“基因在染色体上”理论假说和实验证据的教学设计

何志恒

抓住果蝇杂交实验与豌豆杂交实验结果的不同之处，引导学生分析豌豆和果蝇、雌雄果蝇染色体组成、以及X和Y染色体的区别，提出假说。针对不同假说的差异，设疑激趣，学生自行设计杂交组合，与科学家的实验结果对比，从而得出“基因在染色体上”的结论。

1 学习内容及学情分析

“基因在染色体上的理论假说和实验证据”是人教版必修二《遗传与进化》第2章“基因和染色体的关系”第2节“基因在染色体上”第1课时教学内容。本节课先由基因和染色体的平行关系，得到基因在染色体上的推论。再通过果蝇杂交实验，证明控制眼色的基因在X染色体上。学生已学习了孟德尔的基因分离定律和基因自由组合定律，以及减数分裂过程中同源染色体的分离、非同源染色体自由组合过程，对本节的学习有一定的铺垫作用。同时，学生已经熟练掌握了遗传图解的写法。因此，学生已有的知识、相关能力都为本节课的实施打下了基础。

2 教学目标

1）知识目标：①运用类比推理的方法，解释基因位于染色体上的理论②说出基因位于染色体上的实验证据

2）能力目标：用遗传图解进行演绎推理分析摩尔根的果蝇杂交实验过程

3 教学过程设计与实施

3.1 温故知新 教师给出减数分裂分裂的模式图，让学生将孟德尔基因自由组合定律的遗传因子换成染色体，念一遍。学生发现这样替换没有问题。教师提问：基因和染色体在细胞中的关系会是怎样的？

3.2 类比推理，得出“基因在染色体上”的推论  教师给出示意图（如图1）：蝗虫体细胞、生殖细胞、精子和卵细胞结合形成的受精卵的染色体。教师提问：请以A、a表示控制某对性状的基因，画基因从纯种父本和母本经过杂交传递给子代的示意图（如图2）.

教师提问：①在有性生殖过程中，基因有没有融合、消失？染色体的形态结构发生变化了吗？②亲本体细胞、生殖细胞及受精卵中染色体和基因的数量、存在形式和来源相同吗？③由体细胞形成配子过程中，基因、染色体的行为有相似性吗？师生共同总结：基因与染色体在细胞中的数量、来源、存在形式，以及减数分裂过程中的行为是同步的，这种同步关系就是萨顿提出来的“基因与染色体之间是平行关系”。萨顿进一步推论得出“基因在染色体上”。教师质疑：①萨顿用什么方法得出“基因在染色体上”的推论？②为什么是推论？③根据基因与染色体的平行关系，还可以得到哪些推论？学生可能得出：①基因在染色体上，②染色体在基因上，③基因就是染色体。通过让学生模仿老师画基因的传递示意图，并且结合问题分析基因与染色体的数量、来源和行为，让学生亲身感受类比推理的过程，感受到科学家推理的科学性，获得成就感。

3.3 摩尔根的果蝇杂交实验

3.3.1 选用果蝇做杂交实验材料的理由 教师用幻灯片展示摩尔根发现白眼果蝇的过程，让学生体会科学发现的趣味性，以及科学家的坚持不懈的精神。教师展示果蝇的形态、结构、生理特点及繁殖等特征，师生共同总结果蝇适合做遗传学材料的理由。

3.3.2 果蝇的杂交实验  教师展示摩尔根杂交实验过程及结果，提问：①F1只表现出红眼的性状，是否说明控制红眼的基因在染色体上？②如果红眼基因在线粒体内，F2果蝇应该是什么眼色？教师继续提问：①F2果蝇的性状及比例与孟德尔的实验结果差别在哪？②为什么豌豆七对相对性状的杂交实验结果都与性别没有关联？③果蝇性别由什么决定？

3.3.3提出假说 教师展示科学家对果蝇体细胞中染色体进行研究得到的模式图。教师进一步引导学生：①雌果蝇体细胞中有几条、几对染色体？雄果蝇呢？②雌雄果蝇的染色体组成，不同的染色体是第几对？差别是什么？教师总结：果蝇的Ⅰ号在决定性别方面起关键作用，称为性染色体，其余染色体称为常染色体。教师用示意图展示果蝇性染色体传递规律。

教师提问：①雄果蝇的X和Y染色体传给谁？②雄果蝇的X染色体来自谁？③果蝇杂交实验过程中，白眼基因的传递规律跟X染色体的传递规律有相似之处吗？但是学生质疑：白眼果蝇只有雄果蝇，白眼基因是不是只位于Y染色体上：教师提供信息：果蝇的Y染色体比X染色体长，将X和Y染色体分为三个区段。教师和学生提出三种假说：白眼基因只在X染色体上，即Ⅰ区段;白眼基因只在Y染色体上，即Ⅲ区段;白眼基因在X和Y的同源区段。

3.3.4 设计实验，排除白眼基因只在Y染色体上 教师提问：如果白眼基因只在Y染色体上，可能出现白眼雌果蝇吗？如果白眼基因只在X上，或者X和Y上都有，可能出现出现白眼雌果蝇。假设红眼、白眼基因分别用R、r表示。学生可自行设计出F1红眼雌果蝇和亲本白眼雄果蝇杂交。教师演示白眼基因只在X上的遗传图解，学生仿写白眼基因在X和Y上都有的遗传图解（如图3、4）。通过学生自行设计杂交组合，自己书写遗传图解，结合摩尔根真实实验结果，学生对白眼不在Y上的理解更加深刻，也激发了学生进一步探究的兴趣。

3.3.5 设计实验，证明白眼基因只在X染色体上 教师总结：由于出现了白眼雌果蝇，因此白眼基因不可能只在Y染色体上。但是杂交结果不能确定白眼基因只在X上，还是在X和Y上。教师提问：①白眼基因只在X上、在X和Y上都有，这两种情况的差异体现在X上还是Y上？②雄果蝇才有Y染色体，如果保证雄果蝇得到的X染色体上的基因都是隐性基因，雄果蝇的性状就由Y决定，那么应该让Y上有什么基因，就可以区别眼色基因只在X染色体还是X和Y上都有呢？学生很快就能设计出白眼雌果蠅和纯种红眼雄果蝇的杂交组合。教师让学生在黑板上独立完成两种杂交组合的遗传图解。结合摩尔根的实际杂交实验结果，与白眼基因只在X染色体上的演绎推理结果相符，因此白眼基因只在X染色体上的假说是正确的。由此，摩尔根得出“基因在染色体上”的结论。

3.3.6 设疑 教师引导思考：白眼雌果蝇与红眼雄果蝇的杂交实验，亲本和子代的性状遗传有什么特点？这种特点是不是只有该对基因只位于X染色体上才特有的现象？此问题将在下节课讨论，这样的设疑有助于激发学生的求知欲，培养探索精神，并为交叉遗传的讲解打下基础。

（作者单位：武汉市第十二中学）