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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 教案
★教学目标
生命观念：利用孟德尔遗传规律和减数分裂的有关知识，比较基因与染色体行为的异同，根据基因和染色体行为之间的平行关系，推断基因位于染色体上。
科学思维：基于基因和染色体的相关事实，运用归纳、概括、演绎推理等科学思维，阐明基因在染色体上，进一步体会假说-演绎法；从基因和染色体关系的角度，对孟德尔遗传规律作出现代解释。
科学探究：模拟摩尔根证明基因在染色体上的实验过程，培养实验探究能力及分析推理能力。
社会责任：认同科学研究需要丰富的想象力，敢于质疑、探索求真的科学精神，以及对科学的热爱。
★教学重点难点
教学重点：1.基因位于染色体上的假说和实验证据；
2.对孟德尔遗传规律作出现代解释。
教学难点：1.对果蝇杂交实验结果的解释和验证；
2.等位基因与同源染色体、非等位基因与非同源染色体的关系。
★教学过程
一、导入新课
【教师】带领学生回顾基因行为和染色体行为。
【学生】回顾旧知。
【教师】提出问题：基因在哪里？
悠悠百年，寻寻觅觅。
怀疑、争论、推理……
最终是观察和实验，
探明它神秘的踪迹
引出本节所学内容——基因在染色体上。
二、讲授新课
小组讨论，问题探讨：
人有46条染色体，但是旨在揭示人类基因组遗传信息的人类基因组计划却只测定人的24条染色体的DNA序列。
讨论：
1.对人类基因组进行测序，为什么首先要确定测哪些染色体？
提示：因为基因位于染色体上，要测定某个基因的序列，首先要知道该基因位于哪条染色体上。如果要测定人类基因组的基因序列，就要知道包含人类基因组的全部染色体组由哪些染色体组成。
2.为什么不测定全部46条染色体？
提示：人有22对常染色体和1对性染色体。在常染色体中，每对同源染色体的形态、大小相同，结构相似，上面分布的基因是相同的或者是等位基因，所以只对其中一条进行测序就可以了；而性染色体X和Y的差别很大，基因也大为不同，所以两条性染色体都需要测序，因此人类基因组计划测定了22条常染色体和两条性染色体X和Y，共24条。如果测定46条，耗资巨大，工作量会增加一倍，但得到的绝大多数基因序列都是重复的。
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（即等位基因），其分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。
他一生只发表了3篇生物论文，却作出了重要贡献。
（一）萨顿的假说
【教师】组织学生阅读教材P29，结合教材内容，引导学生说出萨顿假说的内容和依据。
【学生】阅读教材，说出萨顿假说的内容和依据。
【教师讲述】萨顿发现，有一种蝗虫的体细胞中有24条染色体，生殖细胞中只有12条染色体。精子和卵细胞结合形成的受精卵，又具有了24条染色体。蝗虫子代体细胞中的染色体数目，与双亲体细胞中的染色体数目一样。子代体细胞中的这24条染色体，按形态结构来分，两两成对，共12对，每对染色体中的一条来自父方，另一条来自母方。
发现问题：用蝗虫作材料研究精子和卵细胞的形成过程，发现孟德尔遗传定律中遗传因子（基因）的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。
【教师】结合上述学习内容，引导学生说出萨顿假说的推论内容，并说明其依据。
【学生】分析学习，说出萨顿假说的推论和依据。
推论：基因（遗传因子）由染色体携带着从亲代传递给下一代的。也就是说，基因就在染色体上。
理由：基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。
基因行为 染色体行为
独立性 基因在杂交过程中保持完整性和独立性。 染色体在配子形成和受精过程中具有相对稳定的形态结构。
存在方式 在体细胞中基因成对存在 在配子中成对基因中只有一个 在体细胞中染色体成对存在 在配子中成对染色体只有一条
来源 体细胞中成对的基因 一个来自父方，一个来自母方 体细胞中成对的染色体也是 一条来自父方，一条来自母方
分配 非等位基因在形成配子时自由组合 非同源染色体在减数第一次分裂后期是自由组合的
由此可以得出，推理：基因在染色体上。
【教师】组织学生阅读教材思考讨论的内容，小组讨论，结合萨顿假说的基本内容，分析减数分裂中基因和染色体的关系。
【学生】阅读教材思考讨论的内容，讨论交流，分析减数分裂中基因和染色体的关系。
思考·讨论 分析减数分裂中基因和染色体的关系
你同意以上分析吗？如果你也认为基因在染色体上，请你在图中染色体上标注基因符号，解释孟德尔一对相对性状的杂交实验（）图中染色体上的黑色横线代表基因的位置）。
提出质疑：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
【教师讲述】孟德尔的遗传理论和萨顿的假说遭到同时代的遗传学家摩尔根（T.H.Morgan）的强烈质疑。
美国生物学家摩尔根曾经明确表示过不相信孟德尔的遗传理论。对萨顿的基因位于染色体上的学说更持怀疑态度，这是主管的臆测，缺少实验证据。
我更相信的是实验证据，我要通过确凿的实验找到遗传和染色体的关系！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。
【摩尔根的实验】
摩尔根一直琢磨着设计一个实验，看看生物的遗传与染色体到底有什么关系，基因又是怎么回事。
用什么作实验材料呢？这是个关键问题。腐烂水果周围飞舞的果蝇吸引了他的注意，经过观察，他发现果蝇正是一种合适的实验材料。
实验材料：果蝇，遗传学常用实验材料，昆虫纲双翅目的一种小型蝇类，体长3~4 mm，在制醋和腐烂水果的地方常常可以看到。优点是①个体小，易饲养，培养周期短，繁殖快（10多天就繁殖一代）。②后代数量多，便于统计。③具有多对易于区分且稳定遗传的相对性状。④染色体数目少，便于观察。常用作遗传学研究的实验材料。
在同一时期，一些生物学家已经在一些昆虫的细胞中发现了性染色体。果蝇的体细胞中有4对染色体，3对是常染色体，1对是性染色体。在雌果蝇中，这对性染色体是同型的，用XX表示；在雄果蝇中，这对性染色体是异型的，用XY表示。
补充知识：果蝇的染色体组成
常染色体：（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ），与性别决定无关的染色体
性染色体：（X、Y染色体），与性别决定有关的染色体
1.观察实验、发现问题
从1909年开始，摩尔根开始潜心研究果蝇的遗传行为。一天，他偶然在一群红眼果蝇中发现了一只白眼雄果蝇。白眼性状是如何遗传的呢？他做了如图2-8所示的实验。
【教师】展示图2-8 果蝇杂交实验示意图，引导学生对果蝇杂交实验的现象进行分析，并提出问题。
【学生】仔细观察果蝇杂交实验示意图，对实验现象进行分析，并提出自己的疑问。
【教师】布置任务：观察P30图2-8果蝇杂交实验图解，思考回答下列问题。
【学生】思考回答。
（1）摩尔根果蝇实验是否符合孟德尔分离定律？符合。
（2）有什么现象和孟德尔的杂交实验不一样？F2中白眼果蝇全为雄果蝇。
【教师讲解】
从实验中不难发现，就果蝇红眼和白眼这一对相对性状来看，F1全是红眼，说明白眼对红眼是隐性，F2中红眼和白眼的数量比是3：1，这样的遗传表现符合分离定律，表明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的。所不同的是白眼性状的表现，总是与性别相关联。如何解释这一现象呢？
【总结】
现象分析：F1全为红眼，说明白眼是隐性性状。
F2中红眼和白眼的数量比是3：1，说明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的，并且符合分离定律。
提出问题：白眼性状的表现，总是与性别相关联。如何解释这一现象呢？
提示：与性别决定有关的染色体就是性染色体；与性别决定无关的染色体是常染色体。
补充知识：
再次提出疑问：为什么白眼性状的表现，总是与性别相联系呢？
2.经过推理、想象作出假说——控制白眼的基因在X染色体上
猜想：如果按照萨顿的理论，控制果蝇眼色的基因应该在哪？
【教师讲述】由于白眼的遗传和性别相关联，而且与X染色体的遗传相似，于是摩尔根及其同事设想，如果控制白眼的基因（用w表示）在X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因，上述遗传现象就可以得到合理的解释（如图2-10）。
【教师】展示图2-10，让学生仔细观察P31图2-10果蝇杂交实验分析图解。
【学生】观察果蝇杂交实验分析图解。
根据上述推理，作出假设：控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因。
3.演绎推理、实验验证
思考讨论 摩尔根解释的验证
从图2-10可以看出，摩尔根等人的设想可以合理地解释实验现象。但是判断一种设想或假说是否正确，仅能解释已有的实验现象是不够的，还应运用假说-演绎法，预测另外设计的实验结果，再通过实验来检验。
小组讨论，合作探究：
讨论：
讨论1.你能运用上述果蝇杂交实验的知识设计一个实验，来验证他们的解释吗？
提示：实验结果雌果蝇均为红色，雄果蝇均为白色。与理论推测一致，证明了控制果蝇眼色的基因在X染色体上。
讨论2.如果控制白眼的基因在Y染色体上，还能解释摩尔根的果蝇杂交实验吗？
提示：
①如果控制白眼的基因在Y染色体上，且X染色体上没有显性红眼基因，果蝇的基因型为XYw，白眼基因只会随Y染色体遗传，白眼雄果蝇与红眼雌果蝇的杂交后代中雄果蝇全为白眼。与实验结果不符。
②如果控制白眼的基因在Y染色体上，红眼基因在X染色体上，则果蝇的基因型为XWYw，红眼基因对白眼基因为显性，不会出现白眼雄果蝇。与实验结果不符。
【教师】摩尔根等人为了验证其解释设计了测交实验，并预测结果。
根据孟德尔演绎推理所设计的巧妙实验，设计实验并推导实验结果。
提示：设计测交实验，将F1红眼雌果蝇和白眼雄果蝇测交。
（五）进行实验、验证假说
摩尔根等人亲自做了该实验，测交后代结果如下：
表现型 红眼 白眼
性别 雌 雄 雌 雄
个体数量 126 132 120 115
此结果与理论推测一致，完全符合假说，证明了控制果蝇眼色的基因在X染色体上。
摩尔根首次把一个特定基因（决定果蝇眼色的基因）和一个特定染色体（X染色体）联系起来从而用实验证明了基因在染色体上。
三、基因与染色体的数量关系
1.果蝇的体细胞有4对染色体，携带的基因有1.3万多个。人的体细胞有23对染色体，携带的基因有2.6万多个。说明：一条染色体上应该有许多个基因。
PPT展示：果蝇X染色体上一些基因的示意图。
2.摩尔根和他的学生们通过荧光标记法确定基因在染色体上的位置，说明基因在染色体上呈线性排列。
四、孟德尔遗传规律的现代解释
1.基因的分离定律的实质是：
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。
减数第一次分裂后期，等位基因随同源染色体的分开而分离，形成数量相等的两种配子。
2.基因的自由组合定律的实质是：
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。
【课堂作业】
1.下列关于基因和染色体关系的叙述，错误的是（ D ）
A.染色体是基因的主要载体 B.基因在染色体上呈线性排列
C.一条染色体上有多个基因 D.染色体就是由基因组成的
2.性染色体存在于（ D ）
A.精子 B.卵细胞 C.体细胞 D.以上三种细胞
3.下列各项中，肯定含有Y染色体的是（ D ）
A.受精卵和初级精母细胞 B.受精卵和次级精母细胞
C.精子和男性口腔上皮细胞 D.初级精母细胞和男性小肠上皮细胞
4.基因分离定律的实质是（ D ）
A.子二代出现性状分离 B.子二代性状的分离比为3：1
C.测交后代性状的分离比为3：1 D.等位基因随同源染色体的分开而分离
5.基因自由组合定律揭示了（ D ）
A.等位基因之间的关系 B.非等位基因之间的关系
C.非同源染色体之间的关系 D.非同源染色体上的非等位基因之间的关系
6.位于常染色体上的A、B、C三个基因分别对a、b、c完全显性，用隐性性状个体与显性纯合个体杂交得F1，F1测交结果为aabbcc：AaBbCc：aaBbcc：AabbCc=1：1：1：1.则下列正确表示F1基因型的是（ B ）
【课堂小结】
参考答案：DDDDDB

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