2024年高中生物新教材同步必修第二册 第2章　第2节　基因在染色体上

第2节基因在染色体上[学习目标]1.说出基因位于染色体上的理论依据。2.阐述基因位于染色体上的实验证据。3.说出孟德尔遗传规律的现代解释。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，即基因就在染色体上。2．依据：基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。项目基因染色体独立性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，具有相对稳定的形态结构存在方式在体细胞中基因成对存在，在配子中只有成对的基因中的一个在体细胞中染色体成对存在，在配子中只有成对的染色体中的一条来源体细胞中成对的基因一个来自父方，一个来自母方体细胞中成对的染色体(即同源染色体)一条来自父方，一条来自母方分配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Ⅰ的后期自由组合判断正误(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()(2)体细胞中基因成对存在，配子中只含1个基因()(3)雌蝗虫体细胞中的24条染色体，12条来自父方，12条来自母方()答案(1)×(2)×(3)√解析(1)萨顿利用类比推理法，推测基因位于染色体上，细胞质中的基因不位于染色体上。(2)配子中不只含有一个基因，而是含有每对基因中的一个。任务一：基因和染色体的平行关系1．根据萨顿的假说，请在图中染色体上标注基因符号，解释孟德尔一对相对性状的杂交实验(图中染色体上白色横线代表基因的位置)。提示如图所示2．基因和染色体的行为存在平行关系。从理论上支持基因在染色体上的假说，但事实是否如此呢？为什么？提示不一定；这样推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否还需要实验的验证。1．下列相关叙述错误的是()A．萨顿提出了基因位于染色体上的假说B．萨顿发现了基因与染色体行为的平行关系C．萨顿证明了基因位于染色体上D．萨顿假说的提出并没有科学的实验依据作为支撑答案C解析萨顿提出了“基因在染色体上”的假说，但并没有证明基因位于染色体上，该假说的提出在当时并没有科学的实验依据作为支撑。2．下列属于基因和染色体行为存在平行关系证据的是()A．基因有完整性和独立性，但染色体结构会发生变化，从染色体转变成染色质B．原核生物细胞中没有染色体，但有基因的存在C．成对的基因和同源染色体都是一个来自父方，一个来自母方D．基因和染色体都分布在细胞核中答案C二、基因位于染色体上的实验证据1．实验者：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培养周期短；③成本低；④易饲养；⑤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．实验现象P红眼(♀)×白眼(♂)↓F1红眼(♀、♂)↓F1雌雄交配F2eq\f(3,4)红眼(♂、♀)、eq\f(1,4)白眼(♂)(1)果蝇的红眼和白眼是一对相对性状。(2)F1全为红眼，红眼是显性性状。(3)F2中红眼∶白眼＝3∶1，符合分离定律，红眼和白眼受一对等位基因控制。(4)F2中只有雄果蝇出现白眼性状，说明果蝇眼色的表现与性别相关联。4．提出问题：白眼性状的表现为何总与性别相关联？5．作出假设，解释现象(1)假设：白眼基因(用w表示)、红眼基因(用W表示)位于X染色体上，Y染色体上无相应的等位基因。(2)解释F2♂♀eq\f(1,2)XWeq\f(1,2)Yeq\f(1,2)XWeq\f(1,4)XWXW(红眼雌性)eq\f(1,4)XWY(红眼雄性)eq\f(1,2)Xweq\f(1,4)XWXw(红眼雌性)eq\f(1,4)XwY(白眼雄性)6.验证方法——测交7．实验结论：决定果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体上，从而证明了基因在染色体上。8．基因和染色体的关系摩尔根进一步证明了：一条染色体上有许多个基因；基因在染色体上呈线性排列。判断正误(1)摩尔根的果蝇杂交实验运用了假说—演绎法()(2)性染色体只存在于生殖细胞中，常染色体只出现在体细胞中()答案(1)√(2)×解析(2)生殖细胞和体细胞中都含有常染色体和性染色体。任务二：设计实验来验证摩尔根的假说资料基因在性染色体上的分布情况及基因型的写法。1．摩尔根为何假设控制果蝇眼色的基因只位于X染色体上而不是只位于Y染色体上？提示只位于X染色体上能合理地解释实验现象，如果只位于Y染色体上，则F1中应有白眼雄果蝇出现。2．请写出验证摩尔根假说的实验的遗传图解。(1)实验一：F1红眼(雌)×白眼(雄)提示如图所示(2)实验二：F1红眼(雄)×白眼(雌)提示如图所示(3)实验三：野生红眼(雄)×白眼(雌)提示如图所示3．经过验证：若基因只在X染色体上，以上三个实验的预期结果均与实验结果一致。以上实验是否能够证明“Y染色体不含有眼色基因”呢？请给出你的理由。提示能证明，如果X和Y染色体上都含有眼色基因，野生红眼雄果蝇的基因型应为XWYW，根据实验三的推测，其结果应为子代全是红眼果蝇，无白眼果蝇，这与实验结果不一致。3．果蝇作为遗传实验材料的优点不包括()A．有易于区分的相对性状B．繁殖快，后代数量多C．取材容易，便于饲养D．自然状态下都是纯种答案D解析果蝇在自然状态下不一定都是纯种，D符合题意。4．摩尔根研究果蝇的眼色遗传实验过程如图所示。下列叙述中错误的是()A．果蝇的眼色遗传遵循分离定律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．F2的红眼雌果蝇中纯合子占1/2D．选用自然界中的红眼雄果蝇与白眼雌果蝇进行实验不可以确定基因所在位置答案D解析根据F2的性状分离比为3∶1可知，果蝇的眼色受一对等位基因控制，其遗传遵循分离定律，A正确；亲本基因型分别为XWXW、XwY，F1红眼雌、雄果蝇的基因型分别为XWXw、XWY，F2的基因型为XWXW、XWXw、XWY、XwY，F2的红眼雌果蝇中纯合子(XWXW)占1/2，C正确；选用自然界中的红眼雄果蝇与白眼雌果蝇进行实验可以确定基因所在位置，D错误。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。判断正误(1)一对同源染色体上的两个A基因属于等位基因()(2)基因的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()(3)非等位基因随非同源染色体的自由组合而组合，说明核基因和染色体行为存在平行关系()答案(1)×(2)×(3)√解析(1)一对同源染色体上的两个A基因属于同一种基因。(2)基因的分离定律的实质是等位基因随同源染色体的分开而分离。任务三：基因自由组合定律的实质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A与a、B与b、C与c。(2)图中非等位基因有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4种配子，分别是ABC、ABc、abC、abc。关于基因分离定律和自由组合定律的几点说明(1)同源染色体上等位基因的分离与非同源染色体上的非等位基因间的自由组合同时进行，都发生在减数分裂Ⅰ后期。(2)同源染色体上每对等位基因的遗传均遵循基因的分离定律。(3)减数分裂时自由组合的是非同源染色体上的非等位基因(即两对等位基因必须位于两对同源染色体上)，而不是所有的非等位基因，因为同源染色体上的非等位基因的遗传不遵循自由组合定律。(4)真核生物的细胞核基因位于染色体上，细胞质基因位于叶绿体和线粒体的DNA上；真核生物细胞质中的基因与原核生物中的基因在遗传过程中均不遵循孟德尔的两个遗传规律。5．某植物体细胞内三对基因在染色体上的位置情况如图所示，三对基因分别单独控制不同的相对性状。下列叙述正确的是()A．图中A、a和B、b的遗传遵循基因的自由组合定律B．基因型为AaBb的个体自交后代会出现4种表型，比例为9∶3∶3∶1C．如果基因型为AaBb的个体在产生配子时没有发生染色体互换，则它可产生4种配子D．三对基因的遗传均遵循基因的分离定律答案D解析图中A和B、a和b基因位于一对同源染色体上，不遵循基因的自由组合定律，因此AaBb的个体自交后代不会出现9∶3∶3∶1的性状分离比，A、B错误；图中A和B、a和b基因位于一对同源染色体上，如果基因型为AaBb的个体在产生配子时没有发生染色体互换，则它可产生AB和ab2种配子，C错误；据题意可知，三对等位基因分别单独控制不同的相对性状，三对等位基因的遗传均遵循基因的分离定律，D正确。6．现有纯种果蝇品系①～④，其中品系①的性状均为显性，品系②～④均只有一种性状是隐性，其他性状都是显性。这四个品系的隐性性状及控制隐性性状的基因所在的染色体如表所示，若要验证基因的自由组合定律，可选择交配的品系组合为()品系①②③④隐性性状均为显性残翅黑身紫红眼基因所在染色体Ⅱ、ⅢⅡⅡⅢA.①×④B．①×②C．②×③D．②×④答案D解析验证自由组合定律时，注意控制两对相对性状的基因应位于两对同源染色体上，分析题表可知，可选择品系②和品系④或品系③和品系④杂交，D正确。题组一萨顿的假说1．(2022·江西赣州高一期中)下列不属于萨顿假说中对基因与染色体关系的叙述的是()A．体细胞中基因成对存在，染色体也是成对存在的B．基因在杂交过程中保持完整性和独立性，染色体在形成配子和受精过程中，具有相对稳定的形态结构C．基因在染色体上呈线性排列D．体细胞中成对的基因一个来自父方，一个来自母方，同源染色体也是如此答案C2．如图表示孟德尔一对相对性状的杂交实验(图中染色体上的横线表示基因的位置)，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，等位基因会随着同源染色体的分开而分离答案A解析该图表示了染色体上的基因在亲代和子代之间的传递情况，但不能说明染色体是基因的主要载体。题组二基因位于染色体上的实验证据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．摩尔根发现的问题是F2中的白眼果蝇为什么都是雄性C．摩尔根提出的假说是白眼基因只位于X染色体上D．F2中的红眼雌果蝇的基因型只有XWXW答案D解析F2中红眼雌果蝇的基因型有XWXW和XWXw，D错误。4．摩尔根用一只白眼突变体的雄性果蝇进行一系列杂交实验后，证明了基因位于染色体上。其杂交实验过程中，最快获得白眼雌果蝇的途径是()A．亲本白眼雄果蝇×亲本雌果蝇B．亲本白眼雄果蝇×F1雌果蝇C．F2白眼雄果蝇×F1雌果蝇D．F2白眼雄果蝇×F2雌果蝇答案B解析白眼为隐性性状，且控制该性状的基因位于X染色体上；雌果蝇要表现白眼性状，必须用白眼雄果蝇和带有白眼基因的雌果蝇杂交。亲本雌果蝇不携带白眼基因，A不符合题意；F1雌果蝇携带白眼基因，与亲本白眼雄果蝇交配能得到白眼雌果蝇，B符合题意；选用F2杂交花费时间较长，C、D不符合题意。5．如图表示果蝇某一条染色体上的几个基因，下列相关说法错误的是()A．果蝇细胞内基因数目要远远多于染色体数目B．基因在染色体上呈线性排列C．黄身基因与白眼基因的遗传不遵循自由组合定律D．细胞内的基因都在染色体上答案D解析一条染色体上有多个基因，所以果蝇细胞内基因数目要远远多于染色体数目，A正确；黄身基因与白眼基因位于同一条染色体上，因此它们的遗传不遵循自由组合定律，C正确；果蝇细胞核内的基因位于染色体上，细胞质内的基因位于线粒体DNA中，D错误。6．(2023·广东江门高一检测)现代分子生物学技术能够用特定的分子，与染色体上的某一个基因结合，这个分子又能被带有荧光标记的物质识别，通过荧光显示基因在染色体上的位置。如图是通过荧光显示基因在染色体上位置的照片，下列关于该图的说法错误的是()A．此图中一共有四条染色单体B．图中甲、乙是一对同源染色体C．相同位置上有4个荧光点，说明这4个基因是相同基因D．该图是证明基因在染色体上的最直接的证据答案C解析相同位置上有4个荧光点，其中姐妹染色单体上是相同基因，非姐妹染色单体上可能是等位基因也可能是相同基因，C错误。题组三孟德尔遗传规律的现代解释7．下列关于孟德尔遗传规律的现代解释的说法，错误的是()A．等位基因位于一对同源染色体上，总是成对存在B．减数分裂过程中，等位基因随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中C．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D．非同源染色体上的非等位基因彼此分离的同时，同源染色体上的等位基因自由组合答案D解析在减数分裂过程中，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，D错误。8.如图为某生物细胞中2对同源染色体上4对等位基因的分布情况。下列不遵循基因自由组合定律的是()答案A解析根据基因的自由组合定律可知，一个细胞中同源染色体上的等位基因彼此分离，非同源染色体上的非等位基因则自由组合，故图中的A、a与D、d以及B、b与C、c不遵循基因的自由组合定律，故A符合题意。9．(2020·全国Ⅰ，5)已知果蝇的长翅和截翅由一对等位基因控制。多只长翅果蝇进行单对交配(每个瓶中有1只雌果蝇和1只雄果蝇)，子代果蝇中长翅∶截翅＝3∶1。据此无法判断的是()A．长翅是显性性状还是隐性性状B．亲代雌蝇是杂合子还是纯合子C．该等位基因位于常染色体还是X染色体上D．该等位基因在雌蝇体细胞中是否成对存在答案C解析具有相同性状的两亲本杂交，子代中新出现的性状为隐性性状，多只长翅果蝇进行单对交配，子代果蝇中长翅∶截翅＝3∶1，说明子代中新出现的截翅为隐性性状，所以可判断长翅是显性性状，截翅是隐性性状，A项可以判断；假设长翅受A基因控制，截翅受a基因控制，若该对等位基因位于常染色体上，则亲代雌、雄果蝇的基因型均为Aa时，子代果蝇可以出现长翅∶截翅＝3∶1；若该对等位基因位于X染色体上，则亲代雌果蝇的基因型为XAXa、雄果蝇的基因型为XAY时，子代果蝇也可以出现长翅∶截翅＝3∶1，所以无法判断该对等位基因位于常染色体还是X染色体上，C项无法判断；不论该对等位基因位于常染色体上还是位于X染色体上，亲代雌蝇都是杂合子，该等位基因在雌蝇体细胞中都成对存在，B、D项可以判断。10．(2023·广西梧州高一检测)摩尔根在果蝇杂交实验中发现了伴性遗传，在果蝇野生型个体与白眼突变体杂交实验中，最早判断白眼基因可能位于X染色体上的最关键实验结果是()A．白眼突变体与野生型个体杂交，F1全部表现为野生型，雌、雄比例为1∶1B．F1自由交配，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，且雌雄中野生型与白眼的比例均为1∶1D．白眼雌性与野生型雄性杂交，后代白眼全部为雄性，野生型全部为雌性答案B解析白眼突变体与野生型个体杂交，F1全部表现为野生型，则白眼基因为隐性，可能位于常染色体上，也可能位于X染色体上，A不符合题意；摩尔根的果蝇杂交实验中，F1均表现为野生型，F1自由交配，后代白眼全部是雄性，摩尔根据此提出白眼基因可能位于X染色体上，B符合题意；F1雌性果蝇为杂合子，其与白眼雄性杂交，后代雌雄中的表型及其比例相同，则不能判断白眼基因是否位于X染色体上，C不符合题意；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，属于摩尔根果蝇实验中的验证实验，D不符合题意。11．果蝇中，直翅(A)对弯翅(a)为显性，此对等位基因位于常染色体上；红眼(B)对白眼(b)为显性，此对等位基因位于X染色体上。现有一只纯合直翅白眼雌果蝇和一只纯合弯翅红眼雄果蝇杂交，下列叙述不正确的是()A．F1全是直翅，雌性全是红眼，雄性全是白眼B．F2中的雌雄果蝇各有一半是白眼C．F2中的雌雄果蝇各有一半是纯合子D．F2雄果蝇中的红眼基因和白眼基因均来自F1中的母方答案C解析果蝇的两对性状受两对等位基因控制，分别位于常染色体上和X染色体上，其遗传遵循基因的自由组合定律。两亲本果蝇相应的基因型为AAXbXb和aaXBY，所以F1中雌性个体基因型为AaXBXb，全为直翅红眼，雄性个体基因型为AaXbY，全为直翅白眼，A正确；F1雌、雄果蝇自由交配，F2只考虑眼色时，雌果蝇的基因型为XBXb或XbXb，各占eq\f(1,2)，雄果蝇的基因型为XBY或XbY，各占eq\f(1,2)，F2只考虑翅的形状时，纯合子占eq\f(1,2)，杂合子占eq\f(1,2)，故F2中雌性纯合子占eq\f(1,2)×eq\f(1,2)＝eq\f(1,4)，雄性纯合子占eq\f(1,2)，B正确，C错误；F2只考虑眼色基因时，雄果蝇的基因型为XBY和XbY，Y染色体由父方提供，X染色体由母方提供，眼色基因位于X染色体上，因此，F2雄果蝇的眼色基因均来自F1中的母方，D正确。12．果蝇的眼色由一对等位基因(A、a)控制，在纯种暗红眼(♀)和纯种朱红眼(♂)的正交实验中，F1只有暗红眼；在纯种暗红眼(♂)和纯种朱红眼(♀)的反交实验中，F1雌性全为暗红眼，雄性全为朱红眼。则下列说法错误的是()A．这对基因位于X染色体上，显性性状为暗红眼B．通过正交、反交实验可以确定控制果蝇眼色的基因是在性染色体上还是在常染色体上C．正、反交的子代中，雌性果蝇的基因型都是XAXaD．反交实验中，F1雌雄个体交配，子代雄性果蝇中暗红眼和朱红眼的比例为3∶1答案D解析根据正交实验的结果可知，暗红眼为显性性状，结合反交实验的结果(雌性全为暗红眼，雄性全为朱红眼)可知，这对基因位于X染色体上，A正确；根据前面的分析可知，正交：纯种暗红眼(XAXA)×纯种朱红眼(XaY)→F1暗红眼(XAXa)、暗红眼(XAY)，反交：纯种暗红眼(XAY)×纯种朱红眼(XaXa)→F1暗红眼(XAXa)、朱红眼(XaY)，C正确；让反交实验的F1雌雄个体交配，即暗红眼(XAXa)×朱红眼(XaY)，子代雄性果蝇的表型及比例是暗红眼(XAY)∶朱红眼(XaY)＝1∶1，D错误。13．果蝇是常用的遗传学研究的实验材料，如图左侧为果蝇体细胞内染色体组成示意图，右侧是X、Y染色体放大图。请据图回答下列问题：(1)此图所示果蝇的性别是________，该细胞中有______对同源染色体，生物学家摩尔根以果蝇为实验材料，运用____________法(研究方法)，将白眼基因与图中______染色体联系起来，证明了基因位于染色体上。(2)若一对等位基因(A、a)位于1、2号染色体上，则这个群体中关于该等位基因有______种基因型；若一对等位基因位于X、Y染色体的同源区段Ⅱ上，则这个群体中雄性个体关于该等位基因有______种基因型。(3)若B、b仅位于X染色体上，分别控制果蝇眼睛的红色和白色，A、a分别控制果蝇翅的长翅和短翅，则短翅白眼雄果蝇的基因型是____________，其减数分裂产生的配子是____________，在产生配子时，遵循的遗传规律是_____________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)雄性4假说—演绎X(2)34(3)aaXbYaXb和aY基因的分离定律和自由组合定律解析(1)题图中的果蝇性染色体组成为XY，为雄果蝇，该细胞中有4对同源染色体。摩尔根以果蝇为实验材料，运用假说—演绎法将白眼基因与题图中X染色体联系起来，证明了基因位于染色体上。(2)1、2号染色体为同源染色体，形成配子时分离，若等位基因(A、a)位于1、2号染色体上，则这个群体中关于该等位基因有3种基因型，分别为AA、Aa、aa；若一对等位基因位于X、Y染色体的同源区段Ⅱ上，设该等位基因用M、m表示，则这个群体中雄果蝇关于该等位基因的基因型有XMYM、XMYm、XmYM、XmYm4种。(3)若B、b仅位于X染色体上，分别控制果蝇眼睛的红色和白色，A、a分别控制果蝇翅的长翅和短翅，则短翅白眼雄果蝇是双隐性纯合子，基因型为aaXbY，其减数分裂产生的配子是aXb和aY，在产生配子时，同源染色体上的等位基因分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合，遵循的遗传规律是基因的分离定律和自由组合定律。14．摩尔根偶然在一群红眼果蝇中发现了一只白眼(a)雄果蝇。于是摩尔根用这只白眼雄果蝇与群体中的红眼雌果蝇交配，结果F1全为红眼。然后他让F1雌雄果蝇相互交配。F2中，雌果蝇全为红眼，雄果蝇既有红眼，又有白眼，且F2中红眼果蝇数量约占eq\f(3,4)。请回答下列问题：(1)萨顿提出“控制生物性状的基因位于染色体上”的假说，其依据是基因和染色体的行为存在着明显的______________。(2)当时摩尔根之所以选用果蝇为实验材料，是因为果蝇_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(写出两条)。(3)摩尔根等人根据其他科学家的研究成果提出了控制果蝇白眼的基因只位于X染色体上的假设(假设