1902年,美国哥伦比亚大学的Walter S. Sutton和德国的Theodor Boveri发现,孟德尔定律中的遗传因子(基因),其行为和减数分裂过程中的染色体行为有着平行关系。首先,基因与染色体都作为独立的遗传单位,基因在杂交实验中始终保持其独立性和完整性,而染色体在细胞分裂各时期中也保持着一定的形态特征。第二,等位基因在体细胞中是成对存在的,其中一个来自父方,一个来自母方;而同源染色体也是成对存在的,同样一条来自父方,一条来自母方。第三,在减数分裂形成配子的过程中,等位基因相互分离,分别进入不同的配子中,结果每个配子中只含成对基因中的一个;同样,在减数分裂的过程中,同源染色体的两条染色体彼此分离,分别进入不同的配子中,结果每个配子中也只含同源染色体中的一条染色体。第四,在减数分裂产生配子的过程中,等位基因分离的同时,非等位基因自由组合地进入配子;同样地,非同源染色体也是随机地进入配子。根据基因的行为与染色体行为的一致性,Walter S. Sutton和Theodor Boveri采用类比-推理的方法,提出了遗传的染色体学说。该学说进一步圆满地解释了孟德尔定律,使人们进一步认识到孟德尔定律的重要意义。
在高中生物的一些遗传学试题中,我们可以利用遗传的染色体学说,根据染色体-DNA-基因三者之间行为的一致性,快速准确地解答试题。
1.将DNA分子定位在染色体上,考察有丝分裂过程中DNA随染色体的变化规律
【例题】(2010·山东理综,7)蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期,其染色体放射性标记分布情况是( )
A.每条染色体的两条单体都被标记
B.每条染色体中都只有一条单体被标记
C.只有半数的染色体中有一条单体被标记
D.每条染色体的两条单体都不被标记
【解析】将DNA定位到染色体上,通过考察有丝分裂的过程,如图1和图2所示,其中实线代表未被3H标记的DNA单链,虚线代表被3H标记的DNA单链。
从图1和图2可以看出,在第二次有丝分裂的中期,每条染色体的两条单体,均有一条单体被3H标记。
【参考答案】B
2.将DNA分子定位在染色体上,考察减数分裂过程中DNA随染色体的变化规律
【例题】用3H标记小白鼠(体细胞含有20对同源染色体)的精原细胞和皮肤干细胞的DNA分子双链,再将这些细胞转入不含3H的培养基中培养,在前者减数第二次分裂后期和后者第二次有丝分裂后期,一个细胞中的染色体总条数和被3H标记的染色体条数分别为( )
A. 前者20和10,后者40和20 B. 前者40和40,后者80和40
C. 前者40和20,后者80和40 D. 前者40和20,后者80和80
【解析】将DNA定位到染色体上,通过考察有丝分裂和减数分裂的过程,很容易解决这类问题,如图1、图2和图3,其中实线代表已被3H标记的DNA单链,虚线代表未被3H标记的DNA单链。
从上图可见,减数第二次分裂后期,细胞中的每条染色体都被3H标记;有丝分裂的后期,细胞中有一半染色体被3H标记;减数第二次分裂后期细胞中染色体数目为2N=40,有丝分裂后期细胞中染色体数目为4N=80。
【参考答案】B
3.将基因定位在染色体上,考察遗传的基本规律
【例题】(2003·辽宁、河南,23)一个男孩患红绿色盲,但其父母、祖父母、外祖父母视觉都正常。推断其色盲基因来自( )
A. 祖父 B. 外祖母 C. 外祖父 D. 祖母
【解析】红绿色盲是一种伴X染色体隐性遗传病,设控制红绿色盲的基因为b,视觉正常的基因为B,将基因定位在X染色体上,则该男孩的基因型为XbY,同时绘制遗传系谱图如图4。
7号为该色盲男孩,基因型为XbY,其父母视觉正常,故其父6号个体基因型为XBY,该男孩的色盲基因b不可能来自其父6号个体,只能来自其母5号个体,所以其母5号个体基因型应为应为XBXb;7号个体的外祖父2号个体表现型正常,故其基因型为XBY;5号的色盲基因b不可能来自该男孩7号的外祖父2号个体,只能是来自于该男孩的外祖母1号个体,1号个体的基因型为XBXb。
【参考答案】B
参考文献
1.吴湘钰 刘恩山·普通高中课程标准实验教科书生物学必修2 遗传与进化,浙江科学技术出版社,2005年8月,34
2.刘祖洞·遗传学(第二版)上册,高等教育出版社,1990年5月,71-75
3.吴湘钰·陈阅增普通生物学,高等教育出版社,2005年1月,238-240
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