高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2章 基因和染色体的关系第2节 基因在染色体上学案及答案

第2节　基因在染色体上

一、萨顿的假说

1．假说

内容：基因(遗传因子)是由染色体携带着从亲代传递给下一代的。也就是说，基因就在染色体上。

2．依据：基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。

二、基因位于染色体上的实验证据

1．实验者：美国生物学家摩尔根。

2．实验材料——果蝇

(1)果蝇作为实验材料的优点

①有许多易于区分的相对性状；

②易饲养，繁殖快；

③染色体数目少，便于观察。

(2)果蝇体细胞内染色体的组成：果蝇体细胞中共有4对染色体，其中3对是常染色体，1对是性染色体。雌果蝇的性染色体组成是XX，雄果蝇的性染色体组成是XY。

3．实验方法：假说—演绎法。

4．实验过程

(1)实验现象

(2)提出问题

白眼性状的表现为何总与性别相关联？

(3)实验假说

控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体不含有它的等位基因。

(4)对实验现象的解释

(5)测交实验

①测交预期

F2中的白眼雄果蝇和F1中的红眼雌果蝇交配，然后选取子代中的白眼雌果蝇再和F1中的红眼雄果蝇杂交。子代中红眼均为雌果蝇，白眼均为雄果蝇。

②测交结果：与预期相符。

(6)实验结论：控制白眼的基因位于X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因。

5．基因与染色体的关系

(1)数量关系：一条染色体上有许多个基因。

(2)位置关系：基因在染色体上呈线性排列。

三、孟德尔遗传规律的现代解释

1．基因的分离定律的实质

(1)在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性。

(2)在减数分裂形成配子的过程中，等位基因会随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代。

2．基因的自由组合定律的实质

(1)位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的。

(2)在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．萨顿的假说和摩尔根的果蝇杂交实验所用的实验方法相同。 (　　)

2．染色体和基因并不是一一对应关系，一条染色体上含有很多基因。                             (　　)

3．蝗虫的所有遗传物质都位于染色体上。 (　　)

4．非等位基因都位于非同源染色体上。 (　　)

5．等位基因随同源染色体的分离而分离，发生在减数分裂Ⅰ的后期。                             (　　)

提示：1．×　萨顿的假说利用的是类比推理，而摩尔根的果蝇杂交实验利用的是假说—演绎法。

2．√

3．×　蝗虫细胞的细胞质(如线粒体)中也含有少量遗传物质，这些遗传物质不存在于染色体上。

4．×　有些非等位基因也可以位于同源染色体上。

5．√

　摩尔根测交实验的分析

1．实验一：F2中白眼雄果蝇与F1中红眼雌果蝇交配。

(1)若基因位于X染色体上，且Y染色体上没有它的等位基因，则遗传图解如下：

(2)若基因位于X染色体上，Y染色体上含有它的等位基因，则遗传图解如下：

说明：(1)(2)实验结果相同，故根据本实验结果无法验证假说，但通过本实验得到了白眼雌果蝇。

2．实验二：利用“实验一”得到的白眼雌果蝇与一个毫无血缘关系的野生型纯种红眼雄果蝇交配。

(1)若基因位于X染色体上，且Y染色体上没有它的等位基因，则遗传图解如下：

(2)若基因位于X染色体上，Y染色体上含有它的等位基因，则遗传图解如下：

说明：(1)实验杂交子代中，雌果蝇全为红眼，雄果蝇全为白眼，(2)实验杂交子代全为红眼，表型(1)、(2)不同，由此可证明假说成立。

(1)验证摩尔根的假说不能用F1中红眼雌果蝇和F2中的白眼雄果蝇，因为无论基因在X染色体还是在常染色体上，或者是在X、Y染色体的同源区段上，结果相同。

(2)摩尔根的验证实验不是直接选择白眼雌果蝇和F1中红眼雄果蝇杂交，因为在摩尔根的杂交实验中没有出现白眼雌果蝇，摩尔根的杂交实验中只出现了白眼雄果蝇。

1．在摩尔根所做的果蝇野生型与白眼突变体杂交实验中，最早能够判断白眼基因位于X染色体上的最关键的实验结果是(　　)

A．白眼突变体与野生型杂交，F1全部表现为野生型，雌雄比例1∶1

B．F1相互交配，后代出现性状分离，白眼全部是雄性

C．F1雌性与白眼雄性杂交，后代出现白眼，且雌雄比例为1∶1

D．白眼雌性与野生型雄性杂交，后代白眼全部为雄性，野生型全部为雌性

B　[A项能说明野生型相对于突变型是显性性状，但不能判断白眼基因位于X染色体上，与题意不符；B项能说明这一对性状的遗传与性别有关，即控制该性状的基因位于X染色体上，且这是在摩尔根果蝇杂交实验中最早出现的实验现象，与题意相符；C项属于测交类型，不能说明白眼基因位于X染色体上，与题意不符；D项能说明控制该性状的基因位于X染色体上，但这是在摩尔根利用测交实验验证假说中出现的，不是最早，与题意不符。]

2．果蝇的红眼对白眼为显性，控制红眼和白眼性状的基因位于X染色体上，在下列哪组杂交组合中，通过眼色就可直接判断子代果蝇的性别  (　　)

A．白眼(♀)×白眼() 

B．杂合红眼(♀)×红眼()

C．白眼(♀)×红眼() 

D．杂合红眼(♀)×白眼()

C　[据题意可知：A项组合的子代都是白眼；B项组合的子代中，红眼果蝇雌性和雄性都有；C项组合的子代中，雌果蝇都为红眼，雄果蝇都为白眼；D项组合的子代中，雌果蝇与雄果蝇都有红眼和白眼。]

　孟德尔遗传规律的现代解释

1．分离定律的细胞学基础是等位基因随同源染色体分开而分离，如图：

2．自由组合定律的细胞学基础是等位基因随同源染色体分开而分离，位于非同源染色体上的非等位基因自由组合，如图：

1．某实验室保存有野生型和一些突变型果蝇。果蝇的部分隐性突变基因及其在染色体上的位置如图所示。为了验证遗传规律，同学丙让白眼黑檀体雄果蝇与野生型(红眼灰体)纯合子雌果蝇进行杂交得到F1，F1相互交配得到F2。那么，在所得实验结果中，能够验证自由组合定律的F1表型及基因型分别是什么？

提示：红眼灰体；EeXWXw；EeXWY。

2．一个基因型为DdHh的个体，其自交后代的表型之比不是9∶3∶3∶1，而是1∶2∶1，用图示表示出该亲本个体的体细胞中两对等位基因的位置关系。

提示：

1．根据如图所示基因在染色体上的分布情况判断，下列选项不遵循基因的自由组合定律的是(　　)

A　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　D

A　[A、a与D、d位于一对同源染色体上，其遗传不遵循基因的自由组合定律，A错误；A、a与B、B位于两对同源染色体上，A、a与C、c位于两对同源染色体上，C、c与D、d位于两对同源染色体上，在遗传过程中都遵循基因的自由组合定律，B、C、D正确。]

2．在荧光显微镜下观察被标记的某动物的睾丸细胞，等位基因A、a分别被标记为红色、黄色，等位基因B、b分别被标记为蓝色、绿色。①、③细胞都处于染色体向细胞两极移动的时期。不考虑互换，下列有关推测合理的是(　　)

A．①细胞中向细胞每一极移动的都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个

B．③细胞中向细胞每一极移动的都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各1个

C．图中所示的这个精原细胞产生的另三个精细胞的基因型为a、a、ABb(其他分裂正常)

D．图中①和②细胞都可发生A与A的分离和A与a的分离

C　[①细胞处于有丝分裂后期，此时该细胞每一极都含有该生物全部的核基因，因此细胞中向每一极移动的都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各1个，A错误；③细胞处于减数分裂Ⅱ后期，根据精细胞的基因型可知，此时该细胞中向每一极移动的都有红、蓝、绿色荧光点，各1个，B错误；精原细胞的基因型为AaBb，已经产生一个基因型为ABb的精细胞，又因其他分裂正常，则产生该精细胞的次级精母细胞的基因型为AABBbb，另外一个次级精母细胞的基因型为aa，所以另三个精细胞的基因型为a、a、ABb，C正确；图中①细胞处于有丝分裂后期，能发生A与A的分离，不会发生A与a的分离，②细胞处于减数分裂Ⅰ，能发生A与a的分离，不会发生A与A的分离，D错误。]

“基因的遗传”不一定遵循“遗传定律”

(1)原核生物中基因的遗传都不遵循孟德尔遗传规律。

(2)真核生物细胞核中的基因有的遵循孟德尔的遗传规律，但叶绿体、线粒体中的基因都不遵循孟德尔的遗传规律。

(3)非同源染色体上的非等位基因遵循自由组合定律，而同源染色体上的非等位基因不遵循自由组合定律。

利用假说—演绎法可确定控制该性状的基因的位置，若控制该性状的基因位于常染色体上，F1自由交配的结果与实际不符。利用摩尔根的测交方案，可根据子代表型区分果蝇的性别，由此培养逻辑推理与实验探究能力。

1．从实验结果可推断控制该性状的基因位于常染色体上还是X染色体上？说明理由。(科学思维)

提示：X染色体；若为常染色体遗传，F2的性状分离比应为3∶1，与结果不符，故控制该性状的基因在X染色体上。

2．欲设计一次杂交实验，能根据子代表型区分雌雄果蝇，从F2中选择哪两种果蝇作为杂交实验材料？(科学探究)

提示：分叉毛雌果蝇与直毛雄果蝇。

[课堂小结]

1．下列不属于萨顿提出的“基因位于染色体上”这一假说的科学依据是 (　　)

A．产生配子时非同源染色体自由组合，非同源染色体上的基因也随之自由组合

B．产生配子时，姐妹染色单体分开，等位基因也随之分离

C．染色体和基因在杂交过程中均保持完整性和独立性

D．染色体和基因在体细胞中都成对存在

B　[产生配子时非同源染色体自由组合，非同源染色体上的基因也随之自由组合，属于萨顿假说的科学依据，A不符合题意；产生配子时，姐妹染色单体分开，一般分离的是相同基因，且不属于萨顿假说的科学依据，B符合题意；染色体和基因在杂交过程中均保持完整性和独立性，属于萨顿假说的科学依据，C不符合题意；染色体和基因在体细胞中都成对存在，属于萨顿假说的科学依据，D不符合题意。]

2．如图表示孟德尔一对相对性状的杂交实验(图中染色体上的点表示基因的位置)，图示不能说明(　　)

A．染色体是基因的主要载体

B．基因是由染色体携带着从亲代传递给子代的

C．基因在杂交过程中保持完整性和独立性

D．减数分裂过程中，等位基因会随着染色体的分开而分离

A　[图示只能说明染色体是基因的载体，不能说明染色体是基因的主要载体，A符合题意。]

3．摩尔根研究控制果蝇白眼的基因在染色体上的位置时经历了若干过程，下列叙述依次为  (　　)

①白眼性状是如何遗传的，为何与性别有关　②控制白眼的基因仅位于X染色体上，Y染色体上不含有它的等位基因　③对F1红眼雌果蝇进行测交

A．①为假说，②为推论，③为实验验证

B．①为观察，②为假说，③为推论

C．①为问题，②为假说，③为实验验证

D．①为推论，②为假说，③为实验验证

C　[摩尔根研究控制果蝇白眼的基因在染色体上的位置时采用的方法是假说—演绎法。根据实验现象提出的问题是白眼性状是如何遗传的，为何与性别有关；作出的假设是控制白眼的基因仅位于X染色体上，Y染色体上不含有它的等位基因；利用F1红眼雌果蝇进行测交实验，验证假说。]

4．下列有关基因分离定律和基因自由组合定律的说法，正确的是(　　)

A．一对相对性状的遗传一定遵循基因的分离定律而不遵循基因的自由组合定律

B．分离定律发生在配子产生过程中，自由组合定律发生在配子随机结合过程中

C．若遵循基因自由组合定律，双杂合子自交后代分离比不一定是9∶3∶3∶1

D．多对等位基因遗传时，在等位基因分离的同时，非等位基因自由组合

C　[如果一对相对性状由多对非同源染色体上的非等位基因控制，则遵循自由组合定律，A错误；分离定律和自由组合定律都发生在减数分裂形成配子的过程中，B错误；如果双杂合子的两对等位基因之间存在互作关系，则可能不符合9∶3∶3∶1的性状分离比，C正确；多对等位基因如果不位于非同源染色体上，则不遵循自由组合定律，且在减数分裂过程中，等位基因分离的同时，非同源染色体上非等位基因自由组合，D错误。]

5．如图为果蝇某细胞染色体及部分基因位置的示意图，请据图回答问题：

(1)图示细胞代表________性果蝇的染色体图解。

(2)已知果蝇的灰身(A)对黑身(a)为显性，基因型如图所示的雌雄果蝇交配，F1的灰身果蝇中杂合子所占的比例是________。

(3)已知红眼(D)对白眼(d)为显性，基因在染色体上的位置如图所示，该果蝇的表型是________。现与红眼雌果蝇交配，后代中白眼雄果蝇占1/4，则亲本雌果蝇的基因型是________。

(4)控制体色和眼色的两对等位基因(A/a和D/d)____________(填“遵循”或“不遵循”)自由组合定律。该果蝇与基因型为aaXdXd的果蝇交配，后代中黑身白眼雄果蝇占________。

[解析]　(1)由题图可知，该果蝇的细胞中含有4对染色体，3对常染色体，1对性染色体，即1和2是性染色体，属于异型性染色体(X和Y)，因此是雄果蝇。

(2)对于灰身和黑身这对相对性状来说，该果蝇的基因型是Aa。雌雄果蝇交配，子代的基因型及比例是AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1，AA、Aa为灰身，杂合子是Aa，占灰身果蝇的2/3。

(3)由于控制红眼的基因位于X染色体上，基因型为XDY，表型为红眼雄果蝇。红眼雌、雄果蝇交配，后代中白眼雄果蝇(XdY)占1/4，因此亲本雌果蝇的基因型是XDXd。

(4)由题图分析可知，控制体色和眼色的两对等位基因(A/a和D/d)遵循自由组合定律；该果蝇AaXDY与基因型为aaXdXd的雌果蝇交配，后代中黑身白眼雄果蝇的基因型是aaXdY，比例是1/2×1/2＝1/4。

[答案]　(1)雄　(2)2/3　(3)红眼　XDXd　(4)遵循　1/4