第2章 基因和染色体的关系.docx
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第2章基因和染色体的关系
第二章基因和染色体的关系
章节概述
在孟德尔的遗传规律被重新发现以后，科学家迫切地寻找基因在哪里。
细胞学的研究揭示了精子和卵子的形成要经过减数分裂，在此过程中，染色体的行为与基因的行为具有惊人的一致性，由此，科学家提出了基因位于染色体上的假说。
《基因在染色体上》一节属于教材新添内容，出题（选择题）的可能性较大。
可以从基因和染色体在细胞分裂中的平行关系，基因在染色体上的排列与教材后设内容相联系，如从基因、DNA、染色体、性状的关系，及对孟德尔遗传规律的再认识等方面出题。
关于减数分裂部分，今后考试中将与遗传、变异等内容相联系，进行学科内知识点的综合，考查学生对整个教材的把握，从细胞水平、分子水平对生命现象进行阐述和理解。
目标认知
学习目标
1．阐明细胞的减数分裂。
2．举例说明配子的形成过程和受精过程。
3．说出基因位于染色体上的实验证据。
4．概述伴性遗传。
重点
1．减数分裂的概念及精子的形成过程。
2．运用类比推理的方法，解释基因位于染色体上。
难点
1．模拟减数分裂过程中染色体的变化。
2．比较精子和卵细胞形成过程的异同。
3．分析人类红绿色盲症的遗传。
知识精讲
重点知识讲解
减数分裂的过程
以哺乳动物的精子形成为例（图示说明）
1．精子形成的场所：
睾丸的曲细精管
2．母细胞：
精原细胞
3．减数分裂特点：
细胞连续分裂二次，而染色体在整个分裂过程中只复制一次
4．减数分裂的过程：
注意识别几种处于减数分裂特定时期的细胞形态
4．结果：
新产生的生殖细胞中的染色体数目，比原始的生殖细胞减少了一半。
5．减数分裂和受精作用的意义：
（1）使生物不同世代染色体数目和遗传性状保持相对恒定。
（2）为生物变异提供了来源，有利于生物对环境的适应和进化。
不考虑交叉互换，男性产生的配子类型为223，女性产生的配子类型为223
相关概念
同源染色体：
配对的两条染色体，性状大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方。
联会：
同源染色体两两配对的现象。
四分体：
联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，称为四分体。
染色体、DNA和染色单体数目变化及图像
减数第一次分裂
减数第二次分裂
时期
间期
前期
中期
后期
末期（前期）
中期
后期
末期
染色体
2N
2N
2N
2N
N
N
2N
N
DNA
2N-4N
4N
4N
4N
2N
2N
2N
N
染色单体
0-4N
4N
4N
4N
2N
2N
0
0
染色体、DNA数量变化曲线
精子与卵细胞形成的异同点
比较项目
不同点
相同点
精子的形成
卵细胞的形成
染色体复制
复制一次
第一次分裂
一个初级精母细胞（2n）产生两个大小相同的次级精母细胞（n）
一个初级卵母细胞（2n）（细胞质不均等分裂）产生一个次级卵母细胞（n）和一个第一极体（n）
同源染色体联会，形成四分体，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，细胞质分裂，子细胞染色体数目减半
第二次分裂
两个次级精母细胞形成四个同样大小的精细胞（n）
一个次级卵母细胞（细胞质不均等分裂）形成一个大的卵细胞（n）和一个小的第二极体。
第一极体分裂（均等）成两个第二极体
着丝点分裂，姐妹染色单体分开，分别移向两极，细胞质分裂，子细胞染色体数目不变
有无变形
精细胞变形形成精子
无变形
分裂结果
产生四个有功能的精子（n）
只产生一个有功能的卵细胞（n）
精子和卵细胞中染色体数目均减半
减数分裂与有丝分裂异同
项目
有丝分裂
减数分裂
不同点
母细胞
体细胞
性原细胞
分裂次数
一次
两次
过程
前期：
染色体散乱分布在细胞中央，有同源染色体
中期：
染色体的着丝点有规律地排列在细胞中央，有同源染色体
后期：
染色体的着丝点分裂，姐妹染色单体分开，有同源染色体
前期：
减一：
同源染色体联会，出现四分体，有交叉互换现象；
减二：
染色体散乱分布，无同源染色体
中期：
减一：
四分体排列在赤道板的两侧
减二：
与有丝分裂相同，但无同源染色体
后期：
第一次分裂：
四分体分开，移向两极
第二次分裂：
与有丝分裂相同，但无同源染色体
同源染色体行为
有同源染色体，但无联会，无四分体
有同源染色体，前期出现联会行为，形成四分体，部分还有非姐妹染色单体的交叉互换
非同源染色体行为
无自由组合
有自由组合
子细胞数目
2个
雄性4精子，雌性3个卵细胞+1个极体
子细胞染色体数
和亲代细胞相同
比亲代细胞减少一半
子细胞类型
体细胞
精子或卵细胞
子细胞间遗传物质
几乎相同
不一定相同
相同点
都有纺锤体的出现；染色体都只复制一次
受精作用
指卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程，受精卵核内的染色体由精子和卵细胞各提供一半，但细胞质几乎全部是由卵细胞提供，因此后代某些性状更像母方。
通过减数分裂和受精作用，保证了进行有性生殖的生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，从而保证了遗传的稳定和物种的稳定；在减数分裂中，发生了非同源染色体的自由组合和非姐妹染色单体的交叉互换，增加了配子的多样性，加上受精时卵细胞和精子结合的随机性，使后代呈现多样性，有利于生物的进化，体现了有性生殖的优越性。
实质：
精子细胞核与卵细胞核融合，精子细胞核内的n挑染色体与卵细胞内的n挑染色体合在一起形成具有2n条染色体的受精卵细胞核。
下图讲解受精作用的过程，强调受精作用是精子的细胞核和卵细胞的细胞核结合，受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞的数目。
基因位于染色体上的实验证据
果蝇杂交实验分析：
结论：
一条染色体上一般含有多个基因，且这多个基因在染色体上呈线性排列。
伴性遗传
1.概念：
基因位于性染色体上，故遗传上总是和性别相关联，这种现象叫做伴性遗传。
高中阶段主要学习普遍存在的性别决定类型，XY型和ZW型。
人类红绿色盲症（伴X染色体隐性遗传病）特点：
⑴男性患者多于女性患者。
⑵交叉遗传。
即男性→女性→男性。
⑶一般为隔代遗传。
抗维生素D佝偻病（伴X染色体显性遗传病）位于X染色体上的基因，有隐性基因，也有显性基因。
如抗维生素D佝偻病就是一种受X染色体上显性基因（D）控制的遗传病。
其特点是：
⑴女性患者多于男性患者。
⑵代代相传。
有关人的抗维生素D佝偻病的基因型和表现型。
女性
男性
基因型
XDXD
XDXd
XdXd
XDY
XdY
表现型
抗维生素D
佝偻病患者
抗维生素D佝偻病患者
正常
抗维生素D
佝偻病患者
正常
2.伴性遗传在生产实践中的应用：
在实践中，利用伴性遗传规律，可以判断某些致病基因的来源，根据亲代性状推断子代的性别，及推算后代的患病概率，进行遗传和优生指导。
性别决定类型
1．XY型
XY型性别决定是所有哺乳类动物、多数雌雄异株植物、昆虫、某些鱼类和两栖类动物的性别决定方式，此方式中性染色体组成为XX的个体是雌性、为XY的个体是雄性。
由于雌性个体只能产生性染色体为X的卵细胞，雄性个体可以产生含X或Y的精子，因而后代的性别取决于卵细胞（X）与什么的精子（含X或Y）受精。
雄性（♂）有1对异型性染色体XY
雌性（♀）有1对同型性染色体XX
2．ZW型性别决定
与XY型相反，雌性个体的性染色体组成为ZW、雄性个体的性染色体组成为ZZ，此时，雄性个体产生的精子的性染色体只有一种——含Z染色体，雌性个体可以产生含Z或W的两种卵子，因而后代的性别取决于精子（Z）与什么样的卵细胞（含Z，还是含W）结合。
这种方式普遍存在于鳞翅目昆虫、两栖类、爬行类和鸟类之中。
雄性（♂）有1对同型性染色体ZZ
雌性（♀）有1对异型性染色体ZW
3．昆虫XO型
蝗虫、蟑螂等的性别决定为XO型，雄性只有一个X性染色体而没有Y染色体，所以形成带X和不带X的两种精子，雌性有一对X染色体形成一种带X的卵细胞，受精后的XX合于发育为雌性，XO合子发育为雄性，它们的理论比例是1：
1。
这种性别决定叫XO型性别决定，它可以看作是XY型的一种变种。
4．二倍体-单倍体类型
这是在蜜蜂、蚂蚁等膜翅目昆虫中常见的性别决定方式。
如雌蜂由受精卵发育产生，染色体数2n＝32；雄蜂由未受精的卵孤雌生殖发育而成，只有单倍体n=16的染色体数。
也就是说雄配子形成过程是由初级精母细胞进行一次有丝分裂，形成的两个子细胞，一个是单倍体n的精子，另一个退化。
由于营养条件的差异决定雌峰发育为可育的蜂皇或不育的工蜂。
经典例题透析
1．一动物精原细胞在进行减数分裂过程中形成了4个四分体，则次级精母细胞中期染色体、染色单体和DNA分子数依次是（）
A．4、8、8 B．2、4、8 C．8、16、16 D．8、0、8
考点定位：
本题考查减数分裂过程中染色体和DNA的数量变化。
指点迷津：
①一个四分体含一对同源染色体4条染单体、4个DNA分子。
那么4个四分体的动物的体细胞和精原细胞的染色体为4对共8条染色体。
由精原细胞形成初级精母细胞含染色体4对8条、含染色单体是16条、含DNA分子16个。
②因初级精母细胞形成2个次级精母细胞的过程中，同源染色体分离，着丝点不分裂，染色体和DNA分子数目都减半，所以形成次级精母细胞（前、中期）的染色体为4条，染色单体为8条，DNA分子数为8个。
③处于减数分裂第二次分裂后期和末期的次级精母细胞，因着丝点分裂，所以染色体数目加倍为8，染色单体消失为0，DNA分子数不变，仍为8。
结果形成的每个精细胞中有4条染色体和4个DNA分子。
参考答案：
A
2．下列关于减数分裂和有丝分裂共同点的描述，正确的是（）
①染色体复制一次②染色体和DNA均等分配③细胞质和核物质均等分配④同源染色体分开
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
考点定位：
考查减数分裂和有丝分裂共同点。
指点迷津：
①减数分裂和有丝分裂的过程中，染色体和DNA都复制一次。
②有丝分裂过程中染色体和DNA分子都平均分配到2个子细胞中；减数分裂第一次分裂，同源染色体分开，染色体和DNA分子数目减半；第二次分裂类似有丝分裂，也发生了均等分配。
③有丝分裂过程中，细胞质均等分裂，所以形成的2个子细胞大小一样；减数分裂有2种情况，精原细胞的细胞质进行2次均等分裂形成4个精子细胞；卵细胞进行2次不均等分裂形成3个极体和一个卵细胞。
④有丝分裂无同源染色体分开。
参考答案：
A
3．经减数分裂产生的配子，同时含有3个父方（或母方）染色体的配子占多少（）
A．1/2 B．1/4 C．1/8 D．1/16
考点定位：
考查减数第一次分裂中染色体的行为。
指点迷津：
该题的关键是要知道在减数分裂第一次分裂中：
同源染色体分离，非同源染色体自由组合。
任何一条染色体经减数分裂进入指定配子的可能性均为1/2，让3条指定的染色体同时进入一个指定的配子的可能性均为（1/2）3。
就像将3枚硬币同时抛向空中，落地时正面（或反面）同时朝上（或朝下）的可能性为1／8一个道理。
还可以用另外一个方法解释此类题目：
根据题意知道A和A′、B和B′、C和C′为3对同源染色体，在减数分裂形成配子的过程中，同源染色体分离，即A和A′、B和B′、C和C′互相分离，同时非同源染色体自由组合，形成8种配子，每种类型各占1／8，如下图所示，用分枝法写出。
参考答案：
C
4．下图是同一种生物体内，有关细胞分裂的一组图像。
下列与此有关的几种说法中，不正确的是（）
A．中心法则所表示的生命活动内容主要是在图⑤所示的时期进行的
B．可遗传的变异来源之一的基因重组的发生与图①有关而与图③无直接关系
C．在图②示细胞分裂方式，在其间期发生的基因突变传递给下一代的可能性要比图③所示的大得多
D.在雄性动物体内，同时具备上述5个图所示细胞分裂时期的器官是睾丸而不是肝脏
考点定位：
本题综合考查细胞有丝分裂与减数分裂。
指点迷津：
图中①为动物细胞有丝分裂后期；②为减数分裂第一次分裂中期；③有丝分裂中期；④为减数分裂第二次分裂后期；⑤细胞分裂间期。
中心法则的主要内容包括DNA的复制及转录和翻译，这些过程主要是在细胞分裂间期进行的，因为当染色质细丝高度螺旋化缩短变粗而成为染色体时，就难以进行转录和翻译了。
可遗传的变异有3个来源，基因重组发生在减数分裂第一次分裂，即只有在有性生殖过程中才会发生基因重组；染色体变异在减数分裂和有丝分裂过程中均有可能发生，但在无丝分裂和细菌的分裂生殖过程中不会发生染色体变异，因为在无丝分裂过程中不形成染色体，在细菌和蓝藻等原核生物体内无染色体。
基因突变是最为普遍和最为重要的一种变异来源，只要进行复制就有可能发生基因突变。
对多细胞生物体而言，体细胞发生的基因突变传给下一代的可能性远小于原始生殖细胞发生的基因突变。
在高等植物体内能同时进行减数分裂和有丝分裂的器官是花，严格地说是花中的花药和子房；在高等动物体内能同时进行减数分裂和有丝分裂的器官是生殖器官（睾丸和卵巢）其他的器官只能进行有丝分裂而不能进行减数分裂。
参考答案：
B
5．下图次级卵母细胞继续分裂过程中染色体平均分配的示意图是（）
考点定位：
本题主要考查学生对卵原细胞和精原细胞在减数分裂过程中染色体行为和数量变化过程的掌握和理解程度。
指点迷津：
题中图A是卵原细胞在减数分裂第一次分裂过程中处于后期的初级卵母细胞图，判断依据是每个四分体中的同源染色体已彼此分开，开始分别移向细胞两极，但细胞质的分配是不平均的；图B是减数分裂第二次分裂后期的次级卵母细胞图，判断依据是着丝点已分裂，染色单体彼此分裂，这种特点只有两种可能，一是有丝分裂后期，二是减数分裂第二次分裂后期，但该图中已不存在同源染色体，所以只有第二种可能性；图C是精原细胞在减数分裂第一次分裂后期的初级精母细胞图，判断依据是同源染色体已彼此分裂，正在移向细胞两极，但细胞质的分配是平均的；图D有两种可能，一种可能是精原细胞进行减数分裂第二次分裂后期图，第二种可能是卵原细胞减数分裂过程中第一极体的分裂后期图。
参考答案：
B
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