“基因在染色體上”理論假說和實驗證據的教學設計

何志恒

抓住果蠅雜交實驗與豌豆雜交實驗結果的不同之處，引導學生分析豌豆和果蠅、雌雄果蠅染色體組成、以及X和Y染色體的區別，提出假說。針對不同假說的差異，設疑激趣，學生自行設計雜交組合，與科學家的實驗結果對比，從而得出“基因在染色體上”的結論。

1 學習內容及學情分析

“基因在染色體上的理論假說和實驗證據”是人教版必修二《遺傳與進化》第2章“基因和染色體的關系”第2節“基因在染色體上”第1課時教學內容。本節課先由基因和染色體的平行關系，得到基因在染色體上的推論。再通過果蠅雜交實驗，證明控制眼色的基因在X染色體上。學生已學習了孟德爾的基因分離定律和基因自由組合定律，以及減數分裂過程中同源染色體的分離、非同源染色體自由組合過程，對本節的學習有一定的鋪墊作用。同時，學生已經熟練掌握了遺傳圖解的寫法。因此，學生已有的知識、相關能力都為本節課的實施打下了基礎。

2 教學目標

1）知識目標：①運用類比推理的方法，解釋基因位于染色體上的理論②說出基因位于染色體上的實驗證據

2）能力目標：用遺傳圖解進行演繹推理分析摩爾根的果蠅雜交實驗過程

3 教學過程設計與實施

3.1 溫故知新 教師給出減數分裂分裂的模式圖，讓學生將孟德爾基因自由組合定律的遺傳因子換成染色體，念一遍。學生發現這樣替換沒有問題。教師提問：基因和染色體在細胞中的關系會是怎樣的？

3.2 類比推理，得出“基因在染色體上”的推論 ?教師給出示意圖（如圖1）：蝗蟲體細胞、生殖細胞、精子和卵細胞結合形成的受精卵的染色體。教師提問：請以A、a表示控制某對性狀的基因，畫基因從純種父本和母本經過雜交傳遞給子代的示意圖（如圖2）.

教師提問：①在有性生殖過程中，基因有沒有融合、消失？染色體的形態結構發生變化了嗎？②親本體細胞、生殖細胞及受精卵中染色體和基因的數量、存在形式和來源相同嗎？③由體細胞形成配子過程中，基因、染色體的行為有相似性嗎？師生共同總結：基因與染色體在細胞中的數量、來源、存在形式，以及減數分裂過程中的行為是同步的，這種同步關系就是薩頓提出來的“基因與染色體之間是平行關系”。薩頓進一步推論得出“基因在染色體上”。教師質疑：①薩頓用什么方法得出“基因在染色體上”的推論？②為什么是推論？③根據基因與染色體的平行關系，還可以得到哪些推論？學生可能得出：①基因在染色體上，②染色體在基因上，③基因就是染色體。通過讓學生模仿老師畫基因的傳遞示意圖，并且結合問題分析基因與染色體的數量、來源和行為，讓學生親身感受類比推理的過程，感受到科學家推理的科學性，獲得成就感。

3.3 摩爾根的果蠅雜交實驗

3.3.1 選用果蠅做雜交實驗材料的理由 教師用幻燈片展示摩爾根發現白眼果蠅的過程，讓學生體會科學發現的趣味性，以及科學家的堅持不懈的精神。教師展示果蠅的形態、結構、生理特點及繁殖等特征，師生共同總結果蠅適合做遺傳學材料的理由。

3.3.2 果蠅的雜交實驗 ?教師展示摩爾根雜交實驗過程及結果，提問：①F1只表現出紅眼的性狀，是否說明控制紅眼的基因在染色體上？②如果紅眼基因在線粒體內，F2果蠅應該是什么眼色？教師繼續提問：①F2果蠅的性狀及比例與孟德爾的實驗結果差別在哪？②為什么豌豆七對相對性狀的雜交實驗結果都與性別沒有關聯？③果蠅性別由什么決定？

3.3.3提出假說 教師展示科學家對果蠅體細胞中染色體進行研究得到的模式圖。教師進一步引導學生：①雌果蠅體細胞中有幾條、幾對染色體？雄果蠅呢？②雌雄果蠅的染色體組成，不同的染色體是第幾對？差別是什么？教師總結：果蠅的Ⅰ號在決定性別方面起關鍵作用，稱為性染色體，其余染色體稱為常染色體。教師用示意圖展示果蠅性染色體傳遞規律。

教師提問：①雄果蠅的X和Y染色體傳給誰？②雄果蠅的X染色體來自誰？③果蠅雜交實驗過程中，白眼基因的傳遞規律跟X染色體的傳遞規律有相似之處嗎？但是學生質疑：白眼果蠅只有雄果蠅，白眼基因是不是只位于Y染色體上：教師提供信息：果蠅的Y染色體比X染色體長，將X和Y染色體分為三個區段。教師和學生提出三種假說：白眼基因只在X染色體上，即Ⅰ區段;白眼基因只在Y染色體上，即Ⅲ區段;白眼基因在X和Y的同源區段。

3.3.4 設計實驗，排除白眼基因只在Y染色體上 教師提問：如果白眼基因只在Y染色體上，可能出現白眼雌果蠅嗎？如果白眼基因只在X上，或者X和Y上都有，可能出現出現白眼雌果蠅。假設紅眼、白眼基因分別用R、r表示。學生可自行設計出F1紅眼雌果蠅和親本白眼雄果蠅雜交。教師演示白眼基因只在X上的遺傳圖解，學生仿寫白眼基因在X和Y上都有的遺傳圖解（如圖3、4）。通過學生自行設計雜交組合，自己書寫遺傳圖解，結合摩爾根真實實驗結果，學生對白眼不在Y上的理解更加深刻，也激發了學生進一步探究的興趣。

3.3.5 設計實驗，證明白眼基因只在X染色體上 教師總結：由于出現了白眼雌果蠅，因此白眼基因不可能只在Y染色體上。但是雜交結果不能確定白眼基因只在X上，還是在X和Y上。教師提問：①白眼基因只在X上、在X和Y上都有，這兩種情況的差異體現在X上還是Y上？②雄果蠅才有Y染色體，如果保證雄果蠅得到的X染色體上的基因都是隱性基因，雄果蠅的性狀就由Y決定，那么應該讓Y上有什么基因，就可以區別眼色基因只在X染色體還是X和Y上都有呢？學生很快就能設計出白眼雌果蠅和純種紅眼雄果蠅的雜交組合。教師讓學生在黑板上獨立完成兩種雜交組合的遺傳圖解。結合摩爾根的實際雜交實驗結果，與白眼基因只在X染色體上的演繹推理結果相符，因此白眼基因只在X染色體上的假說是正確的。由此，摩爾根得出“基因在染色體上”的結論。

3.3.6 設疑 教師引導思考：白眼雌果蠅與紅眼雄果蠅的雜交實驗，親本和子代的性狀遺傳有什么特點？這種特點是不是只有該對基因只位于X染色體上才特有的現象？此問題將在下節課討論，這樣的設疑有助于激發學生的求知欲，培養探索精神，并為交叉遺傳的講解打下基礎。

（作者單位：武漢市第十二中學）