2.2 基因在染色体上—探索遗传奥秘的起点（情境课件）生物人教版必修2

人教版必修2 第2章 基因和染色体的关系 第2节 基因在染色体上 目录 生命观念 从基因和染色体关系的角度，对孟德尔遗传规律作出现代解释。 科学思维 阐明基因在染色体上，进一步体会假说--演绎法。 社会责任 认同科学研究需要敢于质疑、探索求真的科学精神。 素 养 目 标 情境启思 摩尔根探案集：白眼果蝇失踪案 各位见习侦探，今天我们接手一桩经典悬案，需要重现当年摩尔根探长的推理之路。 背景： 第一幕：案发现场——不同寻常的”白眼“ 案件受理—奇怪的委托书： 委托人：摩尔根 委托时间：1910年 案件描述： 在摩尔根侦探的实验室里，发生了一件怪事。在一群世代都是红眼睛的果蝇家族中，突然出现了一只‘白眼’雄性个体。 侦探的思考： 这个“白眼”特征，是会像证据一样被传递下去，还是会就此消失？它的背后隐藏着怎样的遗传秘密？ 1、萨顿利用了什么材料进行研究？ 2、萨顿发现基因与染色体有哪些平行关系？ 3、萨顿提出该推论采用了哪种方法？ 自主阅读教材P29-P30，思考讨论完成以下问题。 情境串讲 一、萨顿假说 侦探们先查阅资料，发现1903年，美国遗传学家萨顿提出了一个假说，可以加以参考。 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。 他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。 萨顿 情境串讲 一、萨顿假说 成对同源染色体一条来自父方 一条来自母方 体细胞中的 存在形式 染色体 成对存在 只有成对染色体中的一条 配子中的 存在形式 体细胞中 的来源 P 配子 F1 ♂ ♀ × 配子形成和受精过程中有相对稳定的结构 传递的性质 P 配子 F1 DD ♂ dd ♀ × d D Dd 基因 成对存在 只有成对基因中的一个 成对的基因，一个来自父方一个来自母方 杂交过程中基因保持完整性和独立性 等位基因行为 同源染色体行为 存在平行关系 情境串讲 一、萨顿假说 侦探任务1：通过萨顿的研究手稿，总结自己的研究笔记 稿定PPT 稿定PPT，海量素材持续更新，上千款模板选择总有一款适合你 02 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 情境串讲 一、萨顿假说 探案笔记总结：基因与染色体的平行关系 1.萨顿依据“基因和染色体的行为存在着明显的平行关系”提出“基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代”的假说，以下哪项不属于他所依据的“平行”关系？( ) A．基因和染色体在体细胞中都是成对存在的，在配子中都只有成对中的一个 B．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的后期也是自由组合的 C．体细胞中成对的基因一个来自父方，一个来自母方，同源染色体也是如此 D．DNA的基本单位是脱氧核苷酸，基因也是如此 即学即练 萨顿的假说 D 孟德尔的遗传理论 萨顿假说 摩尔根 T.H.Morgan (1866-1945) 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！ 我要用什么作为实验材料呢？ 情境串讲 一、萨顿假说 摩尔根并不满意小侦探们查阅到的假说，他想要确凿的实验证据 摩尔根建议小侦探们使用果蝇作为实验材料来寻找证据 果蝇优点： ①易饲养，繁殖快； ②后代多； ③相对性状多且明显； ④染色体数目少，便于观察 情境串讲 二、用果蝇做实验材料的优点 侦探任务2：为什么摩尔根选择果蝇作为实验材料？ 果蝇，个体较大，腹部条纹5（腹片6片），腹部末端尖，颜色浅。有产卵管。腹部末端色浅，腹部背面呈5条黑色条纹。雄果蝇，个体较小，腹部条纹3（腹片4片），腹部末端圆钝，颜色深。有交尾器。腹部末端黑色，腹背3条条纹，最后一条极宽，并延伸到腹面，呈一明显黑斑。果蝇是昆虫纲双翅目的一种小型蝇类，体长3~4mm，在制醋和腐烂水果的地方可以看到，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。 果蝇体细胞染色体图解 XY型性别决定方式： （同型）雌性：3对常染色体（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）+XX （异型）雄性：3对常染色体（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）+XY 注：雌雄同株的个体无常染色体、性染色体之分。 情境串讲 二、用果蝇做实验材料的优点 侦探任务3：果蝇的染色体组成是怎样的？ 果蝇，个体较大，腹部条纹5（腹片6片），腹部末端尖，颜色浅。有产卵管。腹部末端色浅，腹部背面呈5条黑色条纹。雄果蝇，个体较小，腹部条纹3（腹片4片），腹部末端圆钝，颜色深。有交尾器。腹部末端黑色，腹背3条条纹，最后一条极宽，并延伸到腹面，呈一明显黑斑。果蝇是昆虫纲双翅目的一种小型蝇类，体长3~4mm，在制醋和腐烂水果的地方可以看到，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。 情境启思 摩尔根探案集：白眼果蝇失踪案 第二幕：初步侦查——线索指向染色体 见习侦探立刻展开了侦查。他将这只特殊的白眼雄蝇与正常的红眼雌蝇交配。结果发现，子一代全部是红眼。这似乎符合孟德尔定律，‘红眼’是显性，‘白眼’是隐性。但侦探的直觉告诉他，事情没这么简单……” 侦探的思考： 隐性基因“白眼”藏到哪里去了？它是否还存在于果蝇体内？ 1、如何才能知道白眼是显性还是隐性？ 2、红眼和白眼这对相对性状的遗传符合孟德尔遗传定律吗？ 3、实验中有什么现象是孟德尔遗传定律不能解释的？ 4、摩尔根等人是如何解释以及如何验证的？ 自主阅读教材P30-P31，思考讨论完成以下问题。 情境串讲 三、基因位于染色体上的实验证据 3/4 1/4 白眼（雄） P F1 F2 红眼（雌、雄） 白眼（雄） 3/4 1/4 × 红眼（雌） 红眼（雌、雄） 该实验不同于孟德尔实验的现象是？ ①F1全为红眼 → ②F2中红眼∶白眼＝3：1 → 红眼为显性性状 符合分离定律 ③F2中白眼都为雄性个体。 白眼性状的表现，总与性别相联系。 情境串讲 三、基因位于染色体上的实验证据 侦探任务4：根据实验现象，你可以得出哪些判断？是否符合孟德尔遗传规律？ “材料选对了就等于实验成功了一半” 情境启思 摩尔根探案集：白眼果蝇失踪案 第三幕：案情反转——关键的“性别”线索 真正的转折点在于下一步侦查。小侦探让F1代果蝇自由交配，在F2代中，他发现了惊人的规律：红眼果蝇中既有雄性也有雌性，但所有的白眼果蝇，竟然全都是雄性！” 侦探的思考： 太奇怪了！难道‘白眼’这个特征，和‘雄性’这个身份绑定了吗？这两者之间有什么共同的载体？ 白眼（雄） P F1 F2 红眼（雌、雄） 白眼（雄） 3/4 1/4 × 红眼（雌） 红眼（雌、雄） 观察现象，提出问题： 问题： 白眼性状的出现为什么总是与性别相联系？ 提出假说，解释问题： 假说： 控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体上不含它的等位基因。 表 型 基因型 雌果蝇 红眼 白眼 雄果蝇 红眼 白眼 XWXW XWXw XwXw XwY XWY 纯合子 情境串讲 三、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” 情境启思 摩尔根探案集：白眼果蝇失踪案 第四幕：锁定嫌犯——X染色体的现身 “侦探的思维飞速运转。他回想起他的同事此前绘制的‘果蝇家族地图’——染色体图谱。果蝇的性别是由X和Y染色体决定的。一个大胆的假设在他脑中形成……” 侦探的思考： P F1 F2 红眼（雌、雄） 白眼（雄） 3/4 1/4 × 红眼（雌） 红眼（雌、雄） 白眼（雄） 侦探任务5： 根据假说，试着用遗传图解来解释果蝇杂交实验。 提出假说，解释问题： 假说： 控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体上不含它的等位基因。 情境串讲 三、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” 白眼（雄） P F1 F2 1/4 × 红眼（雌） 白眼 （雄） 3/4 红眼 （雌、雄） 红眼 （雌） XWXW XwY 配子 XW Xw Y XWY XWXw 红眼 （雄） × XW Xw XW Y XWXW XwY XWY XWXw F2 3/4 红眼（雌、雄） 1/4白眼（雄） 或 提出假说，解释问题： 假说： 控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体上不含它的等位基因。 配子 上述遗传现象可以得到合理的解释。 情境串讲 三、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” 情境启思 摩尔根探案集：白眼果蝇失踪案 第五幕：交叉验证——设计实验“抓捕” “一位优秀的侦探绝不会只凭假设定罪。小侦探设计了一个精妙的‘测交实验’来验证他的推理。他预言，如果假设成立，那么让白眼雌蝇和红眼雄蝇交配，结果将会非常特别……” · 侦探任务6： 运用上述果蝇杂交实验的知识设计实验，验证上述解释。 情境串讲 三、基因位于染色体上的实验证据 1 ： 1 ： 1 ： 1 XWXw 红眼（雌） XwY 白眼（雄） × 【测交方案①】 F1红眼雌×白眼雄 【测交方案②】F1红眼雄×白眼雌 配子 F1 测交后代 XW Xw Y Xw XWY 红眼雄 XWXw 红眼雌 XwY 白眼雄 XwXw 白眼雌 1 ： 1 配子 XWY 红眼（雄） XwXw 白眼（雌） × F1 测交后代 XW Y Xw XWXw 红眼雌 XwY 白眼雄 演绎推理 设计测交实验，让F1与隐性纯合子交配。 分别与 白眼雄果蝇XwY、白眼雌果蝇XwXw交配 如何 获得？ 情境串讲 三、基因位于染色体上的实验证据 红眼雌蝇 红眼雄蝇 白眼雌蝇 白眼雄蝇 126 132 120 115 实验结果： 子代中 雌蝇均为红眼，雄蝇均为白眼。 假说正确，即控制果蝇白眼的基因只位于X染色体上，而Y染色体不含其等位基因。基因在染色体上。 实验检验 【测交方案① 】F1红眼雌×白眼雄 【测交方案②】F1红眼雄×白眼雌 得出结论 摩尔根及小侦探们的成功： 通过实验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，从而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的坚定支持者。 摩尔根 情境串讲 三、基因位于染色体上的实验证据 情境启思 摩尔根探案集：白眼果蝇失踪案 第六幕：结案陈词——伟大的意义 至此，世纪悬案得以破解。摩尔根及侦探们不仅找到了控制白眼的基因，更里程碑式地证明了：基因就像一串串密码，实实在在地排列在染色体这条‘载体’上。 这为后来绘制完整的遗传地图奠定了基石。” 从此，生物学研究进入了将抽象的“基因”与具体的“染色体”相结合的分子时代。 回顾整个探案过程： 孟德尔 萨顿 摩尔根 实验证据：遗传因子（基因）遗传规律 观察到减数分裂 染色体的行为规律 假说：基因在染色体上 实验证据：将基因定位在染色体上 假说-演绎法 类比推理 假说-演绎法 提出 问题 提出 假说 演绎 推理 实验 验证 得出结论 为什么白眼性状与性别相关? 控制白眼的基因在X染色体上 设计测交实验，预测结果 进行测交实验 假说正确，得出结论 情境串讲 三、基因位于染色体上的实验证据 侦探任务7：继续与摩尔根进行探究，还能发现什么问题？得出什么结论？ 1、现象：每种生物的基因数量远多于染色体数目 X X 4对染色体，1.3万个基因 23对染色体，2.6万个基因 2、推测：一条染色体上有许多个基因 3、证明方法： 摩尔根和他的学生发明了测定基因位于染色体上的相对位置的方法，并绘制出第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置图。 4、结论： 一条染色体上有许多个基因； 基因在染色体上呈线性排列。 情境串讲 三、基因位于染色体上的实验证据 细胞中的基因都位于染色体上吗？为什么？ 并非所有的基因都位于染色体上： 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。 染色体是基因的主要载体 情境串讲 三、基因位于染色体上的实验证据 即学即练 用基因位于染色体上的实验证据 2.果蝇的红眼(R)对白眼(r)为显性，控制眼色的基因位于X染色体上。现用一对果蝇杂交，一方为红眼，另一方为白眼，杂交后F1中雄果蝇与亲本雌果蝇眼色相同，雌果蝇与亲本雄果蝇眼色相同，那么亲代果蝇的基因型为( ) A．XRXR × XrY B．XrXr × XRY C．XRXr × XrY D．XRXr × XRY B 即学即练 用基因位于染色体上的实验证据 3.如图表示果蝇的一个细胞，其中数字表示染色体，字母表示基因，下列有关叙述正确的是( ) A．从性染色体组成情况上看，该果蝇只能形成一种配子 B．e基因所处的染色体是Y染色体 C．形成配子时，基因A、a与D、d之间不能自由组合 D．只考虑3和4、7和8两对同源染色体时，该个体能形成四种配子，并且各种配子数量相等 D 同源染色体 同源染色体 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等位基因； 不同对的遗传因子就是位于非同源染色体上的非等位基因。 （1）等位基因： 位于同源染色体上同一位置， 控制相对性状的基因。 如图中的A和a、B和b分别互为等位基因。 图中的D和D，为相同基因。 （2）非等位基因： ② 同源染色体上的非等位基因：如A和D ① 非同源染色体上的非等位基因：如B和D 1、相关概念： 侦探们的联动 四、孟德尔遗传规律的现代解释 2、分离定律的实质： A a a a A A 间期 A A a a 减数 分裂Ⅰ a A A a 减数 分裂Ⅱ 减数 分裂Ⅱ 减数分裂Ⅱ后期 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，独立地随配子遗传给后代。 等位基因分离的时间： 相同基因分离的时间： 减数分裂Ⅰ后期 侦探们的联动 四、孟德尔遗传规律的现代解释 A a B b 间期 a a A A b b B B 减数 分裂Ⅰ B B a a A A b b 减数 分裂Ⅱ 减数 分裂Ⅱ A b a B B a A b 自由组合的时间： 3、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。 减数分裂Ⅰ后期 侦探们的联动 四、孟德尔遗传规律的现代解释 (1) 真核生物细胞核中的基因遵循孟德尔的遗传规律，但细胞质基因（线粒体、叶绿体中的基因）不遵循孟德尔的遗传规律。（细胞质基因是母系遗传） (2) 原核生物中基因的遗传都不遵循孟德尔遗传规律。(原核生物无染色体) (3) 非同源染色体上的非等位基因遵循自由组合定律， 而同源染色体上的非等位基因不遵循自由组合定律。 【易错提醒】 “基因的遗传”不一定遵循“孟德尔遗传定律” A a B b A a C c 侦探们的联动 四、孟德尔遗传规律的现代解释 即学即练 孟德尔遗传规律的现代学解释 4.根据基因与染色体的对应关系，非等位基因的概念可描述为 (　　) A．染色体不同位置上的不同基因 B．同源染色体上不同位置上的基因 C．非同源染色体上的不同基因 D．同源染色体相同位置上的基因 A 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：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，对其中一条进行测序就可以了，而X和Y差别很大，两条都要测序。 学以致用 人类基因组计划 基因在染色体上 萨顿的假说 假说核心： 基因在染色体上 依据： 基因与染色体存在明显的平行关系 基因位于染色体 上的实验证据 摩尔根果蝇杂交实验 基因在染色体上呈线性排列 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 类比推理法 假说演绎法 课堂小结 基因在染色体上 课堂练习 能力提升 1．果蝇的X、Y染色体有X和Y染色体的同源区段，也有非同源区段（包括X染色体非同源区段和Y染色体非同源区段）。下列关于萨顿的假说和摩尔根的实验的叙述，正确的是（　　） A．萨顿通过基因和染色体的平行关系证明了基因位于染色体上 B．若基因位于果蝇X和Y染色体的同源区段，则遗传与性别无关 C．摩尔根的实验揭示了白眼基因位于X和Y染色体的同源区段 D．利用白眼的雌果蝇和红眼的雄果蝇进行杂交可以验证摩尔根的设想 D 2.如图为某植株自交产生后代的过程示意图，基因分离和基因自由组合分别发生于图中哪个过程（    ） A．①和①③ B．①和② C．①和①② D．①和① D 课堂练习 能力提升 人教版必修2 感谢观看！ $