，易觀察（4對）
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
補充知識
雌果蠅自羽化開始10小時之內(nèi)尚未性成熟而無交配能力，之后的生殖器官有受精囊，可保存與多只雄果蠅交配所得的大量精子。因此，在做果蠅雜交實驗的時候，為確保實驗結(jié)果可靠，雌果蠅必須未交配過，即處女蠅。
常染色體：與性別決定無關(guān)的染色體。(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)
性染色體：與性別決定有關(guān)的染色體。
雄果蠅：XY
雌果蠅：XX
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
注：雌雄同株的植物沒有常染色體和性染色體之分。
X
Y
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
(1)非同源區(qū)段
①基因只存在于X染色體（Ⅰ區(qū)段）上
②基因只存在Y（Ⅲ區(qū)段）上
Ｘ、Ｙ同源區(qū)段的基因是成對存在的。
(2)在同源區(qū)段Ⅱ
X Y
-
雄性：
XY
-
雄性：
X Y
-
雄性：
-
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
基因的表示方法
如果基因在常染色體上:
如果基因在性染色體上:
DD、Dd、dd
則將基因符號寫在性染色體符號的右上角。如XWXW
P
F1
F2
紅眼（雌、雄）
白眼（雄）
3/4
1/4
紅眼
（雌、雄交配）
×
紅眼（雌）
白眼（雄）
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
果蠅眼色雜交實驗
果蠅眼色的遺傳有何特殊之處？
果蠅的眼色遺傳是否符合分離定律？
判斷果蠅眼色性狀的顯隱性關(guān)系？
紅眼對白眼為顯性。
F2中，紅 : 白≈3:1，符合分離定律。
F2中，白眼果蠅均為雄性。
提出問題
為什么白眼性狀的表現(xiàn)總與性別相關(guān)聯(lián)？
X
Y
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
假說①：控制白眼的基因是在Y染色體上，
X染色體上沒有它的等位基因。
假說②：控制白眼的基因是在X染色體上，
Y染色體上沒有它的等位基因。
假說③：控制白眼的基因在
X、Y染色體的同源區(qū)段上。
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
提出假說
假說①：控制白眼的基因是在Y染色體上，X染色體上沒有它的等位基因。
控制白眼的基因（用w表示）
P
F1
×
紅眼雌果蠅
X X
白眼雄果蠅
X Yw
比例
X X
紅眼雌
X Yw
白眼雄
1 : 1
×
♀
P
♂
F1
♀♂
紅眼
白眼
紅眼
不符合
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
假說②：控制白眼的基因是在X染色體上,Y染色體上沒有它的等位基因。
紅 ：白 = 3 ：1
P
F1
F2
×
紅眼雌果蠅
XWXW
白眼雄果蠅
XwY
比例
XWXw
紅眼雌
XWY
紅眼雄
×
XWXW
紅雌
XWXw
紅雌
XWY
紅雄
XwY
白雄
符合
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
×
♀
P
♂
F1
F2
自由交配
♀♂
♀
♂
紅 ：白 = 3 : 1
♂
紅眼
白眼
紅眼
假說③：控制白眼的基因在X、Y染色體的同源區(qū)段上。
紅 ：白 = 3 ：1
P
F1
F2
×
紅眼雌果蠅
XWXW
白眼雄果蠅
XwYw
比例
XWXw
紅眼雌
XWYw
紅眼雄
×
XWXW
紅雌
XWXw
紅雌
XWYw
紅雄
XwYw
白雄
符合
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
×
♀
P
♂
F1
F2
自由交配
♀♂
♀
♂
紅 ：白 = 3 : 1
♂
紅眼
白眼
紅眼
紅眼雌
白眼雄
P
F1
XWXw
XwY
×
XWXw
紅眼雌
XwXw
白眼雌
XWY
紅眼雄
XwY
白眼雄
紅雌：白雌：紅雄：白雄
= 1：1：1：1
比例
紅眼雄
白眼雌
P
F1
XWY
XwXw
×
XWXw
紅眼雌
XwY
白眼雄
紅雌 ：白雄 = 1 ：1
比例
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
假說②：控制白眼的基因是在X染色體上,Y染色體上沒有它的等位基因。
演繹推理
設(shè)計測交實驗，F(xiàn)1與隱性純合子雜交。
回交
紅眼雌
白眼雄
P
F1
XWXw
XwYw
×
XWXw
紅眼雌
XwXw
白眼雌
XWYw
紅眼雄
XwYw
白眼雄
比例
假說③：控制白眼的基因在X、Y染色體的同源區(qū)段上。
紅眼雄
白眼雌
P
F1
XWYw
XwXw
×
XWXw
紅眼雌
XwYw
白眼雄
比例
紅雌：白雌：紅雄：白雄
= 1：1：1：1
紅雌 ：白雄 = 1 ：1
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
演繹推理
設(shè)計測交實驗，F(xiàn)1與隱性純合子雜交。
回交
摩爾根果蠅雜交實驗
一個特定的基因位于一條特定的染色體上，也就證明了基因位于染色體上。
白眼（雌）
╳
紅眼（雄）
XwXw
╳
XWY
XWXw
XwY
紅眼（雌）
白眼（雄）
XwXw
╳
XWYW
XWXw
XwYW
紅眼（雌）
紅眼（雄）
②白眼基因只位于X染色體上。
白眼基因位于X和Y染色體同源區(qū)段上。
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
正交
反交
③
符合
不符合
控制白眼的基因是在X染色體上，Y染色體上沒有它的等位基因。
摩爾根通過實驗觀察，把一個特定的基因（控制白眼的基因w）和一條特定的染色體（X染色體）聯(lián)系起來，最終確定了基因在染色體上的結(jié)論。
二、基因位于染色體上的實驗證據(jù)
得出結(jié)論
從孟德爾理論的懷疑者成為孟德爾理論堅定的支持者。
實驗檢驗：
根據(jù)假說預期測交實驗結(jié)果
得出結(jié)論：
實驗結(jié)果與預期結(jié)果一致，假說成立—基因在染色體上
控制白眼基因（w）在X染色體上，而Y染色體上不含有它的等位基因
如何解釋白眼性狀的表現(xiàn)總是與性別相聯(lián)系？
提出問題：
作出假說：
回顧摩爾根的實驗：
演繹推理：
進行測交實驗
假說
演
繹
法
思考：細胞中的基因都位于染色體上嗎？為什么？
不是。①真核生物的核基因都位于染色體上，而質(zhì)基因位于線粒體等細胞器內(nèi)；②原核生物的基因有的位于擬核區(qū)DNA分子上，有的位于細胞質(zhì)的質(zhì)粒上。
1910年，摩爾根與白眼果蠅結(jié)緣，證明基因位于染色體上。
1909年，“遺傳因子” 正式改名“基因”。
1902年，薩頓提出“遺傳因子位于染色體上”的假說。
19世紀，生物學家發(fā)現(xiàn)細胞核中有一種叫“染色體”的物質(zhì)。
摩爾根經(jīng)過十多年的努力，證明了基因在染色體上線性排列。
二 基因在染色體上的實驗證據(jù)
摩爾根等人的工作將一個特定的基因和一條特定的染色體(X染色體) 聯(lián)系起來。
通過實驗證明了基因在染色體上
果蠅有4對染色體，攜帶的基因大約有1.3萬多個。
人有23對染色體，攜帶的基因大約有2.6萬個。
結(jié)論1：一條染色體上有許多個基因
結(jié)論2：基因在染色體上呈線性排列
果蠅X染色體上的一些基因
摩爾根團隊的其它研究成果：
（1）發(fā)明了測定基因位于染色體上的相對位置的方法；
（2）證明了基因在染色體上呈線性排列；
（3）發(fā)現(xiàn)了遺傳第三大定律——基因的連鎖和互換定律等。
黃身
白眼
紅寶石眼
朱紅眼
深紅眼
棒狀眼
短硬毛
截翅
A
A
a
a
B
B
b
b
A
A
a
a
B
B
b
b
A、B基因連鎖
B、b基因互換
三 孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋
D
d
1
2
D
d
1
2
D
d
D
1
D
d
2
d
d
D
D
d
孟德爾所說的一對遺傳因子就是位于___對__________上的_______，不同對的遺傳因子就是位于____________上的___________；
一
同源染色體
等位基因
非同源染色體
非等位基因
A與B、C與D
同源染色體：
非同源染色體：
等位基因：
非等位基因：
A與C（D）、B與C（D）
Y與y、R與r
Y(y)與R(r)
A
B
C
D
Y
y
R
r
三 孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋
基因的分離定律的實質(zhì)
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；在減數(shù)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
D
d
1
2
D
d
1
2
D
d
D
1
D
d
2
d
d
D
D
d
三 孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋
基因的自由組合定律的實質(zhì)
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；在減數(shù)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。
A
a
B
b
A
B
a
b
a
A
B
b
A
或
A
B
A
B
a
b
a
b
A
B
A
B
a
b
a
b
A
B
A
B
a
b
a
b
A
A
b
b
a
a
B
B
A
a
B
b
A
b
a
B
B
A
a
b
雜合子體細胞
配子
配子
基因在染色體上
基因和染色體存在著明顯的平行關(guān)系
內(nèi)容：
依據(jù)：
結(jié)論：
基因的分離定律的實質(zhì)
基因的自由組合定律的實質(zhì)
薩頓假說
實驗驗證:
實驗現(xiàn)象:
實驗假設(shè):
果蠅眼色遺傳與性別相聯(lián)系
控制白眼的基因位于X染色體上，而Y染色體上不含有它的等位基因
測交實驗
摩爾根實驗
孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋
基因在染色體上呈線性排列
基因在染色體上
課堂小測
1.在減數(shù)分裂過程中,同源染色體分離、非同源染色體自由組合發(fā)生在
A.減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ后期
B.同時發(fā)生于減數(shù)分裂Ⅰ的后期
C.同時發(fā)生于減數(shù)分裂Ⅱ的后期
D.分離發(fā)生于減數(shù)分裂Ⅰ,自由組合發(fā)生于減數(shù)分裂Ⅱ
2.下列能夠體現(xiàn)基因自由組合定律的是
A B C D
B
C
3.某種昆蟲長翅(A)對殘翅(a)、直翅(B)對彎翅(b)、有刺剛毛(D)對無刺剛毛(d)為顯性,控制這3對性狀的基因位于常染色體上。如下圖表示某一個體的基因組成,不考慮交叉互換,下列判斷正確的是
A.控制長翅和殘翅、直翅和彎翅的基因遺傳時遵循基因自由組合定律B.該個體的細胞有絲分裂后期,移向細胞同一極的基因為AbD或abdC.復制后的2個A基因發(fā)生分離可能在減數(shù)分裂Ⅰ后期D.該個體的1個初級精母細胞所產(chǎn)生的精細胞基因型有2種
D

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