生物（2019版）必修二同步学案：2.2 基因在染色体上

生物（2019版）必修二知识梳理及训练
2.2 基因在染色体上
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,阐明基因在染色体上,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。
3.认同科学研究需要丰富的想象力,更需要敢于质疑、勇于探索求真的科学精神。
新知探究一　萨顿的假说
活动:阅读教材P29关于萨顿的假说内容,回答下列问题。
问题(1):萨顿采用了什么研究方法
提示:类比推理法。
问题(2):萨顿类比的对象是谁
提示:将看不见的基因和看得见的染色体进行类比。
问题(3):萨顿的假说提出的依据是什么
提示:基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。
问题(4):结合孟德尔遗传规律的发现过程和萨顿假说的提出,比较假说—演绎法和类比推理法的主要区别。
提示:假说—演绎法对提出的假说进行实验验证,得出相应结论;类比推理法只根据类比事物、现象之间的相同或相似之处做出假设,但没有对假设进行实验验证,因此类比推理法得出的结论不具备逻辑的必然性。
(1)假说内容:基因(遗传因子)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。
(2)依据:基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。
项目 基因 染色体
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,在配子中只有成对的基因中的一个 在体细胞中染色体成对存在,在配子中只有成对的染色体中的一条
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(同源染色体)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分裂Ⅰ的后期自由组合
(3)图解:
1.大量事实表明,基因遗传行为与染色体的行为是平行的。据此做出如下推测,哪一项是没有说服力的(　C　)
A.基因在染色体上
B.同源染色体分离导致等位基因分离
C.每条染色体上都有许多基因
D.非同源染色体自由组合使非等位基因自由组合
解析:萨顿用蝗虫细胞作材料研究了精子和卵细胞的形成过程,并提出了推论:基因是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,因为基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。但是“每条染色体上都有许多基因”的结论,无法通过基因行为与染色体行为的平行关系得出。
2.下列各项中不能说明基因和染色体行为存在平行关系的是(　D　)
A.体细胞中基因和染色体成对存在,生殖细胞中二者都是成单存在
B.体细胞中成对的基因和同源染色体都是一个来自父方,一个来自母方
C.非同源染色体及其上的非等位基因自由组合
D.基因和染色体在生殖过程中都可能发生变异
解析:在生殖过程中基因和染色体的变异是随机发生的,没有必然的联系,不能体现两者间的平行关系。
新知探究二　基因位于染色体上的实验证据
资料1:果蝇以发酵烂水果为食,广泛分布于世界各温带地区。早在1909年由遗传学家摩尔根把它带上了遗传学研究的历史舞台,在此后约30年的时间中,果蝇成为经典遗传学的“主角”。
问题(1):果蝇作为实验材料的优点有哪些
提示:①相对性状多且区分明显;②培养周期短;③成本低;④易饲养;⑤染色体数目少,便于观察等。
资料2:
如图是果蝇体细胞的染色体组成,由于果蝇染色体数目较少,仅由4对(8条)染色体组成,因而成为遗传研究的良好生物材料之一。
问题(2):如图表示　　　　(填“雌”或“雄”)果蝇的染色体组成,其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为　　　　,X、Y为　　　　。
提示:雄　常染色体　性染色体
问题(3):摩尔根果蝇杂交实验F2中红眼∶白眼=3∶1表明果蝇的红眼和白眼性状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。对此现象摩尔根等人提出了怎样的假说来解释该实验现象
提示: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。
问题(4):摩尔根等人做出该假说的依据是什么
提示:白眼性状的遗传和性别相关联,而且与X染色体的遗传相似。
问题(5):请用遗传图解的形式解释摩尔根果蝇杂交实验结果。
提示:
　　　F2
　　 ♀　 　 1/2XW 1/2Y
1/2XW 1/4XWXW (红眼雌性) 1/4XWY (红眼雄性)
1/2Xw 1/4XWXw (红眼雌性) 1/4XwY (白眼雄性)
问题(6):假设控制果蝇白眼的基因只位于Y染色体上,该假设能解释摩尔根的果蝇杂交实验吗 为什么
提示:不能。若控制果蝇白眼的基因只位于Y染色体上,则在摩尔根果蝇杂交实验的F1中,雄果蝇应为白眼。
问题(7):让F1中的红眼雌果蝇与白眼雄果蝇测交,能否证明摩尔根的假说成立 说出你的理由。
提示:不能。
基因在X染色体上 基因在常染色体上
由表可知,无论基因在常染色体上还是在X染色体上,测交的结果都相同,即无法将基因与X染色体关联起来。
问题(8):F1中的红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交得到白眼雌果蝇,利用该白眼雌果蝇如何验证摩尔根的假说成立 写出遗传图解。
提示:
基因在X染色体 基因在常染色体
由表格可知,在杂交子代中,雌果蝇全为红眼,雄果蝇全为白眼,性状表现与性别相联系,说明控制眼色的基因与X染色体直接关联,由此可证明假说成立。
(1)观察现象。
①果蝇的红眼和白眼是一对相对性状。
②F1全为红眼,红眼是显性性状。
③F2中红眼∶白眼=3∶1,符合分离定律,红眼和白眼受一对等位基因控制。
④F2中只有雄果蝇出现白眼性状,说明果蝇眼色的表现与性别相关联。
(2)提出问题:白眼性状的表现为何总与性别相关联。
(3)做出假设,解释现象。
(4)实验验证:验证方法——测交。
(5)实验结论:决定果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体上。
(6)基因和染色体关系:摩尔根进一步证明了一条染色体上有许多个基因;基因在染色体上呈线性排列。
与性染色体有关的两个“并非”
(1)并非所有的生物都有性染色体。
①由性染色体决定性别的生物才有性染色体。
②雌雄同株的植物无性染色体。
(2)并非所有生物的X染色体都比Y染色体短,如人的X染色体比Y染色体长。
3.摩尔根研究果蝇的眼色遗传实验过程如图所示。下列相关叙述中错误的是(　D　)
A.果蝇的眼色遗传遵循基因的分离定律
B.摩尔根的果蝇杂交实验和孟德尔的豌豆杂交实验一样,都采用了假说—演绎法
C.摩尔根所做的假设是控制白眼的基因只位于X染色体上,亲本中白眼雄果蝇的基因型是XwY
D.F2中红眼雌果蝇的基因型只有XWXW
解析:F2中红眼雌果蝇的基因型有XWXW和XWXw。
4.摩尔根的果蝇杂交实验成为“基因在染色体上的实验证据”的经典。下列实验中,可以成功验证摩尔根演绎推理正确的是(　A　)
A.白眼雌×红眼雄→红眼雌∶白眼雄=1∶1
B.红眼雌×白眼雄→红眼雌∶红眼雄=1∶1
C.红眼雌×白眼雄→红眼雌∶白眼雌∶红眼雄∶白眼雄=1∶1∶1∶1
D.A、B、C都不是
解析:验证摩尔根演绎推理必须选用测交的实验,测交为待测个体与隐性纯合子进行杂交,白眼雌(XwXw)×红眼雄(XWY)→红眼雌(XWXw)∶白眼雄(XwY)=1∶1,由此可见,后代中雌雄的表型不同,并且能够根据后代的表型及比例确定控制眼色的基因位于X染色体上;B项实验虽运用了测交实验,但是后代中雌雄表型相同,因此不能确定控制眼色的基因只存在于X染色体上,也有可能在常染色体上;C项实验无论基因在常染色体上,还是在X染色体上,都可能会出现相同的结果。
新知探究三　孟德尔遗传规律的现代解释
活动:阅读教材P32,回答下列问题。
问题(1):孟德尔遗传定律中的遗传因子与染色体上的基因对应关系是怎样的
提示:①分离定律中的一对遗传因子是指位于一对同源染色体上的一对等位基因。
②自由组合定律中的不同对的遗传因子指位于非同源染色体上的非等位基因。
问题(2):说出基因的分离定律的实质。
提示: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,分别进入不同的配子中,独立地随配子遗传给后代。
问题(3):说出基因的自由组合定律的实质。
提示: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。
资料:
某一年生草本植物种群的花色、茎的高矮和叶的宽窄分别受三对等位基因A、a,B、b和C、c控制,某个体中基因与染色体的位置关系如图所示,思考并回答下列问题。
问题(4):图中A与b、A与c是否为等位基因
提示:不是,均为非等位基因。
问题(5):图中每对等位基因是否遵循分离定律
提示:是。
问题(6):图中A、a与B、b是否遵循自由组合定律 说出判断依据。
提示:不遵循,两对基因位于一对同源染色体上。
问题(7):上述非等位基因中,能自由组合的是哪些
提示:非同源染色体上的非等位基因能自由组合,即A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)。
问题(8):不考虑同源染色体非姐妹染色单体间的互换,写出该生物能产生的配子类型。
提示:AbC、Abc、aBC、aBc。
(1)基因分离定律的细胞学解释
①图解
②分离定律的细胞学基础:等位基因随同源染色体的分开而分离。
(2)基因自由组合定律的细胞学解释
①图解
②自由组合定律的细胞学基础:等位基因随同源染色体的分开而分离的同时,位于非同源染色体上的非等位基因自由组合。
1.基因的行为并不都遵循孟德尔遗传规律
(1)并不是所有的非等位基因都遵循基因自由组合定律,只有非同源染色体上的非等位基因遵循自由组合定律。
(2)并不是真核生物中所有的基因都遵循孟德尔遗传规律,如叶绿体、线粒体中的基因都不遵循孟德尔遗传规律。
(3)并不是所有生物中的基因都遵循孟德尔遗传规律,如原核生物细胞中的基因都不遵循孟德尔遗传规律。
2.等位基因与非等位基因的辨析
项目 等位基因 非等位基因
位置 同源染色体 的同一位置 同源染色体的不同位置或非同源染色体上
特点 控制一对相对性状 控制不同相对性状
行为 随同源染色体 分开而分离 非同源染色体上的非等位基因,随非同源染色体的自由组合而自由组合
续表
项目 等位基因 非等位基因
图示 ①A和a、B和b、C和c为等位基因。②A和B、A和C、B和C、A和b等均为非等位基因,其中A和B位于一条染色体上,A和b位于同源染色体上,不能自由组合;A和C、B和C位于非同源染色体上,可自由组合
5.下列关于孟德尔遗传规律的现代解释的说法中,错误的是(　C　)
A.等位基因位于一对同源染色体上,总是成对存在的
B.受精时,雌雄配子的结合是随机的,结合机会相等
C.非同源染色体上的等位基因的分离或组合是互不干扰的
D.控制不同性状的基因的分离和组合互不干扰
解析:非同源染色体上不会存在等位基因。
6.在常染色体上的A、B、C三个基因分别对a、b、c完全显性。用隐性个体与纯合个体杂交得F1,F1测交结果为AaBbcc∶Aabbcc∶aaBbCc∶aabbCc=1∶1∶1∶1,则下列能正确表示F1基因型的是(　C　)
解析:测交为杂合子与隐性纯合子杂交,由于隐性纯合子aabbcc产生的配子只有一种abc,结合测交结果的基因型及比值可知,F1(AaBbCc)产生的配子种类有Abc、aBC、ABc、abC,并且四种配子比例相等,由四种配子可以看出,A和c基因、a和C基因位于同一条染色体上,即对应图C。
[科研情境]
野生型果蝇(纯合子)的眼形是圆眼,某遗传学家在研究中偶然发现一只棒眼雄果蝇,他想探究果蝇眼形的遗传方式,设计了图甲实验。雄果蝇性染色体放大图如图乙所示。据图分析回答下列问题。
探究:(1)果蝇眼形中的显性性状是哪个 说明理由。
提示:圆眼。圆眼和棒眼杂交后代F1表型圆眼为显性。
(2)若F2中圆眼∶棒眼≈3∶1,但仅在雄果蝇中有棒眼,则控制圆眼、棒眼的基因可能位于X染色体的Ⅱ1区段,也可能位于X和Y染色体的Ⅰ区段,请设计实验来证明基因的位置。
提示:①用F2中棒眼雄果蝇与F1中雌果蝇交配,得到棒眼雌果蝇。
②用棒眼雌果蝇与野生型雄果蝇交配,观察子代的表型。
预期结果与结论:①若子代有棒眼果蝇,且全为雄蝇,则圆、棒眼基因位于X染色体的Ⅱ1区段。
②若子代中没有棒眼果蝇出现,全为圆眼果蝇,则圆、棒眼基因位于X、Y染色体的同源区段Ⅰ。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.萨顿发现基因和染色体的行为存在明显的平行关系,并据此提出了基因位于染色体上的假说。 2.摩尔根等人的果蝇杂交实验证明,染色体携带着基因,此外摩尔根等人还证明一条染色体上有许多个基因,基因在染色体上呈线性排列。 3.孟德尔遗传规律的现代解释是位于同源染色体上的等位基因随同源染色体的分开而分离,位于非同源染色体上的非等位基因可以自由组合。
随堂反馈
1.20世纪初,美国遗传学家萨顿提出了遗传的染色体学说,该学说提出的依据是基因和染色体的行为存在明显的“平行”关系。下列不属于所依据的“平行”关系的是(　C　)
A.基因和染色体在体细胞中都成对存在,在配子中都只有成对中的一个
B.在形成配子时,某些非等位基因之间、非同源染色体之间可以自由组合
C.杂合子黄色圆粒豌豆自交后代中出现四种性状
D.在配子形成和受精过程中,基因和染色体都有一定的独立性和完整性
解析:C项的描述无法体现基因和染色体的关系。
2.摩尔根研究白眼雄果蝇基因的显隐性及其在染色体上的位置时,经历了若干过程。①白眼性状是如何遗传的,是否与性别有关 ②白眼由隐性基因控制,仅位于X染色体上。③对F1红眼雌果蝇进行测交。上面三个叙述中(　C　)
A.①为假说,②为推论,③为实验验证
B.①为观察,②为假说,③为推论
C.①为问题,②为假说,③为实验验证
D.①为推论,②为假说,③为实验验证
解析:摩尔根研究白眼雄果蝇基因的显隐性及其在染色体上的位置时采用的方法是假说—演绎法,根据现象提出的问题是“白眼性状是如何遗传的,是否与性别有关”;做出的假设是“白眼由隐性基因控制,仅位于X染色体上,Y染色体上无对应的等位基因”;然后利用F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇进行测交,验证假设。
3.如图表示果蝇某一条染色体上的几个基因,下列相关说法错误的是(　D　)
A.果蝇细胞内基因数目要远远多于染色体数目
B.基因在染色体上呈线性排列
C.黄身基因与白眼基因的遗传不遵循自由组合定律
D.细胞内的基因都在染色体上
解析:一条染色体上有多个基因,所以果蝇细胞内基因数目要远远多于染色体数目;基因在染色体上呈线性排列;黄身基因与白眼基因位于同一条染色体上,因此它们的遗传不遵循自由组合定律;真核细胞细胞核内的基因位于染色体上,细胞质内的基因位于线粒体和叶绿
体中。
4.据图判断,下列选项中不遵循基因自由组合定律的是(　A　)
解析:基因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自由组合。在选项A中的与是位于同源染色体上的基因,是不能自由组合的。
5.(2021·全国乙卷,32)果蝇的灰体对黄体是显性性状,由X染色体上的1对等位基因(用A/a表示)控制;长翅对残翅是显性性状,由常染色体上的1对等位基因(用B/b表示)控制。回答下列问题。
(1)请用灰体纯合子雌果蝇和黄体雄果蝇为实验材料,设计杂交实验以获得黄体雌果蝇。(要求用遗传图解表示杂交过程。)
(2)若用黄体残翅雌果蝇与灰体长翅雄果蝇(XAYBB)作为亲本杂交得到F1,F1相互交配得F2,则F2中灰体长翅∶灰体残翅∶黄体长翅∶黄体残翅=　　　　　　　,F2中灰体长翅雌蝇出现的概率为　　　　。
解析:(1)亲本灰体纯合子雌果蝇的基因型为XAXA,黄体雄果蝇基因型为XaY,二者杂交,子一代基因型和表型为XAXa(灰体雌果蝇)、XAY(灰体雄果蝇),想要获得黄体雌果蝇XaXa,则需要再让子一代与亲代中的黄体雄果蝇杂交,相应遗传图解见答案。子二代中黄体雌果蝇即为目标果蝇,选择即可。(2)已知长翅对残翅是显性性状,基因位于常染色体上,用黄体残翅雌果蝇(XaXabb)与灰体长翅雄果蝇(XAYBB)作为亲本杂交得到F1,F1的基因型为XAXaBb、XaYBb,F1相互交配得F2,分析每对基因的遗传,可知F2中长翅∶残翅=(1BB+2Bb)∶(1bb)=3∶1,灰体∶黄体=(1XAXa+1XAY)∶(1XaXa+1XaY)=1∶1,故灰体长翅∶灰体残翅∶黄体长翅∶黄体残翅=(1/2×3/4)∶(1/2×1/4)∶(1/2×3/4)∶(1/2×1/4)=3∶1∶3∶1,F2中灰体长翅雌蝇(XAXaB　)出现的概率为1/4×3/4=3/16。
答案:
(1)
(2)3∶1∶3∶1　 3/16