2.2 基因在染色体上-2024-2025学年高一生物同步备课优选课件（人教版2019必修2）

第2节 基因在染色体上 第2章 基因和染色体的关系 本节聚焦 1、科学家发现基因和染色体有哪些平行关系？ 2、摩尔根如何证明基因位于染色体上？摩尔根的果蝇杂交实验给我们哪些启示？ 3、怎样从基因和染色体的层面解释孟德尔遗传规律？ 问题探讨（教材P29） 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? 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。 2.为什么不测定全部46条染色体? ① 在常染色体中，每对同源染色体的形态、大小相同，结构相似，上面分布的基因相同或是等位基因，只对其中1条测序就可以了；性染色体X和Y的差别很大，基因也大不相同，需要都进行测序，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。② 如果测定全部46条染色体，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。 探究二.基因位于染色体上的证据 常染色体（3对） 3对：ⅡⅡ，Ⅲ Ⅲ，Ⅳ Ⅳ 性染色体（1对） 雌性：XX 雄性：XY 异型 同型 【性染色体与常染色体】 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 【科普拓展】同是受精卵发育的个体,为什么有的发育成雌性，有的发育成雄性？ 我为什么是女孩？ 我为什么是男孩？ 22条+X 22条+Y 配 子 22条+X 22对+XX 子 代 22对+XY 受精卵 22对(常)+XY(性) 22对(常)+XX(性) 亲 代 （如：人、果蝇） 比 例 1 ： 1 XY型性别决定 探究一.萨顿的假说 基因在哪里呢？ ▻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，也就是等位基因，其分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。 萨顿 A.sutton (1877-1916) 探究一.萨顿的假说 体细胞 配子 Dd 基因成对 染色体成对 D d 一个来自父方 一个来自母方 成单 成单 一条来自父方 一条来自母方 配子中只有成对 基因中的一个 配子中只有成对 染色体中的一条 探究一.萨顿的假说 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 yR Yr yr YR YyRr 体细胞 配子 两对基因 两对同源 染色体 提出推论：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。 推论依据：基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。 探究一.萨顿的假说 基因与染色体之间存在明显的平行关系：（教材P29） 项目 基因 染色体 独立性 基因在杂交过程中保持_____性和_____性 染色体在配子形成和受精过程中，具有________的形态结构 存在 方式 在体细胞中基因_____存在，在配子中只有_____________ ________ 在体细胞中染色体_____存在，在配子中只有_____________________ 来源 体细胞中成对的基因一个来自_____，一个来自_____ 体细胞中成对的染色体(即______染色体)一条来自_____，一条来自_____ 分配 ____________在形成配子时自由组合 ______________在减数分裂Ⅰ的后期自由组合 完整 独立 相对稳定 成对 成对的基因中 的一个 成对 成对的染色体中的一条 父方 母方 同源 非等位基因 非同源染色体 父方 母方 类比推理 探究一.萨顿的假说 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”，请在图中的染色体上标出基因符号，解释孟德尔一对相对性状的杂交试验。（图中染色体上的横线代表基因的位置） d P 配子 F1 F1配子 高茎 矮茎 受精 高茎 × 减数分裂 减数分裂 减数分裂 高茎 高茎 矮茎 高茎 F2 D D d d D D d D d D d D D D d D d d d 探究二.基因位于染色体上的实验证据（教材P30） 类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否还需要实验的验证。 摩尔根（T.H.Morgan） 美国生物学家 不可能！ 孟德尔 假的！ 萨顿 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！ 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，而他的兄弟姐妹的眼睛都是红色的，很显然这是一只变异个体，这注定要成为科学史上著名的动物，摩尔根精心照料这只果蝇，在自己的第3个孩子出生时，摩尔根赶到医院，他妻子的第1句话竟然是那只白眼果蝇怎么样了？摩尔根的第3个孩子长得很好，但那只果蝇却很虚弱，摩尔根晚上把它带回家，让它待在他床边的一个瓶子里，白天又把它带回实验室。可能是被摩尔根的诚意感动，这只白眼雄果蝇为报答摩尔根的恩情，临死之前，抖擞精神与一只红眼雌果蝇交配，将突变基因传了下来。 红眼果蝇 白眼果蝇 科学的故事（教材P33） 探究二.基因位于染色体上的证据 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，而它的兄弟姐妹的眼睛都是红色的。临死之前，抖擞精神与一只红眼雌果蝇交配，将突变基因传了下来。 思考：白眼性状是如何遗传的？ 探究二.基因位于染色体上的证据 白眼是隐性性状 果蝇红、白眼相对性状由一对等位基因控制。 实验：红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交。 结果：F1全为红眼。 实验：F1红眼果蝇雌雄交配。 结果：F2红眼、白眼数量比是3：1，符合孟德尔分离定律。 3/4 1/4 P × 白眼（雄） 红眼（雌） F1 红眼 雌、雄 F2 白眼（雄） 红眼（雌、雄） 雌、雄交配 摩尔根的果蝇杂交实验（假说-演绎法）——观察现象、提出问题 特殊问题：白眼果蝇都是雄的。为什么白眼个体总是与性别相关联？ 探究二.基因位于染色体上的证据 摩尔根的果蝇杂交实验（假说-演绎法）——提出假说、解释问题 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： X X - - 雌性： X Y - 雄性： XY - 雄性： X X - - 雌性： X Y - 雄性： - Ⅰ、Ⅲ Ⅱ 假设1:控制白眼的基因(w)只位于Y染色体上，而X染色体上不含有它的等位基因。 假设2:控制白眼的基因(w)只位于X染色体上，而Y染色体上不含它的等位基因。 假设3:控制白眼的基因(w)位于X和Y染色体的同源区段上。 探究二.基因位于染色体上的证据 摩尔根的果蝇杂交实验（假说-演绎法）——提出假说、解释问题 F2 F1 P 3 1 : × × 白眼(♂) 红眼(♀) 红眼(♀) 红眼(♂) 红眼♀ 红眼♀ 红眼♂ 白眼♂ 假设1：只位于Y染色体上(Ⅲ)。 白眼雄果蝇 XYw 不能解释摩尔根的果蝇杂交实验结果 配子 P × 红眼雌果蝇 XX X X Yw XX XYw 红眼雌果蝇 白眼雄果蝇 1 : 1 F1 XWXW红眼（雌） × XwY白眼（雄） XW Y Xw XWY红眼（ 雄 ） XWXw红眼（ 雌 ） × P F2 F1 配子 配子 XW Xw XW Y XWXW红眼(雌 ） XWXw红眼(雌) XWY红眼(雄) XwY白眼(雄 ) XWXW红眼（雌） × XwYw白眼（雄） XW Yw Xw XWYw红眼（ 雄 ） XWXw红眼（ 雌 ） × P 配子 XW Xw XW Yw XWXW红眼(雌 ） XWXw红眼(雌) XWYw红眼(雄) XwYw白眼(雄 ) F2 F1 配子 假设3：位于X和Y的同源区段上(Ⅱ)。 假设2：只位于X染色体上(Ⅰ) 竟然都成立！如何解决此问题？ 亲本 配子 后代 XW Y × XWY红眼（雄） XwXw白眼(雌) XWXw 红眼(雌) Xw XwY 白眼（雄） 1 : 1 【拓展补充】创新实验：白眼雌果蝇和红眼雄果蝇杂交 XwXw与XWY交配 （只位于X染色体上） XwXw与XWYW交配 （位于X和Y的同源区段） 亲本 配子 后代 XW YW × XWYW红眼（雄） XwXw白眼(雌) XwYW 红眼（雄） XWXw 红眼(雌) Xw 1 : 1 提出假说：控制白眼的基因（w）在X染色体上，而Y染色体上不含它的等位基因。 探究二.基因位于染色体上的证据 摩尔根的果蝇杂交实验（假说-演绎法）——演绎推理、设计测交 测交实验： 方案：F1红眼雌果蝇（XWXw ）×白眼雄果蝇（XwY） 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。 探究二.基因位于染色体上的证据 摩尔根的果蝇杂交实验（假说-演绎法）——演绎推理、设计测交 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 1 : 1 : 1 ： 1 演绎推理 探究二.基因位于染色体上的证据 摩尔根的果蝇杂交实验（假说-演绎法）——实验验证、得出结论 摩尔根等人亲自做了该实验，实验结果如下： 红眼雌性 红眼雄性 白眼雌性 白眼雄性 126 132 120 115 实验验证 得出结论：摩尔根等人的工作，把一个特定的基因(眼色基因)和一条特定的染色体（X染色体）联系起来，证明了基因在染色体上。摩尔根成了孟德尔理论的坚定支持者。（教材P31） 探究二.基因位于染色体上的证据 演绎推理 根据假说设计并预测测交结果 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 进行测交实验 从此，摩尔根成了 孟德尔 理论的坚定支持者。 探究三.基因位于染色体上的证据 结论：基因在染色体上呈线性排列。 摩尔根和他的学生们，设计测量出： 第一个果蝇各种基因在染色体上排列图谱。 人只有23对染色体，却有约2.6万个基因。 一条染色体上应该有许多个基因。 果蝇只有4对染色体，携带的基因有1.3万多个； 注意：同一条染色体上不存在等位基因。 随堂检测 Q：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、叶绿体； 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。 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 假说—演绎法 假说—演绎法 类比推理 探究四.孟德尔遗传规律的现代解释 等位基因： 位于同源染色体的同一位置上 设疑：同源染色体的同一位置一定是等位基因吗？ 提示：不一定。同源染色体的同一位置可以是等位基因，也可以是相同基因。 b A a c C B 1 2 3 4 探究四.孟德尔遗传规律的现代解释 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____________，_____________________时，_____________会随着____________的分开而分离，分别进入到两个配子中，独立地随配子遗传给后代。 同源染色体 减数分裂形成配子 等位基因 独立性 D d 1 2 D d 1 2 D d D 1 D d 2 d D D d d 探究四.孟德尔遗传规律的现代解释 2．基因的自由组合定律的实质 位于_______________上______________的分离或组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，______________上的____________分离的同时，________________上的________________自由组合。 等位基因 非同源染色体 非等位基因 同源染色体 非同源染色体 非等位基因 探究四.孟德尔遗传规律的现代解释 自由组合：非同源染色体上的非等位基因（遵循）。如Aa和Cc、Bb和Cc 基因连锁：同源染色体上的非等位基因。如Aa和Bb（不遵循） （但四分体时期，非姐妹染色单体可能发生互换） b A a c C B 非等位基因 非等位基因 1 2 3 4 A A a a B B b b A A a a B B b b 探究四.孟德尔遗传规律的现代解释 总结归纳：以基因型AaBb为例 遵循自由组合定律的表述： A a b B b A a B 不遵循自由组合定律的表述： 表述1： 非等位基因位于非同源染色体上 表述2： 非等位基因位于两对同源染色体上 表述1： 非等位基因位于同源染色体上 表述2： 非等位基因位于一对同源染色体上 【典例】某植物体细胞内三对基因在染色体上的位置情况如图所示，三对基因分别单独控制不同的相对性状。下列叙述正确的是(　 　) A．图中A、a和B、b的遗传遵循基因的自由组合定律 B．基因型为AaBb的个体自交后代会出现4种表型， 比例为9∶3∶3∶1 C．如果基因型为AaBb的个体在产生配子时没有发生 染色体互换，则它可产生4种配子 D．三对基因的遗传均遵循基因的分离定律 D 专题：两对等位基因位于一对或两对同源染色体上的判断方法（大书P54） ①自交法： 双杂合子自交，若后代表型分离比符合 ，则位于同一对同源染色体上； 若后代表型分离比符合 ，则位于两对同源染色体上。 3∶1 9∶3∶3∶1 配子 AB ab AB ab AABB AaBb AaBb aabb 31 ②测交法： 双杂合与双隐性纯合测交，如果测交后代表型比符合 ，则位于同一对同源染色体上 如果测交后代表型比符合 ，则位于两对同源染色体上。 1∶1 1∶1∶1∶1 配子 ab AB ab AaBb aabb 配子 AB Ab aB ab ab AaBb aabb Aabb aaBb 专题：两对等位基因位于一对或两对同源染色体上的判断方法（大书P55） 32 网络构建 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： 基因位于染色 体上的证据 果蝇的杂交实验：摩尔根：假说演绎法 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 Lavf58.12.100 $$