高一生物大單元整體學習：基因和染色體的關(guān)系

高一生物大單元整體學習學程第七單元基因和染色體的關(guān)系班級：__________小組：__________姓名：__________第七單元基因和染色體的關(guān)系——制作減數(shù)分裂模型，探究遺傳定律本質(zhì)和應(yīng)用一、單元概述當孟德爾的遺傳規(guī)律被重新發(fā)現(xiàn)以后，科學家開始尋找基因在細胞中的位置。細胞學研究揭示了精子和卵細胞的形成要經(jīng)過減數(shù)分裂，結(jié)果使染色體數(shù)目減半，精子和卵細胞經(jīng)過受精作用結(jié)合，受精卵中的染色體數(shù)目又恢復到體細胞中的數(shù)目。在這個過程中，染色體的行為和基因在親子代之間的傳遞具有驚人的一致性，使科學家提出基因位于染色體上的假說，這一假說通過摩爾根的果蠅雜交實驗得到了驗證。某些基因位于性染色體上，因此其控制的性狀的遺傳和性別相關(guān)聯(lián)，即伴性遺傳。本單元以基因在染色體上的理論為核心。從薩頓的假說到摩爾根的果蠅雜交實驗，可以認識到基因是有物質(zhì)實體的，既深入理解孟德爾遺傳定律的實質(zhì)，又進一步理解遺傳的物質(zhì)性，形成生命的物質(zhì)觀。減數(shù)分裂模型的制作，是模型法的訓練；基因在染色體上這一理論的建立過程，是假說-演繹法的應(yīng)用，認同摩爾根等科學家尊重科學事實、敢于質(zhì)疑他人又勇于否定自我的科學精神。關(guān)注伴性遺傳規(guī)律和相關(guān)技術(shù)在生活生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用，并對其應(yīng)用的影響作出科學判斷。二、單元要素（一）單元內(nèi)容標準概念3遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳3.2有性生殖中基因的分離和重組導致雙親后代的基因組合有多種可能3.2.1闡明減數(shù)分裂產(chǎn)生染色體數(shù)量減半的精細胞或卵細胞3.2.2說明進行有性生殖的生物體，其遺傳信息通過配子傳遞給子代3.2.4概述性染色體上的基因傳遞和性別相關(guān)聯(lián)3.3.4闡明進行有性生殖的生物在減數(shù)分裂過程中，染色體所發(fā)生的自由組合和交叉互換，會導致控制不同性狀的基因重組，從而使子代出現(xiàn)變異（二）單元學習任務(wù)1.概念建構(gòu)——減數(shù)分裂、同源染色體、四分體、受精作用、伴性遺傳；2.研究方法——用模型建構(gòu)歸納減數(shù)分裂特點、用假說-演繹法梳理摩爾根果蠅雜交實驗、用遺傳系譜圖分析伴性遺傳規(guī)律；3.實踐應(yīng)用——根據(jù)雙親的表型對后代的患病概率進行科學預(yù)測分析、設(shè)計實驗判斷基因的位置。（三）單元學習目標1.按照假說-演繹邏輯探尋基因和染色體關(guān)系的發(fā)現(xiàn)歷程，從基因和染色體的關(guān)系、遺傳規(guī)律的實質(zhì)和應(yīng)用構(gòu)建單元思維導圖，用自己的話闡述遺傳的物質(zhì)性。2.通過構(gòu)建減數(shù)分裂模型和分析摩爾根果蠅雜交實驗，用自己的話說出孟德爾遺傳定律的實質(zhì)，并在遺傳圖解上標注，結(jié)合實例歸納伴性遺傳的規(guī)律。3.結(jié)合實例，通過遺傳圖解分析和設(shè)計實驗探究基因在染色體上的位置，形成通過動植物實驗進行基因定位的思維模型。（四）單元學習計劃學習階段學習內(nèi)容學時安排整體感知研讀教材，分析知識之間的邏輯關(guān)系，以科學史發(fā)展脈絡(luò)初步概括基因和染色體的邏輯關(guān)系，從分子和細胞水平上理解生命延續(xù)的意義。2探究建構(gòu)構(gòu)建減數(shù)分裂的物理模型，探究基因和染色體的關(guān)系，模擬摩爾根果蠅雜交實驗，分析伴性遺傳的規(guī)律，為抗維生素D佝僂病家庭優(yōu)生提供合理化建議。4應(yīng)用遷移分析遺傳系譜圖，判斷遺傳方式，并預(yù)測后代患病概率。利用果蠅為材料，設(shè)計實驗探究基因在染色體上的位置，總結(jié)歸納通過動植物實驗進行基因定位的規(guī)律方法。2重構(gòu)拓展重構(gòu)單元思維導圖，結(jié)合實例解釋植物花色性狀的遺傳問題，用自己的話說出連鎖遺傳的分析。2（五）單元學習資源學習階段資源類別（課件微課素材習題教案）資源分層（ABCT）整體感知1.精子的形成視頻2.卵細胞形成過程圖片3.伴性遺傳實例視頻TTT探究建構(gòu)1.果蠅拓展資源2.摩爾根的雜交實驗資料3.生物的性別決定方式拓展資源TTA應(yīng)用遷移1.人類遺傳病基因的遺傳方式及特點拓展資源2.現(xiàn)代基因定位技術(shù)TT重構(gòu)拓展1.摩爾根連鎖和互換實驗資料T（六）單元學習目標追求三、單元內(nèi)容（一）整體感知基因和染色體的關(guān)系——梳理構(gòu)建基因和染色體的關(guān)系關(guān)于“基因的位置”的探索歷程當孟德爾的遺傳規(guī)律被重新發(fā)現(xiàn)以后，有一個問題始終沒有解決：基因在細胞中究竟有沒有物質(zhì)基礎(chǔ)呢？孟德爾所假設(shè)的顆粒狀的因子，究竟是不是物質(zhì)的實體？如果是，又存在于細胞中什么位置？科學家進行了持續(xù)的探索。19世紀末期，德國動物學家魏斯曼預(yù)測了減數(shù)分裂的過程，并被后人證實。1903年美國科學家薩頓發(fā)現(xiàn)蝗蟲減數(shù)分裂的過程中，染色體的行為與基因在親子代間的傳遞行為具有驚人的相似性。遺傳學和細胞學的這次“相遇”使薩頓提出基因在染色體上的假說。1910年美國生物學家摩爾根利用果蠅雜交實驗證實了這一假說。至此，科學家確定了基因在細胞中的位置。那么，減數(shù)分裂的過程是如何進行的，它與基因的行為存在哪些相似性？摩爾根又是如何利用假說-演繹法進行果蠅雜交實驗的？基因在常染色體上和在性染色體上的遺傳特點一樣嗎？【學習目標】1.通過研讀教材和整體感知的情境資料，說出本單元內(nèi)部和與上個單元之間的邏輯關(guān)系。2.結(jié)合生活經(jīng)驗，舉例說出減數(shù)分裂和伴性遺傳對我們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生哪些影響。3.按照科學史發(fā)展歷程邏輯，初步構(gòu)建基因在染色體上單元體系。學習活動1：感知教材，厘清邏輯通過研讀教材和整體感知的情境資料，用自己的話說出本單元內(nèi)部和與上個單元之間的邏輯關(guān)系。學習活動2：列舉減數(shù)分裂和伴性遺傳在生活中的應(yīng)用減數(shù)分裂、伴性遺傳都是抽象的，請研讀教材并結(jié)合生活經(jīng)驗，舉例說出學習本單元之后可以對我們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生哪些影響。學習活動3：初步構(gòu)建基因和染色體的關(guān)系單元思維導圖本單元繼續(xù)按照科學史的順序，講述了減數(shù)分裂和受精作用等細胞學現(xiàn)象，介紹了從提出基因位于染色體上的假說，到用果蠅雜交實驗予以驗證的過程，闡明了孟德爾遺傳規(guī)律的細胞學基礎(chǔ)，展示了科學家嚴謹?shù)目茖W探究歷程。讓我們重溫科學家探索之路，初步構(gòu)建基因和染色體的關(guān)系的單元思維導圖。（二）探究建構(gòu)基因和染色體的關(guān)系——分析孟德爾遺傳定律的細胞學基礎(chǔ)摩爾根和果蠅在當時歷史背景下，人們對孟德爾遺傳規(guī)律的認識還是存在爭議的，這其中也包括摩爾根。1909年，摩爾根在進行果蠅雜交實驗的過程中，還發(fā)表文章抨擊孟德爾的方法。摩爾根認為孟德爾的假說不過是“結(jié)果被很好地解釋了，因為發(fā)明了解釋來解釋它們”，并稱之為“高級雜?！?。其次，摩爾根反對染色體遺傳學說，對于遺傳單位是否存在，以及在何處存儲也不感興趣。直到1911年，摩爾根才在《科學》上發(fā)表論文聲明果蠅的突變符合孟德爾的理論，變成了孟德爾學說的堅定支持者。他說：“凡是密切觀察這些新類型發(fā)展史的人，都會對以下事實留下一個深刻的印象：性狀確實會‘分離’，而且在多數(shù)情況下無中間類型發(fā)生”。果蠅圖片摩爾根的研究成果很大程度上要歸功于白眼雄性果蠅的獲得，果蠅有許多易于區(qū)分的相對性狀，如紅眼和白眼，長翅和殘翅，黑身和灰身等，作為經(jīng)典遺傳學的"主角"，科學家不僅用果蠅證實了孟德爾的兩大定律，而且發(fā)現(xiàn)了果蠅白眼性狀的表現(xiàn)總是與性別相關(guān)聯(lián)，提出了基因在染色體上呈線性排列以及連鎖互換定律。摩爾根在1933年因此被授予諾貝爾獎。那果蠅是如何產(chǎn)生配子且保證親子代染色體數(shù)目恒定的呢？摩爾根如何利用果蠅得出了基因在染色體上的實驗結(jié)論的呢？果蠅的紅眼和白眼基因位于X染色體上，它們的遺傳又具有哪些特點呢？果蠅圖片【學習目標】1.構(gòu)建減數(shù)分裂過程模型，說出各時期染色體行為變化的特點，從減數(shù)分裂和受精作用的角度解釋遺傳的穩(wěn)定性和多樣性。2.運用假說-演繹法分析摩爾根的果蠅雜交實驗，通過繪制細胞減數(shù)分裂圖并標注基因，解釋孟德爾遺傳規(guī)律的實質(zhì)。3.結(jié)合實例歸納總結(jié)伴性遺傳的規(guī)律，為抗維生素D佝僂病家庭優(yōu)生提出合理化建議。學習活動4：構(gòu)建減數(shù)分裂模型——探尋基因和染色體的細胞學基礎(chǔ)雄果蠅體細胞與雄配子的染色體圖如圖為雄果蠅體細胞和雄配子中染色體的數(shù)目示意圖，配子的染色體與體細胞的染色體有什么差別？親代果蠅是如何形成配子的呢？雄果蠅體細胞與雄配子的染色體圖1.請借助教材和271BAY中視頻資源研究精子和卵細胞的形成過程，用卡紙或橡皮泥等構(gòu)建配子形成過程中染色體數(shù)目和行為的變化的模型，分析歸納出減數(shù)分裂各時期的特點。2.如圖為某有性生殖的生物（2N=4）的精子形成過程，請補充完整，并標明各分裂時期及細胞名稱，說明精子與卵細胞形成過程的不同點。3.在同一坐標系中畫出某有性生殖的生物（2N=4）精子形成過程中，一個細胞內(nèi)染色體、核DNA的數(shù)量變化曲線，分析轉(zhuǎn)折點形成的原因。闡明減數(shù)分裂的意義。4.利用構(gòu)建的“減數(shù)分裂中染色體行為變化”的模型，分析非同源染色體自由組合的產(chǎn)生的精子類型、姐妹染色體發(fā)生互換后的精子類型，總結(jié)配子多樣性的原因。并從配子形成和受精作用兩個方面，分別對遺傳的穩(wěn)定性和多樣性的原因進行綜合概括。學習活動5：基因位于染色體上的實驗證據(jù)孟德爾假說中的遺傳因子，后人稱之為基因，基因在細胞中的位置困擾了科學家們很長時間。1903年薩頓用蝗蟲細胞作材料，在研究精子和卵細胞的形成過程中，發(fā)現(xiàn)等位基因的分離，與減數(shù)分裂中同源染色體的分離非常相似，因此提出了基因在染色體上的假說。之后，摩爾根利用果蠅雜交實驗驗證了這一假說。1.摩爾根將純合紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅雜交，發(fā)現(xiàn)了問題并提出假說。請寫出假說的內(nèi)容并用遺傳圖解表示摩爾根果蠅雜交實驗產(chǎn)生F2的過程。2.請設(shè)計實驗，驗證摩爾根的假說，并繪制出遺傳圖解。3.根據(jù)基因與染色體的關(guān)系，以含有兩對同源染色體的細胞為例，將下列減數(shù)分裂的過程補充完整，并在染色體上標注基因符號（A、a，B、b分別位于兩對同源染色體上）。據(jù)圖解釋孟德爾分離定律和自由組合定律的實質(zhì)?；?qū)W習活動6：探究伴性遺傳的遺傳規(guī)律和應(yīng)用摩爾根的果蠅雜交實驗不僅驗證了基因位于染色體上，而且把一個特定的基因和一條特定的染色體——X染色體聯(lián)系起來，揭示了果蠅的伴性遺傳。那么，人類的哪些遺傳表現(xiàn)與性別相關(guān)聯(lián)？這些伴性遺傳分別有什么特點？1.寫出女性攜帶者與男性紅綠色盲、女性紅綠色盲與正常男性婚配的遺傳圖解，總結(jié)伴X隱性遺傳的特點。2.抗維生素D佝僂病是一種伴X顯性遺傳病，患者中女性多于男性，但部分女性患者病癥較輕；男性患者與正常女性婚配的后代中，女性都是患者，男性正常。某家庭母親正常，父親為抗維生素D佝僂病患者。請用遺傳圖解的形式表示該家庭后代的基因型、表型及比例，分析子代的患病概率，總結(jié)伴X染色體顯性遺傳的特點。為了避免生出患抗維生素D佝僂病的孩子，請?zhí)岢鱿鄳?yīng)的建議（相關(guān)基因用D、d表示）。3.雞的性別決定方式與人類、果蠅不同。雌性個體的兩條性染色體是異型的（ZW），雄性個體的兩條性染色體是同型的（ZZ）。蘆花雞羽毛上有黑白相間的橫斑條紋，這是由位于Z染色體上的顯性基因B決定的，當他的等位基因b純合時，雞表現(xiàn)為非蘆花，羽毛上沒有橫斑條紋。如果你是養(yǎng)雞場的農(nóng)場主，你將怎樣選擇親本雞進行雜交，使后代在雛雞時就能通過羽毛顏色直接分辨雌雄，以便選出雌雞。（三）應(yīng)用遷移基因和染色體的關(guān)系——探究基因定位的方法和應(yīng)用基因定位在育種和遺傳病診斷中的應(yīng)用全球氣候變暖，年均溫度升高，會使得糧食作物減產(chǎn)。植物在與高溫的長期對抗中，進化出了不同的應(yīng)對機制，以提高熱脅迫下的生存能力。2022年中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心院士林鴻宣研究組成功定位并分離克隆了水稻抗熱新基因，使得實驗品種水稻在熱脅迫下的生存能力提高。相關(guān)研究在國際著名學術(shù)期刊《自然-植物》上發(fā)表。繼在2015年成功定位水稻首例抗熱數(shù)量性狀位點TT1后，林鴻宣研究組又在近期分離克隆了TT2位點。研究人員成功將該位點導入“華粳秈74”品種，培育出攜帶抗熱性位點的新抗熱品系，相比于親本，其在苗期的成活率提高了8至10倍，成熟期的單株產(chǎn)量也顯著提高，增幅達54.7%?！蹲匀?植物》雜志同期在線發(fā)表評論文章，對該成果進行了評論與展望，稱其是“抗熱研究領(lǐng)域的一大重要進展”，并指出所發(fā)現(xiàn)的基因“為植物育種和基因編輯提供了令人興奮的潛在靶標，有助于人們應(yīng)對在快速變暖的地球上出現(xiàn)的糧食安全問題”基因定位和基因圖對遺傳學、醫(yī)學和人類及生物進化的研究也都有十分重要的意義。它可提供遺傳病和其他疾病的診斷的遺傳信息，可以指導對這些疾病的致病基因的克隆和對病癥病因的分析與認識。【學習目標】1.依據(jù)伴性遺傳的特點，通過遺傳系譜圖分析人類遺傳病的遺傳方式，預(yù)測后代患病概率。2.以果蠅為實驗材料，設(shè)計實驗探究基因在染色體上的位置，總結(jié)歸納通過動植物實驗進行基因定位的規(guī)律方法。3.搜集資料，結(jié)合實例列舉基因定位的其他方法，分析定位的原理。學習活動7：遺傳系譜圖中遺傳方式的判斷1.人類遺傳病分為常染色體遺傳病和伴性遺傳，某同學利用假期對甲、乙、丙、丁四個患各種遺傳病的家族進行調(diào)查并制作了以下的遺傳系譜圖，但是他不能區(qū)分它們的遺傳方式，請分別寫出他們的遺傳方式。2.某家屬中有的成員患甲種遺傳?。ㄔO(shè)顯性基因為B，隱性基因為b），有的成員患乙種遺傳?。ㄔO(shè)顯性基因為A，隱性基因為a），見系譜圖?，F(xiàn)已查明Ⅱ-6不攜帶致病基因。（1）甲、乙兩種遺傳病種遺傳病的致病基因分別位于哪種染色體上？（2分）（2）家族中Ⅲ-8、Ⅲ-9的基因型是什么？（4分）（3）若Ⅲ-8和Ⅲ-9婚配，子女中只患甲或乙一種遺傳病的概率是多少？（2分）同時患兩種遺傳病的概率是多少？（2分）學習活動8：設(shè)計實驗判斷基因的位置1.果蠅的灰身(B)對黑身(b)為顯性，為了確定這對等位基因位于常染色體上還是X染色體上，某研究小組讓一只灰身雄性果蠅與一只灰身雌性果蠅雜交，然后統(tǒng)計子一代果蠅的表現(xiàn)型及數(shù)量比，結(jié)果為灰身:黑身=3:1。根據(jù)這一實驗數(shù)據(jù)，還不能確定B和b是位于常染色體上還是X染色體上，需要對后代進行更詳細的統(tǒng)計分析。請寫出你的判斷方法及依據(jù)。（6分）2.已知果蠅的正常肢和短肢是一對相對性狀（正常肢D、短肢d），且雌雄果蠅均有正常肢和短肢類型?，F(xiàn)有若干純種正常肢和短肢的雌雄果蠅，（1）若用一次交配實驗即可探究這對基因位于常染色體還是X性染色體上，請選擇合適的親本進行實驗，并預(yù)期實驗結(jié)果及相應(yīng)結(jié)論。（6分）（2）若可進行兩次或多次雜交實驗，還可如何設(shè)計實驗探究該對基因的位置？（6分）3.科學家在研究黑腹果蠅時發(fā)現(xiàn)，剛毛基因(B)對截毛基因(b)為顯性?，F(xiàn)有各種純種果蠅若干，請利用一次雜交實驗來推斷這對等位基因是位于X、Y染色體上的同源區(qū)段還是僅位于X染色體上。（1）黑腹果蠅中與剛毛和截毛對應(yīng)的基因型可能有幾種情況？請分別寫出來。（8分）（2）應(yīng)該選擇哪種表現(xiàn)型的親本來進行實驗設(shè)計？請你預(yù)期實驗結(jié)果及相應(yīng)結(jié)論。（6分）（四）重構(gòu)拓展基因和染色體的關(guān)系——重構(gòu)體系，解釋實際生活中的遺傳問題摩爾根與連鎖互換定律的發(fā)現(xiàn)摩爾根用白眼的雄果蠅和紅眼的雌果蠅進行的雜交實驗，發(fā)現(xiàn)了基因在染色體上并證明了基因在染色體上呈線性排列，然后摩爾根又繼續(xù)做了大量實驗，發(fā)現(xiàn)了基因的連鎖互換定律，人們稱之為遺傳學第三定律。摩爾根等人用純種灰身長翅果蠅與純種黑身殘翅果蠅交配，F(xiàn)1都是灰身長翅，可以推出，果蠅的灰身(B)對黑身(b)是顯性；長翅(V)對殘翅(v)是顯性。所以，純種灰身長翅果蠅的基因型與純種黑身殘翅果蠅的基因型應(yīng)該分別是(BBVV)和(bbvv)。F1的基因型應(yīng)該是(BbVv)(如圖)。摩爾根又讓F1的雄果蠅(BbVv)與雙隱性類型的雌果蠅(bbvv)測交，按照自由組合定律，測交后代中應(yīng)該出現(xiàn)4種不同的類型，即灰身長翅、灰身殘翅、黑身長翅、黑身殘翅，并且它們之間的數(shù)量比應(yīng)該為1：1：1：1。但是，測交的結(jié)果與原來預(yù)測的完全不同，只出現(xiàn)兩種和親本完全相同的類型：灰身長翅(BbVv)和黑身殘翅(bbvv)，并且兩者的數(shù)量各占50%。很明顯，這個測交的結(jié)果是無法用基因的自由組合定律來解釋的。為什么會出現(xiàn)上述試驗結(jié)果呢？摩爾根認為果蠅的灰身基因和長翅基因位于同條染色體上(如圖)；黑身基因和殘翅基因也位于同一條染色體上。所以，當兩種純種的親代果蠅交配后，F(xiàn)1的基因型BbVv，應(yīng)該表示為，表現(xiàn)型是灰身長翅。這樣，在F1雄果蠅產(chǎn)生配子時，原來位于同一條染色體上的兩個基因(B和V、b和v)就不能分離，而是連在一起向后代傳遞。因此，當F1雄果蠅與黑身殘翅的雌果蠅交配后，只能產(chǎn)生灰身長翅和黑身殘翅兩種類型，并且這兩者的數(shù)量各占50%。像這樣，位于一對同源染色體上的兩對(或兩對以上)等位基因，在向下一代傳遞時，同一條染色體上的不同基因連在一起不相分離的現(xiàn)象，叫做連鎖?！緦W習目標】