第2章 基因和染色體的關(guān)系 第1節(jié) 減數(shù)分裂和受精作用 一、精子的形成過程 1.精子形成的場所：高等動植物細胞的減數(shù)分裂發(fā)生在有性生殖器官內(nèi)。人和其他哺乳動物的精子是在睪丸(曲細精管)中形成的。 2.精原細胞是原始的雄性生殖細胞，通過有絲分裂增殖。 3.每個精原細胞的染色體數(shù)目都與體細胞相同。 4.在減數(shù)分裂前，每個精原細胞的染色體復(fù)制一次，而細胞在減數(shù)分裂過程中連續(xù)分裂兩次，最后形成四個精細胞。這兩次分裂分別叫作減數(shù)分裂I (也叫減數(shù)第一次分裂)和減數(shù)分裂II (也叫減數(shù)第二次分裂)。精細胞再經(jīng)過變形，就形成了成熟的雄性生殖細胞精子。 5.精子的形成過程經(jīng)歷的階段：減數(shù)分裂前的間期、減數(shù)第一次分裂(減數(shù)分裂Ⅰ)、減數(shù)第二次分裂 （減數(shù)分裂Ⅱ）、變形。其中屬于減數(shù)分裂階段的是減數(shù)第一次分裂(減數(shù)分裂Ⅰ)、減數(shù)第二次分裂 （減數(shù)分裂Ⅱ）。 6.精細胞的形成過程 7.精細胞變形形成精子 一個精原細胞經(jīng)過減數(shù)分裂形成四個精細胞，精細胞經(jīng)過復(fù)雜的變形后形成精子。精子呈蝌蚪狀，分頭部和尾部，頭部含有細胞核，尾長，能夠擺動。 8.減數(shù)分裂過程中染色體數(shù)目減半發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅰ。 9.減數(shù)分裂I的主要特征: ①同源染色體配對——聯(lián)會 ； ②四分體中的非姐妹染色單體可以發(fā)生互換； ③同源染色體分離，分別移向細胞的兩極。 10.減數(shù)分裂Ⅱ的主要特征: 每條染色體的著絲粒分裂，姐妹染色單體分開，分別移向細胞的兩極。 二、幾個重要概念 1．同源染色體與非同源染色體 (1)同源染色體：減數(shù)分裂過程中配對的兩條染色體，形狀和大小一般都相同，一條來自父方，一條來自母方。 (2)非同源染色體：形狀、大小不相同，且在減數(shù)分裂過程中不進行配對的染色體。 2．聯(lián)會、四分體和互換 (1)聯(lián)會：在減數(shù)分裂過程中，同源染色體兩兩配對的現(xiàn)象。聯(lián)會發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅰ前期(時期)。 (2)四分體：聯(lián)會后的每對同源染色體含有四條染色單體，叫作四分體。四分體的個數(shù)等于減數(shù)分裂中配對的同源染色體對數(shù)。 (3)互換 ①時期：減數(shù)分裂Ⅰ前期(四分體時期)。 ②對象：同源染色體上的非姐妹染色單體之間。 ③范圍：同源染色體中非姐妹染色單體之間交換一部分片段。 ④結(jié)果：增加了配子的遺傳多樣性。 三、卵細胞的形成過程 1．形成場所：卵巢。 2．形成過程： (1)卵細胞的形成過程與精子的基本相同。 (2)在減數(shù)分裂前的間期，卵原細胞增大，染色體復(fù)制，卵原細胞成為初級卵母細胞。 (3)初級卵母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂I和減數(shù)分裂II，形成卵細胞。 (4)卵細胞與精子形成過程的主要區(qū)別是:初級卵母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂I進行不均等分裂,形成大小不同的兩個細胞，大的叫作次級卵母細胞，小的叫作極體。次級卵母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂II也進行不均等分裂，形成一個大的卵細胞和一個小的極體。在減數(shù)分裂I形成的極體又分裂為兩個極體。這樣，一個初級卵母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂，就形成了一個卵細胞和三個極體。 (5)卵細胞和極體中都含有數(shù)目減半的染色體。不久，三個極體都退化消失，結(jié)果是一個卵原細胞經(jīng)過減數(shù)分裂，只形成一個卵細胞。與精子的形成不同，卵細胞的形成不需要變形。 四、動物精子和卵細胞形成過程的比較 五、減數(shù)分裂的概念 減數(shù)分裂是進行有性生殖的生物，在產(chǎn)生成熟生殖細胞時進行的染色體數(shù)目減半的細胞分裂。在減數(shù)分裂前，染色體復(fù)制一次，而細胞在減數(shù)分裂過程中連續(xù)分裂兩次。減數(shù)分裂的結(jié)果是，成熟生殖細胞中的染色體數(shù)目比原始生殖細胞的減少一半。 六、受精作用 1.概念：受精作用是卵細胞和精子相互識別、融合成為受精卵的過程。 2.過程： 3.結(jié)果 ①受精卵中的染色體數(shù)目又恢復(fù)到體細胞中的數(shù)目。 ②受精卵中的染色體一半來自精子(父方)，另一半來自卵細胞(母方)。 4.配子中染色體組合的多樣性 ①減數(shù)分裂I后期，同源染色體分離，非同源染色體自由組合 ②減數(shù)分裂I前期，四分體中的非姐妹染色單體間發(fā)生互換 5.有性生殖后代多樣性的原因 ①減數(shù)分裂形成的配子，其染色體組合具有多樣性，導(dǎo)致了不同配子遺傳物質(zhì)的差異。 ②受精過程中卵細胞和精子結(jié)合的隨機性，使同一雙親的后代必然呈現(xiàn)多樣性。 6.減數(shù)分裂和受精作用的意義 保證了每種生物前后代染色體數(shù)目的恒定，維持了生物遺傳的穩(wěn)定性。有性生殖后代具有多樣性，有利于生物適應(yīng)多變的自然環(huán)境，有利于生物在自然選擇中進化，體現(xiàn)了有性生殖的優(yōu)越性。 7.細胞質(zhì)和細胞核中遺傳物質(zhì)來源的區(qū)別 (1)受精卵細胞核中的遺傳物質(zhì)從雙親各獲得一半； (2)受精卵的細胞質(zhì)中有線粒體，也含有DNA，其幾乎全部來自母本， (3)受精卵中的全部遺傳物質(zhì)并非從雙親中各獲得一半，而是從母本中獲得的更多一些。 第2節(jié)　基因在染色體上 一、薩頓的假說 1．假說內(nèi)容：基因(遺傳因子)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。 2．依據(jù)：基因和染色體的行為存在著明顯的平行關(guān)系。 二、基因位于染色體上的實驗證據(jù) 1．實驗者：摩爾根。 2．實驗材料——果蠅 (1)果蠅作為實驗材料的優(yōu)點：①有許多易于區(qū)分的相對性狀；②培養(yǎng)周期短；③成本低；④易飼養(yǎng)；⑤染色體數(shù)目少，便于觀察。 (2)果蠅體細胞內(nèi)染色體的組成：果蠅體細胞中共有4對染色體，其中3對是常染色體，1對是性染色體。雌果蠅的性染色體組成是XX，雄果蠅的性染色體組成是XY。 3．實驗現(xiàn)象 P　紅眼(♀)×白眼(♂) 　　↓ 　F1　　　　紅眼(♀、♂) 　　　　　　　↓F1雌雄交配 　　　　F2　eq \f(3,4)紅眼(♂、♀)、eq \f(1,4)白眼(♂) (1)果蠅的紅眼和白眼是一對相對性狀。 (2)F1全為紅眼，紅眼是顯性性狀。 (3)F2中紅眼∶白眼＝3∶1，符合分離定律，紅眼和白眼受一對等位基因控制。 (4)F2中只有雄果蠅出現(xiàn)白眼性狀，說明果蠅眼色的表現(xiàn)與性別相關(guān)聯(lián)。 4．提出問題：白眼性狀的表現(xiàn)為何總與性別相關(guān)聯(lián)？ 5．作出假設(shè)，解釋現(xiàn)象 (1)假設(shè)：控制果蠅紅眼、白眼的基因只位于X染色體上，Y染色體上無相應(yīng)的等位基因。 白眼基因(用w表示)、紅眼基因(用W表示) (2)對雜交實驗的解釋(如下圖) F2 6.驗證方法——測交 親本中的白眼雄蠅和F1中的紅眼雌蠅交配→子代中雌性紅蠅∶雌性白蠅∶雄性紅蠅∶雄性白蠅＝1∶1∶1∶1。再用得到的白眼雌蠅和野生型紅眼雄蠅交配→子代雌性全為紅眼，雄性全為白眼。 7．實驗結(jié)論：控制果蠅紅眼、白眼的基因只位于X染色體上，從而證明了基因位于染色體上。 8．基因與染色體的關(guān)系 (1)一條染色體上有多個基因，基因在染色體上呈線性排列。 (2)摩爾根和他的學(xué)生們發(fā)明了測定基因位于染色體上相對位置的方法，繪制出了第一幅果蠅各種基因在性染色體上的相對位置圖，同時也說明了基因在染色體上呈線性排列。 三、孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋 1．基因的分離定律的實質(zhì) (1)在雜合子的細胞中，位于一對同源染色體上的等位基因，具有一定的獨立性； (2)在減數(shù)分裂形成配子的過程中，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．基因的自由組合定律的實質(zhì) (1)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； (2)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。 第3節(jié)　伴性遺傳 1．伴性遺傳的概念：位于性染色體上的基因控制的性狀在遺傳上總是和性別相關(guān)聯(lián)，這種現(xiàn)象叫作伴性遺傳。 2.人類的性別決定方式 (1)人類的性別由性染色體決定 (2)女性的一對性染色體是同型的，用XX表示 男性的一對性染色體是異型的，用XY表示 (3)人類的X染色體和Y染色體，無論大小還是攜帶的基因種類和數(shù)量都有差別。X染色體攜帶著許多個基因，Y染色體只有X染色體大小的1/5左右，攜帶的基因比較少。所以許多位于X染色體上的基因，在Y染色體上沒有相應(yīng)的等位基因。 3．人類紅綠色盲——伴X染色體隱性遺傳病 (1)致病基因位置：紅綠色盲基因位于X染色體上，Y染色體上沒有相應(yīng)的等位基因。 (2)人的正常色覺與紅綠色盲的基因型和表型 (3)人類紅綠色盲遺傳的主要婚配方式 ①方式一 由圖解分析可知：兒子的色盲基因只能來自母親。 ②方式二 由圖解分析可知：男性的色盲基因只能傳給女兒，不能傳給兒子。 ③方式三 由圖解分析可知：女兒色盲，父親一定色盲。 ④方式四 由圖解分析可知：父親正常，女兒一定正常；母親色盲，兒子一定色盲。 (4)色盲的遺傳特點： ①患者中男性遠多于女性。因為女性中同時含有兩個Xb才是患病個體，含一個致病基因只是攜帶者，表現(xiàn)正常。而男性中只要有一個Xb就是患病個體。 ②男性患者的患病基因只能從母親那里傳來，以后只能傳給女兒。稱交叉遺傳。 ③女性患病，其父其子必患?。荒行哉?，其母其女均正常。簡稱”母病子必病，女病父必病”。 4.抗維生素D佝僂病——伴X顯性遺傳病 (1)致病基因位置：X染色體上的顯性基因。 (2)正常人和抗維生素D佝僂病患者的基因型和表型 (3)婚配方式及子代表型 (4)遺傳特點 ①女性患者多于男性患者。 ②具有世代連續(xù)性，患者至少雙親之一為患者。 ③男性患者的母親和女兒一定患病。簡稱”父病女必病，子病母必病”。 5．有性染色體的生物的性別決定方式 6.伴性遺傳理論在實踐中的應(yīng)用 (1)推測后代患病概率，指導(dǎo)優(yōu)生 (2)根據(jù)性狀推斷后代性別，指導(dǎo)生產(chǎn)實踐 已知控制雞的羽毛有橫斑條紋的基因只位于Z染色體上，且蘆花(B)對非蘆花(b)為顯性，請設(shè)計通過花紋選育“雌雞”的遺傳雜交實驗，并寫出遺傳圖解。 ①選擇親本：選擇非蘆花雄雞和蘆花雌雞雜交。 ②請寫出遺傳圖解。 　如圖所示 時期圖像主要特征細胞名稱間期DNA復(fù)制，有關(guān)蛋白質(zhì)合成，結(jié)果每條染色體上含有2條染色單體，細胞體積略增大精原細胞減數(shù) 分裂Ⅰ前期同源染色體發(fā)生聯(lián)會，形成四分體，四分體中的非姐妹染色單體可以發(fā)生互換初級精 母細胞中期同源染色體成對排列在赤道板兩側(cè)，每條染色體的著絲粒都附著在紡錘絲上后期同源染色體分離，非同源染色體自由組合，細胞均等分裂末期同源染色體平均分配到兩個子細胞，染色體數(shù)目減半減數(shù)分裂Ⅱ前期染色體散亂分布在細胞中，細胞中沒有同源染色體次級精 母細胞中期染色體的著絲粒排列在細胞中央的赤道板上后期著絲粒分裂，染色單體分開成為染色體，染色體數(shù)目暫時加倍，細胞均等分裂末期細胞向內(nèi)凹陷，一個細胞分裂為兩個子細胞項目精子形成過程卵細胞形成過程部位睪丸卵巢原始細胞一個精原細胞一個卵原細胞細胞質(zhì)的分裂方式均等分裂極體均等分裂， 初級卵母細胞、次級卵母細胞不均等分裂分裂結(jié)果四個精細胞(生殖細胞)一個卵細胞(生殖細胞)＋三個極體(退化消失)是否變形變形不需變形相同點(1)染色體都在減數(shù)分裂前的間期復(fù)制一次 (2)減數(shù)分裂I都是同源染色體分開 (3)減數(shù)分裂II都是姐妹染色單體分開 (4)形成的精子和卵細胞中染色體數(shù)目都減半圖示說明精子的頭部進入卵細胞，尾部留在外面卵細胞的細胞膜發(fā)生復(fù)雜的生理反應(yīng)，以阻止其他精子再進入精子的細胞核與卵細胞的細胞核融合，使彼此的染色體會合在一起項目基因染色體生殖過程中在雜交過程中保持 完整性和獨立性在配子形成和受精過程中， 形態(tài)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定存在體細胞成對成對配子成單成單體細胞中來源成對基因一個來自父方， 一個來自母方一對同源染色體， 一條來自父方，一條來自母方形成配子時非同源染色體上的 非等位基因自由組合非同源染色體自由組合　　　♂ ♀eq \f(1,2)XWeq \f(1,2)Yeq \f(1,2)XWeq \f(1,4)XWXW(紅眼雌性)eq \f(1,4)XWY(紅眼雄性)eq \f(1,2)Xweq \f(1,4)XWXw(紅眼雌性)eq \f(1,4)XwY(白眼雄性)項目女性男性基因型XBXBXBXbXbXbXBYXbY表型正常正常(攜帶者)色盲正常色盲項目女性男性基因型XDXDXDXdXdXdXDYXdY表型患者患者正常患者正常項目XDYXdYXDXD子女全部是患者子女全部是患者XDXd女兒都是患者，兒子一半是患者兒子、女兒中各有一半是患者XdXd女兒都是患者，兒子全正常子女全部正常決定方式雌性雄性XY型XXXYZW型ZWZZ婚配生育建議男正?！僚?生女孩，原因：該夫婦所生男孩均患病男抗維生素D佝僂病×女正常生男孩，原因：該夫婦所生女孩全患病，男孩正常

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