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

第2节 基因在染色体上 必修二 | 第二章 | 第二节 | 第1课时 教学目标 目标 01 02 03 说出萨顿假说的内容和依据。 （生命观念、科学思维） 掌握运用假说——演绎法证明基因在染色体上的过程。（科学探究、科学思维） 说出孟德尔遗传规律的实质。 （生命观念、科学思维） 一、萨顿的假说 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 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。 发现问题：用蝗虫作材料研究精子和卵细胞的形成过程，发现孟德尔遗传定律中遗传因子（基因）的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。 D d D d 一、萨顿的假说 体细胞 配子 Dd 基因成对 染色体成对 D d Dd 一个来自父方 一个来自母方 体细胞 成单 成单 一条来自父方 一条来自母方 萨顿将基因与染色体的行为进行比较 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 萨顿将基因与染色体的行为进行比较 推论：基因（遗传因子）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。 原因：基因和染色体行为存在着明显的平行关系。 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 ——根据两个对象在某些属性上相同或相似，通过比较而推断出他们在其他属性上也相同的推理过程。 类比推理法 一、萨顿的假说 分析减数分裂过程中基因和染色体的关系 P 高茎 矮茎 高茎 高茎 高茎 矮茎 减数分裂 F1 配子 用萨顿的假说解释孟德尔的一对相对性状的豌豆杂交实验 d d 减数分裂 d d 高茎 D d D D d d D d D D 减数分裂 D D d F1配子 D d D 类比推理一定正确吗？具有说服力吗？有没有更科学的方法？ 笑话：加拿大外交官朗宁曾在竞选省议员时，由于他幼儿时期吃过中国奶妈的奶水一事，受到政敌的攻击，说他身上一定有中国血统。朗宁反驳说：“你们是喝牛奶长大的，你们身上一定有牛的血统了。” 类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要观察和实验的检验。 一、萨顿的假说 孟德尔的遗传理论和萨顿的假说遭到同时代的遗传学家摩尔根（T.H.Morgan)的强烈质疑。 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！ 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。 基因真的位于染色体上吗？ 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？ 探究活动一： 自主学习，小组合作讨论，完成以下问题（2分钟） 果蝇作为遗传学实验材料的优势： 个体小，易饲养； 繁殖速度快（在室温下10多天就繁殖一代）； 后代数量大（一只雌果蝇一生能产生几百个后代）； 有明显的相对性状，便于观察、统计； 染色体数目少，仅有3对常染色体和1对性染色体，且形态大小等均有明显差异，易于遗传学操作。 实验室里的明星模式生物—果蝇 实验材料 红眼果蝇 朱红眼果蝇 白眼果 野生型 突变型 突变型 二、基因位于染色体上的实验依据 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依据 摩尔根运用“假说-演绎法” 进行实验探究。 实验证据：摩尔根的果蝇杂交实验 P F1 F2 红（雌、雄）：白 (雄)=3:1 × F1雌雄交配 白雄 782 红雌 2495 红雄 1011 红眼雌果蝇 白眼雄果蝇 红眼雄 红眼雌 果蝇眼色杂交实验 果蝇眼色的遗传有何特殊之处？ 果蝇的眼色遗传是否符合分离定律？ 判断果蝇眼色性状的显隐性关系？ 红眼对白眼为显性。 F2中，红 : 白≈3:1，符合分离定律。 F2中，白眼果蝇均为雄性。 摩尔根运用“假说-演绎法” 进行实验探究。 (1)观察实验，发现问题 “F2红眼和白眼之间的数量比是3:1，遵循分离定律。所不同的是白眼性状的表现，总是与性别相联系。” （教材P30） 如何解释这一现象？ × ♀ P ♂ F1 F2 雌雄自由交配 ♀♂ ♀ 2459 ♂ 986 ♂ 982 红眼 白眼 红眼 红眼 白眼 同型 雌性 雄性 性染色体 常染色体 3对常染色体+ 3对常染色体+ XX XY 异型 染色体 的类型 常染色体：与性别决定无关的染色体(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ) 性染色体：与性别决定有关的染色体，如X、Y染色体 如：雌雄同株的植物没有常染色体和性染色体之分。 染色体的类型 性染色体 X Y Ⅰ Ⅱ Ⅲ (1)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。 (2)同源区段Ⅱ 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： - 摩尔根运用“假说-演绎法” 进行实验探究。 (1)观察实验，发现问题 × ♀ P ♂ F1 F2 雌雄自由交配 ♀♂ ♀ 2459 ♂ 986 ♂ 982 红眼 白眼 红眼 红眼 白眼 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？ 性染色体上，如果位于常染色体上F2代的雌蝇会出现白眼性状。 摩尔根的果蝇杂交实验 分析问题，提出假说 X Y Ⅰ Ⅱ Ⅲ 假说①：控制眼色的基因是在Y染色体上， X染色体上没有它的等位基因。 假说②：控制眼色的基因是在X染色体上， Y染色体上没有它的等位基因。 假说③：控制眼色的基因在X、Y染色体 的同源区段上。 × ♀ P ♂ F1 F2 雌雄自由交配 ♀♂ ♀ 2459 ♂ 986 ♂ 982 红眼 白眼 红眼 红眼：白眼=3：1 × ♀ P ♂ F1 F2 雌雄自由交配 ♀♂ ♀ 2459 ♂ 986 ♂ 982 红眼 白眼 红眼 红眼：白眼=3：1 （2）提出假说，解释问题 “如果控制白眼的基因（w）在X染色体上，而Y染色体上不含它的等位基因，上述现象可以得到合理解释”（教材P31） 雌果蝇种类： 红眼（ＸＷＸw 、ＸＷＸＷ） 白眼（ＸWＸW） 雄果蝇种类： 红眼（ＸＷＹ） 白眼（ＸwＹ） ＸwＹ ＸＷＸＷ ＸＷＸw 、ＸＷＹ ＸＷＸw、ＸＷＸＷ ＸＷＹ ＸwＹ 实验证据：摩尔根的果蝇杂交实验 摩尔根的果蝇杂交实验 演绎推理，验证假说 控制白眼的基因（用w表示） 假说②：控制眼色的基因是在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因。 如何验证假说？ 设计测交实验，F1与隐性纯合子杂交。 如何选择测交的两个亲本？ 红眼雌XWXw、红眼雄XWY 假说②F1: 分别与白眼雄XwY、白眼雌XwXw杂交 测 交 (3)演绎推理(纸上谈兵) 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 XWY × XwXw XWX w 红雌 XwYW白雄 F1： P： 配子： 红眼（雄） 白眼（雌） XW Xw Y 测交1 测交2 实验证据：摩尔根的果蝇杂交实验 摩尔根的果蝇杂交实验 实验验证 红眼雌性 红眼雄性 白眼雌性 白眼雄性 126 132 120 115 实验一：红眼雌与白眼雄 实验二：红眼雄与白眼雌 红雌：白雄=1：1 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，最终确定了基因在染色体上的结论。 得出结论 从孟德尔理论的怀疑者成为孟德尔理论坚定的支持者。 二、基因位于染色体上的实验依据 我就说基因在染色体上吧！你还不信！ 好好好，都听你的！ 沃尔特·萨顿 托马斯·亨特·摩尔根 实验检验： 根据假说预期测交实验结果 得出结论： 实验结果与预期结果一致，假说成立—基因在染色体上 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 如何解释白眼性状的表现总是与性别相联系？ 提出问题： 作出假说： 回顾摩尔根的实验： 演绎推理： 进行测交实验 假说 演 绎 法 三、基因与染色体的关系 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； 短硬毛 棒状眼 深红眼 朱红眼 截翅 红宝石眼 白眼 黄身 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 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 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 重要遗传学发展历 假说—演绎法 假说—演绎法 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 1.等位基因： 同源染色体的相同位置上控制相对性状的基因 1 2 3 4 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，控制 着一对相对性状的两个基因，如图中的B与b，F与f。 相同基因：虽位于同源染色体的同一位置上， 但不是控制一对相对性状的基因，如图中的A与A、D与D、g与g等。 非等位基因： 一是非同源染色体上的非等位基因，如B、b与F、f等，这些非等位基因遵循孟德尔自由组合定律； 二是同源染色体上的非等位基因，如E、e与B、c等，这些非等位基因不遵循孟德尔自由组合定律。 ③ ④ ① ② A B c D E A b c D e F g f g 孟德尔所说的一对遗传因子就是位于一对同源染色体上的一对等位基因， 不同对遗传因子就是位于非同源染色体上的非等位基因。 四、孟德尔遗传规律的现代解释 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，等位基因会随着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。 ——基因分离定律的实质 D d 1 2 D d 1 2 D d D 1 D d 2 d D D d d 精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 四、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。 ——基因自由组合定律的实质 四、孟德尔遗传规律的现代解释 （2）减数分裂时自由组合的是非同源染色体上的非等位基因，而不是所有的非等位基因。因为同源染色体上的非等位基因不遵循自由组合定律。 （1）同源染色体上等位基因的分离与非同源染色体上的非等位基因间的自由组合同时进行，都发生在减数第一次分裂后期。 （3）基因分离定律的细胞基础是：同源染色体分离； 基因自由组合定律的细胞学基础是：非同源染色体自由组合。 注意： （4）基因分离定律的细胞实质是：等位基因的分离； 基因自由组合定律的细胞学基础是：非等位基因的自由组合。 四、孟德尔遗传规律的现代解释 人体细胞染色体示意图 1990正式启动人类基因组计划（Human Genome Project, HGP），该计划旨在测定组成人类染色体中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，辨识基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的。该计划被誉为生命科学的“登月计划”。 人类基因组进行测序时只测定了人的24条染色体的DNA序列，为什么不测定全部46条染色体？ 人类基因组计划 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 男 女 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。 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？ 2.为什么不测定全部46条染色体？ 因为基因位于染色体上 在常染色体中，每对同源染色体上分布的基因是相同的或等位基因，所以每对只测序1条即可；而性染色体X和Y的差别很大，两条性染色体都要测序，因此测定22条常染色体和两条性染色体，共24条。 1．下列各项中不能说明基因和染色体行为存在平行关系的是(　) A．体细胞中基因和染色体成对存在，生殖细胞中二者都是成单存在 B．体细胞成对的基因和同源染色体都是一个来自父方、一个来自母方 C．非同源染色体及其上的非等位基因自由组合 D．基因和染色体在生殖过程中都可能发生变异 实战训练 D　[在生殖过程中基因和染色体的变异是随机发生的，没有必然的联系，不能体现二者间的平行关系，故选D。] 2．下列叙述错误的是(　　) A．在减数分裂过程中，同源染色体分开，其上的等位基因分离 B．在减数分裂过程中，所有的非等位基因都可能自由组合 C．果蝇的红眼基因只存在于X染色体上 D．同源染色体一条来自父方，一条来自母方 B　[等位基因位于同源染色体上，减数分裂过程中，等位基因随同源染色体的分开而分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合；控制果蝇红眼、白眼的基因位于X染色体上，Y染色体上没有相关基因；同源染色体一条来自父方、一条来自母方。] 3．已知果蝇的体细胞中有4对同源染色体，根据萨顿的假说，关于该昆虫减数分裂产生配子的说法，正确的是(　　) A．果蝇的精子中含有成对基因 B．果蝇的体细胞中只含有一个基因 C．果蝇的4对同源染色体上含有的基因可以同时来自父方，也可以同时来自母方 D．在体细胞中，基因是成对存在的，在配子中只有成对基因中的一个 D　[根据萨顿的假说，基因和染色体行为存在着明显的平行关系，在体细胞中基因成对存在，染色体也是成对存在的，在配子中只有成对基因中的一个，同样也只有成对染色体中的一条；体细胞中成对的基因一个来自于父方，一个来自于母方，同源染色体也是如此。] 4．下列关于基因和染色体在减数分裂过程中行为变化的描述，错误的 是(　　) A．同源染色体分离的同时，等位基因也随之分离 B．非同源染色体自由组合，使所有非等位基因之间发生自由组合 C．染色单体分开时，复制而来的两个基因也随之分开 D．非同源染色体数量越多，非等位基因组合的种类也越多 B　[基因的行为和染色体的行为是平行的，在减数分裂形成配子时，等位基因随同源染色体的分离而彼此分离，A正确；非同源染色体上的非等位基因自由组合，但同源染色体上的非等位基因不能自由组合，B错误；基因位于染色体上，故在染色单体分开时，复制而来的两个基因随之分开，C正确；位于非同源染色体上的非等位基因才能自由组合，非同源染色体越多，非等位基因组合的种类越多，D正确。] 5．下列关于果蝇的叙述，错误的是(　　) A．体细胞中有4对同源染色体，其中有3对常染色体，1对性染色体 B．白眼雄果蝇的白眼基因位于X染色体上，Y染色体上无等位基因 C．白眼雄果蝇产生的配子中一半含有白眼基因，一半不含白眼基因 D．白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交，后代全部表现为红眼果蝇 D　[设控制红眼与白眼的基因用W、w表示，白眼雌果蝇产生的配子为Xw一种，红眼雄果蝇产生的配子有XW和Y两种，雌雄配子随机结合，产生XWXw和XwY，雌果蝇全为红眼，雄果蝇全为白眼。] 6．实验室中现有一批未交配过的纯种长翅灰体和残翅黑檀体的果蝇。已知长翅和残翅这对相对性状受一对位于Ⅱ号同源染色体上的等位基因控制。现欲利用以上两种果蝇研究有关果蝇灰体与黑檀体性状的遗传特点(说明：控制果蝇灰体和黑檀体的基因在常染色体上，所有果蝇均能正常繁殖、存活)，请设计一套杂交方案，同时研究以下两个问题：问题一：研究果蝇灰体、黑檀体是否由一对等位基因控制，并作出判断。问题二：研究控制灰体、黑檀体的等位基因是否也位于Ⅱ号同源染色体上，并作出判断。(1)杂交方案： ①选取______________和______________两亲本杂交得F1； ②F1____________________得F2；③分析判断。(2)对问题一的推断及结论：若F2出现性状分离，且灰体与黑檀体果蝇数目之比为________________，说明控制该对性状的是一对等位基因；反之，则不是由一对等位基因控制。(3)对问题二的推断及结论：如果F2出现________种表型，且分离比为________，说明性状的遗传符合自由组合定律，因此控制灰体、黑檀体的这对等位基因不是位于Ⅱ号同源染色体上。反之，则可能位于Ⅱ号同源染色体上。 解析：　如果果蝇灰体、黑檀体是由一对等位基因控制的，则该对性状的遗传符合基因的分离定律，F2的性状分离比表现为3∶1，否则就不是由一对等位基因控制；如果控制灰体、黑檀体的等位基因不位于Ⅱ号同源染色体上，则体色和翅形这两对相对性状的遗传遵循基因的自由组合定律，F2的性状分离比是9∶3∶3∶1，否则控制果蝇体色的基因就可能位于Ⅱ号同源染色体上。 答案：　(1)①长翅灰体　残翅黑檀体　②雌雄果蝇杂交(2)1∶3或3∶1　(3)4　9∶3∶3∶1 $$