第2节基因在染色体上
●从容说课
本节内容包括了萨顿的假说、基因位于染色体上的实验证据和孟德尔遗传规律的现代解释3个教学知识点。在人类对基因与染色体关系的探索过程中，萨顿和摩尔根都作出了杰出的贡献。因此在我们的课堂教学中,通过组织学生活动、思考和讨论，帮助学生领悟科学家独到的研究方法、缜密的思考、严谨的推理，进行探究并得出相关的结论。
由于本节从上一节《减数分裂和受精作用》引过来，所以在教学安排上思路如下：（1）通过回忆孟德尔分离定律和观察哺乳动物精子（或卵细胞）的形成过程图解，引导学生联想等位基因与同源染色体的行为之间究竟是什么关系？学生的这种疑惑源于头脑中的认知冲突，由认知冲突产生的问题会激发学生的探究兴趣。
（2）接着引导学生把孟德尔分离定律中的遗传因子换成同源染色体，重读分离定律，画含一对同源染色体（假设其上有一对等位基因）和含两对同源染色体（假设其上各有一对等位基因）的精原细胞减数分裂示意图，让学生强烈意识到基因和染色体行为存在明显的平行关系。采取学生活动的教学方式有利于落实探究性学习的课程理念，培养学生的探究意识和动手、动脑的能力，并使学生在活动中加深对生物学原理的理解，提高学生对生物学观点的认同程度。教师肯定学生的发现并介绍萨顿的假说，让学生体验到成功的喜悦。
（3）在摩尔根的果蝇杂交实验中，教师采取问题串的形式、环环相扣、层层深入的设问、引导学生思考和讨论，逐步揭开遗传的奥秘，最终证实基因的确位于染色体上。通过介绍多种生物的染色体和基因的数量关系，让学生理解到一条染色体上应该有许多个基因，且基因在染色体上呈线性排列。另外，还简要介绍现代分子生物学技术在基因定位上的应用，有利于拓展学生视野，增强学生学习生物学知识的时代感，体现教材内容的先进性。
（4）在以上内容的基础上，引导学生在染色体和基因水平上阐明基因分离定律和基因自由组合定律，以达到课程标准的要求。培养学生的分析归纳能力，让学生不仅在观念上逐渐认同，在知识结构上也获得了科学知识。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出基因位于染色体上的理论假说和实验证据。
（2）概述孟德尔遗传规律的现代解释。
2.过程与方法
（1）运用有关基因与染色体的知识阐明孟德尔遗传规律的实质。
（2）尝试运用类比推理的方法，解释基因位于染色体上。
3.情感态度与价值观
（1）认同科学研究需要丰富的想象力，大胆质疑和勤奋实践的精神，以及对科学的热爱。
（2）参与类比推理的过程，提出与萨顿假说相似的观点，体验成功的喜悦。
●教学重点
1.基因位于染色体上的理论假说和实验证据。
2.孟德尔遗传规律的现代解释。
●教学难点
1.运用类比推理的方法，解释基因位于染色体上。
2.基因位于染色体上的实验证据。
●教具准备
教学课件。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
1.画有孟德尔一对相对性状的杂交实验图解的小黑板（或实物投影仪）。
2.教学课件。
［情境创设］
教师：同学们，前段时间我们学习了孟德尔分离定律，有哪位同学能够回忆出来？
学生：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子（即等位基因）成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。
教师：很好。这就是说配子中只含有每对等位基因中的一个。那同学们是否思考过这样的问题：成对的等位基因是如何分离并分别进入不同的配子中的呢？
教师显示哺乳动物精子（或卵细胞）的形成过程图解。
教师：我们知道，在减数分裂过程中同源染色体发生分离，结果配子只含每对同源染色体中的一条。在这里我们可以发现等位基因与同源染色体的行为有何相似之处？
学生：都存在分离现象：等位基因分离和同源染色体分离；配子中只有原来的一半：配子只含每对等位基因中的一个和只含每对同源染色体中的一条。
教师：没错。基因与染色体到底是什么样的关系呢？带着这样的问题，我们一起来学习第2节《基因在染色体上》。
［师生互动］
1.萨顿的假说
教师：有同学看了这一节的标题以后会想，“基因在染色体上”这一结论是如何推导出来的呢？下面请同学们将孟德尔分离定律中的遗传因子换成同源染色体，将分离定律念一遍，看看这样替换是否有问题。由此你联想到什么？
学生阅读，进行思考和讨论。
学生：没有问题。是否可说明基因在染色体上？
教师：是否可说明基因在染色体上，对于这个问题，由同学们自己去探究。现在如果我们把等位基因标在同源染色体上，并以此画含一对同源染色体（假设其上有一对等位基因）和含两对同源染色体（假设其上各有一对等位基因）的精原细胞减数分裂示意图。看看结果如何？
学生画图，教师巡视学生画图情况并给予一定的指导。随机叫两名学生上讲台在黑板上画图。
教师：经过画图，同学们可发现基因和染色体有何相似的地方？
学生：精原细胞中基因成对存在，染色体也是成对的；但配子只含有等位基因中的一个，也只是有同源染色体中的一条。另外，非等位基因在形成配子时自由组合，非同源染色体在减数第一次分裂后期也是自由组合的。
教师：根据画图和大家的分析，我们可以得出什么结论？
学生：基因和染色体行为存在明显的平行关系。
教师：正确。那么基因和染色体行为主要有哪些平行关系呢？
学生分小组思考、讨论并表述。
教师根据学生的简述情况进行引导、补充、肯定和鼓励，并逐个显示基因与染色体的4点平行关系。
教师：我们可以根据基因与染色体行为存在明显的平行关系，能够推论基因就在染色体上。这是科学研究中常用的方法之一，叫做类比推理。在研究基因与染色体的关系方面，美
国遗传学家萨顿应用类比推理法作出了突出的贡献。他用蝗虫细胞作材料，发现有一种蝗虫的体细胞中有24条染色体，生殖细胞中只有12条染色体。精子和卵细胞结合形成的受精卵，又具有24条染色体。蝗虫子代体细胞中的染色体数目，与双亲的体细胞染色体数目一样。子代体细胞中的这24条染色体，按形态结构来分，两两成对，共12对，每对染色体中的一条来自父方，另一条来自母方。萨顿由此推论：基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的。也就是说，萨顿做出了与大家完全一样的假说：基因就在染色体上。
教师：由此我们可以发现，只要有缜密的思考和严谨的推理，我们一样能得出与伟大遗传学家一样的结论。但问题是如果萨顿的推论成立，它应该能够解释孟德尔的豌豆杂交实验。下面请同学们利用课本P28的“思考与讨论”所提供的孟德尔一对相对性状的杂交实验图解，在染色体上标注出相应基因，看看对实验现象的解释是否仍然成立。
学生画图，教师巡视学生画图情况，并利用小黑板（或实物投影仪）随机叫1名学生上讲台画图。
教师：解释是否成立？
学生：成立。
教师：那是否就可以认为我们利用类比推理得出的结论就是正确的呢？其实，类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要观察和实验的检验。如何用实验证明基因就在染色体上呢？我们一起来看看美国生物学家摩尔根是怎么做的。
2.基因位于染色体上的实验证据
教师：摩尔根一开始对待孟德尔的遗传理论和萨顿的基因位于染色体上的学说抱不相信、怀疑的态度，他认为以上两个学说是主观的臆测。但是尽管如此，他没有批评、挖苦，而是认真钻研，设计实验，寻找证据解决疑点。科学家这种对待科学的态度和高尚的人品，非常值得我们学习。摩尔根实验的成功同样离不开实验材料的正确选择——果蝇。
教师显示果蝇的照片，并简要介绍选择果蝇作为遗传学实验研究材料的优点。
教师：从1909年开始，摩尔根就开始潜心研究果蝇的遗传行为，并利用在一群红眼果蝇中偶然发现的一只白眼雄果蝇做了如下的杂交实验。
教师显示课本P29“图2－8 果蝇杂交实验图解”，并简要介绍实验的过程与结果。
教师：根据实验，果蝇红眼和白眼的遗传是否符合基因的分离定律？如何判断？
学生：符合。因为F2红眼和白眼之间的数量比是3∶1。
教师：那通过哪一个杂交组合可判断果蝇的显性性状？
学生：亲本雌性红眼果蝇和雄性白眼果蝇杂交所产生的后代全部是红眼，说明红眼是显性性状，白眼是隐性性状。
教师：很好。根据果蝇杂交实验图解，果蝇的白眼性状遗传有什么特点？
学生：只有雄性才出现白眼。
教师：是的。那为什么会这样？
教师显示雌、雄果蝇体细胞的染色体图解，介绍果蝇体细胞中染色体的分类与数量，重点提示果蝇的性别决定方式与人类相同，同为XY型，且性染色体与性别决定有关。
教师：前面我们已经推论基因在染色体上，结合果蝇白眼性状的表现总是与性别相联系，我们又可以作出什么样的设想？
学生：控制白眼的基因在性染色体上。
教师：当时摩尔根和他的同事也是这样假设的，他们设想控制白眼的基因（用w表示）在X染色体上，并假设Y染色体不含有它的等位基因。如是，雌性红眼果蝇的基因型怎么写？按照前面学过的知识，写成WW正确吗？
学生：不对。
教师：那应该如何表示？
学生：因为果蝇眼色的遗传与性染色体有关，应先把性染色体写出来，如雌性应先写出XX，然后把控制红眼的基因写在两条性染色体的右上方，所以雌性红眼果蝇应写成X W X W。
教师：那我们又该如何去表示一个雄性白眼果蝇的基因型呢？写成X w Y w对吗？
学生：不对。因为我们已经假设Y染色体上没有与X配对的基因w，所以不能写成X w Y w。因此雄性白眼果蝇的基因型应该表示为X w Y。
教师：很好。请同学们画出果蝇杂交实验的基因遗传图解。
学生画图，然后逐步显示下边的分析图解，师生共同分析讨论。
教师：从图2－2－1的图解可以看出，摩尔根等人的设想可以合理地解释。但能否就说以上的解释是正确的呢？
图2－2－1
学生：不能。还需要通过测交实验加以证明。
教师：没错。后来摩尔根他们通过测交等方法，进一步验证了以上解释。正是他们的工作，把一个特定的基因和一条特定的染色体——X染色体联系起来，从而用实验证明了基因在染色体上。从此，摩尔根成了孟德尔理论的坚定支持者。
教师：实验证明基因在染色体上以后，人们又在思考：果蝇体细胞的染色体只有4对，但被人们研究过的基因就达数百个；人类体细胞的染色体只有23对，但携带的基因大约有几万个。这又能说明什么问题？
学生：说明一条染色体上应该有许多个基因。
教师：没错。摩尔根与其学生经过十多年的努力发明了测定基因位于染色体上的相对位置的方法，并绘出了第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置的图。
教师显示课本P30“图2－11 果蝇某一条染色体上的几个基因”，帮助学生理解基因在染色体上呈线性排列。
教师结合课本图解简单介绍现代分子生物技术将基因定位在染色体上的研究成果。
3.孟德尔遗传规律的现代解释
教师引导、帮助学生用关于基因和染色体的知识解释孟德尔的分离定律和自由组合定律，提高学生的分析归纳能力，获得科学知识。如可引导学生分析等位基因是如何并在何时分离的，或组织学生将两对等位基因标在两对同源染色体上，画出遗传图解，解释孟德尔两对相对性状的杂交实验。
［教师精讲］
1.常染色体和性染色体：常染色体是指与性别决定没有直接关系的染色体，性染色体是指与性别决定有关的染色体。
2.2种性别决定的方式：
XY型：雌性性染色体为XX，雄性性染色体为XY。如果蝇、哺乳动物以及人类的性
别决定属于这种形式。
ZW型：雌性性染色体为ZW，雄性性染色体为ZZ。如鸟类、蝶类和蛾类的性别决定属于这种形式。
［评价反馈］
1.基因型为AaBb的动物，在其精子的形成过程中，基因AA分开发生在
A.精原细胞形成初级精母细胞的过程中
B.初级精母细胞形成次级精母细胞的过程中
C.次级精母细胞形成精细胞的过程中
D.精细胞形成精子的过程中
解析：基因AA是随着着丝点分裂姐妹染色单体的分离而分开，发生在减数第二次分裂后期，即在次级精母细胞形成精细胞的过程中。
答案：C
2.假设某动物精原细胞的两对等位基因（Aa、Bb）分别位于两对同源染色体上，该细胞通过减数分裂产生精子时，可表示其减数第二次分裂后期染色体和基因变化的是图2－2－2中的
A A
A A A
a a a
B B
B
b b
b b b
A B C D
图2－2－2
解析：减数第二次分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体分开形成2条染色体，2条染色体基因相同。
答案：B
3.果蝇白眼为伴X染色体隐性遗传，显性性状为红眼。下列哪组杂交子代中，通过眼色就可直接判断果蝇的性别
A.白♀╳白♂
B.杂合红♀╳红♂
C.白♀╳红♂
D.杂合红♀╳白♂
解析：根据基因分离定律，C组所产生后代，雌性全部为红眼，雄性则全部为白眼。
答案：C
［课堂小结］
［布置作业］
完成课本P31的练习。
［课后拓展］
1.将两对等位基因标在两对同源染色体上，解释孟德尔两对相对性状的杂交实验，画出遗传图解。
2.设计一个测交实验验证摩尔根的果蝇杂交实验。
●板书设计
第2节基因在染色体上
1.萨顿的假说
2.基因位于染色体上的实验证据
3.孟德尔遗传规律的现代解释
●习题详解
一、练习（课本P31）
（一）基础题
1.解析：不能说染色体就是由基因组成的，而只能说染色体上有多个基因。染色体由DNA和蛋白质构成。
答案：D
2.解析：同一对同源染色体上不同位置的非等位基因是连锁遗传的，或在四分体时期由于同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换而交换了部分基因，而不是所有的非等位基因都可自由组合。
答案：B
（二）拓展题
1.这些生物的体细胞中的染色体虽然减少一半，但仍具有一整套非同源染色体。这一组染色体，携带有控制该种生物体所有性状的一整套基因。
2.提示：人体细胞染色体数目变异，会严重影响生殖、发育等各种生命活动，未发现其他染色体数目变异的婴儿，很可能是发生这类变异的受精卵不能发育，或在胚胎早期就死亡的缘故。
二、问题探讨（课本P27）
1.这个替换似乎可行。由此联想到孟德尔分离定律中成对的遗传因子的行为与同源染色体在减数分裂过程中的行为很相似。
2.一条染色体上可能有许多个基因。
三、本节聚焦（课本P27）
1.基因和染色体行为存在着明显的平行关系，主要体现在如下四个方面：
（1）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，也有相对稳定的形成结构。
（2）在体细胞中基因成对存在，染色体也是成对的。在配子中成对的基因只有一个，同样，成对的染色体也只有一条。
（3）体细胞中成对的基因一条来自父方，一条来自母方。同源染色体也是如此。
（4）非等位基因在形成配子时自由组合，非同源染色体在减数第一次分裂后期也是自由组合的。
2.摩尔根所做的果蝇杂交实验。
3.对孟德尔遗传规律的现代解释如下：
（1）基因的分离定律的实质是：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；在减数分裂形成配子的过程中，等位基因会随着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是：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；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。
四、思考与讨论（课本P28）
D d D d D d
d D d d d D D D d d d D 数裂
数数裂矮茎矮茎高茎受精高茎高茎高茎
P 配子 F F F 1 1 2
图2－2－3 五、技能训练（课本P 30）
不同的基因也许是DNA 长链上的一个个片段。