第2節(jié)基因在染色體上

學(xué)習(xí)目標(biāo)1說出基因位于染色體上的理論依據(jù)闡述基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)2說出孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋3薩頓的假說孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋目錄contents010203基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)人類基因組計(jì)劃探索奧秘因?yàn)榛蛭挥谌旧w上,要測定某個(gè)基因的序列，首先要知道該基因位于哪條染色體上。如果要測定人類基因組的基因序列，就要知道包含人類基因組的全部染色體組由哪些染色體組成。對(duì)人類基因組進(jìn)行測序，為什么首先要確定測哪些染色體?人有46條染色體，但是旨在揭示人類基因組遺傳信息的人類基因組計(jì)劃卻只測定人的24條染色體的DNA序列。人類基因組計(jì)劃探索奧秘人有46條染色體，但是旨在揭示人類基因組遺傳信息的人類基因組計(jì)劃卻只測定人的24條染色體的DNA序列。為什么不測定全部46條染色體?測定的是22條常染色體和兩條性染色體X和Y,共24條在22對(duì)常染色體中，每對(duì)同源染色體的形態(tài)、大小相同，結(jié)構(gòu)相似，上面分布的基因是相同的或者是等位基因，所以只對(duì)其中1條進(jìn)行測序1對(duì)性染色體X和Y的差別很大，基因也大為不同，兩條性染色體都要測序人類基因組計(jì)劃如果測定46條染色體，耗資巨大,工作量會(huì)增加一倍，且得到的絕大多數(shù)基因序列都是重復(fù)的探索奧秘當(dāng)孟德爾的遺傳規(guī)律被重新發(fā)現(xiàn)以后，有一個(gè)問題始終沒有解決:基因在細(xì)胞中究竟有沒有物質(zhì)基礎(chǔ)呢?孟德爾所假設(shè)的顆粒狀的因子，究竟是不是物質(zhì)的實(shí)體?如果是，又存在于細(xì)胞中什么位置?是誰抓住這一線索？對(duì)減數(shù)分裂的研究為找到基因提供了最正確的線索。1903年，美國遺傳學(xué)家薩頓用蝗蟲細(xì)胞作材料，研究精子和卵細(xì)胞的形成過程。孟德爾假設(shè)的一對(duì)遺傳因子，也就是等位基因，它們的分離與減數(shù)分裂中同源染色體的分離非常相似。GeorgeSarton24條24條減數(shù)分裂減數(shù)分裂精子卵細(xì)胞受精卵24條子代24條，12對(duì)一條來自母方一條來自父方基因（遺傳因子）是由染色體攜帶著從親代傳遞給下一代的，也就是說，基因就在染色體上。薩頓的假說▲推論▲發(fā)現(xiàn)▲研究▲依據(jù)基因和染色體存在著明顯的平行關(guān)系比較項(xiàng)目基因染色體獨(dú)立性存在方式來源分配在體細(xì)胞中成對(duì)在體細(xì)胞中成對(duì)在配子中只有成對(duì)的一個(gè)在配子中只有成對(duì)的一條一個(gè)來自父方一個(gè)來自母方一條來自父方一條來自母方非等位基因在形成配子時(shí)自由組合非同源染色體在減數(shù)分裂Ⅰ的后期自由結(jié)合雜交過程中保持完整性和獨(dú)立性在減數(shù)分裂和受精作用中保持穩(wěn)定性薩頓的假說體細(xì)胞配子Dd基因成對(duì)染色體成對(duì)DdDd一個(gè)來自父方一個(gè)來自母方體細(xì)胞成單成單一條來自父方一條來自母方薩頓的假說非等位基因在形成配子時(shí)自由組合非同源染色體在減數(shù)分裂Ⅰ的后期自由組合yRYryrYRYyRr體細(xì)胞配子兩對(duì)基因兩對(duì)同源染色體薩頓的假說×減數(shù)分裂減數(shù)分裂高莖減數(shù)分裂高莖高莖高莖矮莖P配子F1F1配子d

ddDD

ddD高莖矮莖F2分析減數(shù)分裂中基因和染色體的關(guān)系DDDDDdDdddDd思考討論如果你認(rèn)為基因在染色體上，請(qǐng)你在圖中的染色體上標(biāo)注基因符號(hào)，解釋孟德爾一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)(圖中染色體上的黑色黑線代表基因的位置)。受精1.薩頓利用假說—演繹法，推測基因位于染色體上，且基因都位于染色體上(

)2.體細(xì)胞中基因成對(duì)存在，配子中只含1個(gè)基因(

)3.雌蝗蟲體細(xì)胞中的24條染色體，12條來自父方，12條來自母方(

)×√正誤判斷×典例分析[典例1]大量事實(shí)表明，薩頓發(fā)現(xiàn)的基因遺傳行為與染色體的行為是平行的。據(jù)此做出如下推測，哪一項(xiàng)是沒有說服力的（）A.基因在染色體上B.同源染色體分離導(dǎo)致等位基因分離C.每條染色體上都有許多基因D.非同源染色體自由組合使非等位基因自由組合C薩頓用蝗蟲細(xì)胞作材料研究了精子和卵細(xì)胞的形成過程，并提出了如下推論：基因是由染色體攜帶著從親代傳遞給下一代的。也就是說，基因就在染色體上，因?yàn)榛蚝腿旧w的行為存在著明顯的平行關(guān)系。但是無法據(jù)此推導(dǎo)出“每條染色體上都有許多基因”的結(jié)論。解析：基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)美國生物學(xué)家摩爾根對(duì)薩頓的基因位于染色體上的學(xué)說持懷疑態(tài)度，認(rèn)為這是主觀的臆測。薩頓經(jīng)推理得出的結(jié)論——基因在染色體上一定正確嗎？我更相信的是實(shí)驗(yàn)證據(jù)我要通過確鑿的實(shí)驗(yàn)找到遺傳和染色體的關(guān)系!果蠅

有許多易于區(qū)分的相對(duì)性狀

培養(yǎng)周期短

易飼養(yǎng)

成本低

染色體數(shù)目少，便于觀察材料選對(duì)了就等于實(shí)驗(yàn)成功了一半基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——實(shí)驗(yàn)材料ＸＹ雌雄果蠅體細(xì)胞染色體示意圖ＸＸ常染色體：與性別決定無關(guān)的染色體性染色體：與性別決定有關(guān)的染色體雄果蠅：3對(duì)常染色體+XX雌果蠅：3對(duì)常染色體+XY染色體雌雄果蠅體細(xì)胞中染色體組成有何異同?基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——實(shí)驗(yàn)材料所有的生物都有性染色體嗎?雌雄同株的植物沒有常染色體和性染色體之分摩爾根研究果蠅的遺傳行為時(shí)，偶然在一群紅眼果蠅中發(fā)現(xiàn)了一只白眼雄果蠅。基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——實(shí)驗(yàn)材料如果是你會(huì)做哪些遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)?白眼性狀是如何遺傳的?F2

3/4PF1×雌雄交配果蠅的紅眼和白眼是受一對(duì)等位基因控制的

紅眼（雌、雄）紅眼（雌）白眼（雄）白眼對(duì)紅眼是隱性性狀紅眼（雌、雄）白眼（雄）F23：1的性狀分離比符合分離定律

1/4實(shí)驗(yàn)觀察基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程△果蠅的眼色遺傳是否符合分離定律?△判斷果蠅眼色性狀的顯隱性關(guān)系△果蠅眼色的遺傳有何特殊之處?F2中白眼果蠅均為雄性基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程提出問題控制眼色的基因可能:①只位于Y染色體上②只位于X染色體上③位于X和Y染色體的同源區(qū)段上白眼果蠅總是跟性別相關(guān)聯(lián)，為什么？如果你是摩爾根，你會(huì)根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和左圖的X-Y染色體圖解提出什么假說來解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?基因的表示方法如果基因在常染色體上:DD、Dd、dd如果基因在性染色體上:先寫性染色體，再把基因?qū)懭旧w右上角XDYXDYdXYd如基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程摩爾根及同事經(jīng)過推理提出假說:——控制白眼的基因（用w表示）在X染色體上Y染色體上不含有它的等位基因由于白眼的遺傳和性別相關(guān)聯(lián)，而且與X染色體的遺傳相似。若用w表示控制眼睛顏色的基因，紅眼W，白眼w。則：雌果蠅基因型雄果蠅基因型XWXW或XWXwXWXwXWYXwY紅眼白眼紅眼白眼建立假說基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程P×XWXwYXWXW紅眼(雌)XwY白眼(雄)配子XWXw紅眼(雌)XWY紅眼(雄)F1配子XWYXWXwXWXW紅眼(雌)XWXw紅眼(雌)XWY紅眼(雄)XwY白眼(雄)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)分析圖解F2×F2

3/4PF1×雌雄交配紅眼（雌、雄）紅眼（雌）白眼（雄）紅眼（雌、雄）白眼（雄）

1/4解釋現(xiàn)象從上述果蠅雜交實(shí)驗(yàn)分析圖解可以看出，摩爾根等人的設(shè)想可以合理地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但是判斷一種設(shè)想或假說是否正確，僅能解釋已有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是不夠的，還應(yīng)運(yùn)用假說——演繹法，預(yù)測另外設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)?；蛭挥谌旧w上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程你能運(yùn)用上述果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證他們的解釋嗎?根據(jù)假說推論:F1為雜合子，可設(shè)計(jì)測交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：讓F1紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅隱性純合子雜交。思考討論演繹推理基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程F1P×雜種子一代紅眼（雌）白眼（雄）隱性純合子

測交預(yù)期結(jié)果:

后代應(yīng)出現(xiàn)4種表現(xiàn)型

比例為1:1:1:1。紅眼雌白眼雄紅眼雄白眼雌XWXwYXw配子XWXwXWYXwY測交后代XwXw×XWXwXwY雜種子一代隱性純合子P配子F1

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)柛热藢?shí)施了測交，實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果與推理的結(jié)果相同。1

:

1

:

1

:

1實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)126

:

132

:

120

:

115為了進(jìn)一步驗(yàn)證假說的正確性，摩爾根又設(shè)計(jì)了以下的實(shí)驗(yàn):基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程

白眼雄蠅與白眼雌蠅連續(xù)雜交，觀察后代能否穩(wěn)定遺傳

白眼雌蠅與野生紅眼雄果蠅雜交XwXw白眼(雌)XWY紅眼(雄)×完全符合預(yù)期!基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程拓展探究如果控制白眼的基因在Y染色體上，還能解釋摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)嗎?如果控制白眼的基因在Y染色體上，紅眼基因在X染色體上，因?yàn)閄染色體上的紅眼基因?qū)Π籽刍驗(yàn)轱@性，所以不會(huì)出現(xiàn)白眼雄果蠅，這與摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符;如果控制白眼的基因在Y染色體上，且X染色體上沒有顯性紅眼基因，白眼雄果蠅與紅眼雌果蠅的雜交后代中雄果蠅全為白眼，也不能解釋摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果。P×XXYwXX紅眼(雌)XYw白眼(雄)配子XX紅眼(雌)XYw白眼(雄)F1×XWYw摩爾根等人的工作，把一個(gè)特定的基因和一條特定的染色體——X染色體聯(lián)系起來?；蛭挥谌旧w上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——探索過程得出結(jié)論控制白眼的基因是在X染色體上,Y染色體上沒有它的等位基因。證明了基因在染色體上XWXwXwYWw

w基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)每種生物的基因數(shù)量遠(yuǎn)多于染色體數(shù)目基因與染色體的關(guān)系23對(duì)染色體，2.6萬個(gè)基因4對(duì)染色體，1.3萬個(gè)基因這現(xiàn)象說明什么結(jié)論?一條染色體上應(yīng)該有許多個(gè)基因△現(xiàn)象△推測基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)基因與染色體的關(guān)系一條染色體上有許多個(gè)基因，那基因在染色體上是如何排列的呢?△證明方法摩爾根和他的學(xué)生發(fā)明了測定基因位于染色體上的相對(duì)位置的方法,并繪制出第一個(gè)果蠅各種基因在染色體上相對(duì)位置圖。紅寶石眼黃身白眼短硬毛截翅朱紅眼深紅眼棒狀眼證明了一條染色體上有許多個(gè)基因同時(shí)也說明了基因在染色體上呈線性排列△結(jié)論用白眼雌果蠅和紅眼雄果蠅雜交，通過眼睛顏色可判斷子代果蠅的性別;用白眼雄果蠅和紅眼雌果蠅雜交，通過眼睛顏色卻不能判斷子代果蠅的性別，這是為什么?用其他雜交組合，能否通過眼睛顏色判斷子代果蠅的性別呢?拓展應(yīng)用XWXW或XWXw紅眼雌果蠅的基因型有兩種類型：P×XWXwYXWXW紅眼(雌)XwY白眼(雄)配子XWXw紅眼(雌)F1XWY紅眼(雄)XWXwYXwXWXwXWYXwYXwXw×XWXwXwY紅眼(雌)白眼(雄)P配子F1紅眼(雌)紅眼(雄)白眼(雌)白眼(雄)子一代無論雌雄，全部為紅眼子代雌果蠅和子代雄果蠅都是既有紅眼，也有白眼因此無法通過眼睛顏色判斷子代果蠅的性別用白眼雌果蠅和紅眼雄果蠅雜交，通過眼睛顏色可判斷子代果蠅的性別;用白眼雄果蠅和紅眼雌果蠅雜交，通過眼睛顏色卻不能判斷子代果蠅的性別，這是為什么?用其他雜交組合，能否通過眼睛顏色判斷子代果蠅的性別呢?拓展應(yīng)用P×XwXWYXwXw白眼(雌)XWY紅眼(雄)配子XWXw紅眼(雌)F1XwY白眼(雄)用“純合隱性雌×純合顯性雄”進(jìn)行雜交4.基因在染色體上的假設(shè)，其提出者是薩頓，證明者是摩爾根（

）5.X染色體上的基因控制的性狀遺傳不遵循孟德爾遺傳規(guī)律（

）提示：X染色體上的基因所控制的性狀的遺傳仍然遵循分離定律。6.一對(duì)等位基因應(yīng)位于一對(duì)同源染色體上（

）7.染色體和基因并不是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，一條染色體上含有很多個(gè)基因（

）×√正誤判斷√√典例分析[典例2]下圖表示果蠅某一條染色體上的幾個(gè)基因，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A.朱紅眼基因和深紅眼基因是一對(duì)等位基因B.果蠅每條染色體上基因數(shù)目不一定相等C.基因在染色體上呈線性排列D.一條染色體上有許多個(gè)基因A朱紅眼與深紅眼基因是同一條染色體上的基因，不是等位基因，A錯(cuò)誤；果蠅每條染色體上基因數(shù)目不一定相等，B正確；據(jù)圖示可知，該染色體上的基因呈線性排列，C正確；據(jù)圖可知，一條染色體上有許多個(gè)基因，D正確。解析：孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋基因的分離定律的實(shí)質(zhì)

在減數(shù)分裂形成配子的過程中，等位基因會(huì)隨同源染色體的分開而分離，分別進(jìn)入兩個(gè)配子中，獨(dú)立地隨配子遺傳給后代。減數(shù)分裂DddD配子

在雜合子的細(xì)胞中，位于一對(duì)同源染色體上的等位基因，具有一定的獨(dú)立性。孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋基因的自由組合定律的實(shí)質(zhì)

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(shí)，非同源染色體上的非等位基因自由組合。

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。減數(shù)分裂配子AaBbaBbaABbA減數(shù)分裂配子基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)基因的自由組合定律的實(shí)質(zhì)如圖是某生物細(xì)胞內(nèi)染色體和基因的分布圖，①和②、③和④是兩對(duì)同源染色體，請(qǐng)回答：(1)圖中屬于等位基因的有

。(2)圖中非等位基因有

。(3)上述非等位基因中，能自由組合的是

。(4)不考慮同源染色體非姐妹染色單體間的互換，該生物能產(chǎn)生4種配子，分別是

。核心探究A與a、B與b、C與cA(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)、A(或a)和B(或b)A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)ABC、ABc、abC、abc基因分離定律和自由組合定律的幾點(diǎn)說明核心歸納

同源染色體上等位基因的分離與非同源染色體上的非等位基因間的自由組合同時(shí)進(jìn)行，都發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅰ后期

同源染色體上每對(duì)等位基因的遺傳均遵循基因的分離定律

減數(shù)分裂時(shí)自由組合的是非同