2.2 基因在染色体上-【精准备课】2024-2025学年高一生物同步教学精优课件（人教版2019必修2）

第2章 基因和染色体的关系 1 问题探讨 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：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 2 问题探讨 讨论：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 3 第2节 基因在染色体上 主讲教师：zeg 4 聚焦 1 科学家发现基因与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？ 3 摩尔根的果蝇杂交实验给我们哪些启示？ 4 怎样从基因和染色体的层面解释孟德尔遗传规律？ 1 萨顿的假说 6 1. 萨顿的假说 研究方向：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。 实验材料：蝗虫细胞 萨顿（W.Sutton） 美国遗传学家 受精卵 受精作用 精子 卵细胞 体细胞 24条 染色体 12条 12条 24条 子代体细胞中染色体数目与双亲一样，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（精子），一条来自母方（卵细胞）。 7 1. 萨顿的假说 发现：孟德尔假设的一对遗传因子，其分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。 推断（假说）：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。 假说依据： 基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。 8 1. 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 9 1. 萨顿的假说 基因的行为 染色体的行为 杂交过程中 保持：__________ 也有：_____________ 体细胞中 存在形式 _________存在 __________存在 在配子中 存在形式 只有成对基因中的_______ 只有成对染色体中的_________ 体细胞中 的来源 成对中的基因 一个来自______　　　　　　　　 一个来自______　 同源染色体 一条来自______ 一条来自______ 形成配子时 组合方式 非等位基因：________ 非同源染色体：________ 成对 成对 一个 一条 父方 母方 父方 母方 自由组合 自由组合 完整性和独立性 相对稳定的形态结构 基因和染色体的行为存在着明显的平行关系 10 2 基因在染色体上的 实验证据 11 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。 摩尔根（T.H.Morgan） 美国生物学家 2. 基因在染色体上的实验证据 真相只有一个！ 2. 基因在染色体上的实验证据 解决以下问题，展示学习成果： 摩尔根选用的实验材料？实验过程步骤？ 果蝇的红眼和白眼性状，哪种是显性性状？判断依据？ 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？ 根据白眼性状的遗传特点，摩尔根作出了什么假设？ 13 2.1 果蝇作为遗传学材料的优点 个体小，易饲养 用一只牛奶瓶，放一些捣烂的香蕉，就可以饲养数百甚至上千只果蝇。 繁殖快，后代数量多 在25℃左右温度下十几天就繁殖一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。 14 2.1 果蝇作为遗传学材料的优点 具有多对易于区分的相对性状 染色体少，易观察（4对） 红眼果蝇 白眼果蝇 15 2.2 红眼、白眼果蝇杂交实验 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？ 16 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红眼的雌、雄果蝇自由交配。 结果：F2红眼、白眼数量比是3：1，符合孟德尔分离定律。 2.2 红眼、白眼果蝇杂交实验 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 特殊现象 ：F2白眼全是雄果蝇，与性别有关。 提出问题 ：F2白眼性状为什么与性别有关？ 17 2.2 红眼、白眼果蝇杂交实验 果蝇体细胞染色体组成 雌雄果蝇体细胞染色体示意图 常染色体：不决定性别的染色体；3对：ⅡⅡ，Ⅲ Ⅲ，Ⅳ Ⅳ。 性染色体：决定性别的染色体； 1对：雌果蝇中，同型，XX表示；雄果蝇中，异型，XY表示。 18 2.2 红眼、白眼果蝇杂交实验 基因的表示方法 基因在常染色体上：DD、Dd、dd 基因在性染色体上：基因符号写在性染色体符号的右上角。 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。 X Y - 雄性： XY - 雄性： X Y - 雄性： - 在非同源区段 在同源区段Ⅱ X Y Ⅰ Ⅱ Ⅲ 19 2.3 对实验现象的解释（提出假说） 控制白眼的基因（用w表示）在X染色体上，Y染色体上不含有它的等位基因。 为什么白眼性状的表现总与性别相关联？ 根据摩尔根及同事对“白眼性状遗传”的解释，尝试写出果蝇杂交实验遗传图解。 20 2.3 对白眼遗传的解释（提出假说） 控制白眼的基因（用w表示）在X染色体上，Y染色体上不含它的等位基因。 红眼（雌、雄） 白眼（雄） 3/4 1/4 P × 红眼（雌） 白眼（雄） ＸwＹ ＸＷＸＷ 配子 ＸＷ Ｘw Ｙ F1 ＸＷＸw ＸＷＹ 红眼雌性 红眼雄性 × F1配子 F2 ＸＷ Ｘw ＸＷ Ｙ ＸＷＸw ＸＷＹ ＸＷＸw ＸwＹ 符合 21 摩尔根解释的验证 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。 思考·讨论 讨论：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？ 22 2.4 对白眼遗传的验证 测交等实验：F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交。 P × 红眼（雌） 白眼（雄） ＸwＹ ＸＷＸw 配子 F1 ＸＷＸw ＸwＹ ＸＷ Ｘw Ｙ Ｘw ＸＷＹ ＸwＸw 红眼雄1： 红眼雌1： 白眼雄1 白眼雌1： 预测（演绎推理）：假设摩尔根等人的假说正确，红眼雌果蝇：白眼雌果蝇：红眼雄果蝇：白眼雄果蝇 =1：1：1：1。 23 2.4 对白眼遗传的验证 实验结果：测交实验的结果符合预期的设想，证明解释是正确的。 红眼雌蝇 红眼雄蝇 白眼雌蝇 白眼雄蝇 126 132 120 115 结论：控制白眼的基因是在X染色体上，Y染色体上没有它的等位基因。 摩尔根等人通过实验观察，把一个特定的基因（控制白眼的基因w）和一条特定的染色体（X染色体）联系起来，用实验证明了基因在染色体上。 从此，摩尔根成了孟德尔理论坚定的支持者。 24 作出假说： 演绎推理： 测交等实验 得出结论： 基因在染色体上 若控制白眼基因（w）在X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因 白眼性状的表现总是与性别相联系？ 提出问题： 假说 演绎法 小结：回顾摩尔根等人实验过程 从此，摩尔根成了孟德尔理论的坚定支持者！ 25 2.6 基因和染色体的关系 果蝇X染色体上的一些基因 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； 荧光标记技术 26 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。 说明了基因在染色体上呈线性排列。 确实的进行实验发现假说而和假说三也都符合实验结果，所以还需要继续设计实验。 27 3 孟德尔遗传规律的 现代解释 28 分析减数分裂中基因和染色体的关系 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。 思考·讨论 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 29 3. 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 等位基因： 30 3. 孟德尔遗传规律的现代解释 D d 1 2 D d 1 2 D d D 1 D d 2 d d D D d 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时，等位基因会随着同源染色体的分开而分离，分别进入到两个配子中，独立地随配子传给后代。 31 3. 孟德尔遗传规律的现代解释 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。 32 4 课堂小结 33 4. 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 2.3 对实验现象的解释（提出假说） 控制白眼的基因（用w表示）在X染色体上，Y染色体上不含有它的等位基因。 为什么白眼性状的表现总与性别相关联？ 35 基因在性染色体上： 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。 在非同源区段 在同源区段Ⅱ X Y Ⅰ Ⅱ Ⅲ 知识拓展 对白眼遗传的其他假设及验证 36 X Y Ⅰ Ⅱ Ⅲ 假说①：控制白眼的基因是在Y染色体上， X染色体上没有它的等位基因。 假说②：控制白眼的基因是在X染色体上， Y染色体上没有它的等位基因。 假说③：控制白眼的基因在X、Y染色体 的同源区段上。 知识拓展 对白眼遗传的其他假设及验证 37 假说①：控制白眼的基因是在Y染色体上，X染色体上没有它的等位基因。 控制白眼的基因（用w表示） P F1 × 红眼雌果蝇 X X 白眼雄果蝇 X Yw X X 红眼雌 X Yw 白眼雄 1 : 1 × ♀ P ♂ F1 ♀♂ 红眼 白眼 红眼 不符合 知识拓展 对白眼遗传的其他假设及验证 38 假说②：控制白眼的基因是在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因。 符合 × ♀ P ♂ F1 F2 自由交配 ♀♂ ♀ ♂ 红 ：白 = 3 : 1 ♂ 红眼 白眼 红眼 红 ：白 = 3 ：1 P F1 F2 × 红眼雌果蝇 XWXW 白眼雄果蝇 XwY XWXw 红眼雌 XWY 红眼雄 × XWXW 红雌 XWXw 红雌 XWY 红雄 XwY 白雄 知识拓展 对白眼遗传的其他假设及验证 39 假说③：控制白眼的基因在X、Y染色体的同源区段上。 红 ：白 = 3 ：1 P F1 F2 × 红眼雌果蝇 XWXW 白眼雄果蝇 XwYw XWXw 红眼雌 XWYw 红眼雄 × XWXW 红雌 XWXw 红雌 XWYw 红雄 XwYw 白雄 符合 × ♀ P ♂ F1 F2 自由交配 ♀♂ ♀ ♂ 红 ：白 = 3 : 1 ♂ 红眼 白眼 红眼 知识拓展 对白眼遗传的其他假设及验证 40 红眼雌 白眼雄 P F1 XWXw XwY × XWXw 红眼雌 XwXw 白眼雌 XWY 红眼雄 XwY 白眼雄 红雌：白雌：红雄：白雄 = 1：1：1：1 野生 红眼雄 白眼雌 P F1 XWY XwXw × XWXw 红眼雌 XwY 白眼雄 红雌 ：白雄 = 1 ：1 假说②：控制白眼的基因是在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因。 测交实验：F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交。 符合 补充反交实验： 知识拓展 对白眼遗传的其他假设及验证 41 红眼雌 白眼雄 P F1 XWXw XwYw × XWXw 红眼雌 XwXw 白眼雌 XWYw 红眼雄 XwYw 白眼雄 假说③：控制白眼的基因在X、Y染色体的同源区段上。 野生 红眼雄 白眼雌 P F1 XWYW XwXw × XWXw 红眼雌 XwYW红眼雄 红雌：白雌：红雄：白雄 = 1：1：1：1 全为红眼果蝇 测交实验：F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交。 不符合 补充反交实验： 知识拓展 对白眼遗传的其他假设及验证 42 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。 思考：细胞中的基因都位于染色体上吗？为什么？ 知识拓展 43 5 练习与应用 44 . 1.1 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。（ ） ✖ ✔ 45 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 1.1 概念检测 46 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 1.1 概念检测 47 1.2 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。 48 4.2 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。 49 4.2 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。 50 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 51 $$