高中生物浙科版 (2019)必修2《遗传与进化》第二节 基因伴随染色体传递导学案

第二节　基因伴随染色体传递

一、基因位于染色体上

1．萨顿提出遗传的染色体学说

(1)研究发现

1903年，美国遗传学家萨顿在研究蝗虫精子和卵细胞形成的过程中发现，孟德尔假说中的遗传因子，即基因分离和自由组合的行为与减数分裂中染色体的行为之间存在着平行的关系。

(2)平行关系的表现

第一，基因与染色体都作为独立的遗传单位。基因在杂交实验中始终保持其独立性和完整性，而染色体在细胞分裂各期中也保持着一定的形态特征。

第二，等位基因在体细胞中是成对存在的，其中一个来自母方，另一个来自父方；同源染色体也成对存在，同样是一条来自母方，另一条来自父方。

第三，在形成配子时，等位基因互相分离，分别进入不同的配子中，结果每个配子只含成对基因中的一个；同样，在减数分裂时，同源染色体的两条染色体彼此分离，分别进入不同的配子中，结果每个配子也只含同源染色体中的一条染色体。

第四，在形成配子时，等位基因彼此分离，非等位基因自由组合地进入配子；同样，不成对的非同源染色体也是随机地进入配子。

(3)提出假说

根据基因的行为和染色体行为的一致性，萨顿提出了细胞核内的染色体可能是基因载体的假说，即遗传的染色体学说，说明基因在染色体上。

2．分析摩尔根的果蝇眼色遗传实验

(1)选用果蝇作为遗传实验的材料的原因

果蝇是一种昆虫，它们个体小、繁殖快、生育力强、容易饲养。

(2)摩尔根的发现及眼色遗传实验

自然界野生果蝇的眼色是红色的，1910年摩尔根偶然发现了一只白眼雄果蝇，于是他就用这只白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，结果F1不论雌雄都是红眼。他再让F1的雌、雄果蝇互相交配得到F2，在F2中红眼果蝇与白眼果蝇的数目比例是3∶1，并且雌果蝇全是红眼的，雄果蝇则有一半是红眼的，一半是白眼的。摩尔根还注意到，只有雄果蝇有白眼性状，雌果蝇没有此性状。

(3)摩尔根的假说

①假说的依据

人们通过显微镜能够观察到果蝇细胞中有4对同源染色体，其中有1对同源染色体与果蝇的性别相关，称为性染色体。雌果蝇具有两条同型的性染色体，记为XX；雄果蝇具有两条异型的性染色体，记为XY。

②摩尔根提出假说

白眼基因(w)是隐性基因，它位于X染色体上，而Y染色体上没有它的等位基因。雌果蝇为XX型，必须在两条X染色体上都带有白眼基因(w)才会表现为白眼，而雄果蝇为XY型，只要这一X染色体上有白眼基因(w)即可表现为白眼。再用“＋”表示红眼显性基因，亲本中白眼雄果蝇的基因型为XwY，红眼雌果蝇的基因型为X＋X＋ 。根据这个假说，摩尔根成功地解释了F2中雌、雄果蝇的性状表现。

③遗传图解

(4)摩尔根实验证实的结论及意义

摩尔根的测交实验结果与他的理论预期结果完全相符，这表明果蝇的白眼性状遗传确实与性别有关，而且控制该性状的基因确实位于性染色体上。摩尔根对果蝇伴性遗传的研究，又一次证实了孟德尔定律的正确性，同时他也是人类历史上第一个将一个特定基因——白眼基因(w)，定位在一条特定染色体——X染色体上的科学家。

二、遗传的染色体学说可以解释孟德尔定律

1．图示分离定律的染色体基础

按照遗传的染色体学说，假设控制一对相对性状的等位基因位于一对同源染色体上，例如，控制种子形状的一对等位基因R和r在某对同源染色体上。

2．图示自由组合定律的染色体基础

假设控制一对相对性状的等位基因位于一对同源染色体上，控制另一对相对性状的等位基因位于另一对同源染色体上。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．萨顿利用假说—演绎法，推测基因位于染色体上，且基因都位于染色体上。                            (　　)

提示：×　萨顿利用类比推理的方法推测基因位于染色体上，摩尔根利用假说—演绎法证实了基因位于染色体上。

2．体细胞中基因成对存在，配子中只含1个基因。 (　　)

提示：×　体细胞中基因成对存在，配子中成单存在。

3．蝗虫体细胞中的24条染色体，12条来自父方，12条来自母方。

  (　　)

提示：√

4．基因分离定律的实质是等位基因随非同源染色体的分开而分离。

  (　　)

提示：×　是等位基因随同源染色体的分开而分离。

5．遗传的染色体学说可以解释孟德尔定律。 (　　)

提示：√

　萨顿的假说与基因位于染色体上的实验证据

1．假说—演绎法与类比推理法的比较

萨顿的假说是用类比推理法得出的，他自己并没有证明，而是摩尔根用假说—演绎法，用果蝇为实验生物证明的。

2．摩尔根提出假说与演绎推理的拓展

(1)提出假说，进行解释

(2)演绎推理，验证假说

摩尔根依次做了实验一和实验二之后提出假说1，从而合理地解释了实验一和回交实验二。为了验证假说，摩尔根设计了多个新的实验，其中有一组实验最为关键，即白眼雌果蝇与亲本红眼雄果蝇交配，最后实验的真实结果和预期完全符合，假说1得到了证实。

合作探究：果蝇的红眼(W)对白眼(w)是显性，控制眼色的基因位于X染色体上。现用一对果蝇杂交，一方为白眼，另一方为红眼，杂交后F1中雄果蝇均为白眼，雌果蝇均为红眼，请回答：

(1)亲代果蝇的基因型是怎样的？

提示：XwXw和XWY。

(2)写出上述过程的遗传图解。

提示：如图所示

(3)若让F1中的雌雄果蝇交配，F2的表型和比例是怎样的？

提示：红眼雌果蝇∶白眼雌果蝇∶红眼雄果蝇∶白眼雄果蝇＝1∶1∶1∶1。

1．萨顿依据“基因和染色体的行为存在明显的平行关系”，提出“基因在染色体上”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，在体细胞中都成对存在，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中也自由组合

C．每条染色体上有多个基因

D．基因在杂交过程中保持完整性和独立性，染色体在配子形成和受精过程中，也有相对稳定的形态结构

C　[基因和染色体，在体细胞中都成对存在，在配子中都只有成对中的一个，这说明基因和染色体之间有平行关系，A不符合题意；非同源染色体上的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中也自由组合，这也体现了基因与染色体之间的平行关系，B不符合题意；一条染色体上包含一个DNA或两个DNA分子，一个DNA分子上包含有多个基因，基因是DNA上具有特定遗传效应的遗传片段，一条染色体上携带着许多个基因，但这不属于萨顿的假说，C符合题意；基因在杂交过程中保持完整性和独立性，染色体在配子形成和受精过程中，也有相对稳定的形态结构，这体现了基因与染色体之间的平行关系，D不符合题意。]

2．萨顿运用类比推理法提出“控制生物性状的基因位于染色体上”的假说。摩尔根起初对此假说持怀疑态度。他和其他同事设计果蝇杂交实验对此进行研究。杂交实验图解如下：

请回答下列问题：

(1)上述果蝇杂交实验现象________(填“支持”或“不支持”)萨顿的假说。根据同时期其他生物学家发现果蝇体细胞中有4对染色体(3对常染色体，1对性染色体)的事实，摩尔根等人提出以下假说：________________，从而使上述遗传现象得到合理的解释。(不考虑眼色基因位于Y染色体上的情况)

(2)摩尔根等人通过测交等方法力图验证他们提出的假说。以下实验图解是他们完成的测交实验之一：

P　　　　　 红眼(F1雌)×白眼(雄)

　　　　　　　　　　　↓

测交子代　红眼(雌)　红眼(雄)　白眼(雌)　白眼(雄)

　　　　　　1/4　　 　1/4　　　1/4　 　　1/4

(说明：测交亲本中的红眼雌果蝇来自杂交实验的F1)

①上述测交实验现象并不能充分验证其假说，其原因是________________________。

②为充分验证其假说，需在上述测交实验的基础上再补充设计一个实验方案。写出该实验中亲本的基因型：________________。预期子代的基因型：雌性________，雄性________。(提示：控制眼色的等位基因为W、w，亲本从上述测交子代中选取)

解析：(1)红眼雌果蝇与白眼雄果蝇的杂交实验支持萨顿的“基因在染色体上”的假说，根据同时期其他生物学家发现果蝇体细胞中的染色体组型的事实，摩尔根做出了基因只位于X染色体上，Y染色体上无对应的等位基因的假说，从而使得F2出现的性状分离比在雌雄个体间的比例不同的现象得到了合理的解释。

(2)①分析图解可知，测交后代在雌雄个体间的性状分离比相同，都是1∶1；假如基因位于常染色体上，测交后代在雌雄个体间的性状分离比相同，都是1∶1，如果位于X染色体上，测交后代在雌雄个体间的性状分离比也相同，都是1∶1，因此该实验不能证明摩尔根提出的“控制颜色的基因只位于X染色体上”的假说。

②为了充分验证摩尔根提出的“控制眼色的基因只位于X染色体上”的假说，应该选择白眼雌果蝇与红眼雄果蝇进行测交，亲本的基因型分别是XwXw、XWY，测交后代的基因型为XWXw(红眼雌果蝇)、XwY(白眼雄果蝇)，且比例都为1∶1。

答案：(1)支持　控制果蝇眼色的基因只位于X染色体上

(2)①控制眼色的基因无论位于常染色体上还是位于X染色体上，测交实验结果皆相同　②XwXw、XWY　XWXw

XwY

　遗传的染色体学说可以解释孟德尔定律

分离定律与自由组合定律的比较

合作探究：如图是某生物细胞内染色体和基因的分布图，①和②、③和④是两对同源染色体，请回答：

(1)图中属于等位基因的有_________________________。

提示：A与a、B与b、C与c

(2)图中属于非等位基因的有________________________。

提示：A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)、A(或a)和B(或b)

(3)上述非等位基因中，能自由组合的是哪些？

提示：非同源染色体上的非等位基因能自由组合，即A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)

(4)不考虑同源染色体非姐妹染色单体间的互换，该生物能产生________种配子，分别是________________。

提示：4　ABC、ABc、abC、abc

1．下列基因的遗传无法符合孟德尔遗传定律的是(　　)

A．同源染色体上的非等位基因

B．同源染色体上的等位基因

C．一对性染色体上的等位基因

D．位于非同源染色体的基因

A　[同源染色体上的非等位基因的遗传不符合分离定律，也不符合自由组合定律，故A符合题意；同源染色体上的等位基因符合基因的分离定律，故B不符合题意；一对性染色体上的等位基因，符合基因的分离定律，故C不符合题意；位于非同源染色体的非等位基因自由组合符合基因的自由组合定律，故D不符合题意。]

2．基因的分离定律和基因的自由组合定律的细胞学基础是(　　)

A．有丝分裂　 B．减数第一次分裂

C．减数第二次分裂 D．受精作用

B　[基因的分离定律和基因的自由组合定律发生在减数第一次分裂过程中。]

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基因所在的染色体是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、4与7、8两对染色体时，该个体能形成四种配子，并且各种配子数量相等

D　[由图可知，该果蝇为雄性个体，图中7为X染色体，8为Y染色体，因此，从性染色体组成情况上看，它能形成X、Y两种配子，故A错误；7和8形态不同，为性染色体中的X和Y，果蝇的Y染色体比X染色体大，所以7为X染色体，故B错误；A、a与D、d位于两对同源染色体上，减数分裂时，A、a与D、d之间能够自由组合，故C错误；只考虑3、4与7、8两对同源染色体时，该果蝇基因型可写成DdXeY，可产生DXe、dXe、DY、dY四种配子且数量相等，即各占1/4，故D正确。]

[课堂小结]

1．下列关于基因和染色体的叙述，错误的是(　　)

A．体细胞中成对的等位基因或同源染色体在杂交过程中保持独立性

B．受精卵中成对的等位基因或同源染色体一半来自母方，另一半来自父方

C．等位基因是位于一对同源染色体同一位置上的、控制相对性状的基因

D．雌雄配子结合形成合子时，非同源染色体上的非等位基因自由组合

D　[体细胞中成对的等位基因或同源染色体在杂交过程中保持独立性，A正确；受精卵中成对的等位基因或同源染色体一半来自母方，另一半来自父方，B正确；等位基因是位于一对同源染色体同一位置上的、控制相对性状的基因，C正确；非同源染色体上的非等位基因自由组合发生在减数分裂过程中，而不是受精作用过程中，D错误。]

2．在细胞正常分裂的情况下，雄性果蝇精巢中一定含有两条Y染色体的细胞是(　　)

A．减数第一次分裂的初级精母细胞

B．有丝分裂中期的精原细胞

C．减数第二次分裂的次级精母细胞

D．有丝分裂后期的精原细胞

D　[减数第一次分裂的初级精母细胞只含有1条Y染色体，A错误；有丝分裂中期的精原细胞只含有1条Y染色体，B错误；减数第二次分裂的次级精母细胞可能含有1条Y染色体(前期和中期)或2条Y染色体(后期)，也可能不含Y染色体，C错误；有丝分裂后期的精原细胞，由于着丝粒分裂，染色体数目加倍，所以此时期肯定含有2条Y染色体，D正确。]

3．摩尔根研究果蝇的眼色遗传实验过程如图所示。下列相关叙述中，错误的是(　　)

A．果蝇的眼色遗传遵循基因的分离定律

B．摩尔根和孟德尔的豌豆杂交实验一样，都采用了“假说—演绎”的研究方法

C．摩尔根所做的假说是控制白眼的基因位于X染色体上，Y染色体不含有它的等位基因

D．F2中的红眼雌果蝇的基因型只有XRXR

D　[果蝇红眼与白眼受一对等位基因控制，其遗传遵循基因的分离定律，A正确；孟德尔遗传规律的研究过程和摩尔根果蝇眼色遗传的研究过程均用到了假说—演绎法，B正确；根据题图分析可知控制果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体上，说明摩尔根所做的假说是控制白眼的基因只位于X染色体上，亲本中白眼雄果蝇的基因型是XrY，C正确；F2中的红眼雌果蝇的基因型有XRXR和XRXr，D错误。]

4．如图为一只果蝇两条染色体上部分基因分布示意图(不考虑变异)。下列叙述错误的是(　　)

A．图示体现了基因在染色体上呈线性排列

B．白眼基因w与紫眼基因pr互为非等位基因

C．有丝分裂后期，基因dp、pr、sn、w会出现在细胞同一极

D．减数第二次分裂后期，基因dp、pr、sn、w不可能在细胞的同一极

D　[根据题图可知，基因在染色体上呈线性排列，A正确；白眼基因w与紫眼基因pr互为非等位基因，B正确；在不考虑变异的情况下，有丝分裂后期，基因中dp、pr、sn、w会出现在细胞同一极，C正确；减数第二次分裂后期，若图示的X染色体与2号染色体移到细胞的同一极，则基因dp、pr、sn、w将出现在细胞的同一极，D错误。]

5．摩尔根用纯种的红眼雌果蝇和白眼雄果蝇杂交，F1不论雄果蝇还是雌果蝇都表现为红眼。F1雌雄果蝇之间相互交配，F2中有红眼也有白眼，其比例为红眼∶白眼＝3∶1。回答下列问题：

(1)果蝇眼色遗传中，显性性状是________。F2既有红眼也有白眼出现的现象，在遗传学上称为________。

(2)在F2果蝇中，雌性个体的性状表现为________，雄性个体的性状表现为________。

(3)摩尔根及其同事设想，控制果蝇白眼和红眼的基因都位于X染色体上，在Y染色体上没有它们的等位基因。请根据这一设想写出下列果蝇的基因型(眼色基因用B、b表示)：亲代白眼________；F2红眼雄果蝇________；F2红眼雌果蝇________。

解析：(1)根据题干分析已知，红眼是显性性状，白眼是隐性性状，子二代同时出现白眼和红眼的现象叫性状分离。

(2)F2中雌蝇全是红眼，雄蝇一半红眼一半白眼。

(3)如果是伴性遗传，则结果为亲代白眼XbY，亲代红眼XBXB，子二代红眼雄果蝇XBY，子二代红眼雌果蝇XBXB或XBXb。

答案：(1)红眼　性状分离　(2)全部为红眼　一半红眼，一半白眼　(3)XbY　XBY　XBXB或XBXb