2.2 基因在染色体上 课件 2023—2024学年高一下学期生物人教版必修2

当孟德尔的遗传规律被重新发现以后，有一个问题始终没有解决：基因在细胞中究竟有没有物质基础呢？孟德尔所假设的颗粒状的因子，究竟是不是物质的实体？如果是，又存在于细胞中什么位置？ 对细胞分裂的深入研究和观察，使人们推测到基因和染色体的关联。摩尔根著名的果蝇杂交实验，使这一问题有了确凿的答案。 第2章 基因和染色体的关系 1 第2节 基因在染色体上 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 目标 01 02 03 通过比较基因和染色体的平行关系，掌握萨顿的假说。 运用假说—演绎法，模拟摩尔根证明基因在染色体上的实验过程。 运用有关基因和染色体的知识，阐明孟德尔遗传规律的细胞学基础和实质。 教学目标 3 1903年，美国遗传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，也就是等位基因，它们的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。 体细胞 24条 染色体 精子 12条 染色体 卵细胞 12条 染色体 受精 受精卵 24条 染色体 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，一条来自母方。 1、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。 2、精卵细胞结合形成的受精卵，又具有24条染色体。蝗虫子代体细胞中的染色体数目与双亲的体细胞染色体数目一样。 3、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，每对染色体中一条来自父方，一条来自母方。 基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。 基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的，即基因在染色体上。 1.萨顿假说的内容： 2.萨顿假说的依据： 比较项目 基因的行为 染色体的行为 传递中的特点 存在形式 体细胞中 配子中 体细胞中的 来源 形成配子时的分配特点 在杂交过程保持完整性和独立性 在配子形成和受精过程中， 也有相对稳定的形态结构 成对 成对 只有成对的基因中的一个 只有成对的染色体中的一条 成对的基因: 一个来自父方， 一个来自母方 同源染色体: 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 同源染色体分离,非同源染色体自由组合 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 高茎 矮茎 高茎 矮茎 一、萨顿的假说 方法: 类比推理法 你同意以上分析吗？如果你也认为“基因在染色体上”，请在图中的染色体上标注基因符号，解释孟德尔一对相对性状的杂交试验。 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 分析减数分裂中基因和染色体的关系 基因真的位于染色体上吗？ 思考·讨论 7 美国生物学家摩尔根（T.H.Morgan)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，认为这是主观的臆测，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， 基因又是怎么回事。 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。 二、基因位于染色体上的实验证据 1.摩尔根选用了什么作实验材料？为什么？ 2.果蝇的红眼和白眼性状，哪种是显性性状？为什么？ 3.F2中红眼果蝇和白眼果蝇的性状分离比是多少？ 是否符合基因的分离定律？ 4.果蝇白眼性状的遗传有什么特点？ 5.根据白眼性状的遗传特点，摩尔根作出了什么假设？ 自主学习，完成以下问题（2分钟） 二、基因位于染色体上的实验证据 从1909年起，摩尔根开始潜心研究果蝇的遗传行为。摩尔根和他的学生在实验室里培养了许多野生型红眼果蝇，没发现其它眼色果蝇。1910年5月的一天，摩尔根在实验室中偶然发现一只白眼雄果蝇。白眼性状是如何遗传的？ 二、基因位于染色体上的实验证据 “材料选对了就等于实验成功了一半” 1、果蝇作为遗传研究材料的优点（P30相关信息） （1）个体小、易饲养； （2）繁殖速度快（在室温下10多天就繁殖一代）； （3）后代数量多（一只雌果蝇一生能产生几百个后代）； （4）有明显的相对性状，便于观察、统计； （5）染色体数目少（4对），便于观察； 少见的白眼雄果蝇 野生红眼果蝇 二、基因位于染色体上的实验证据 11 雌性 雄性 性染色体 常染色体 2、果蝇的染色体组成 常染色体 性染色体 雌雄个体细胞中相同的染色体，与性别决定无关 雌雄个体细胞中不同的染色体，决定生物性别 ３对：ⅡⅡ，ⅢⅢ，ⅣⅣ 二、基因位于染色体上的实验证据 1对：雌果蝇中，同型，用XX表示； 雄果蝇中，异型，用XY表示。 470 (4) - (1)性染色体决定的（大多数雌雄异体生物） XY型 ZW型 同型XX为___性，异型XY为___性； 同型ZZ为___性，异型ZW为___性； 例如人、果蝇等。 雌 雄 雄 雌 例如鸟类、蚕、蛾等。 3、性别决定 二、基因位于染色体上的实验证据 13 (2)非性染色体决定的情况（无性染色体） 染色体倍数决定 环境因子决定 单倍体和正常二倍体的性别不同； 例如：蜜蜂单倍体为雄蜂，二倍体为工蜂和蜂王 发育早期的温度、光照等环境因素， 会决定某些生物的性别 例如:乌龟卵在20~27℃条件下孵出的个体为雄性， 在30~35℃时孵出的个体为雌性 不是所有的生物都有性染色体； 不是所有的性别决定都跟性染色体有关； 3、性别决定 二、基因位于染色体上的实验证据 （运用“假说—演绎法” ） (1)观察实验，发现问题 3/4 1/4 P × 白眼(雄） 红眼(雌） F1 红眼（雌、雄） F2 白眼(雄） 红眼(雌、雄） 4、摩尔根的果蝇杂交实验 二、基因位于染色体上的实验证据 F1 雌雄交配 ①F1全是红眼： 说明红眼是______性性状； 显 ②F2中红眼：白眼=3:1： 说明_____分离定律，表明白眼 和红眼受____对等位基因控制； 符合 一 ③F2只有雄果蝇出现白眼性状： 说明果蝇白眼性状的表现，总是 与____ 相关联，基因的分离定律 无法完全解释这个现象； 性别 白眼性状为什么与性别相关联？ 提出问题： （运用“假说—演绎法” ） 4、摩尔根的果蝇杂交实验 二、基因位于染色体上的实验证据 （2）提出假说 控制白眼的基因（w）在X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因。 雌果蝇的基因型： 雄果蝇的基因型： 红眼： 白眼： ＸＸ W W Ｘ Ｙ W Ｘ Ｘ 、Ｘ Ｘ W Ｗ Ｗ Ｗ 红眼： 白眼： Ｘ Ｙ Ｗ w 由于白眼的遗传总是和性别相关联，而且与X染色体的遗传相似，于是摩尔根及其同事提出假说： （运用“假说—演绎法” ） 3/4 1/4 P × 白眼(雄） 红眼(雌） F1 红眼（雌、雄） F2 白眼(雄） 红眼(雌、雄） 4、摩尔根的果蝇杂交实验 二、基因位于染色体上的实验证据 F1 雌雄交配 XWXW红眼（♀） × XwY白眼（♂） XW Y Xw XWY红眼（ ♂ ） XWXw红眼（ ♀ ） × P F2 F1 配子 ♂XW ♂Y ♀XW ♀Xw XWXW红眼(♀) XWXw红眼(♀) XWY红眼(♂) XwY白眼(♂ ) 红眼：白眼=3：1 运用假说，解释实验现象 (3)演绎推理—设计测交实验 F1： P： 配子： 红眼（雌） 白眼（雄） Y 红眼(雌) 白眼(雌) 红眼(雄) 白眼(雄) （运用“假说—演绎法” ） 4、摩尔根的果蝇杂交实验 二、基因位于染色体上的实验证据 测交①：F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交 假设摩尔根等人的假说正确， 测交①后代应出现： 红眼雌：白眼雌：红眼雄：白眼雄 =1：1：1：1。 × ①F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交 ②F1红眼雄果蝇与白眼雌果蝇杂交 但是目前并没有白眼雌果蝇 1 ： 1 ： 1 ： 1 18 (4)实验验证（进行测交实验）, （运用“假说—演绎法” ） 4、摩尔根的果蝇杂交实验 二、基因位于染色体上的实验证据 测交①：F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交 红眼雌 红眼雄 白眼雌 白眼雄 126 132 120 115 实验结果： 测交实验的结果与预测结果相符，但测交子代中，雌雄果蝇均有红眼和白眼，与基因位于常染色体上时表现相同，故根据本实验的结果无法验证假说。 但通过此实验得到了白眼雌果蝇 19 F1： P： 配子： 红眼(雄） 白眼(雌） Y （运用“假说—演绎法” ） 4、摩尔根的果蝇杂交实验 二、基因位于染色体上的实验证据 (3)演绎推理—设计测交实验 测交②：F1红眼雄果蝇与白眼雌果蝇杂交 假设摩尔根等人的假说正确， 测交②后代应出现： 雌蝇均为红眼，雄蝇均为白眼 × 20 (4)实验验证（测交实验） （运用“假说—演绎法” ） 4、摩尔根的果蝇杂交实验 二、基因位于染色体上的实验证据 测交②：F1红眼雄果蝇与白眼雌果蝇杂交 实验结果： 子代中雌蝇均为红眼，雄蝇均为白眼。 测交实验的结果与预测结果相符， 从而证明假说是正确的。 (5)得出结论： 控制果蝇白眼的基因只位于X染色体上，而Y染色体不含有它的等位基因。从而证明了基因在染色体上。 21 作出假说： 演绎推理： 测交等实验 得出结论： 基因在染色体上 控制白眼的基因（w）在X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因 白眼性状的表现总是与性别相关联？ 提出问题： 假说— 演绎法 从此，摩尔根成了 理论的坚定支持者 孟德尔 （运用“假说—演绎法” ） 4、摩尔根的果蝇杂交实验 二、基因位于染色体上的实验证据 22 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； (1)一条染色体上有许多个基因； 三、基因与染色体的关系 5、基因和染色体的关系: (2)基因在染色体上呈线性排列； 思考：图中的白眼基因和朱红色眼基因和 深红色眼基因都跟眼色有关，它们 是等位基因吗？ 不是，它们是同一条染色体上的非等位基因； 三、基因与染色体的关系 5、基因和染色体的关系: 短硬毛 棒状眼 深红眼 朱红眼 截翅 红宝石眼 白眼 黄身 果蝇X染色体上一些 基因的示意图 摩尔根的成就 ● 实验证明基因位于染色体上 ● 发明了测定基因在染色体上相对位置的方法 ● 绘出第一幅果蝇各种基因在染色体上的相对位置图 ● 说明了基因在染色体上呈线性排列 摩尔根 短硬毛 棒状眼 深红眼 朱红眼 截翅 红宝石眼 白眼 黄身 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 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。 常见问题 在基因研究中，下列成就分别是由哪些科学家来完成的？ ①提出“性状是由遗传因子决定的”观点。 ②把“遗传因子”改为“基因”，并提出“等位基因”概念。 ③提出“基因在染色体上”的假说。 ④用实验证明了“基因在染色体上”。 孟德尔 约翰逊 摩尔根 萨顿 重要遗传学发展史 假说—演绎法 假说—演绎法 同源染色体上或一条染色体上的非等位基因: 。 d B B a A D 同源染色体 同源染色体 等位基因： 同源染色体的相同位置上控制相对性状的基因 四、孟德尔遗传规律的现代解释 等位基因: 。 非等位基因: 。 A与a，D与d。 A与B，a与B， A与D，A与d，a与D， a与d B与D，B与d。 1 2 3 4 非同源染色体上的 1、基因分离定律的实质：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，独立地随配子传给后代。 D d 1 2 D d 1 2 D d D 1 D d 2 d d D D d 四、孟德尔遗传规律的现代解释 2、基因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。 四、孟德尔遗传规律的现代解释 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。 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？ 因为基因在染色体上。要测定某个基因序列，首先要确定该基因在哪条染色体上，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。 人染色体扫描电镜图片 讨论： 问题探讨 31 2、为什么不测定全部46条染色体？ 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。 人染色体扫描电镜图片 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： 问题探讨 32 课堂小结 基因在染色体上 萨顿的假说 基因和染色体存在着明显的平行关系 内容：基因在染色体上 依据： 摩尔根的实验 果蝇的杂交实验 结论：基因在染色体上 孟德尔遗传规律的现代解释 基因的分离定律的实质 基因的自由组合定律的实质 练习与应用 34 . 一、概念检测 1. 基于对同源染色体和非同源染色体上相关基因的理解，判断下列相关表述是否正确。 （1）位于一对同源染色体上相同位置的基因控制同一种性状。（ ） （2）非等位基因都位于非同源染色体上。（ ） ✖ ✔ 35 . 2.基因主要位于染色体上，下列关于基因和染色体关系的表述，错误的是 （ ） A.染色体是基因的主要载体 B.染色体就是由基因组成的 C.一条染色体上有多个基因 D.基因在染色体上呈线性排列 B 一、概念检测 36 . 3.基因和染色体的行为存在平行关系。下列相关表述，错误的是 （ ） A.复制的两个基因随染色单体分开而分开 B.同源染色体分离时，等位基因也随之分离 C.非同源染色体数量越多，非等位基因组合的种类也越多 D.非同源染色体自由组合，使所有非等位基因也自由组合 D 一、概念检测 37 . 二、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。 果蝇眼睛颜色的杂交实验，共有 红眼雌果蝇(XWXW或XWXw)与红眼雄果蝇(XWY)、 红眼雌果蝇(XWXW或XWXw)与白眼雄果蝇(XwY)、 白眼雌果蝇(XwXw)与白眼雄果蝇(XwY)、 白眼雌果蝇(XwXw)与红眼雄果蝇(XWY)杂交等组合。 只有白眼雌果蝇(XwXw)与红眼雄果蝇(XWY)杂交的子代，红眼全为雌性，白眼全为雄性，可以通过眼睛颜色判断子代果蝇的性别。 38 . 二、拓展应用 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。你如何解释这现象? 这些生物的体细胞中的染色体数日虽然减少了一半，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。 39 . 二、拓展应用 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。 40 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 41 $$