2023-2024学年高一生物人教版（2019）必修第二册 学案 2.2 基因在染色体上

第2节　基因在染色体上
【学习目标】
1.通过比较基因和染色体的平行关系,掌握萨顿的假说,理解摩尔根利用假说—演绎法推理基因在染色体上的过程,从分子水平、细胞水平阐述生命的延续性。(生命观念、科学思维)
2.应用基因和染色体关系的知识,解释孟德尔遗传规律的实质。(科学思维、科学探究)
3.通过感悟和体验摩尔根等科学家对孟德尔遗传规律的“怀疑—认同”过程,形成尊重科学事实、敢于质疑又勇于否定自我的科学精神。(科学思维、社会责任)
【自主预习】
一、萨顿的假说
1.内容: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　。
2.假说依据:基因和染色体的行为存在着明显的　平行关系　。
二、基因位于染色体上的实验证据
1.实验者:　摩尔根　。
2.实验材料——果蝇,果蝇体细胞内染色体的组成:果蝇的体细胞中共有　4　对染色体,其中　3　对是常染色体, 　1　对是性染色体。雌果蝇的性染色体是　XX　,雄果蝇的性染色体是　XY　。
3.实验现象
4.提出问题:白眼性状的表现为何总与　性别　相关联
5.作出假设,解释现象:白眼基因(用w表示)、红眼基因(用W表示)位于　X染色体　上,Y染色体上无相应的等位基因。
6.验证方法——　测交　。
7.实验结论:控制果蝇红眼和白眼的基因位于　X　染色体上,从而证明了　基因位于染色体上　。
8.科学探究方法:　假说—演绎　法。
9.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。
三、孟德尔遗传规律的现代解释
1.基因的分离定律的实质
(1)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　。
(2)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。
2.基因的自由组合定律的实质
(1)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。
(2)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。
【合作探究】
任务1　体验基因位于染色体上的假说
活动1　下面两图分别是减数分裂过程中染色体的行为和孟德尔分离定律中F1豌豆产生配子时遗传因子的行为。观察以下两图并分析课本P30“思考·讨论”,回答下列问题
1.归纳看得见的染色体与看不见的基因可能存在的关系,结合上图填写以下表格。
比较项目 基因 染色体
传递中的性质 在杂交过程中保持　　　　　　 在配子形成和受精过程中,保持相对稳定的　　　　　
存在 形式 体细胞中 成对 　　　
配子中 成单,只有成对的基因中的　　　 成单,只有成对的染色体中的　　　
在体细胞中的来源 等位基因中一个来自　　　　,一个来自　　　　 同源染色体中一条来自　　　,一条来自　　　　　　
形成配子时的分配 等位基因分离,　　　　　　自由组合 同源染色体分离,　　　　　　自由组合
　　提示　完整性和独立性　形态结构　成对　一个　一条　父方　母方　父方　母方　非等位基因　非同源染色体
2.细胞中的基因都位于染色体上吗 为什么
提示　不是。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;原核生物的基因有的位于拟核区DNA分子上,有的位于质粒上。
3.萨顿提出的假说,是否一定是正确的呢 为什么
提示　不是。萨顿提出的假说内容并未经过实验的检验,要判断假说是否正确必须经过实验的验证。
例1　美国遗传学家萨顿在用蝗虫细胞作为材料研究精子和卵细胞的形成过程中,提出了“基因和染色体的行为存在着明显的平行关系”的假说。下列说法不符合其观点的是(　　)。
A.基因在杂交过程中保持完整性和独立性
B.在体细胞中基因成对存在,染色体也是成对存在的
C.体细胞中成对的基因一个来自父方,一个来自母方
D.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Ⅱ后期也是自由组合的
【答案】　D
【解析】　基因和染色体在行为上保持一致性,在体细胞中两者都成对存在,在来源上一个来自父方,一个来自母方,A、B、C符合假说观点;非同源染色体上的非等位基因在形成配子时自由组合,自由组合发生在减数分裂Ⅰ时期,D不符合假说观点。
对点练1　下图表示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表示基因的位置,D、d表示相关基因),图示不能说明(　　)。
A.染色体是基因的主要载体
B.基因由染色体携带着从亲代传递给子代
C.基因在杂交过程中保持完整性和独立性
D.减数分裂过程中,等位基因会随着染色体的分开而分离
【答案】　A
【解析】　该图只能说明染色体是基因的载体,但不能说明染色体是基因的主要载体,A符合题意。
任务2　分析基因位于染色体上的实验证据
活动2　图1为摩尔根的果蝇杂交实验图解,图2为雌雄果蝇的染色体组成示意图,图3为X、Y染色体的区段。请据图思考下列问题
图1
图2
图3
1.摩尔根选用的实验材料果蝇具有哪些优点
提示　易饲养,繁殖快;具有易于区分的相对性状;染色体数目少,便于观察。
2.据图1判断,果蝇的眼色遗传中,显性性状、隐性性状分别是什么 控制果蝇红眼和白眼的基因是否遵循基因的分离定律 为什么
提示　红眼为显性性状,白眼为隐性性状。遵循,因为F1全部为红眼,F2中红眼和白眼个体的数量比为3∶1。
3.摩尔根通过杂交实验发现了什么问题
提示　白眼性状的表现与性别相关联。说明控制白眼性状的基因位于性染色体上。
4. X、Y染色体含同源区段,如图3中A、C段;非同源区段(仅X染色体或Y染色体独有区段),如图3中B和D段。结合图3你可以提出哪些假说
提示　假说1: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(基因位于B段)。假说2:控制白眼的基因在X染色体和Y染色体上,即Y染色体上含有它的等位基因(基因位于A、C段)。假说3:控制白眼的基因在Y染色体上,而X染色体上不含有它的等位基因(基因位于D段)。
5.你提出的假说中,哪些假说可以解释摩尔根的实验现象,哪个假说与摩尔根提出的假说相同
提示　上述假说3不能解释摩尔根的果蝇杂交实验中白眼性状的遗传现象。假说1和假说2均可以合理解释果蝇杂交实验中白眼性状与性别相关联的遗传现象,其中假说1与摩尔根提出的假说相同。
6.根据摩尔根的假设,分别写出红眼、白眼雌雄果蝇的基因型,并写出果蝇杂交实验分析图解。(相关基因用W和w表示)
提示　红眼雌果蝇:XWXW、XWXw,白眼雌果蝇:XwXw;红眼雄果蝇:XWY,白眼雄果蝇:XwY。
7.以上遗传图解可以解释实验现象,但还不能证明摩尔根的假设是正确的,为了证明该假设是正确的,摩尔根又通过测交的方法进一步验证假设,如果你是摩尔根,你将如何设计 写出摩尔根测交实验的遗传图解。
提示　
8.根据你提出的假说,测交并不足以验证摩尔根假说的成立,请你补充测交方案,并写出可能的实验结果及相应结论。
提示　用白眼雌果蝇与群体中的红眼雄果蝇杂交。可能的实验结果及结论:后代雌果蝇全为红眼,雄果蝇全为白眼,则摩尔根的假设成立;后代雌雄果蝇全为红眼,则不成立。
认知生成
例2　(不定项)果蝇的大翅和小翅是一对相对性状,由一对等位基因A、a控制。现用大翅雌果蝇和小翅雄果蝇进行交配,再让F1雌、雄个体相互交配,实验结果如下:
F1:大翅雌、雄果蝇共1237只;
F2:大翅雌果蝇2159只,大翅雄果蝇1011只,小翅雄果蝇982只。
下列分析错误的是(　　)。
A.果蝇翅形小翅对大翅为显性
B.果蝇的翅形遗传遵循基因分离定律
C.控制翅形的基因位于性染色体上
D.F2中雌果蝇基因型相同,雄果蝇有两种基因型
【答案】　AD
【解析】　大翅雌果蝇和小翅雄果蝇进行交配,F1全是大翅果蝇,所以大翅对小翅为显性,A错误;根据题中信息“F2:大翅雌果蝇2159只,大翅雄果蝇1011只,小翅雄果蝇982只”可知,大翅∶小翅≈3∶1,符合基因分离定律,B正确;又因为表型与性别有关,可推知控制翅形的基因位于性染色体上,故亲本的基因型为XAXA、XaY或XaYa,F1的基因型为XAXa、XAY或XAYa,故F2的基因型为XAXA、XAXa、XAY或XAYa、XaY或XaYa,C正确,D错误。
对点练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(　　)。
A.①为假说,②为推论,③为实验
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
D.①为推论,②为假说,③为实验
【答案】　C
【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 ”;作出的假设是“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,C正确。
任务3　解释孟德尔遗传规律的实质
活动3　阅读课本P31~32,图1为摩尔根等人研究并绘出的果蝇X染色体上一些基因的位置示意图,图2为某生物细胞内染色体和基因分布图,分析基因的分离定律、自由组合定律的实质
图1　　　　　　　　　　　　　　图2　　
1.图1基因和染色体间存在怎样的数量和位置关系
提示　一条染色体上有许多基因;基因在染色体上呈线性排列。
2.图1的基因互为等位基因吗 这些基因的遗传遵循孟德尔的遗传规律吗
提示　 图1中的基因为非等位基因,这些基因的遗传不遵循孟德尔的自由组合定律。
3.分离定律中的一对遗传因子指一对同源染色体上的一对等位基因,图2中等位基因有哪些
提示　A、a,B、b和C、c。
4.图2中非等位基因有哪些 能自由组合的又有哪些
提示　图2中非等位基因有A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)、A(或a)和B(或b)。能自由组合的有A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)。
5.不考虑同源染色体的非姐妹染色单体互换,图2中的生物能产生哪几种配子
提示　4种,即ABC、ABc、abC、abc。
6.以基因型AaBb为例,分析两对等位基因在常染色体上的位置关系,它们分别能产生哪几种配子(不考虑互换),符不符合孟德尔的遗传规律
提示　①两对等位基因分别位于两对同源染色体上
能产生4种配子:AB、Ab、aB、ab,符合孟德尔的遗传规律。
②两对等位基因位于同一对同源染色体上,A和B在同一条染色体上
只能产生2种配子:和,不符合孟德尔的自由组合定律。
③两对等位基因位于同一对同源染色体上,A和b在同一条染色体上
只能产生2种配子:和,不符合孟德尔的自由组合定律。
7.结合上面的分析,想一想有哪些情况不遵循孟德尔的遗传规律。
提示　(1)同源染色体上的非等位基因不遵循自由组合定律。
(2)叶绿体、线粒体中的基因都不遵循孟德尔的遗传规律。
(3)原核生物中的基因都不遵循孟德尔的遗传规律。
认知生成
1.分离定律的细胞学基础是等位基因随同源染色体的分开而分离,如图:
2.自由组合定律的细胞学基础是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自由组合,如图:
例3　(2023·沈阳校考)下列关于孟德尔遗传规律的现代解释的说法,错误的是(　　)。
A.非同源染色体上的非等位基因彼此分离的同时,同源染色体上的等位基因自由组合
B.减数分裂过程中,等位基因随同源染色体的分开而分离,分别进入两个配子中
C.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
D.等位基因位于一对同源染色体上,一般成对存在
【答案】　A
【解析】　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错误;减数分裂过程中,等位基因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,B正确;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,C正确;二倍体生物中,等位基因位于一对同源染色体上,总是成对存在,D正确。
对点练3　(2023·南京联考)下图为某生物细胞内染色体和基因分布图,A和a、B和b、D和d表示染色体上的基因,下列叙述不符合孟德尔遗传规律的现代解释的是(　　)。
A.A和a就是孟德尔所说的一对遗传因子
B.A(a)和D(d)就是孟德尔所说的不同对的遗传因子
C.A和a、D和d随同源染色体分开而分离发生在减数分裂Ⅰ
D.A和a、B和b在减数分裂Ⅰ时自由组合
【答案】　D
【解析】　A和a是一对等位基因,就是孟德尔所说的一对遗传因子,A不符合题意;A(a)和D(d)分别位于两对同源染色体上,也就是孟德尔所说的不同对的遗传因子,B不符合题意;A和a、D和d为等位基因,位于同源染色体上,在减数分裂Ⅰ后期随同源染色体分开而分离,C不符合题意;A和a、B和b位于一对同源染色体上,不能发生自由组合,D符合题意。
素能提升　减数分裂的异常情况(科学思维能力)
1.减数分裂异常包括减数分裂Ⅰ同源染色体不分开和减数分裂Ⅱ染色单体不分开。
(1)减数分裂Ⅰ同源染色体不分开是指减数分裂Ⅰ过程中同源染色体移向细胞的同一极,一同进入一个子细胞中。比如,减数分裂Ⅰ时,X、Y染色体没有分离,一同进入一个次级精母细胞中,导致产生同时含X、Y染色体的精子和不含X、Y染色体的精子。
(2)减数分裂Ⅱ染色单体不分开是指减数分裂Ⅱ过程中姐妹染色单体分开成为染色体后移向细胞的同一极,一同进入一个子细胞中。比如,减数分裂Ⅱ时,含Y染色体的次级精母细胞中染色单体分开后两条Y染色体移向细胞的同一极,导致产生含两条Y染色体的精子和不含性染色体的精子。
下图为减数分裂正常和异常情况的比较。
2.减数分裂异常产生的配子类型分析
假设亲代的基因型为AaXY:
(1)在未发生互换的情况下,若出现AXY或 aXY或AaX或AaY的配子,则一定是减数分裂Ⅰ异常。
(2)在未发生互换的情况下,若出现AXX或 aYY或aXX或 AYY或AAX或aaY或AAY或aaX的配子,则一定是减数分裂Ⅱ异常。
(3)若出现基因型为AAa或Aaa或XXY或XYY的配子,则一定是减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ均异常。
(4)若配子中无A和a或无X和Y时,则可能是减数分裂Ⅰ或减数分裂Ⅱ异常。
例4　(2023·铁岭校考)一个基因型为AaXbY的精原细胞,在减数分裂过程中,由于染色体分配紊乱,产生了一个基因型为AAaXb的精子,则另外三个精子的基因型分别是(　　)。
A.aXb,Y,Y　　　　　　 B.Xb,aY,Y
C.AXb,aY,Y D.AAaXb,Y,Y
【答案】　A
【解析】　分析题意,一个基因型为AaXbY的精原细胞,产生了一个基因型为AAaXb的精子,说明减数分裂Ⅰ后期,含有基因A和a的同源染色体未分离移向了同一极,形成两个基因型为AAaaXbXb和YY的次级精母细胞;基因型为AAaaXbXb的次级精母细胞在减数分裂Ⅱ后期,基因A所在的两条姐妹染色单体分开后移向了同一极,形成两个基因型为AAaXb和aXb的精子,而基因型为YY的次级精母细胞正常分裂,形成两个基因型均为Y的精子。因此,另外三个精子的基因型分别是aXb、Y、Y。
对点练4　(不定项)下列关于配子基因型异常发生时期的判断,错误的是(　　)。
选项 个体基因型 配子基因型 发生异常时期
A Dd Dd 减数分裂Ⅱ
B AaBb AaB、AaB、b、b 减数分裂Ⅱ
C XY XY、XY 减数分裂Ⅰ
D AaXX AAXX、XX、a、a 减数分裂Ⅰ
【答案】　ABD
【解析】　A项中配子基因型发生异常的时期在减数分裂Ⅰ,A错误;B项中配子基因型发生异常的时期在减数分裂Ⅰ,B错误;D项中配子基因型发生异常的时期在减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ,D错误。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断正误。 (1)果蝇具有易饲养、繁殖快、染色体数量多等优点。 (×) (2)摩尔根利用假说—演绎法证明控制果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体上。 (√) (3)摩尔根的果蝇杂交实验证明了基因在染色体上且呈线性排列。 (×) (4)基因和染色体的行为存在明显的平行关系,所以基因全部位于染色体上。 (×) (5)非同源染色体自由组合,使所有非等位基因之间也发生自由组合。 (×)
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