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第1章遗传因子的发现

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八年基因在哪里？悠悠百年，寻寻觅觅。怀疑、争论、推理......最终是观察和实验，探明它神秘的踪迹！

第一节：减数分裂和受精作用

一 问题探讨答案

1.配子的染色体与体细胞的染色体的区别在于：

（1）配子中的染色体数目是体细胞中的一半；

（2）配子的染色体是由体细胞的每对同源染色体中的一条组合而成的。

2.略。

二 旁栏思考题

1.如果配子也是通过有丝分裂形成的，那么配子中的染色体数目和体细胞中的将是一致的。

2.初级精母细胞两极的这两组染色体，非同源染色体之间是自由组合的。

3.在减数分裂I中出现了同源染色体联会、四分体形成、非姐妹染色单体间的互换、同源染色体分离等行为，使细胞两极各有一整套非同源染色体，从而使形成的次级精母细胞中的染色体数目比初级精母细胞的减少一半。

上述过程可使配子中的染色体数目减半。再通过卵细胞和精子结合成受精卵的受精作用，保证了每种生物前后代染色体数目的恒定，维持了生物遗传的稳定性。上述过程还可以使通过减数分裂产生的配子种类多样化，从而增加了生物遗传的多样性，有利于生物适应多变的自然环境，有利于生物的进化。

4.精细胞的变形是指由精细胞变为精子的过程，其中细胞核变成精子头部的主要部分，高尔基体发育为头部的顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体集中在尾的基部形成线粒体鞘。变形后的精子具备了游向卵细胞并进行受精作用的能力。

3三.探究与实践

（1）当你的目光聚焦在显微镜视野中的一个细胞时，你怎样判断它处于减数分裂的哪个时期？

答案：根据细胞中染色体的形态、位置和数目来判断。例如，在减数分裂I中，先后出现同源染色体联会、四分体形成、各对同源染色体排列在细胞中央的赤道板两侧、同源染色体分离、移向细胞两极的染色体分别由两条姐妹染色单体组成等现象。减数分裂Ⅱ中期，非同源染色体的着丝粒排列在细胞中央的赤道板处，移向细胞两极的染色体不含染色单体。另外，在蝗虫精母细胞减数分裂的过程中，处于减数分裂I的细胞要明显多于处于减数分裂Ⅱ的细胞。

（2）减数分裂I与减数分裂Ⅱ相比，中期细胞中染色体的不同点是什么？末期呢？

答案：减数分裂l中期的两条同源染色体分别排列在细胞中央的赤道板两侧，末期细胞两极的染色体由一整套非同源染色体组成，其数目是体细胞染色体数目的一半，每条染色体均由两条姐妹染色单体构成。减数分裂Ⅱ中期，非同源染色体的着丝粒排列在细胞中央的赤道板处，未期细胞两极的染色体不含染色单体。

（3）你是通过比较同一时刻不同细胞的染色体特点，来推测一个精母细胞在不同分裂时期的染色体变化的。这一做法能够成立的逻辑前提是什么？

答案：同一生物的细胞所含遗传物质相同，增殖过程相同，同一时刻不同细胞可能处于细胞周期的不同阶段。因此，可以通过观察多个精母细胞的减数分裂，推测一个精母细胞在减数分裂过程中染色体的连续变化。

在低倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂装片。识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞。先在低倍镜下依次找到减数分裂I和减数分裂Ⅱ不同时期的细胞，再在高倍镜下仔细观察染色体的形态、位置和数目。

四.练习和应用答案

概念检测

1.（1）x（2）V

2.B

3.C

4.（1）这个细胞正在进行减数分裂。因为细胞中出现了四分体。

（2）细胞中有4条染色体，8条染色单体。

（3）细胞中有2对同源染色体。其中染色体A与C、A与D、B与C、B与D是非同源染色体。

（4）细胞中a与a'、b与b'、c与c'、d与d'是姐妹染色单体。

（5）这个细胞在分裂完成后，子细胞中有2条染色体。

（6）参见教材图2-2。

拓展应用答案

1.根据细胞大小，染色体的形态、位置和数目判断细胞处于减数分裂的哪个时期。

2.提示：不一定。若减数分裂过程中发生异常情况，比如减数分裂I时联会的同源染色体，有一对或几对没有分别移向细胞的两极，而是集中到一个次级精（卵）母细胞中，再经过减数分裂Ⅱ形成的精子或卵细胞中的染色体数目，就会比正常的多一条或几条染色体。再例如，在减数分裂过程（无论减数分裂I还是减数分裂Ⅱ）中，染色体已移向细胞的两极，但因某种原因细胞未分裂成两个子细胞，这样就可能出现精子或卵细胞中染色体数目加倍的现象。

如果出现上述现象，受精卵中的染色体数目就会出现异常，由该受精卵发育成的个体细胞中的染色体数目也不正常。由于染色体是遗传物质的载体，生物体的性状又是由遗传物质控制的，那么当该个体的遗传物质出现异常时，该个体的性状也是异常的。例如，人的唐氏综合征，又称21三体综合征）患者，就是由含有24条染色体（其中21号染色体是两条）的精子或卵细胞与正常的卵细胞或精子结合后发育成的。

第二节 基因在染色体上

答案和提示

（一）问题探讨

1.因为基因位于染色体上，要测定某个基因的序列，首先要知道该基因位于哪条染色体上。如果要测定人类基因组的基因序列，就要知道包含人类基因组的全部染色体组由哪些染色体组成。

2.人有22对常染色体和1对性染色体。在常染色体中，每对同源染色体的形态、大小相同，结构相似，上面分布的基因是相同的或者是等位基因，所以只对其中1条进行测序就可以了；而性染色体X和Y的差别很大，基因也大为不同，所以两条性染色体都需要测序，因此人类基因组计划测定了22条常染色体和两条性染色体X和Y，共24条。如果测定46条染色体，耗资巨大，工作量会增加一倍，但得到的绝大多数基因序列都是重复的。

（二）思考讨论1

提示：假定控制高茎的显性基因用D表示，控制矮茎的隐性基因用d表示，分别标注在染色体上的横线旁（如下图所示）。

（三）思考讨论2

1.提示：可用F1的红眼雌果蝇与白眼雄果蝇进行测交实验，如果后代中出现红眼雌果蝇、白眼雌果蝇、红眼雄果蝇和白眼雄果蝇这4种类型，且数量各占1/4，再选用其中的白眼雌果蝇与红眼雄果蝇交配，如果子代中雌果蝇都是红眼，雄果蝇都是白眼，则可以证明他们的解释是正确的。

2.如果控制白眼的基因在Y染色体上，红眼基因在X染色体上，因为X染色体上的红眼基因对白眼基因为显性，所以不会出现白眼雄果蝇，这与摩尔根的果蝇杂交实验结果不符；如果控制白眼的基因在Y染色体上，且X染色体上没有显性红眼基因，白眼雄果蝇与红眼雌果蝇的杂交后代中雄果蝇全为白眼，也不能解释摩尔根的果蝇杂交实验结果。

（四）练习和应用

一、概念检测

1.基于对同源染色体和非同源染色体上相关基因的理解，判断下列相关表述是否正确。

（1）位于一对同源染色体上相同位置的基因控制同一种性状。（）

（2）非等位基因都位于非同源染色体上。（）

2.基因主要位于染色体上，下列关于基因和染色体关系的表述，错误的是（）

A.染色体是基因的主要载体

B.染色体就是由基因组成的

C.一条染色体上有多个基因

D.基因在染色体上呈线性排列

3.基因和染色体的行为存在平行关系。下列相关表述，错误的是（）

A.复制的两个基因随染色单体分开而分开

B.同源染色体分离时，等位基因也随之分离

C.非同源染色体数量越多，非等位基因组合的种类也越多

D.非同源染色体自由组合，使所有非等位基因也自由组合

练习和应用答案

1.（1）V（2）x

2.B

3.D

拓展应用

1.用白眼雌果蝇和红眼雄果蝇杂交，通过眼睛颜色可判断子代果蝇的性别；用白眼雄果蝇和红眼雌果蝇杂交，通过眼睛颜色却不能判断子代果蝇的性别，这是为什么？用其他杂交组合，能否通过眼睛颜色判断子代果蝇的性别呢？

答案：红眼雌果蝇的基因型有XWXW和XWXw两种类型，白眼雄果蝇的基因型为XwY。如果基因型为XWXW的红眼雌果蝇与基因型为XwY的白眼雄果蝇杂交，则子一代无论雌雄，全部为红眼；如果基因型为XWXw的红眼雌果蝇与基因型为XwY的白眼雄果蝇杂交，那么子代雌果蝇和子代雄果蝇都是既有红眼，也有白眼，因此无法通过眼睛颜色判断子代果蝇的性别。果蝇眼睛颜色的杂交实验，共有红眼雌果蝇（XWXW或XwXw）与红眼雄果蝇（XWY）、红眼雌果蝇（XWXW或XWXw）与白眼雄果蝇（XwY）、白眼雌果蝇（XwXw）与白眼雄果蝇（XwY）、白眼雌果蝇（XwXw）与红眼雄果蝇（XWY）杂交等组合。只有白眼雌果蝇（XwXw）与红眼雄果蝇（XWY）杂交的子代，红眼全为雌性，白眼全为雄性，可以通过眼睛颜色判断子代果蝇的性别。

2.生物如果丢失或增加一条或几条染色体，就会出现严重疾病甚至死亡。但是在自然界，有些动植物的某些个体是由未受精的生殖细胞（如卵细胞）单独发育来的，如蜜蜂中的雄蜂等。这些生物虽然体细胞中的染色体数目减少了一半，但它们仍能正常生活。你如何解释这一现象？

答案：这些生物的体细胞中的染色体数目虽然减少了一半，但仍具有一整套非同源染色体，这一套染色体携带着控制该种生物所有性状的一整套基因。

3.人的体细胞中有23对染色体，其中1~22号是常染色体，23号是性染色体。现在已经发现多一条13号、18号或21号染色体的婴儿，都表现出严重的病症。据不完全调查，现在还未发现多一条（或几条）其他常染色体的婴儿。

请你试着作出一些可能的解释。

答案提示：人的体细胞中染色体数目的变异，会严重影响生殖、发育等各种生命活动，未发现其他常染色体数目变异的婴儿，很可能是发生这类变异后的受精卵不能发育，或发育至胚胎早期就死亡了的缘故。

第三节 伴性遗传

4.教材答案和提示

问题探讨

红绿色盲是一种常见的人类遗传病，患者由于色觉障碍, 不能像正常人一样区分红色和绿色。据调查，在红绿色盲患者 中，男性远远多于女性。

抗维生素D佝偻病也是一种遗传病，患者常表现出0型腿、 骨骼发育畸形、生长发育缓慢等症状。但这种病与红绿色盲不同，患者中女性多于男性。

讨论

1. 为什么上述两种遗传病在遗传上总是和性别相关联？

【答案】红绿色盲和抗维生素D佝偻病的基因很可能位于性染色体上，因此这两种遗传病在遗传上总是和性别相关联。

2. 为什么两种遗传病与性别关联的表现又不同呢？

【答案】红绿色盲和抗维生素D佝偻病的基因虽然都位于X染色体上，但红绿色盲基因为隐性，抗维生素D佝偻病基因为显性，因此，这两种遗传病与性別关联的表现不同。

思考与讨论1

1. 红绿色盲基因位于X染色体上，还是位于Y染色体上？

【答案】红绿色肓基因位于X染色体上。

2. 红绿色盲基因是显性基因，还是隐性基因？

【答案】红绿色肓基因是隐性基因。

3. 如果用B和b分别表示正常色觉和色盲基因，你能在图中标出Ⅰ代1、2，Ⅱ代1、2、3、4、5、6 和Ⅲ代 5、6、7、9 个体的基因型吗？

【答案】Ⅰ1: XbY；Ⅰ2: XBXB或XBXb

Ⅱ1: XBXB 或 XBXb；Ⅱ2：XBY；Ⅱ3: xBxb；Ⅱ4:xby ；Ⅱ5: xBxb；Ⅱ6:xby 。

Ⅲ5:xby；Ⅲ6: XbY；Ⅲ7: XbY；Ⅲ9: xBxB或XBXb

思考与讨论2

1. 如果一位女性红绿色盲基因携带者和一位男性红绿色盲患者结婚，所生子女的 基因型和表型会怎样呢？

【答案】子女的基因型和表型共有4种，即XBXb（女性携带者）、XbXb（女性色盲）、XBY（男性正常）、XbY（男性色盲），且概率都是1/4。

2. 如果一位女性红绿色盲患者和一位色觉正常的男性结婚，情况又会如何？

【答案】子女中所有的男性均为色盲，女性均为携带者。

练习与应用

一、概念检测

1. 性染色体携带着许多个基因。判断下列相关表述是否正确。

（1）位于X或Y染色体上的基因，其控制的性状与性别的形成都有一定的关系。 （×）

（2）位于性染色体上的基因，在遗传中不遵循孟德尔遗传规律，但表现出伴性遗传的特点。（×）

2.在下列系谱图中，遗传病（图中深颜色表 示患者）只能由常染色体上的隐性基因决定的是（C）

3.由X染色体上的隐性基因导致的遗传病可能具有的特点是（A）

A. 如果母亲患病，儿子一定患此病

B.如果祖母患病，孙女一定患此病

C.如果父亲患病，女儿一定不患此病

D. 如果外祖父患病，外孙一定患此病

二、拓展应用

1. 人的白化病是常染色体遗传病，正常（A） 对白化（a）是显性。一对表型正常的夫妇，生了一 个既患白化病又患红绿色盲的男孩。回答下列问题。

（1） 这对夫妇的基因型是______ 。

【答案】AaXBXb（妇），AaXBY（夫）

（2）在这对夫妇的后代中，如果出现既不患白化病也不患红绿色盲的孩子，则孩子的基因型是 。

【答案】AAXbXb, AAXbXb，AAXbY，AaXBXB，AaXBXb，AaXBY

2. 果蝇的灰身（B）对黑身（b）为显性， 为了确定这对等位基因位于常染色体上还是X染色体上，某研究小组让一只灰身雄性果蝇与一只灰身雌性果蝇杂交，然后统计子一代果蝇的表型及数量比，结果为灰身：黑身=3 : 1。根据这一 实验数据，还不能确定B和b是位于常染色体上还是X染色体上，需要对后代进行更详细的统计和分析。请说说你的想法。

【答案】如果这对等位基因位于常染色体上，依据子一代的表型，可以推知亲代的基因型为Bb和Bb，子一代灰身：黑身为3 : 1 ；如果这对等位基因位于X染色体上，依据子一代的表型，可推知亲代的基因型为XBXb和XBY，子一代灰身：黑身也为3：1，但黑身果蝇全为雄性。因此，要确定等 位基因是否位于X染色体上，还应统计黑身果蝇是否全为雄性。

复习与提高

一、选择题

1.在减数分裂I中会形成四分体，每个四分体具有（A）

A.2条同源染色体，4个DNA分子

B.4条同源染色体，4个DNA分子

C.2条姐妹染色单体，2个DNA分子

D.4条姐妹染色单体，2个DNA分子

2.男性患病概率高于女性的隐性遗传病，致病基因很可能在（B）

A.线粒体中 B. X染色体上

C. Y染色体上 D.常染色体上

3.下列关于X染色体上的显性基因决定的遗传病的叙述，正确的是（D）

A.男性患者的后代中，子女各有1/2患病

B. 女性患者的后代中，女儿都患病，儿子都正常

C.表现正常的夫妇，性染色体上也可能携带致病基因

D.患者中女性多于男性，患者的双亲中至少有一方是患者

4.XY型性别决定的生物，群体中的性别比例为1 : 1，原因之一是（C）

A. 雌配子：雄配子=1 : 1

B.含X染色体的配子:含Y染色体的配子=1 : 1

C. 含X染色体的精子：含Y染色体的精子=1 : 1

D. 含X染色体的卵细胞：含Y染色体的卵 细胞=1 : 1

5. 果蝇的灰身基因（B）对黑身基因（b） 为显性，位于常染色体上；红眼基因（W）对白眼基因（w）为显性，位于X染色体上。一只纯合黑身红眼雌蝇与一只纯合灰身白眼雄蝇杂交得F1，再自由交配得F2。下列说法正确的是（B）

A.F2中会产生白眼雌蝇

B.F1中无论雌雄都是灰身红眼

C.F2中雄蝇的红眼基因都来自F1的父方

D.F1中雌蝇都是灰身红眼，雄蝇都是灰身白眼

二、非选择题

1.下图是抗维生素D佝偻病的系谱图（图中深颜色表示患者），据图回答问题。

（1）科学家已经确定这种病是显性基因控制的疾病，你能根据系谱图找出依据吗？

【答案】(1)表型正常的夫妇，后代均正常；夫妇一方是患者，子代患病的概率是1/2 。(或者：已知抗维生索D佝偻病基因位于X染色体上，如果致病基因为隐性基因，则Ⅰ1的X染色体应携带正常的显性基因，Ⅰ2的一对X染色体上均有致病基因，那么不会出现Ⅱ3的患者，也不会出现Ⅱ7的正常男性。)

（2）Ⅱ代的5号和7号是否携带致病基因？为什么？

【答案】不携带。一对等位基因中，只要有一个是显性致病基因，就会表现为患者。

（3）如果图中Ⅲ代4号与正常女性结婚，要想避免后代中出现患者，可以采取哪种优生措施？

【答案】选择生男孩。

2. 1961年首次报道性染色体为3条的XYY 男性，患者的临床表现为举止异常，性格多变, 容易冲动，部分患者的生殖器官发育不全。你认为这种病是父母哪一方在减数分裂的哪个时期出现异常引起的？为避免这些性染色体异常患儿的出生，临床上应进行哪些检查才能预防？

【答案】是父方，可能是在减数分裂Ⅱ中复制的Y染色体未分开，进入了同一个配子，形成了含有两条Y染色体的精子所引起的:，在孕妇的产前诊断中，通过对胎儿的染色体进行分析检查，来预防患儿的出生。

3. “牝鸡司晨”是我国古代人民早就发现的性反转现象。原来下过蛋的母鸡，以后却变成公鸡, 长出公鸡的羽毛，发出公鸡样的啼声。从遗传的物质基础和性别控制的角度，你怎样解释这种现象出现的可能原因？鸡是ZW型性别决定，公鸡的两条性染色体是同型的（ZZ）,母鸡的两条性染色体是异型的（ZW）。如果一只母鸡性反转成公鸡，这只公鸡与母鸡交配，后代的性别会是怎样的？

【答案】性别与其他性状一样，也是受遗传物质和环境共同影响的，性反转现象出现的可能原因是某种环境因素使性腺发生了反转；子代雌雄之比是2 : 1。

4.从细菌到人类，性状都受基因控制。是否所有生物的基因的遗传，都遵循孟德尔遗传规律？为什么？

【答案】否。孟德尔遗传规律的细胞学基础是减数分裂中染色体的变化，因此，该规律只适用于真核生物。

参考资料：高中生物学必修一教材《遗传与进化》-------人民教育出版社