2020高中生物 第二章 基因和染色體的關(guān)系 2 基因在染色體上學(xué)案 新人教版必修2

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1、第2節(jié)　基因在染色體上 [學(xué)習(xí)目標]　1.用類比推理的方法，理解基因位于染色體上。2.用“假說—演繹”方法證明基因在染色體上。(重、難點)3.說出孟德爾遺傳規(guī)律的實質(zhì)。(重點) 知識點1　薩頓的假說 請仔細閱讀教材第27～28頁，完成下面的問題。 1．研究方法：類比推理法。 2．薩頓將基因與染色體的行為進行類比 3.結(jié)論：基因和染色體行為存在著明顯的平行關(guān)系，基因是由染色體攜帶著從親代傳遞給下一代的，即基因就在染色體上。 知識點2　基因位于染色體上的實驗證據(jù) 請仔細閱讀教材第28～30頁，完成下面的問題。 1．實驗者：美國生物學(xué)家摩爾根。 2．實驗材料：果蠅

2、。 (1)果蠅作為遺傳學(xué)研究的實驗材料的優(yōu)點 ①個體小，容易飼養(yǎng)。 ②繁殖速度快，10多天就可繁殖一代。 ③后代數(shù)量大，一只雌果蠅一生能產(chǎn)生幾百個后代。 ④有明顯的相對性狀，便于觀察和統(tǒng)計。 ⑤染色體數(shù)目少(4對)，便于觀察。 (2)果蠅染色體組成 3.實驗方法：假說—演繹法。 4．研究過程 (1)實驗現(xiàn)象 ①顯性性狀為紅眼。 ②F2的性狀分離比為紅眼∶白眼＝3∶1，符合分離定律。 ③F2中雌性個體的性狀為紅眼，雄性個體的性狀分離比為紅眼∶白眼＝1∶1，說明性狀表現(xiàn)與性別有關(guān)。 (2)提出問題：白眼性狀的表現(xiàn)為何總與性別相聯(lián)系？ (3)實驗現(xiàn)象的解釋 ①

3、假說核心內(nèi)容：控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體上不含它的等位基因。 ②實驗解釋 (4)演繹推理——測交 ①過程 ②測交結(jié)果：后代中紅眼∶白眼＝1∶1，符合分離定律。 (5)實驗結(jié)論：決定果蠅紅眼和白眼的基因位于X染色體上，從而證明了基因在染色體上。 5．基因和染色體的關(guān)系 (1)一條染色體上有許多個基因。 (2)基因在染色體上呈線性排列。 知識點3　孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋 請仔細閱讀教材第30頁，完成下面的問題。 1．基因的分離定律 (1)基因分離定律的實質(zhì)是：在雜合子細胞中，位于一對同源染色體上的等位基因，具有一定的獨立性；在減數(shù)分裂形成配子的

4、過程中，等位基因會隨同源染色體的分開而分離，分別進入兩個配子中，獨立地隨配子遺傳給后代。 (2)分離定律的細胞學(xué)基礎(chǔ) 分離定律的細胞學(xué)基礎(chǔ)是等位基因隨同源染色體分開而分離，如圖： 2．基因的自由組合定律 (1)基因自由組合定律的實質(zhì)是：位于非同源染色體上的非等位基因的分離或組合是互不干擾的；在減數(shù)分裂過程中，同源染色體上的等位基因彼此分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合。 (2)自由組合定律的細胞學(xué)基礎(chǔ) 自由組合定律的細胞學(xué)基礎(chǔ)是等位基因隨同源染色體分開而分離的同時，位于非同源染色體上的非等位基因自由組合，如下圖： 要點一　基因位于染色體上的實驗證據(jù)

5、1.摩爾根的果蠅雜交實驗——“假說—演繹法” (1)實驗過程及現(xiàn)象——發(fā)現(xiàn)問題 ①F1全為紅眼→紅眼為顯性性狀； ②F2中紅眼∶白眼＝3∶1→符合分離定律，表明紅眼和白眼受一對等位基因的控制； ③F2中只有雄果蠅出現(xiàn)白眼性狀→果蠅白眼性狀的表現(xiàn)與性別相聯(lián)系，基因的分離定律不能解釋性狀與性別有關(guān)的現(xiàn)象 (2)提出問題 白眼性狀為何與性別相關(guān)聯(lián) (3)理論解釋——提出假說 摩爾根假設(shè)控制白眼的基因(用w表示)在X染色體上，而Y染色體不含有它的等位基因，這樣上述實驗的遺傳圖解可表示為 說明：運用該假說能合理解釋實驗現(xiàn)象 (4)演繹推理 根據(jù)摩爾根的假說，紅眼雄果蠅和白眼

6、雌果蠅交配，子代應(yīng)該出現(xiàn)：雌蠅都是紅眼，雄蠅都是白眼 (5)測交實驗——驗證假說 實驗一：F1中的紅眼雌果蠅(XWXw)和白眼雄果蠅(XwY)進行雜交 說明：雜交子代中，雌雄果蠅均有紅眼和白眼，與基因位于常染色體上時表現(xiàn)相同，故根據(jù)本實驗的結(jié)果無法驗證假說，但通過本實驗得到了白眼雌果蠅 實驗二：白眼雌果蠅與紅眼雄果蠅雜交 說明：本實驗結(jié)果與理論預(yù)期相符 (6)實驗結(jié)論 基因在染色體上 2.摩爾根等人對實驗現(xiàn)象的解釋曾經(jīng)提出三種假說 假說1——控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體不含有它的等位基因； 假說2——控制白眼的基因在X染色體和Y染色體上，即Y染色體上含有它

7、的等位基因； 假說3——控制白眼的基因在Y染色體上，而X染色體上不含有它的等位基因。 上述假說3不能解釋摩爾根的果蠅雜交實驗中白眼性狀遺傳現(xiàn)象。假說1和假說2均可以合理解釋果蠅雜交實驗中白眼性狀與性別相關(guān)聯(lián)的遺傳現(xiàn)象。比較假說1和2，最大差異表現(xiàn)在Y染色體上是否存在控制眼色的等位基因，后來通過果蠅雜交實驗的反交實驗進行論證，證明假說1是正確的。 【典例1】　紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅交配，F(xiàn)1雌雄果蠅都表現(xiàn)為紅眼，這些雌雄果蠅交配產(chǎn)生F2，F(xiàn)2中紅眼雄果蠅占1/4，白眼雄果蠅占1/4，紅眼雌果蠅占1/2。下列敘述錯誤的是(　　) A．紅眼對白眼是顯性 B．眼色遺傳符合基因分離定律 C．

8、眼色和性別表現(xiàn)自由組合 D．紅眼和白眼基因位于X染色體上 [解析]　紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅交配，F(xiàn)1均是紅眼，所以紅眼對白眼是顯性，A正確。F2中紅眼∶白眼＝3∶1，因此眼色遺傳符合基因分離定律，B正確。在F2中只有雄果蠅出現(xiàn)白眼性狀，白眼性狀與性別相關(guān)聯(lián)，據(jù)此可知紅眼和白眼基因位于X染色體上，D正確。非同源染色體上的非等位基因自由組合，但眼色基因與性別決定基因都在性染色體上，因此眼色和性別不能表現(xiàn)為自由組合，C錯誤。 [答案]　C [針對訓(xùn)練1]　下列關(guān)于果蠅的敘述，錯誤的是(　　) A．體細胞中有4對同源染色體，其中3對為常染色體，1對為性染色體 B．白眼雄果蠅的白眼基因位于X

9、染色體上，Y染色體上無等位基因 C．白眼雄果蠅產(chǎn)生的配子中一半含有白眼基因，一半不含白眼基因 D．白眼雌果蠅與紅眼雄果蠅雜交，后代全部為紅眼果蠅 [解析]　白眼雌果蠅(XwXw)產(chǎn)生的配子只有Xw一種，紅眼雄果蠅(XWY)產(chǎn)生的配子有XW和Y兩種，雌雄配子隨機結(jié)合，后代雌果蠅全為紅眼(XWXw)，雄果蠅全為白眼(XwY)。 [答案]　D 要點二　基因與染色體的關(guān)系1.染色體行為變化與基因行為變化的對應(yīng)關(guān)系 (1)染色體的復(fù)制基因的復(fù)制。 (2)四分體內(nèi)非姐妹染色單體之間的交叉互換同源染色體上等位基因的互換。 (3)同源染色體分離等位(或相同)基因分離。 (4)非同源染色體自由

10、組合某些非等位基因的自由組合。 (5)姐妹染色單體的分離相同基因(不考慮基因突變和交叉互換)分離。 2．基因與染色體的關(guān)系 (1)基因在染色體上，染色體復(fù)制，基因也隨之復(fù)制，因此，在細胞分裂的間期，由于染色體的復(fù)制，DNA加倍，基因也隨之加倍。復(fù)制產(chǎn)生的基因完全相同，位于一條染色體的兩條姐妹染色單體上(如圖甲所示) (2)在體細胞中，控制一對相對性狀的等位基因或同一性狀的相同基因位于一對同源染色體的相同位置上(如圖乙所示)。 (3)“各種”染色體承載的“各種”基因 如不考慮基因突變和交叉互換，有如下關(guān)系： ①同源染色體等位基因(或相同基因)； ②非同源染色體非等位基因；

11、③姐妹染色單體相同的基因； ④有絲分裂后期和減Ⅱ后期移向兩極的對應(yīng)染色體相同的基因(不考慮基因突變和交叉互換)。 3．基因的行為并不都遵循孟德爾遺傳規(guī)律 (1)并不是所有的非等位基因都遵循基因自由組合定律，只有非同源染色體上的非等位基因遵循自由組合定律，而不是同源染色體上的非等位基因自由組合。 (2)并不是真核生物中所有的基因都遵循孟德爾的遺傳規(guī)律，葉綠體、線粒體中的基因都不遵循遺傳規(guī)律。 (3)原核生物中的基因都不遵循孟德爾遺傳規(guī)律。 【典例2】　如圖表示果蠅的一個細胞，其中數(shù)字表示染色體，字母表示基因，下列敘述正確的是(　　) A．從染色體情況上看，該果蠅只能形成一種配子

12、 B．e基因控制的性狀在雌雄個體中出現(xiàn)的概率相等 C．形成配子時基因A、a與B、b間自由組合 D．只考慮3、4與7、8兩對染色體時，該個體能形成四種配子，并且配子數(shù)量相等 [解析]　A項，由圖可知，該果蠅為雄性個體，圖中7為X染色體，8為Y染色體，因此，只從染色體情況看，它能形成X、Y兩種配子；B項，e位于X染色體上，Y染色體上沒有它的等位基因，所以e基因控制的性狀，在雄性個體中出現(xiàn)的概率高于在雌性個體中出現(xiàn)的概率；C項，A、a與B、b位于同一對同源染色體上，減數(shù)分裂形成配子時，A、B進入一個配子，a、b進入另一個配子，它們連鎖在一起，因此，A、a與B、b之間不能自由組合；D項，只考慮

13、3、4與7、8兩對同源染色體時，該果蠅基因型可寫成DdXeY，產(chǎn)生DXe、dXe、DY、dY四種配子且數(shù)量相等。 [答案]　D [針對訓(xùn)練2]　如圖表示某細胞(含4條染色體)的分裂示意圖，①～⑥代表細胞。若不考慮基因突變和交叉互換，則下列敘述不合理的是(　　) A．細胞①中有8條染色體 B．細胞③中有2個基因B C．細胞③是次級卵母細胞 D．細胞⑤的基因型為a [解析]　據(jù)圖可知，細胞①應(yīng)為初級卵母細胞，細胞中有4條染色體；細胞③為次級卵母細胞，而且每條染色體上含有兩條染色單體，具有相同的基因(不考慮基因突變和交叉互換)，又因為卵細胞基因型為ABb，故有2個基因B；卵細胞的基

14、因型是ABb，因此可推知細胞②③的染色體數(shù)分別為1和3，而且細胞②的基因型為aa，故細胞④⑤為第二極體，基因型都為a，細胞⑥的基因型與卵細胞的基因型相同，為ABb。 [答案]　A 要點三　類比推理與“假說—演繹法”的比較 項目 類比推理 “假說—演繹法” 概念 根據(jù)兩個或兩類對象在某些屬性上相同，推斷出它們在另外的屬性上(這一屬性已為類比的一個或一類對象所具有，而在另一個或一類類比的對象那里尚未發(fā)現(xiàn))也相同的一種推理方法 在觀察和分析基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結(jié)論。如果實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)論相符，就證明假說是

15、正確的，反之，則說明假說是錯誤的 流程 A有屬性a、b、c、d，B有屬性a、b、c，推出結(jié)論B有屬性d 實驗現(xiàn)象→提出問題→作出假設(shè)→演繹推理→實驗驗證→得出結(jié)論 實例 根據(jù)基因與染色體行為存在明顯的平行關(guān)系推出基因在染色體上 孟德爾遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，摩爾根的果蠅雜交實驗發(fā)現(xiàn)白眼基因位于X染色體上 優(yōu)缺點 得出的結(jié)論具有偶然性(不確定性) 是一種科學(xué)的方法，得出的結(jié)論正確 【典例3】　下列不屬于薩頓假說中對基因與染色體關(guān)系的描述的是(　　) A．基因在染色體上呈線性排列 B．體細胞中基因成對存在，染色體也是成對存在的 C．基因在雜交過程中保持完整性和獨立性，染色體在形成

16、配子和受精過程中，具有相對穩(wěn)定的形態(tài)結(jié)構(gòu) D．體細胞中成對的基因一個來自父方，一個來自母方，同源染色體也是如此 [解析]　基因在染色體上呈線性排列是由摩爾根和他的學(xué)生們發(fā)現(xiàn)的。 [答案]　A [針對訓(xùn)練3]　薩頓和摩爾根都提出了“基因在染色體上”這一觀點，對此相關(guān)敘述不正確的是(　　) A．薩頓的結(jié)論不具邏輯必然性，摩爾根用事實證明了其結(jié)論 B．薩頓和摩爾根都分析了染色體和基因在遺傳過程中的行為 C．薩頓和摩爾根在分析實驗過程中都以孟德爾的結(jié)論為基礎(chǔ) D．薩頓和摩爾根都是提出假說后再對新實驗進行預(yù)測并驗證 [解析]　薩頓的結(jié)論不具邏輯必然性，摩爾根用事實證明了其結(jié)論，A正確；

17、薩頓和摩爾根都分析了染色體和基因在遺傳過程中的行為，B正確；薩頓和摩爾根在分析實驗過程中都以孟德爾的結(jié)論為基礎(chǔ)，C正確；摩爾根是提出假說后再對新實驗進行預(yù)測(演繹推理)并驗證，而薩頓不是，D錯誤。 [答案]　D 課堂歸納小結(jié) [網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建] 自我校對：平行　染色體　性染色體　X　測交　等位基因　非同源染色體上的非等位基因 [拓展閱讀] 何為脆性X染色體綜合癥？ 脆性X染色體綜合征(fragile X syndrome)是一種X連鎖顯性遺傳病，臨床以智力低下、巨睪癥、特殊面容、語言行為障礙為特征。主要為男性發(fā)病，女性可有異常表型。這種疾病只能對癥治療，無法對因治療，更無法隔斷其遺

18、傳性。 此癥的遺傳模式比較特殊。一般正常女性的性染色體為XX，男性則為XY，若1個X染色體異常，女性可以在另一個正常X染色體保護下變成隱性，而男性會因 為缺乏保護而顯現(xiàn)癥狀，這也就是為何女性攜帶率高，癥狀卻更容易反應(yīng)在男性身上。 攜帶有準突變基因的孕婦，可檢測胎兒的FMR－1基因，防止生出患病的后代。 常見的生理特征：臉部長而窄、大頭、柔軟而突出的大耳朵、突出的下顎、寬闊的鼻梁延伸至鼻尖、高而拱起的上顎，也可能有眼睛虹膜層呈淡藍色、眼眥贅肉、眼瞼下垂、近視、遠視、斜視、眼球震顫。 其他并發(fā)癥狀：疝氣、關(guān)節(jié)脫臼、關(guān)節(jié)異常，以及較少見的脊柱側(cè)彎以及手指前端較大。此癥的男孩要特別提防重復(fù)發(fā)

19、作的中耳炎，所以應(yīng)特別注意中耳的狀況及聽力問題。大約有20%的患兒可能會有癲癇，部分患兒會有腦部構(gòu)造或生理結(jié)構(gòu)異常，例如：腦室過大或小腦異常。約80%的男性患兒與30%的女性患兒有智能遲緩或不足的現(xiàn)象。另外還常伴隨有感覺統(tǒng)合異常及注意力不足癥等障礙。 如果你是醫(yī)生，你建議攜帶準突變基因的孕婦，生男孩還是女孩？這些致病基因位于哪？ 提示：生女孩；致病基因位于X染色體上。 [學(xué)業(yè)水平合格測試] 1．摩爾根成功證明基因位于染色體上，下列敘述與他當時的研究過程不符合的是(　　) A．以果蠅作為實驗材料 B．運用“假說—演繹法”進行研究 C．他敢于懷疑，勤奮實踐 D．引用熒光

20、標記這一新技術(shù)對基因進行定位 [解析]　摩爾根證明基因位于染色體上的實驗以果蠅為實驗材料，運用“假說—演繹”的研究方法進行實驗推理，敢于懷疑孟德爾的遺傳理論，勤奮實踐，該實驗過程沒有用熒光分子定位技術(shù)，D與事實不符。 [答案]　D 2．果蠅中，直翅(A)對彎翅(a)為顯性，此對等位基因位于常染色體上；紅眼(B)對白眼(b)為顯性，此對等位基因位于X染色體上。現(xiàn)有一只純合直翅白眼雌果蠅和一只純合彎翅紅眼雄果蠅雜交，下列敘述錯誤的是(　　) A．F1全是直翅，雌性全是紅眼，雄性全是白眼 B．F2中的雌雄果蠅各有一半是白眼 C．F2中的雌雄果蠅各有一半是純合子 D．F2雄果蠅中的紅眼基

21、因和白眼基因均來自F1中的母方 [解析]　果蠅兩對性狀受兩對等位基因控制，分別位于常染色體和性染色體上，其遺傳遵循自由組合定律；兩親本果蠅相應(yīng)的基因型為AAXbXb和aaXBY，所以F1中雌性個體基因型為AaXBXb，全為直翅紅眼，雄性個體基因型為AaXbY，全為直翅白眼，A項正確；F1雌、雄果蠅自由交配，則F2只考慮眼色時，雌果蠅的基因型為XBXb或XbXb，各占1/2，雄果蠅的基因型為XBY或XbY，各占1/2，F(xiàn)2只考慮翅的形狀時，純合子占1/2，雜合子占1/2，故F2中雌性純合子為(1/2)×(1/2)＝1/4，雄性純合子為1/2，B項正確，C項錯誤；只考慮眼色基因，F(xiàn)2中雄果蠅的基

22、因型為XBY或XbY，Y染色體由父方提供，X染色體由母方提供，眼色基因位于X染色體上，因此，F(xiàn)2雄果蠅的眼色基因均來自F1中的母方，D項正確。 [答案]　C 3．薩頓在研究蝗蟲染色體形態(tài)和數(shù)目時，發(fā)現(xiàn)基因和染色體的行為存在著明顯的平行關(guān)系，下列說法不能說明這種關(guān)系的是(　　) A．如果基因型為Aa的雜合子一條染色體缺失，則雜合子可能表現(xiàn)隱性性狀 B．基因型為Aa的雜合子形成配子時，基因數(shù)目減半，染色體數(shù)目也減半 C．基因型為XAYa的個體，A基因來自母方，a基因來自父方，X染色體來自母方，Y染色體來自父方 D．非同源染色體自由組合時，所有非等位基因也自由組合 [解析]　基因型為A

23、a的雜合子發(fā)生染色體缺失后，可表現(xiàn)出a基因控制的性狀，說明A基因隨著染色體缺失而缺失了，即基因和染色體的行為存在著明顯的平行關(guān)系，A不符合題意；基因型為Aa的雜合子形成配子時，基因數(shù)目減半，染色體數(shù)目也減半，說明基因和染色體的行為存在著明顯的平行關(guān)系，B不符合題意；基因型為XAYa的個體，A基因和X染色體都來自母方，a基因和Y染色體都來自父方，說明基因和染色體的行為存在著明顯的平行關(guān)系，C不符合題意；非同源染色體上的非等位基因可以自由組合，而同源染色體上的非等位基因不能自由組合，D符合題意。 [答案]　D [學(xué)業(yè)水平等級測試] 4．用純合子果蠅作為親本研究兩對相對性狀的遺傳實驗，結(jié)果如下

24、： P F1 ①♀灰身紅眼×♂黑身白眼 ♀灰身紅眼、♂灰身紅眼 ②♀黑身白眼×♂灰身紅眼 ♀灰身紅眼、♂灰身白眼 下列說法不正確的是(　　) A．實驗中屬于顯性性狀的是灰身、紅眼 B．體色和眼色的遺傳符合自由組合定律 C．若組合①的F1隨機交配，則F2雄蠅中灰身白眼的概率為3/4 D．若組合②的F1隨機交配，則F2中黑身白眼的概率為1/8 [解析]　根據(jù)實驗①♀灰身紅眼×♂黑身白眼的后代只出現(xiàn)灰身紅眼，說明灰身、紅眼是顯性性狀，A正確；由①、②的后代可知，體色的遺傳與性別無關(guān)，說明控制體色的基因位于常染色體上(相關(guān)基因用A、a表示)，由組合②的后代中，雌性個體只有紅眼，

25、雄性個體只有白眼，說明控制眼色的基因位于X染色體上(相關(guān)基因用B、b表示)，所以體色和眼色的遺傳符合自由組合定律，B正確；組合①的F1的基因型為AaXBXb和AaXBY，若組合①的F1隨機交配，則F2雄果蠅中灰身白眼的概率為×＝，C錯誤；組合②的F1的基因型為AaXBXb和AaXbY，若組合②的F1隨機交配，則F2中黑身白眼的概率為×＝，D正確。 [答案]　C 5．摩爾根在果蠅雜交實驗中發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳，在果蠅野生型與白眼突變體雜交實驗中，最早能夠判斷白眼基因位于X染色體上的最關(guān)鍵實驗結(jié)果是(　　) A．白眼突變體與野生型雜交，F(xiàn)1全部表現(xiàn)為野生型，雌雄比例為1∶1 B．F1雌雄個體相互

26、交配，后代出現(xiàn)性狀分離，白眼全部是雄性 C．F1雌性與白眼雄性雜交，后代出現(xiàn)白眼，且雌雄比例為1∶1 D．白眼雌性與野生型雄性雜交，后代白眼全部為雄性，野生型全部為雌性 [解析]　白眼突變體與野生型雜交，F(xiàn)1全部表現(xiàn)為野生型，雌雄比例為1∶1，不能說明是伴性遺傳，A錯誤；摩爾根利用F1中雌雄果蠅雜交，子二代中，發(fā)現(xiàn)白眼性狀只有雄果蠅中有，最早說明白眼基因位于X染色體上，B正確；F1雌性與白眼雄性雜交，后代出現(xiàn)白眼，且雌雄比例為1∶1，不能說明是伴性遺傳，C錯誤；摩爾根開始找到的白眼果蠅是雄性的，沒有白眼雌性，白眼雌性要通過雜交才能得到，D錯誤。 [答案]　B 18