導(dǎo)入新課(科學(xué)史引入)
在生物的體細(xì)胞中,控制同一性狀的遺傳因子成對(duì)存在,不相融合;在形成配子時(shí),成對(duì)的遺傳因子發(fā)生分離,分離后的遺傳因子分別進(jìn)入不同的配子中,隨配子遺傳給后代。
在生物的體細(xì)胞中,控制同一性狀的基因成對(duì)存在,不相融合;在形成配子時(shí),成對(duì)的基因發(fā)生分離,分離后的基因分別進(jìn)入不同的配子中,隨配子遺傳給后代。
在生物的體細(xì)胞中,同源染色體成對(duì)存在,不相融合,在形成配子時(shí),同源染色體彼此分離,分離后的同源染色體分別進(jìn)入不同的配子中,隨配子遺傳給后代。
環(huán)節(jié)一:薩頓的假說(shuō)(思路一)
1.薩頓的研究方法類比推理:由兩個(gè)或兩類對(duì)象在某些屬性上相同的現(xiàn)象,推斷出它們?cè)诹硗獾膶傩陨弦蚕嗤囊环N推理方法。2.實(shí)驗(yàn)材料:蝗蟲(chóng)。
研究蝗蟲(chóng)減數(shù)分裂及受精作用過(guò)程中染色體行為變化及親子代染色體數(shù)量關(guān)系。
孟德?tīng)柤僭O(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。
分析結(jié)果:基因和染色體的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。也就是說(shuō),基因就在染色體上。
類比推理得出的假說(shuō)能夠解釋孟德?tīng)栆粚?duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn),那么這個(gè)假說(shuō)一定正確嗎?具有說(shuō)服力嗎?有沒(méi)有更科學(xué)的方法?
環(huán)節(jié)一:薩頓的假說(shuō)(思路二)
薩頓發(fā)現(xiàn),有一種蝗蟲(chóng)的體細(xì)胞中有24條染色體,生殖細(xì)胞中只有12條染色體。精子和卵細(xì)胞結(jié)合形成的受精卵,又具有了24條染色體?;认x(chóng)子代體細(xì)胞中的染色體數(shù)目,與雙親體細(xì)胞中的染色體數(shù)目一樣。子代體細(xì)胞中的這24條染色體,按形態(tài)結(jié)構(gòu)來(lái)分,兩兩成對(duì),共12對(duì),每對(duì)染色體中的一條來(lái)自父方,另一條來(lái)自母方。
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(shuō),基因就在染色體上。
他認(rèn)為基因是由染色體攜帶著從親代傳遞給子代的。薩頓之所以提出這樣的假說(shuō),因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)基因和染色體的行為存在著明顯的平行關(guān)系。那么基因和染色體的哪些行為具有平行關(guān)系呢?
薩頓推測(cè)“基因在染色體上”,依據(jù)是什么? 閱讀教材相關(guān)內(nèi)容,列表歸納基因和染色體的行為存在哪些平行關(guān)系。
依據(jù)薩頓的假說(shuō),在教材“思考·討論”圖中的染色體上標(biāo)出基因符號(hào)。
環(huán)節(jié)二:基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)(思路一)
1.方法:假說(shuō)—演繹法。 2.實(shí)驗(yàn)材料:果蠅。(1)果蠅作為遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn): ①果蠅是昆蟲(chóng)綱雙翅目的一種小型蠅類,生活中常見(jiàn)。 ②易飼養(yǎng),繁殖快:在室溫下10多天就繁殖一代。 ③染色體數(shù)目少,便于觀察。 ④產(chǎn)生的后代個(gè)體多,一只雌果蠅一生能產(chǎn)生幾百個(gè)后代。
(2)果蠅的染色體組成 3對(duì)常染色體:Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各1對(duì),1對(duì)性染色體。 ♀:同型,XX ♂:異型,XY
3.探究過(guò)程(1)觀察現(xiàn)象,提出問(wèn)題
摩爾根偶然在一群紅眼果蠅中發(fā)現(xiàn)了一只白眼雄果蠅。白眼性狀是如何遺傳的?
根據(jù)摩爾根的實(shí)驗(yàn),可以得出什么結(jié)論?
為什么F2中白眼性狀總是與性別相關(guān)聯(lián)?
(2)提出假說(shuō),作出解釋
根據(jù)染色體的特點(diǎn),可以提出幾種假說(shuō)?
假設(shè)白眼基因w位于常染色體上,F(xiàn)2中白眼性狀是否可能全為雄性?
假設(shè)1:控制白眼的基因(w)只位于Y染色體(Ⅱ1)上,X染色體上無(wú)該基因的等位基因。
控制白眼的基因只在Y染色體上,不能解釋摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
假設(shè)2:控制白眼的基因(w)只位于X染色體(Ⅱ2)上,Y染色體上無(wú)該基因的等位基因。
控制白眼的基因只在X染色體上,能解釋摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
假設(shè)3:控制白眼的基因(w)位于X和Y染色體的同源區(qū)段(Ⅰ)上。
控制白眼的基因(w)位于X和Y染色體的同源區(qū)段上,能解釋摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
上述假設(shè)2和假設(shè)3都能對(duì)摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋。判斷一種假說(shuō)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)能預(yù)測(cè)另外設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,再通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。
組合1:F1紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅測(cè)交
不論眼色基因只位于X染色體上,還是位于X和Y染色體的同源區(qū)段上,測(cè)交后代的表型及比例都相同,無(wú)法驗(yàn)證假設(shè)2和假設(shè)3。
組合2:F1紅眼雄果蠅與白眼雌果蠅測(cè)交
組合3:野生型紅眼雄果蠅與白眼雌果蠅測(cè)交
按照假說(shuō)2,野生型紅眼雄果蠅的基因型為XWY。按照假說(shuō)3,野生型紅眼雄果蠅的基因型為XWYW,因?yàn)榘籽酃壋霈F(xiàn)之前沒(méi)有w基因,紅眼果蠅都是純合子。組合3的演繹推理結(jié)果能區(qū)分假說(shuō)2和假說(shuō)3,可以選擇該親本組合進(jìn)行檢驗(yàn)。
摩爾根的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):白眼雌果蠅與野生型紅眼雄果蠅進(jìn)行雜交,后代中所有雌果蠅均為紅眼,所有雄果蠅均為白眼。說(shuō)明控制眼色的基因位于X染色體上,而Y染色體上沒(méi)有。
控制白眼的基因(用w表示)在X染色體上,而Y染色體上不含有它的等位基因。
把控制眼色的基因標(biāo)注在X染色體上。
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(lái),從而用實(shí)驗(yàn)證明了基因在染色體上,將遺傳學(xué)推向了細(xì)胞水平。
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(cè)定了人的24條染色體的DNA序列。
(1)對(duì)人類基因組進(jìn)行測(cè)序,為什么首先要確定測(cè)哪些染色體?
提示:因?yàn)榛蛭挥谌旧w上,要測(cè)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(cè)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。
(2)為什么不測(cè)定全部46條染色體的DNA序列?
提示:人有22對(duì)常染色體和1對(duì)性染色體。在常染色體中,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基因或等位基因,所以只對(duì)其中1條進(jìn)行測(cè)序即可;而性染色體X和Y的差別很大,基因也大為不同,所以兩條性染色體都需要測(cè)序,因此人類基因組計(jì)劃測(cè)定了22條常染色體和2條性染色體的DNA序列。如果測(cè)定46條染色體,耗資巨大,工作量會(huì)增加一倍,但得到的絕大多數(shù)基因序列都是重復(fù)的。
環(huán)節(jié)二:基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)(思路二)
閱讀教材中的“相關(guān)信息”,歸納果蠅作為遺傳學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)。
果蠅有個(gè)體小,易飼養(yǎng);繁殖快,后代多;相對(duì)性狀易于區(qū)分;染色體少且大等特點(diǎn)。
1.觀察現(xiàn)象,提出問(wèn)題
(1)F1全為紅眼,說(shuō)明紅眼對(duì)白眼為顯性。(2)F2紅眼和白眼的數(shù)量比為3∶1,說(shuō)明符合基因的分離定律,紅眼和白眼受一對(duì)等位基因控制。(3)白眼性狀的表現(xiàn)總是與性別相關(guān)聯(lián)。
觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,你能提出什么問(wèn)題?
如何解釋白眼性狀的表現(xiàn)總是與性別相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象? 白眼性狀只出現(xiàn)在雄性中嗎?
摩爾根的實(shí)驗(yàn)小組做了回交實(shí)驗(yàn):
回交實(shí)驗(yàn)的子代出現(xiàn)白眼雌果蠅,說(shuō)明白眼性狀不只出現(xiàn)在雄性中。但還是沒(méi)有解決雜交實(shí)驗(yàn)中白眼性狀和性別相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。
(1)白眼性狀與性別相關(guān)聯(lián),由此可以作出怎樣的推測(cè)呢?
提示:控制白眼的基因位于性染色體上。
(2)如果控制白眼的基因位于性染色體上,那么具體在圖中的哪個(gè)區(qū)段呢?
2.提出假說(shuō),進(jìn)行解釋
假說(shuō)1:控制眼色的基因位于X染色體的非同源區(qū)段,X染色體上有,而Y 染色體上沒(méi)有。
假說(shuō)2:控制眼色的基因位于X、Y染色體的同源區(qū)段,X染色體和Y染色體上都有。
假說(shuō)3:控制眼色的基因位于Y 染色體的非同源區(qū)段,Y 染色體上有,而X染色體上沒(méi)有。
(1)控制眼色的基因位于X染色體的非同源區(qū)段,X染色體上有,而Y染色體上沒(méi)有。
(2)控制眼色的基因位于X、Y染色體的同源區(qū)段,X染色體和Y染色體上都有。
(3)控制眼色的基因位于Y染色體的非同源區(qū)段,Y染色體上有,而X染色體上沒(méi)有。
假說(shuō)1:控制眼色的基因位于X染色體的非同源區(qū)段,X染色體上有,而Y染色體上沒(méi)有。
假說(shuō)1能夠解釋果蠅雜交實(shí)驗(yàn)和回交實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果。
假說(shuō)2也能夠解釋果蠅雜交實(shí)驗(yàn)和回交實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果。
假說(shuō)3:控制眼色的基因位于Y染色體的非同源區(qū)段,Y染色體上有,而X染色體上沒(méi)有。
假說(shuō)3不能解釋果蠅雜交實(shí)驗(yàn)和回交實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果。
3.演繹推理,驗(yàn)證假說(shuō)
上述假說(shuō)1和假說(shuō)2都能夠解釋果蠅的雜交實(shí)驗(yàn)和回交實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。到底哪個(gè)假說(shuō)正確呢?
摩爾根設(shè)計(jì)了多個(gè)新的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證假說(shuō),其中有一組實(shí)驗(yàn)最為關(guān)鍵,即白眼雌果蠅與野生型紅眼雄果蠅交配。
請(qǐng)選擇自己認(rèn)為正確的假說(shuō)(假說(shuō)1或假說(shuō)2),并寫(xiě)出用該假說(shuō)對(duì)摩爾根的這組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的演繹推理,即寫(xiě)出測(cè)交遺傳圖解。
摩爾根對(duì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),實(shí)際結(jié)果是:測(cè)交后代中紅眼雌果蠅307只,白眼雄果蠅290只,與假說(shuō)1的理論推測(cè)一致,實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持假說(shuō)1。
控制果蠅眼色的基因只位于X染色體上,Y染色體上不含有它的等位基因。
正是摩爾根等人的工作,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(lái),從而用實(shí)驗(yàn)證明了基因在染色體上。從此,摩爾根成了孟德?tīng)柪碚摰膱?jiān)定支持者。
環(huán)節(jié)三:基因在染色體上呈線性排列
每種生物的基因數(shù)量,都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于這種生物的染色體數(shù)目。例如,果蠅的體細(xì)胞中有4對(duì)染色體,攜帶1.3萬(wàn)多個(gè)基因;人的體細(xì)胞中有23對(duì)染色體,大約有2.6萬(wàn)個(gè)基因。
思考:根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象,能作出什么推測(cè)?
摩爾根和他的學(xué)生們發(fā)明了測(cè)定基因位于染色體上的相對(duì)位置的方法(三點(diǎn)測(cè)交法),并繪出了第一幅果蠅各種基因在染色體上的相對(duì)位置圖。
結(jié)論:①證明了一條染色體上有許多個(gè)基因;②說(shuō)明了基因在染色體上呈線性排列。
思考:一條染色體上有許多個(gè)基因,這些基因間是什么關(guān)系?
提示:同源染色體上的非等位基因。
用基因交換率(或重組率)表示的基因位置距離稱為遺傳圖距。通過(guò)基因間的遺傳圖距的測(cè)定,可以發(fā)現(xiàn)基因在染色體上呈現(xiàn)線性分布。
用熒光標(biāo)記法可顯示基因在染色體上的位置,圖中兩條染色體是什么關(guān)系? 相同顏色的熒光點(diǎn)和不同顏色的熒光點(diǎn)代表什么? 圖片中同種顏色在同一條染色體上會(huì)有兩個(gè)的原因是什么?
提示:圖中兩條染色體為同源染色體,位于同源染色體同一位置的相同顏色的熒光點(diǎn)代表等位基因或相同基因,不同顏色的熒光點(diǎn)代表非等位基因。圖中每條染色體上含有兩條姐妹染色單體,其相同位置上的基因相同,故同種顏色在同一條染色體上會(huì)有兩個(gè)。
環(huán)節(jié)四:孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋
一、減數(shù)分裂過(guò)程中基因隨染色體的變化而變化
拿出課前繪制的減數(shù)分裂過(guò)程圖,小組成員間相互評(píng)價(jià)和交流,說(shuō)出減數(shù)分裂的過(guò)程和意義。
標(biāo)注獨(dú)立遺傳的兩對(duì)等位基因A/a和B/b;畫(huà)出減數(shù)分裂過(guò)程中,A/a和B/b隨染色體傳遞的過(guò)程。
1.在間期細(xì)胞中找到同源染色體,在大的一對(duì)同源染色體的相同位置分別標(biāo)注A、a,在另外一對(duì)小的同源染色體的相同位置標(biāo)注B、b,這樣就能保證兩對(duì)等位基因獨(dú)立遺傳。2.間期復(fù)制后的性母細(xì)胞,每條染色體都有兩條姐妹染色單體,姐妹染色單體是間期復(fù)制來(lái)的,所以具有相同基因。3.減數(shù)分裂Ⅰ同源染色體分離,非同源染色體自由組合。因?yàn)榛蛭挥谌旧w上,因此減數(shù)分裂Ⅰ后期的自由組合其實(shí)就是非同源染色體的非等位基因自由組合。
4.減數(shù)分裂Ⅱ姐妹染色單體分離,相同的基因隨著姐妹染色單體的分開(kāi),分別進(jìn)入兩個(gè)配子中,所以每個(gè)次級(jí)性母細(xì)胞產(chǎn)生2個(gè)相同基因型的細(xì)胞。5.由于減數(shù)分裂Ⅰ后期的組合不同,導(dǎo)致1個(gè)性母細(xì)胞最終產(chǎn)生2個(gè)AB、2個(gè)ab細(xì)胞,或者1個(gè)性母細(xì)胞最終產(chǎn)生2個(gè)Ab、2個(gè)aB細(xì)胞。
二、基因的分離定律和自由組合定律的實(shí)質(zhì)
基因的分離定律的實(shí)質(zhì):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;在減數(shù)分裂形成配子的過(guò)程中,等位基因會(huì)隨同源染色體的分開(kāi)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。
基因的自由組合定律的實(shí)質(zhì):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(guò)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。
環(huán)節(jié)五:基因間的位置關(guān)系
圖中已標(biāo)出一對(duì)等位基因A、a,請(qǐng)標(biāo)注另一對(duì)等位基因B、b可能存在的位置。
圖1中,兩對(duì)等位基因分別位于兩對(duì)同源染色體上,兩對(duì)基因的關(guān)系是非同源染色體上的非等位基因,適用自由組合定律。
圖2、圖3中,兩對(duì)等位基因位于一對(duì)同源染色體上,兩對(duì)基因的關(guān)系是同源染色體上的非等位基因,不適用自由組合定律,若不發(fā)生互換,適用分離定律。
1.相同基因:位于同源染色體的同一位置、控制相同性狀的基因。2.等位基因:位于同源染色體的同一位置、控制相對(duì)性狀的基因。3.同源染色體上的非等位基因4.非同源染色體上的非等位基因
圖1、圖2、圖3的基因型都是AaBb,只是基因間的關(guān)系不同。若減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體的非姐妹染色單體沒(méi)有發(fā)生互換,請(qǐng)按照孟德?tīng)栠z傳規(guī)律,寫(xiě)出它們產(chǎn)生的配子,并計(jì)算它們自交后代的基因型、表型及比例。
按照自由組合定律,AaBb自交后代有9種基因型,4種表型,A_B_∶A_bb∶aaB_∶aabb=9∶3∶3∶1。
符合分離定律,產(chǎn)生兩種配子AB、ab。
符合分離定律,產(chǎn)生兩種配子Ab、aB。
1.非同源染色體上的非等位基因遵循自由組合定律。2.同源染色體上的非等位基因,如果四分體中不發(fā)生非姐妹染色單體的互換,稱為完全連鎖。
摩爾根用灰身長(zhǎng)翅純系果蠅與黑身殘翅純系果蠅雜交,F(xiàn)1都表現(xiàn)為灰身長(zhǎng)翅。讓F1的雌蠅與黑身殘翅雄蠅交配,測(cè)交后代的表型及數(shù)目是:21只灰身長(zhǎng)翅果蠅(42%),4只灰身殘翅果蠅(8%),4只黑身長(zhǎng)翅果蠅(8%),21只黑身殘翅果蠅(42%)。
為什么在產(chǎn)生配子時(shí),B和V,b和v總是在一起呢?
重組型配子的出現(xiàn)是由于四分體時(shí)期發(fā)生了互換。因?yàn)橹挥胁糠峙渥釉谛纬蛇^(guò)程中發(fā)生了互換,這就可以解釋在測(cè)交子代中看到的“兩多兩少”的現(xiàn)象。
同源染色體上可以發(fā)生非姐妹染色單體的互換,使位于交換片段上的等位基因互換,從而導(dǎo)致非等位基因間的基因重組。連鎖的基因之間能夠發(fā)生交換,稱為不完全連鎖。因此,同源染色體上的非等位基因的傳遞有兩種方式:完全連鎖和不完全連鎖。
1.大量事實(shí)表明,孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)的基因遺傳行為與染色體的行為是平行的。據(jù)此作出如下推測(cè),其中不具有說(shuō)服力的是 ( )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
2.摩爾根將控制白眼的基因定位在X染色體上后,用F1中的紅眼雌蠅(X+XW,X+代表紅眼基因,XW代表白眼基因)與親代中的白眼雄蠅進(jìn)行回交,開(kāi)展后續(xù)實(shí)驗(yàn)。下列敘述正確的是 ( )A.回交實(shí)驗(yàn)的后代中,紅眼雌蠅∶白眼雌蠅∶紅眼雄蠅∶白眼雄蠅比例為3∶1∶3∶1B.若用回交獲得的白眼雌蠅與紅眼雄蠅交配,則后代中雌蠅都為白眼,雄蠅都為紅眼C.若用回交獲得的紅眼雌蠅和紅眼雄蠅交配,則所有后代都是紅眼,且都能穩(wěn)定遺傳D.若用回交獲得的雌蠅和雄蠅進(jìn)行自由交配,則其后代中紅眼與白眼的比例為7∶9

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》第3節(jié) 伴性遺傳教學(xué)課件ppt

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》第2節(jié) 基因在染色體上教案配套課件ppt

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》電子課本

第2節(jié) 基因在染色體上

版本: 人教版 (2019)

年級(jí): 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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