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第2章 基因和染色体的关系
第2节 基因在染色体上
学习目标：
1.能说出基因和染色体之间存在的平行关系。
2.能基于基因和染色体的相关事实，阐明基因在染色体上，并概述摩尔根的果蝇实验。
3.能从基因和染色体的关系角度，对孟德尔遗传定律作出现代解释。
知识回顾
分离定律/孟德尔第一定律：
在生物的体细胞中，控制同一性状的 成对存在，不相融合；
在形成配子时，成对的 发生分离；
分离后的 分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。
遗传因子
遗传因子
遗传因子
基因
基因
基因
同源染色体
同源染色体
同源染色体
一 萨顿的假说
1903年，美国科学家萨顿用蝗虫细胞作材料，研究精子和卵细胞的形成过程。
发现孟德尔假设的一对遗传因子，其分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。
减数第一次分裂时，同源染色体的分离。
孟德尔分离定律
D d
D
d
减数分裂
杂合子在形成配子时，成对的遗传因子分离。
一 萨顿的假说
基因和染色体的行为存在着明显的平行关系
基因的行为 染色体的行为
杂交过程中 保持：__________ 也有：_____________
体细胞中 存在形式 _________存在 __________存在
在配子中 存在形式 只有成对基因中的_______ 只有成对染色体中的_________
体细胞中 的来源 成对中的基因 一个来自______　　　　　　　　 一个来自______　 同源染色体
一条来自______
一条来自______
形成配子时 组合方式 非等位基因：________ 非同源染色体：________
成对
成对
一个
一条
父方
母方
父方
母方
自由组合
自由组合
完整性和独立性
相对稳定的形态结构
一 萨顿的假说
受精作用
受精卵
亲代
配子
子代
染色体行为
基因行为
DD
dd
D
d
Dd
Dd
受精作用
看不见的
染色体
基因在染色体上
推理
基因
看得见的
平行关系
深度思考：
通过对遗传因子与同源染色体的行为变化的比较，展开你的想象，你能作出怎样的推测或假设？
①染色体就是基因；
②可能基因在染色体上，染色体是基因的载体。
一个生物的性状是由基因控制的，大多数生物的性状成百上千，但生物的染色体数目却是有限的，比如，人的染色体只有23对，你能根据这个事实检验上述假设是否成立吗？
萨顿在“遗传和染色体”一文（1903年）中说：“父本和母本的染色体联合成对及它们在减数分裂中的分离构成孟德尔定律的基础”。就是说，只要假定基因是在染色体上，分离定律和自由组合定律就会从细胞水平得到解释。
一 萨顿的假说
思考 讨论：分析减数分裂中基因和染色体的关系
如果你也认为“基因在染色体上”，请在图中的染色体上标出基因符号，解释孟德尔杂交试验。
高 茎
高 茎
矮 茎
高 茎
D d
D D
d d
D d
d d
×
减数
分裂
受 精
减数
分裂
高 茎
减数
分裂
P
配子
F1
F1配子
高茎
矮茎
F2
d
D
d
D
D D
D
D d
d
基因真的位于染色体上吗？
二、基因位于染色体上的实验证据
我不相信孟德尔，更
难以相信萨顿毫无
事实根据的臆测！
我更相信的是实验证据，我要通过确凿的实验找到基因和染色体的关系！
萨顿的假说遭到同时代的遗传学家摩尔根的强烈质疑。
类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要观察和实验的检验。
摩尔根的这种大胆质疑，科学务实的研究精神是值得我们努力学习的。
遗传学实验材料——果蝇的优点：
1. 个体小，易饲养
2. 繁殖快，后代多
3.具有易于区分的相对性状
4.染色体少，易观察（4对）
二、基因位于染色体上的实验证据
补充知识
雌果蝇自羽化开始10小时之内尚未性成熟而无交配能力，之后的生殖器官有受精囊，可保存与多只雄果蝇交配所得的大量精子。因此，在做果蝇杂交实验的时候，为确保实验结果可靠，雌果蝇必须未交配过，即处女蝇。
常染色体：与性别决定无关的染色体。(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)
性染色体：与性别决定有关的染色体。
雄果蝇：XY
雌果蝇：XX
二、基因位于染色体上的实验证据
注：雌雄同株的植物没有常染色体和性染色体之分。
X
Y
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
(1)非同源区段
①基因只存在于X染色体（Ⅰ区段）上
②基因只存在Y（Ⅲ区段）上
Ｘ、Ｙ同源区段的基因是成对存在的。
(2)在同源区段Ⅱ
X Y
-
雄性：
XY
-
雄性：
X Y
-
雄性：
-
二、基因位于染色体上的实验证据
基因的表示方法
如果基因在常染色体上:
如果基因在性染色体上:
DD、Dd、dd
则将基因符号写在性染色体符号的右上角。如XWXW
P
F1
F2
红眼（雌、雄）
白眼（雄）
3/4
1/4
红眼
（雌、雄交配）
×
红眼（雌）
白眼（雄）
二、基因位于染色体上的实验证据
果蝇眼色杂交实验
果蝇眼色的遗传有何特殊之处？
果蝇的眼色遗传是否符合分离定律？
判断果蝇眼色性状的显隐性关系？
红眼对白眼为显性。
F2中，红 : 白≈3:1，符合分离定律。
F2中，白眼果蝇均为雄性。
提出问题
为什么白眼性状的表现总与性别相关联？
X
Y
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
假说①：控制白眼的基因是在Y染色体上，
X染色体上没有它的等位基因。
假说②：控制白眼的基因是在X染色体上，
Y染色体上没有它的等位基因。
假说③：控制白眼的基因在
X、Y染色体的同源区段上。
二、基因位于染色体上的实验证据
提出假说
假说①：控制白眼的基因是在Y染色体上，X染色体上没有它的等位基因。
控制白眼的基因（用w表示）
P
F1
×
红眼雌果蝇
X X
白眼雄果蝇
X Yw
比例
X X
红眼雌
X Yw
白眼雄
1 : 1
×
♀
P
♂
F1
♀♂
红眼
白眼
红眼
不符合
二、基因位于染色体上的实验证据
假说②：控制白眼的基因是在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因。
红 ：白 = 3 ：1
P
F1
F2
×
红眼雌果蝇
XWXW
白眼雄果蝇
XwY
比例
XWXw
红眼雌
XWY
红眼雄
×
XWXW
红雌
XWXw
红雌
XWY
红雄
XwY
白雄
符合
二、基因位于染色体上的实验证据
×
♀
P
♂
F1
F2
自由交配
♀♂
♀
♂
红 ：白 = 3 : 1
♂
红眼
白眼
红眼
假说③：控制白眼的基因在X、Y染色体的同源区段上。
红 ：白 = 3 ：1
P
F1
F2
×
红眼雌果蝇
XWXW
白眼雄果蝇
XwYw
比例
XWXw
红眼雌
XWYw
红眼雄
×
XWXW
红雌
XWXw
红雌
XWYw
红雄
XwYw
白雄
符合
二、基因位于染色体上的实验证据
×
♀
P
♂
F1
F2
自由交配
♀♂
♀
♂
红 ：白 = 3 : 1
♂
红眼
白眼
红眼
红眼雌
白眼雄
P
F1
XWXw
XwY
×
XWXw
红眼雌
XwXw
白眼雌
XWY
红眼雄
XwY
白眼雄
红雌：白雌：红雄：白雄
= 1：1：1：1
比例
红眼雄
白眼雌
P
F1
XWY
XwXw
×
XWXw
红眼雌
XwY
白眼雄
红雌 ：白雄 = 1 ：1
比例
二、基因位于染色体上的实验证据
假说②：控制白眼的基因是在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因。
演绎推理
设计测交实验，F1与隐性纯合子杂交。
回交
红眼雌
白眼雄
P
F1
XWXw
XwYw
×
XWXw
红眼雌
XwXw
白眼雌
XWYw
红眼雄
XwYw
白眼雄
比例
假说③：控制白眼的基因在X、Y染色体的同源区段上。
红眼雄
白眼雌
P
F1
XWYw
XwXw
×
XWXw
红眼雌
XwYw
白眼雄
比例
红雌：白雌：红雄：白雄
= 1：1：1：1
红雌 ：白雄 = 1 ：1
二、基因位于染色体上的实验证据
演绎推理
设计测交实验，F1与隐性纯合子杂交。
回交
摩尔根果蝇杂交实验
一个特定的基因位于一条特定的染色体上，也就证明了基因位于染色体上。
白眼（雌）
╳
红眼（雄）
XwXw
╳
XWY
XWXw
XwY
红眼（雌）
白眼（雄）
XwXw
╳
XWYW
XWXw
XwYW
红眼（雌）
红眼（雄）
②白眼基因只位于X染色体上。
白眼基因位于X和Y染色体同源区段上。
二、基因位于染色体上的实验证据
正交
反交
③
符合
不符合
控制白眼的基因是在X染色体上，Y染色体上没有它的等位基因。
摩尔根通过实验观察，把一个特定的基因（控制白眼的基因w）和一条特定的染色体（X染色体）联系起来，最终确定了基因在染色体上的结论。
二、基因位于染色体上的实验证据
得出结论
从孟德尔理论的怀疑者成为孟德尔理论坚定的支持者。
实验检验：
根据假说预期测交实验结果
得出结论：
实验结果与预期结果一致，假说成立—基因在染色体上
控制白眼基因（w）在X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因
如何解释白眼性状的表现总是与性别相联系？
提出问题：
作出假说：
回顾摩尔根的实验：
演绎推理：
进行测交实验
假说
演
绎
法
思考：细胞中的基因都位于染色体上吗？为什么？
不是。①真核生物的核基因都位于染色体上，而质基因位于线粒体等细胞器内；②原核生物的基因有的位于拟核区DNA分子上，有的位于细胞质的质粒上。
1910年，摩尔根与白眼果蝇结缘，证明基因位于染色体上。
1909年，“遗传因子” 正式改名“基因”。
1902年，萨顿提出“遗传因子位于染色体上”的假说。
19世纪，生物学家发现细胞核中有一种叫“染色体”的物质。
摩尔根经过十多年的努力，证明了基因在染色体上线性排列。
二 基因在染色体上的实验证据
摩尔根等人的工作将一个特定的基因和一条特定的染色体(X染色体) 联系起来。
通过实验证明了基因在染色体上
果蝇有4对染色体，携带的基因大约有1.3万多个。
人有23对染色体，携带的基因大约有2.6万个。
结论1：一条染色体上有许多个基因
结论2：基因在染色体上呈线性排列
果蝇X染色体上的一些基因
摩尔根团队的其它研究成果：
（1）发明了测定基因位于染色体上的相对位置的方法；
（2）证明了基因在染色体上呈线性排列；
（3）发现了遗传第三大定律——基因的连锁和互换定律等。
黄身
白眼
红宝石眼
朱红眼
深红眼
棒状眼
短硬毛
截翅
A
A
a
a
B
B
b
b
A
A
a
a
B
B
b
b
A、B基因连锁
B、b基因互换
三 孟德尔遗传规律的现代解释
D
d
1
2
D
d
1
2
D
d
D
1
D
d
2
d
d
D
D
d
孟德尔所说的一对遗传因子就是位于___对__________上的_______，不同对的遗传因子就是位于____________上的___________；
一
同源染色体
等位基因
非同源染色体
非等位基因
A与B、C与D
同源染色体：
非同源染色体：
等位基因：
非等位基因：
A与C（D）、B与C（D）
Y与y、R与r
Y(y)与R(r)
A
B
C
D
Y
y
R
r
三 孟德尔遗传规律的现代解释
基因的分离定律的实质
在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性；在减数分裂形成配子的过程中，等位基因会随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代
D
d
1
2
D
d
1
2
D
d
D
1
D
d
2
d
d
D
D
d
三 孟德尔遗传规律的现代解释
基因的自由组合定律的实质
位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。
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
杂合子体细胞
配子
配子
基因在染色体上
基因和染色体存在着明显的平行关系
内容：
依据：
结论：
基因的分离定律的实质
基因的自由组合定律的实质
萨顿假说
实验验证:
实验现象:
实验假设:
果蝇眼色遗传与性别相联系
控制白眼的基因位于X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因
测交实验
摩尔根实验
孟德尔遗传规律的现代解释
基因在染色体上呈线性排列
基因在染色体上
课堂小测
1.在减数分裂过程中,同源染色体分离、非同源染色体自由组合发生在
A.减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ后期
B.同时发生于减数分裂Ⅰ的后期
C.同时发生于减数分裂Ⅱ的后期
D.分离发生于减数分裂Ⅰ,自由组合发生于减数分裂Ⅱ
2.下列能够体现基因自由组合定律的是
A B C D
B
C
3.某种昆虫长翅(A)对残翅(a)、直翅(B)对弯翅(b)、有刺刚毛(D)对无刺刚毛(d)为显性,控制这3对性状的基因位于常染色体上。如下图表示某一个体的基因组成,不考虑交叉互换,下列判断正确的是
A.控制长翅和残翅、直翅和弯翅的基因遗传时遵循基因自由组合定律B.该个体的细胞有丝分裂后期,移向细胞同一极的基因为AbD或abdC.复制后的2个A基因发生分离可能在减数分裂Ⅰ后期D.该个体的1个初级精母细胞所产生的精细胞基因型有2种
D

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