第1章遗传因子的发现

第一章遗传因子的发现章节概述本章内容的学习就是引导学生沿着人类对遗传物质的认识过程来探索遗传的奥秘，本章的重点内容有：对分离现象的解释，对自由组合现象的解释；难点内容有：对分离现象、自由组合现象的解释，孟德尔实验方法的启示。在理综卷侧重学科内综合的大范围下，遗传的基本规律可与育种、表现型和基因型的关系和减数分裂相联系，而不会单一地考查个别知识点。在江苏、上海卷中则考查的知识点比较多。今后高考命题可以根据亲代表现型（基因型）求子代基因型、表现型及比例，两对相对性状的测交实验及图解等。只有深入理解概念，减数分裂过程及遗传规律的实质，才能以不变应万变，取得高分。目标认知学习目标：1．分析孟德尔遗传实验的科学方法。2．模拟植物或动物性状分离的杂交试验。3．阐明分离定律和自由组合定律。重点：1．杂交试验技术。2．孟德尔一对（和两对）相对性状的杂交试验过程。难点：1．杂交试验技术。2．验证方法——测交。3．性状分离现象的解释。知识精讲重点知识讲解孟德尔及其豌豆杂交试验1．研究历程：（1）从1856-1871年进行了大量植物杂交试验研究；其中对豌豆(严格自花授粉/闭花授粉)差别明显的7对简单性状进行了长达8年研究，提出遗传因子假说及其分离与自由组合规律(后称Mendel’sLaws)；（2）1865年2月8日和3月8日先后两次在布尔诺自然科学会例会上宣读发表；（3）1866年整理成长达45页的《植物杂交试验》一文，发表在《布隆自然科学会志》第4卷上。2．选取豌豆做杂交实验材料的特点：豌豆是闭花、自花传粉的两性花。因此自然情况下的豌豆是纯种。豌豆花还极易去雄，便于实施人工异花授粉豆荚成熟后，子粒都留在豆荚中，便于分类记数统计。具有多对稳定的易于区分的性状（孟德尔选取了易于区分的7对相对性状）一对相对性状杂交实验1．性状分离现象——以豌豆高矮茎这一对相对性状为例孟德尔对其他6对相对性状也进行了实验，均与上述结果相近，因此提出疑问：1）为什么F1只表现出显性性状（高茎），隐性性状（矮茎）是消失了，还是隐藏了？？2）为什么F2带会发生性状分离，且比例为显：隐＝3：1？相关概念与符号表示：P——亲本；F1——子一代；F2——子二代；×——杂交；——自交；♀——母本；♂——父本性状：生物的形态、结构和生理生化等特征的总称。相对性状：同种生物同一性状的不同表现类型，如颜色有黄和绿，形状有圆和皱等。性状分离：在杂交后代中，同时出现显性性状和隐性性状的现象。显性性状和隐性性状：F1中表现出来的性状叫显性性状，F1未表现出来的叫隐性性状。杂交：杂交指基因型不同的个体之间进行的交配自交：指同一个体的雌雄配子的结合或具有相同基因型个体间的交配正交和反交：基因型不同的两种个体甲和乙杂交，如果将甲作父本，乙作母本定为正交，那么以乙作父本，甲作母本为反交。2．对性状分离现象的解释依照该假设，F2代的性状分离比为应为：高茎：矮茎=3：1，即高茎性状对应的基因型及比例为（DD+Dd），矮茎性状对应的基因型及比例为dd。如何通过实验来证明这种解释的合理性呢？相关概念：基因型：个体或细胞的特定遗传(基因)组成。如AA、Aa、aa表现型：生物体某特定基因所表现出来的性状。(可以观察到的各种形态特征、基因的化学产物、各种行为特征等，如花的颜色、血型、抗性)显性基因：在杂合状态下，能够表现其表型效应的基因，一般以大写字母表示。隐性基因：在杂合状态下，不表现其表型效应的基因，一般以小写字母表示。等位基因：在同源染色体上占据相同座位的两个不同形式的基因，一般是由突变所造成的。三者关系如下图表示3．对性状分离现象解释的验证——测交实验（1）测交：F1与隐性纯合子杂交结论：测交实验所获得的子代表现型及比例为:高茎：矮茎1:1，与预期比例相吻合。所以孟德尔的上述解释是能够解释F2性状分离现象的，是正确的4．基因分离定律的内容：（1）杂合子中，控制相对性状的等位基因具有独立性（2）形成配子时，等位基因彼此分离，进入不同配子（3）等位基因随配子独立遗传给后代5．基因分离定律的实质：F1等位基因的分离，导致F2的性状分离。6．显性的相对性（1）不完全显性F1表现介于双亲性状之间，F2表型比1：2：1，例如金鱼草的花色遗传，如下图（2）共显性双亲性状同时在F1代表现，F2表型比1：2：1，例如人类血型的遗传血型基因型红细胞上的抗原显隐性关系AIAIA、IAiAIA对i为完全显性BIBIB、IBiBIB对i为完全显性ABIAIBA、BIA与IB为共显性Oii无隐性7．基因型、表现型与环境的关系表现型是基因型和环境共同作用的结果。基因型是决定性状的内因，环境是外在条件，表现型是二者相互作用的结果。实例：同一株水毛茛植株上的叶子，水面上的成片状，水面下的成丝状。8．基因分离定律在实践中的应用（1）作物育种—选育性状优良的纯种例：纯种抗锈病小麦的选育（2）优生优育—预测后代基因型和表现型9．孟德尔植物杂交试验成功的因素：（1）选用适当的研究材料：豌豆：闭花授粉(天然纯合的纯种)；相对性状差异明显；(从22个初选性状中)选择7个单位性状正好分别位于7对同源染色体上；易于种植和进行人工授粉(杂交)操作。（2）严格的试验方法与正确的试验结果统计与分析方法：试验方法：有目的的试验设计、足够大的试验群体等统计分析方法：按系谱进行考察记载、进行归类统计并计算其类型间的比例(坚实的数理科学基础)。（3）独特的思维方式：由简到繁、先易后难，高度的抽象思维能力，“假设—推理—论证”科学思维方法的充分应用。两对相对性状的杂交实验：1．豌豆杂交中自由组合现象思考：为什么在F2代中出现了与亲本不同的表型，且各种性状的分离比为9：3：3：1呢？2．对性状自由组合现象的解释（假设）1）两对相对性状分别由两对等位基因控制2）F1产生配子时，等位基因分离，非等位基因自由组合，产生四种数量相等的配子3）受精时，4种类型的雌雄配子结合的几率相等F2中4种表现型，9中基因型分别为4）之所以出现9：3：3：1的比例可以如下表示：说明：按照上述孟德尔的假设条件，所获得的各种性状及其比例是完全符合9：3：3：1的比例的，所以只需证明F1是双杂合体的假设成立。3．对自由组合现象解释的验证——测交实验杂合体F1与隐性纯合体杂交结论：通过测交实验，所获得的F2代各种性状及其比例为黄圆：黄皱：绿圆：绿皱为1：1：1：1，证实了F1产生了比例相同的四种配子，确定为双杂合体。因此，孟德尔的假设是成立的。4．自由组合规律的内容：控制两对不同性状的两对等位基因在配子形成过程中，这一对等位基因与另一对等位基因的分离和组合互不干扰，各自自由组合到配子中去。5．基因自由组合定律的实质：1）非等位基因的分离或重组的互不干扰的2）F1非等位基因重组→F2性状重组6．孟德尔定律的应用：1）杂交育种，利用了基因自由组合定律2）优生优育，为遗传病的预测和诊断提供理论依据经典例题透析1．基因型为AaBb(两对基因分别位于非同源染色体上)的个体，在一次排卵时发现该卵细胞的基因型为Ab，则在形成该卵细胞时随之产生的极体的基因型为()A．AB、ab、abB．Ab、aB、aBC．AB、aB、abD．ab、AB、Ab考点定位：本题考查基因的自由组合定律的过程。指点迷津：依题意，AaBb两对等位基因位于不同对的同源染色体上，经减数分裂形成卵细胞的过程就是等位基因分离、非等位基因自由组合的过程。本题卵细胞的基因型为Ab，说明在减数第一次分裂非等位基因的自由组合中，A与b组合，a与B组合，形成含A与b基因的次级卵母细胞和含a与B基因的第一极体。两个细胞再进一步分裂，经减数第二次分裂姐妹染色单体分开，次级卵母细胞形成基因型为Ab的卵细胞和极体第一极体分裂形成基因型为aB的两个极体。见图Ⅰ-3-7。误区片面理解自由组合，按照思维定势，认为基因型为AaBb的个体会产生四种配子，所以选择C。不能体会一个卵原细胞的自由组合与生物个体的多个卵原细胞同时进行的自由组合在产生配子种类与数量上的差别。说明减数分裂过程是基因的分离规律与自由组合规律发生的细胞学基础。教材在减数分裂中提到的“联会的同源染色体彼此分离开来，说明染色体具有一定的独立性；同源的两个染色体各移向哪一极是随机的，这也就是说，不同对的染色体之间是自由组合的”与基因的分离规律和自由组合规律的发生实际上是指同一生理过程，只不过是从不同角度来分析和阐述的。因此，我们可以把杂合体(例如AaBb)产生配子的过程用减数分裂图形表示出来，并用等位基因表示同源染色体(如图Ⅰ-3-7)。在同源染色体分离的同时，非同源染色体表现为自由组合，除图Ⅰ-3-7表示的自由组合类型外，还可组合成图Ⅰ-3-8的形式。对于一个原始生殖细胞(精原细胞或卵原细胞)来说，不管基因型是什么，也不管有几对等位基因，在减数第一次分裂中，其组合结果只能是自由组合形式中的一种，因此，一个精原细胞只能形成两种精子(各两个)，一个卵原细胞只能形成一种卵细胞(一个)和两种极体(其中一种与卵细胞相同)。对于一个生物体来说，在生殖过程中有很多的原始生殖细胞同时进行减数分裂，非同源染色体的各种组合形式均有可能出现，并且参与减数分裂的细胞越多，各种组合方式出现的机率越接近。因此，理论上说基因型为AaBb的个体可产生四种类型的配子AB、Ab、aB、ab，比例为1∶1∶1∶1。其实际值可通过测交实验加以验证。参考答案：B2．桃果实表面光滑，对有毛为显性。现对毛桃的雌蕊授以纯合光桃的花粉，该雌蕊发育成的果实应为()A．光桃B．毛桃C．光桃的概率为1／3D.毛桃的概率为1／3考点定位：本题综合考查分离定律以及子房的发育问题。指点迷津：(1)依题意，设光滑性状受A基因控制，两亲本的基因型为：母本毛桃aa，父本光桃AA。(2)桃的果实由子房壁膨大而形成。子房壁是母本正常的体细胞，基因型为aa。因此，由毛桃雌蕊直接发育成的果实表现型为隐性性状毛桃，而与当次的授粉父本的基因无关。误区:受思维定势的作用，见到一对相对性状的遗传，即认为是看受精后的结果，忽略了植物个体发育过程中，子房发育成果实在性状表现上的滞后性。说明：(1)联系有关花的结构、双受精作用和果实形成的系列问题，归纳高等植物个体发育过程中，尤其是胚的发育过程中，各部分结构的对应关系见图Ⅰ-3-9。由图表可见，果实及其种子的发育过程，仅种子的胚和胚乳的发育与亲代父本的基因型有关。参考答案：B3．鸡的毛腿F对光腿f是显性。豌豆冠对单冠e是显性。现有一只公鸡甲与两只母鸡乙和丙，这三只鸡都是毛腿豌豆冠，用甲与乙、丙分别进行杂交，它们产生的后代性状表现如下：(1)甲×乙→毛腿豌豆冠，光腿豌豆冠(2)甲×丙→毛腿豌豆冠，毛腿单冠公鸡甲的基因型是______。A．FFEEB．FFEeC．FfEeD．FfEE考点定位：本题考查性状分离现象。指点迷津：本题可用化整为零法。由题干中给出甲、乙、丙的性状都是毛腿豌豆冠，可知公鸡甲的基因型为：F____E____，又从一对相对性状分析，毛腿×毛腿→光腿，豌豆冠×豌豆冠→单冠，推出甲的基因型一定是“双杂”。参考答案：C4．一雌蜂和一雄蜂交配产生F1代，在F1代雌雄个体交配产生的F2代中，雄蜂基因型共有AB、Ab、aB、ab四种，雌蜂的基因型共有AaBB、AaBb、aaBB、aaBb四种，则亲本的基因型是()A．aabb×ABB．AaBb×AbC．aaBB×AbD．AABB×ab考点定位：本题考查基因型的推理方式。指点迷津：本题是已知子代基因型逆推亲本的基因型。首先要了解雌蜂是由受精卵发育而来，雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来(叫孤雌生殖)，所以子代雄蜂的基因型就是亲代雌蜂产生的卵细胞的基因型；雄蜂产生配子进行的是假减数分裂，即减数第一次分裂形成的两个细胞中有一个细胞只有细胞质没有染色体。从子二代中雄蜂的基因型有AB、Ab、aB、ab四种，可知子一代中母本即子一代雌蜂能产生四种不同类型的配子，所以子一代雌蜂的基因型为AaBb，从子二代雌蜂的基因型中可知，子一代雄蜂的基因型为aB，则亲本的雌蜂只能产生aB一种配子，所以亲本雌蜂的基因型为