2.2基因在染色体上课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

2.2 基因在染色体上 教学目标 从萨顿的假说到摩尔根的果蝇杂交实验，逐步认识基因是有物质实体的，深入理解孟德尔遗传规律的本质，又进一步理解遗传的物质性。(生命观念) 01 行业PPT模板http:///hangye/ 借助假说演绎法再现摩尔根的实验，学会自主提出假说、设计实验并验证，提高科学探究能力。(科学思维) 02 认同基因的物质本质、体会科学研究需要大胆质疑和勤奋实践的科研精神。(社会责任) 03 问题探讨 常染色体22对 性染色体1对 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 1.对人类基因组进行测序，为什么首先要确定哪些染色体? 2.为什么不测定全部46条染色体? 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，每对同源染色体上分布的基因是相同基因或是等位基因，只对其中一条测序就可以了； 性染色体X和Y差别较大，基因也大不相同，所以都要测序。 萨顿假说 01 萨顿假说 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。 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 体细胞 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。减数分裂时同源染色体分离。 萨顿假说 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 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。　 基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的，也就是说基因在染色体上。 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,12对) 减数分裂 减数分裂 受精作用 有丝分裂 一半来自父方 一半来自母方 观察 发现 假说 萨顿假说 科学家发现基因与染色体有哪些平行关系呢? 体细胞: 配子: 基因成对存在 D 一个来自父方 一个来自母方 受精后 体细胞: 成单存在 遗传学 等位基因分离 一对基因 染色体成对存在 成单存在 一条来自父方 一条来自母方 细胞学 同源染色体分离 一对同源染色体 分离定律 Dd d Dd 看不见的基因 基因在染色体上 推理 看得见的染色体 平行关系 萨顿假说 非等位基因自由组合 非同源染色体自由组合 yR Yr yr YR YyRr 体细胞: 配子: 自由组合定律 看不见的基因 基因在染色体上 推理 看得见的染色体 平行关系 遗传学 两对基因 细胞学 两对同源染色体 萨顿假说 基因与染色体行为的平行关系： 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 萨顿假说 分析减数分裂中基因和染色体的关系 如果你认为基因在染色体上，请你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实验（图中染色体上的黑色黑线代表基因的位置）。 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 萨顿假说 这样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。 我不相信孟德尔，更难以相信萨顿那家伙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。 不一定 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？ 摩尔根 基因位于染色体上的实验证据 02 基因位于染色体上的实验证据 1 实验者:________ 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。 触角足 卷翅 黑体 无翅 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 2 实验材料:________ 果蝇 基因位于染色体上的实验证据 基因位于染色体上的实验证据 （二）果蝇的染色体组成： 雌性 性染色体 常染色体 常染色体 性染色体 雌雄个体细胞中相同，不决定性别的染色体 雌雄个体细胞中不相同，决定性别的染色体 ３对：ⅡⅡ，ⅢⅢ，ⅣⅣ 雄性 基因位于染色体上的实验证据 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 基因位于染色体上的实验证据 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 基因位于染色体上的实验证据 观察分析 ¾红 ¼白 F2 F1 P 根据F1表现出来的性状，可推出： 红眼为显性性状 白眼为隐性性状 1 1 1 1 : : : × 符合分离定律 × 白眼(雄) 红眼(雌) 红眼(雌) 红眼(雄) 红眼(雌) 红眼(雌) 红眼(雄) 白眼(雄) 思考1：如何才能知道白眼是显性还是隐性？ 思考2：如何才能知道红眼和白眼这对相对性状的遗传是否遵循孟德尔遗传规律呢？ 基因位于染色体上的实验证据 思考3：如果基因位于染色体上，你认为这种基因可能在性染色体还是常染色体？ ¾红 ¼白 F2 F1 P 1 1 1 1 : : : × × 白眼(雄) 红眼(雌) 红眼(雌) 红眼(雄) 红眼(雌) 红眼(雌) 红眼(雄) 白眼(雄) 性染色体上。 如果位于常染色体上，F2代的雌蝇也会出现白眼性状 为什么F2代的白眼性状总是与性别相联系？ 提出问题 基因位于染色体上的实验证据 建立假说 假说①：控制白眼的基因（w）位于X染色体上，Y染色体上无该基因的等位基因。 （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） 基因位于染色体上的实验证据 雌果蝇种类： 红眼（ＸＷＸw 、ＸＷＸＷ） 白眼（ＸWＸW） 雄果蝇种类： 红眼（ＸＷＹ） 白眼（ＸwＹ） 染色体上基因的书写方法： (1)常染色体上的基因不需要标注其所在染色体，只需写出基因型，如AA； (2)性染色体上的基因需要标注其性染色体符号，将基因写在性染色体符号的右上角，如XAXA； 基因位于染色体上的实验证据 建立假说 F1 × 红眼(雌) 红眼(雄) P × 白眼(雄) 红眼(雌) XWXW XwY XW Xw Y XWXw XWY F2 XW Xw XW Y 红眼(雌) 红眼(雌) 红眼(雄) 白眼(雄) 配子 配子 XWXW XWXw XWY XwY ♂ ♀ 假说①：控制白眼的基因（w）位于X染色体上，Y染色体上无该基因的等位基因。 （基因位于B段） 基因位于染色体上的实验证据 演绎推理 XW Xw Xw Y 红眼(雌) 白眼(雌) 红眼(雄) 白眼(雄) XWXw XwXw XWY XwY 实验检验 摩尔根等人实施了测交，实验结果结果与推理的结果相同。 配子 ♂ ♀ P F1 测交1 杂种子一代 隐性纯合子 × 红眼(雌) XWXw 白眼(雄) XwY P 红眼(雄) XWY 白眼(雌) XwXw × Xw XW 红眼(雌) XWXw 白眼(雄) XwY 配子 F1 Y 测交2 测交1中子一代：白眼(雌) 红眼(雄) × 基因位于染色体上的实验证据 建立假说 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） F1 × 红眼(雌) 红眼(雄) P × 白眼(雄) 红眼(雌) XWXW XwYw XW Xw Yw XWXw XWYw F2 XW Xw XW Yw 红眼(雌) 红眼(雌) 红眼(雄) 白眼(雄) 配子 配子 XWXW XWXw XWYw XwYw ♂ ♀ 假说亦可解释观察的现象 基因位于染色体上的实验证据 白眼基因只在X染色体上 白眼雌×红眼雄（自然情况下XWY） 如何证明白眼基因在X染色体上，而不存在于Y染色体上。 反交（白眼雌×红眼雄） 白眼基因在X染色体和Y染色体上均有 白眼雌×红眼雄（自然情况下XWYW） P 红眼(雄) XWY 白眼(雌) XwXw × Xw XW Y 红眼(雌) XWXw 白眼(雄) XwY 配子 F1 P 红眼(雄) XWYW 白眼(雌) XwXw × Xw XW YW 红眼(雌) XWXw 红眼(雄) XwYW 配子 F1 基因位于染色体上的实验证据 白眼基因只在X染色体上 白眼雌×红眼雄（自然情况下XWY） 如何证明白眼基因在X染色体上，而不存在于Y染色体上。 反交（白眼雌×红眼雄） 白眼基因在X染色体和Y染色体上均有 白眼雌×红眼雄（自然情况下XWYW） P 红眼(雄) XWY 白眼(雌) XwXw × Xw XW Y 红眼(雌) XWXw 白眼(雄) XwY 配子 F1 P 红眼(雄) XWYW 白眼(雌) XwXw × Xw XW YW 红眼(雌) XWXw 红眼(雄) XwYW 配子 F1 将白眼雌果蝇和自然存在的红眼雄果蝇（纯合）进行杂交实验，发现子代为：红眼（♀）：白眼（♂）=1:1 证明：白眼基因在X染色体上，而不存在于Y染色体上 基因位于染色体上的实验证据 建立假说 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） F1 红眼(雌) 白眼(雄) P × 白眼(雄) 红眼(雌) XX XYw X X Yw XX XYw 配子 假说不可解释观察的现象 假说不成立 1:1 基因位于染色体上的实验证据 摩尔根解释的验证 思考•讨论 从图2-10可以看出，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，还应运用假说一演绎法，预测另外设计的实验结果，再通过实验来检验。 ①如果控制白眼的基因在Y染色体上，红眼基因在X染色体上，因为X染色体上的红眼基因对白眼基因为显性，所以不会出现白眼雄果蝇，这与摩尔根的果蝇杂交实验结果不符; 1.如果控制白眼的基因在Y染色体上，还能解释摩尔根的果蝇杂交实验吗? ②如果控制白眼的基因在Y染色体上，且X染色体上没有显性红眼基因，白眼雄果蝇与红眼雌果蝇的杂交后代中雄果蝇全为白眼，也不能解释摩尔根的果蝇杂交实验结果。 基因位于染色体上的实验证据 摩尔根解释的验证 思考•讨论 2.你能运用上述果蝇杂交实验的知识设计一个实验，来验证他们的解释吗? 设计测交实验 如何设计测交实验对摩尔根的解释进行验证? 有几种可能的测交方式? 提示： 实验1：F1红眼 (♀) × 白眼 (♂) 实验2：F1红眼 (♂) × 白眼 (♀) 实验3：野生红眼 (♂) × 白眼 (♀) 画出遗传图解，并阐述摩尔根等人的实验验证:是如何进行演绎推理的? 基因位于染色体上的实验证据 演绎推理 验证假说 P F1 红眼（♀） × 白眼（♂） XWXw XWXw XWY XwY Xw Y XW Xw XwXw XwY F1 配子 红眼(♀) 白眼(♀) 白眼(♂) 红眼(♂) 红眼雌果蝇: 126，红眼雄果蝇: 132, 白眼雌果蝇: 120，白眼雄果蝇: 115。 实验1 摩尔根实际的实验结果： 基因位于染色体上的实验证据 演绎推理 摩尔根实际的实验结果： 红眼雌307 白眼雄290 验证假说 P F1 红眼（♂） × 白眼（♀） XWY XwXw XWXw Y XW Xw XwY F1 配子 红眼(♀) 白眼(♂) 实验2 基因位于染色体上的实验证据 演绎推理 验证假说 P 野生红眼（♂） × 白眼（♀） XWY XwXw XWXw Y XW Xw XwY F1 配子 红眼(♀) 白眼(♂) 实验3 摩尔根实际的实验结果： 红眼雌307 白眼雄290 基因位于染色体上的实验证据 摩尔根等人通过测交等方法，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。 得出结论 X X X Y XWXW(w) XW XW(w) XW XW(w) XWY XW XW 证明了基因在染色体上 基因位于染色体上的实验证据 2.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 4.得出结论 基因在染色体上 1.提出问题 白眼性状的表现总是与性别相联系 3.演绎推理 测交 摩尔根成了孟德尔理论的坚定支持者 温顾摩尔根的果蝇实验 基因与染色体的关系 03 基因与染色体的关系 短硬毛 棒状眼 深红眼 朱红眼 截翅 红宝石眼 白眼 黄身 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：第一幅果蝇各种基因在染色体上的排列图谱。 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； 基因与染色体的关系 问题1：细胞中的基因都位于染色体上吗？为什么？ 不是。并非所有的基因都位于染色体上，染色体是基因的主要载体。 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。 问题2：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 类比推理法 孟德尔遗传规律的现代解释 04 孟德尔遗传规律的现代解释 d B B a A D 等位基因 等位基因 非同源 染色体 非等位基因 相 同 基 因 同源 染色体 同源 染色体 同源染色体的相同位置上控制相对性状的基因 1 2 3 4 （一）等位基因： 孟德尔遗传规律的现代解释 （二）分离定律的实质： A A A a A A a a a a a a A A 分裂 间期 减数 分裂Ⅰ 减数 分裂Ⅱ 减数 分裂Ⅱ 等位基因随同源染色体的分开而分离 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，独立的随配子遗传给后代 减数分裂Ⅰ后期 孟德尔遗传规律的现代解释 （三）自由组合定律的实质： 非同源染色体上的非等位基因自由组合 分裂 间期 减数 分裂Ⅰ 减数 分裂Ⅱ 减数 分裂Ⅱ A a B b a a A A b b B B B B a a A A b b A b a B B a A b 减数分裂Ⅰ后期 　　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。 课堂小结 基因在染色体上 基因和染色体存在着明显的平行关系 内容： 依据： 结论： 基因的分离定律的实质 基因的自由组合定律的实质 萨顿假说 实验验证: 实验现象: 实验假设: 果蝇眼色遗传与性别相联系 控制白眼的基因位于X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因 测交实验 摩尔根实验 孟德尔遗传规律的现代解释 基因在染色体上呈线性排列 基因在染色体上 课堂小练 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。（ ） √ × 课堂小练 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 课堂小练 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 课堂小练 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。 课堂小练 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。 课堂小练 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。 谢谢大家 $$