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问题探究
基因和染色体究竟是什么关系呢？
第2节
第2章 基因和染色体的关系
基因在染色体上
学习目标
1.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，阐明基因位于染色体上，进一步体会假说—演绎法。
2.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。
一
萨顿的假说
一
1、实验材料：蝗虫
萨顿研究蝗虫减数分裂及受精作用过程中染色体行为变化及亲子代染色体数量关系。
父方
(24条)
母方
(24条)
精子
(12条)
卵子
(12条)
受精卵
(24条)
新个体
(24条)
减数分裂
减数分裂
受精作用
分裂分化
一半来自父方
一半来自母方
2、理论基础
孟德尔假设的一对遗传因子，也就是等位基因，它们的分离与蝗虫减数分裂中同源染色体的分离非常相似。
一
萨顿的假说
一
基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的，即基因就在染色体上。
3.假说内容
基因行为（遗传学） 染色体行为（细胞学）
体细胞中的存在形式
配子中的存在形式
在体细胞中的来源
形成配子时的组合方式
传递中的性质
成对存在
成对存在
单个
单个
一个来自父方,一个来自母方
一条来自父方,一条来自母方
等位基因分离，
非等位基因自由组合
同源染色体分开，
非同源染色体自由组合
杂交过程保持完整性、独立性
在减数分裂和受精作用中保持相对稳定的形态结构
一
萨顿的假说
一
4、假说依据：基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。
R
r
非等位基因在形成配子时自由组合
基因行为
染色体行为
行为
变化
非同源染色体在减数分裂Ⅰ后期自由组合
YyRr
Y
y
YR
Yr
yR
yr
等位基因分离
非等位基因自由组合
同源染色体分离
非同源染色体自由组合
分析减数分裂中基因和染色体的关系
任务一
1.根据萨顿的假说，请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(图中染色体上白色横线代表基因的位置，相关基因用D、d表示)。
D D
d d
d
D
D d
D
d
D
d
D D
d d
D d
D d
分析减数分裂中基因和染色体的关系
任务一
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遗传和染色体的关系。
摩尔根
2.基因和染色体的行为存在平行关系。从理论上支持基因在染色体上的假说，但事实是否如此呢？为什么？
一
基因位于染色体上的实验证据
二
请结合教材P30果蝇的相关信息，总结果蝇作为遗传学的优点。
主要科学家：摩尔根
实验材料：果蝇
直翅
卷翅
黑体
无翅
1
2
果蝇作为材料的优点
①有许多易于区分的相对性状；
②培养周期短；
③成本低；
④易饲养；
⑤染色体数目少，便于观察。
摩尔根和他的学生们在哥伦比亚大学建立的享誉学术界的果蝇室，其实只有26.8平方米大，里面挤满了8张实验台。1908年摩尔根安排一个研究生在暗室里饲养果蝇，希望能产生一种果蝇，他们的眼睛因不用而退化，这位学生让果蝇在暗无天日的世界里繁殖了68代，但研究毫无进展，大约在1910年5月，在暗室里诞生了一只白眼雄果蝇。
科学事实
①突然出现的白眼性状是显性还是隐性？
②对于红眼和白眼这一对相对性状的遗传
遵不遵循孟德尔的分离定律呢？
思考
一
基因位于染色体上的实验证据
二
一
基因位于染色体上的实验证据
二
F2
F1
P
1
1
1
1
:
:
:
×
×
白眼(♂)
红眼(♀)
红眼(♀)
红眼(♂)
红眼♀
红眼♀
红眼♂
白眼♂
分析实验现象：
1.眼色的显性性状是？
2.眼色遗传是否遵循分离定律？
红眼
是，F1自交后代的性状分离比为3∶1
提出问题：
白眼性状为什么与性别相关联？
探究过程
观察实验、提出问题
一
基因位于染色体上的实验证据
二
性染色体
X
Y
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
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。
同源区段：
基因的表示方法：
X X
-
-
雌性：
X Y
-
雄性：
如果基因在常染色体上:
如果基因在性染色体上:
DD、Dd、dd
先写性染色体后写基因。
XY
-
雄性：
X X
-
-
雌性：
X Y
-
雄性：
-
Ⅰ、Ⅲ
Ⅱ
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
假说一：控制眼色的基因只在Y染色体上。
假说二：控制眼色的基因只在X染色体上。
假说三：控制眼色的基因在X、Y染色体同源区上。
如果按照萨顿的假说：基因在染色体上,那么,控制
白眼的基因是在常染色体上还是在性染色体上呢
如果在性染色体体上存在哪些可能？如何验证？
提出假说 解释问题
P：
F1：
F2：
红（雌、雄）
白 (雄)
3/4
1/4
红眼 （雌、雄）
×
F1雌雄交配
×
摩尔根
如果只位于Y染色体上，则F1中应有白眼雄果蝇出现。
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
提出假说 解释问题
P：
F1：
F2：
红（雌、雄）
白 (雄)
3/4
1/4
红眼 （雌、雄）
×
F1雌雄交配
(XWY)
红眼
(XwXw)
白眼
(XwY)
白眼
(XWXW)或(XWXw)
红眼
雄果蝇
雌果蝇
假说二：控制眼色的基因（相应基因用W、w）只在X染色体上
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
P
F1
F2
×
XWXW
XwY
XW
Y
Xw
配子
XWY
XWXw
×
Xw
XW
Y
XW
XWXW（雌）
XWXw（雌）
XWY（雄）
XwY（雄）
3/4红眼（雌、雄） 1/4白眼（雄）
对杂交现象的解释
配子
——遗传图解
假说二：控制眼色的基因只在X染色体上
提出假说 解释问题
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
XWXw × XwY
XWX w
XwY
F1：
P：
配子：
红眼（雌） 白眼（雄）
XW Xw
Xw
Y
XwXw
XWY
红雌
白雌
红雄
白雄
测交方案1
演绎推理
假说二：控制眼色的基因只在X染色体上
实验结果：
测交方案1
实验验证 得出结论
红眼雌蝇 红眼雄蝇 白眼雌蝇 白眼雄蝇
126 132 120 115
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
P
F1
F2
×
XWXW
XwYw
XW
Yw
Xw
配子
XWYw
XWXw
×
Xw
XW
Yw
XW
XWXW（雌）
XWXw（雌）
XWYw（雄）
XwYw（雄）
3/4红眼（雌、雄） 1/4白眼（雄）
对杂交现象的解释
配子
——遗传图解
假说三：控制眼色的基因在 X、Y染色体同源区上
提出假说 解释问题
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
XWXw × XwYw
XWX w
XwYw
F1：
P：
配子：
红眼（雌） 白眼（雄）
XW Xw
Xw
Yw
XwXw
XWYw
红雌
白雌
红雄
白雄
测交方案1
演绎推理
假说三：控制眼色的基因在X、Y染色体同源区上
还有其他测交方案吗？
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
测交方案2
测交方案2
假说三：控制眼色的基因在X、Y染色体同源区上
XWY W × XwXw
XWX w
红雌
XwY W
F1：
P：
配子：
红眼（雄） 白眼（雌）
XW
Xw
Y W
红雄
XY的同源区段 雌雄均红眼
与实验结果不一致
XWY × XwXw
XWX w
红雌
XwY
白雄
F1：
P：
配子：
红眼（雄） 白眼（雌）
XW
Xw
Y
假说二：控制眼色的基因只在X染色体上
雌果蝇均为红眼,雄果蝇均为白眼
与实验结果一致
得出结论：控制果蝇白眼的基因只位于X染色体上，而Y染色体不含其等位基因。
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
关于摩尔根假说的演绎推理过程，用白眼雌果蝇和红眼雄果蝇杂交，是得出结论的关键的实验设计。正是摩尔根等人把一个特定的基因和一条特定的染色体——X染色体联系起来，从而用实验证明了：
基因和染色体的关系——基因在染色体上
拓展应用
1.用白眼雌果蝇和红眼雄果蝇杂交，通过眼睛颜色可判断子代果蝇的性别；用白眼雄果蝇和红眼雌果蝇杂交，通过眼睛颜色却不能判断子代果蝇的性别，这是为什么？用其他杂交组合，能否通过眼睛颜色判断子代果蝇的性别呢？
红眼雌果蝇的基因型有XWXW和XWXw两种类型，白眼雄果蝇的基因型为XwY。如果基因型为XWXW的红眼雌果蝇与基因型为XwY的白眼雄果蝇杂交，则子一代无论雌雄，全部为红眼；如果基因型为XWXw的红眼雌果蝇与基因型为XwY的白眼雄果蝇杂交，那么子代雌果蝇和子代雄果蝇都是既有红眼，也有白眼，因此无法通过眼睛颜色判断子代果蝇的性别。
一
基因位于染色体上的实验证据
二
探究过程
演绎推理
测交
得出结论
基因在染色体上
白眼性状的表现总是与性别相联系
提出问题
假说
演
绎
法
作出假说
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
实验验证
测交结果
回顾摩尔根的果蝇杂交实验实验：假说-演绎法
从此，摩尔根成了 孟德尔 理论的坚定支持者。
一
基因位于染色体上的实验证据
二
进一步探究
（1）现象：每种生物的基因数量远多于染色体数目
X
X
4对染色体，1.3万个基因
23对染色体，2.6万个基因
（2）推测：一条染色体上有许多个基因
（3）证明方法：
摩尔根和他的学生发明了测定基因位于染色体上的相对位置的方法，并绘制出第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置图。
一
基因位于染色体上的实验证据
二
进一步探究
资料：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。
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。
回应问题探究
对人类基因组计划测序时，为什么首先要确定哪些染色体呢？为什么不直接测定46条染色体呢？
因为人类有22对常染色体，1对性染色体。每对同源染色体上分布的是相同基因或等位基因，所以只需要对其中1条进行测序，而X/Y染色体差别很大，基因差异也大，所以两条都要测。如果46条都测，耗资巨大，工作量也会增加，而且得到的绝大多数基因序列也都是重复的。
一
孟德尔遗传规律的现代解释
三
1、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
D
D
d
d
D
D
d
d
D
D
d
d
一
孟德尔遗传规律的现代解释
三
2、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。
基因自由组合定律的实质
任务二
(1)图中属于等位基因的有______________________。
(2)图中非等位基因有___________________________
___________________________________________。
A与a、B与b、C与c
A(或a)和C(或c)、
B(或b)和C(或c)、A(或a)和B(或b)
(3)上述非等位基因中，能自由组合的是_______________________________。
A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)
(4)不考虑同源染色体非姐妹染色单体间的互换，该生物能产生____种配子，分别是___________________________。
ABC、ABc、abC、abc
4
如图是某生物细胞内染色体和基因的分布图，①和②、③和④是两对同源染色体，请回答下列问题：
选用雄性生殖器官的原因
核心归纳
(1)同源染色体上等位基因的分离与非同源染色体上的非等位基因间的自由组合同时进行，都发生在减数分裂Ⅰ后期。
(2)同源染色体上每对等位基因的遗传均遵循基因的分离定律。
(3)减数分裂时自由组合的是非同源染色体上的非等位基因(即两对等位基因必须位于两对同源染色体上)，而不是所有的非等位基因，因为同源染色体上的非等位基因的遗传不遵循基因的自由组合定律。
(4)真核生物的细胞核基因位于染色体上，细胞质基因位于叶绿体和线粒体的DNA上；真核生物细胞质中的基因与原核生物中的基因在遗传过程中均不遵循孟德尔的两个遗传规律。
关于基因自由组合定律的几点说明
课后作业
第2课时：大本70-72；小本题组二、强化训练
第1课时：大本P68-69;小本题组一
2. 生物如果丢失或增加一条或几条染色体，就会出现严重疾病甚至死亡。但是在自然界，有些动植物的某些个体是由未受精的生殖细胞（如卵细胞）单独发育来的，如蜜蜂中的雄蜂等。这些生物虽然体细胞中的染色体数目减少了一半，但它们仍能正常生活。你如何解释这一 现象？
这些生物的体细胞中的染色体数目虽然减少了一半，但仍具有一整套非同源染色体，这一套染色体携带着控制该种生物所有性状的一整套基因。
3. 人的体细胞中有23对染色体，其中 1－22号是常染色体，23号是性染色体。现在已经发现多一条13号、18号或21号染色体的婴儿，都表现出严重的病症。据不完全调查，现在还未发现多一条（或几条）其他常染色体的婴儿。请你试着作出一些可能的解释。
人的体细胞中染色体数目的变异，会严重影响生殖、发育等各种生命活动，未发现其他常染色体数目变异的婴儿，很可能是发生这类变异后的受精卵不能发育，或发育至胚胎早期就死亡了的缘故。

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