第2节 基因在染色体上

“基因位于染色体上，染色体是基因的载体”不是萨顿提出假说的依据，而是萨顿的推论内容， $ \mathrm{A} $ 错误；萨顿发现非等位基因自由组合与非同源染色体自由组合存在平行关系， $ \mathrm{B} $ 错误；基因与染色体不是一一对应的关系，每种生物的基因数量，都要远远多于这种生物的染色体数目， $ \mathrm{C} $ 错误；萨顿发现，等位基因的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似，等位基因与同源染色体在细胞分裂中行为的一致性是得出“基因在染色体上”的依据之一， $ \mathrm{D} $ 正确。

白眼突变体与野生型个体杂交， $ {\mathrm{F}}_{1} $ 全部表现为野生型，雌雄比例为 $ 1:1 $ ，则白眼基因为隐性，可能位于常染色体上，也可能位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上， $ \mathrm{A} $ 错误。摩尔根的果蝇杂交实验中， $ {\mathrm{F}}_{1} $ 均为野生型， $ {\mathrm{F}}_{1} $ 雌雄交配，后代红∶白 $ =3:1 $ ，且白眼全部是雄性，可以判断白眼基因位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上， $ \mathrm{B} $ 正确。 $ {\mathrm{F}}_{1} $ 雌性果蝇与白眼雄性杂交，设相关基因为 $ \mathrm{A}/\mathrm{a} $ ，若基因位于常染色体上，杂交结果为 $ \mathrm{A}\mathrm{a}×\mathrm{a}\mathrm{a}\to $ 白雌 $ (\mathrm{a}\mathrm{a}): $ 白雄 $ (\mathrm{a}\mathrm{a}): $ 红雌 $ (\mathrm{A}\mathrm{a}): $ 红雄 $ (\mathrm{A}\mathrm{a})=1:1:1:1 $ ；若基因位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上，杂交结果为 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}×{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}\mathrm{Y}\to $ 白雌 $ ({\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}): $ 白雄 $ ({\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}\mathrm{Y}): $ 红雌 $ ({\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}): $ 红雄 $ ({\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}\mathrm{Y})=1:1:1:1 $ ，故不能判断白眼基因是否位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上， $ \mathrm{C} $ 错误。白眼雌性与野生型雄性杂交，后代白眼全部为雄性，野生型全部为雌性，属于摩尔根果蝇实验中的验证实验，并不是最早判断白眼基因位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上的实验及结果， $ \mathrm{D} $ 错误。

萨顿提出基因在染色体上的假说，图示实验中果蝇的白眼性状总是与性别相关联，推测基因在 $ \mathrm{X} $ 染色体上，因此图示果蝇杂交实验现象支持萨顿的假说， $ \mathrm{A} $ 错误。亲本为红眼雌果蝇和白眼雄果蝇，子一代均为红眼个体，说明红眼为显性性状。若控制眼色的基因 $ \mathrm{W}/\mathrm{w} $ 在常染色体上，则子一代红眼雌果蝇的基因型为 $ \mathrm{W}\mathrm{w} $ ，白眼雄果蝇基因型为 $ \mathrm{w}\mathrm{w} $ ，二者杂交后代无论雌雄都是红眼∶白眼 $ =1:1 $ ；若基因 $ \mathrm{W}/\mathrm{w} $ 位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上，则子一代红眼雌果蝇的基因型为 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{W}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{w}} $ ，白眼雄果蝇基因型为 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{w}}\mathrm{Y} $ ，二者杂交后代无论雌雄也都是红眼∶白眼 $ =1:1 $ ，因此用 $ {\mathrm{F}}_{1} $ 红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交不能验证摩尔根的假说， $ \mathrm{B} $ 错误。摩尔根根据子二代只有雄性出现了白眼，提出控制果蝇眼色的基因只位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上， $ \mathrm{Y} $ 染色体上不含其等位基因的假说，并对上述杂交实验进行了解释， $ \mathrm{C} $ 正确。摩尔根等人提出的假说可以解释以上的实验结果，但其假说的内容不一定正确，还需要通过其他实验来验证假说的内容是否正确， $ \mathrm{D} $ 错误。

位于非同源染色体上的非等位基因的遗传遵循自由组合定律，由图可知，截翅基因和短硬毛基因位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上的不同位置，不遵循基因自由组合定律， $ \mathrm{A} $ 错误；等位基因位于同源染色体上，而白眼基因和朱红眼基因位于 $ \mathrm{X} $ 染色体的不同位置上， $ \mathrm{B} $ 错误；雄性个体中也含有 $ \mathrm{X} $ 染色体， $ \mathrm{X} $ 染色体上的基因不只在雌性个体中表达，在雄性个体中也可表达， $ \mathrm{C} $ 错误；据图可知，基因位于染色体上，一条 $ \mathrm{X} $ 染色体上含有多个基因，基因在 $ \mathrm{X} $ 染色体上呈线性排列， $ \mathrm{D} $ 正确。

位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性，在减数分裂过程中分离后独立遗传给后代， $ \mathrm{A} $ 正确；真核细胞中只有细胞核内基因的遗传才遵循孟德尔的遗传规律，线粒体和叶绿体内基因的遗传不遵循， $ \mathrm{B} $ 错误；等位基因随同源染色体的分开而分离发生在减数分裂Ⅰ后期， $ \mathrm{C} $ 错误；非同源染色体上的非等位基因自由组合发生在减数分裂Ⅰ后期，而雌、雄配子的随机结合发生在受精时， $ \mathrm{D} $ 错误。

图中为一对同源染色体，1与2为相同基因，1与3、4可能是等位基因，1与5、6、7、8是非等位基因， $ \mathrm{A} $ 错误。不发生突变的情况下，精原细胞有丝分裂前期与其进行减数分裂时形成的初级精母细胞含有的染色体和基因均相同， $ \mathrm{B} $ 正确。若不考虑互换，1与3会在减数分裂Ⅰ后期随同源染色体的分开而分离，1与2会在减数分裂Ⅱ后期随姐妹染色单体的分开而分离；若考虑染色体互换，则1与2可能会在减数分裂Ⅰ后期随同源染色体分开而分离，1与3可能在减数分裂Ⅱ后期随姐妹染色单体的分开而分离， $ \mathrm{C} $ 错误。1与5在同一条染色单体上，1与6是在姐妹染色单体上，在不发生染色体互换时，1与6不会组合到一起，而1与5一定会组合在一起，1与7或8组合的概率相等， $ \mathrm{D} $ 错误。

由题意可知， $ {\mathrm{F}}_{1} $ 全是红眼， $ {\mathrm{F}}_{2} $ 中白眼∶红眼 $ =1:3 $ ，说明遵循孟德尔的分离定律， $ \mathrm{A} $ 错误;从实验结果可以判断，该性状的遗传和性别有关，但不能判断该基因仅位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上， $ \mathrm{Y} $ 染色体上没有其等位基因，若该对基因位于 $ \mathrm{X} $ 、 $ \mathrm{Y} $ 的同源区段也可得到题中结果， $ \mathrm{B} $ 错误；将 $ {\mathrm{F}}_{2} $ 的白眼雄果蝇与红眼雌果蝇杂交，红眼雌果蝇有一半是杂合子、一半是纯合子，若红眼雌果蝇为纯合子，杂交不能获得白眼雌果蝇， $ \mathrm{C} $ 错误；要确定该基因是否只位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上，应将纯合白眼雌果蝇与纯合红眼雄果蝇杂交，如果子代中白眼都是雄性，红眼都是雌性，说明该基因仅位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上， $ \mathrm{D} $ 正确。

由题意可知，①个体是显性纯合子，②个体只有控制残翅的基因是隐性纯合的，④个体只有控制紫红眼的基因是隐性纯合的，所以 $ ①×② $ 、 $ ①×④ $ 的子代均只有一对基因杂合，能验证分离定律，不能验证自由组合定律， $ \mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{B} $ 错误；②和③分别为残翅和黑身的隐性纯合子，但是控制这两种性状的基因都位于Ⅱ号染色体上，故 $ ②×③ $ 不能验证自由组合定律， $ \mathrm{C} $ 错误；②和④分别为残翅和紫红眼的隐性纯合子，且控制这两种性状的基因分别位于Ⅱ、Ⅲ号染色体上， $ ②×④ $ 的后代这两对基因都是杂合的，可用于验证自由组合定律，同理，也可选择 $ ③×④ $ 组合， $ \mathrm{D} $ 正确。

在减数第一次分裂后期，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，则图中的常染色体和 $ \mathrm{X} $ 染色体可能移向同一极，进入同一个细胞中，当该细胞处于减数第二次分裂后期时，姐妹染色单体分离，基因 $ \mathrm{c}\mathrm{n} $ 、 $ \mathrm{c}\mathrm{l} $ 、 $ \mathrm{v} $ 、 $ \mathrm{w} $ 可出现在细胞的同一极， $ \mathrm{A} $ 正确；在有丝分裂中期，细胞中的所有染色体的着丝粒都排列在细胞中央的赤道板上，即 $ \mathrm{X} $ 染色体和常染色体的着丝粒都排列在赤道板上， $ \mathrm{B} $ 正确；在有丝分裂后期，每条染色体的着丝粒一分为二，姐妹染色单体分离并移向两极，所以基因 $ \mathrm{c}\mathrm{n} $ 、 $ \mathrm{c}\mathrm{l} $ 、 $ \mathrm{v} $ 、 $ \mathrm{w} $ 会出现在细胞的同一极， $ \mathrm{C} $ 正确；等位基因是指位于一对同源染色体的相同位置的基因，朱红眼基因 $ \mathrm{c}\mathrm{n} $ 、暗栗色眼基因 $ \mathrm{c}\mathrm{l} $ 位于一条常染色体上，不是位于一对同源染色体相同位置的基因，不属于等位基因， $ \mathrm{D} $ 错误。

由图可知，果蝇的体细胞中有4对同源染色体， $ \mathrm{A} $ 正确；摩尔根运用假说—演绎法，通过实验证明果蝇的白眼基因位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上， $ \mathrm{B} $ 正确；摩尔根等人选择果蝇作为实验材料，通过假说—演绎法证明了基因在染色体上，果蝇的红眼和白眼的遗传总是与性别相关联， $ \mathrm{C} $ 正确；由于灰身雄果蝇的基因型可能有两种 $ (\mathrm{B}\mathrm{B} $ 、 $ \mathrm{B}\mathrm{b}) $ ，若该果蝇 $ (\mathrm{B}\mathrm{b}) $ 与多只灰身雄果蝇杂交，子代灰身∶黑身可能不是 $ 3:1 $ ， $ \mathrm{D} $ 错误。

（1） 果蝇具有易饲养、繁殖快、后代数量多、有多对易于区分且能稳定遗传的相对性状等优点，适合作为遗传学研究的材料。

（2） 如果控制白眼的基因位于常染色体上，且隐性纯合的雌性个体胚胎致死，则 $ {\mathrm{F}}_{2} $ 中雌果蝇∶雄果蝇不为 $ 1:1 $ ，而摩尔根实验结果为 $ {\mathrm{F}}_{2} $ 中雌果蝇∶雄果蝇 $ =1:1 $ ，所以甲同学的解释不合理。

（3） 设控制果蝇红眼与白眼的基因为 $ \mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{a} $ ， $ {\mathrm{F}}_{2} $ 中红眼雌果蝇的基因型及概率为 $ \dfrac{1}{2}{\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{A}} $ 、 $ \dfrac{1}{2}{\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}} $ ，红眼雄果蝇的基因型为 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}\mathrm{Y} $ ，二者自由交配，后代中白眼果蝇 $ ({\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}\mathrm{Y}) $ 的比例为 $ \dfrac{1}{2}×\dfrac{1}{2}×\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{8} $ ，红眼的比例为 $ 1-\dfrac{1}{8}=\dfrac{7}{8} $ ，即红眼∶白眼 $ =7:1 $ 。

（4） 根据直毛雌、雄果蝇杂交，后代中出现了分叉毛可知，分叉毛为隐性性状，由于控制该性状的基因仅位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上，可以选择分叉毛雌果蝇和直毛雄果蝇杂交，子代中雌性均为直毛，雄性均为分叉毛，通过观察刚毛即可区分子代的性别。遗传图解见答案。

（1） 由图可知，控制长翅与残翅 $ (\mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{a}) $ 、直翅与弯翅 $ (\mathrm{B} $ 、 $ \mathrm{b}) $ 两对相对性状的基因位于一对同源染色体上，所以其遗传不遵循基因的自由组合定律。

（2） 该昆虫精原细胞减数分裂过程中，位于姐妹染色单体上的两个 $ \mathrm{D} $ 基因发生分离的时期是减数第二次分裂后期。

（3） 减数分裂过程中同源染色体分离的同时，非同源染色体发生自由组合，不考虑变异，一个初级精母细胞形成的4个精细胞两两相同，故其中一个精细胞的基因型为 $ \mathrm{A}\mathrm{b}\mathrm{d} $ ，则另外三个精细胞的基因型为 $ \mathrm{A}\mathrm{b}\mathrm{d} $ 、 $ \mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{D} $ 、 $ \mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{D} $ 。

（4） 该昆虫进行有性生殖过程中，基因重组的发生主要与减数分裂过程中的同源染色体中非姐妹染色单体的片段互换（减数第一次分裂前期）和非同源染色体的自由组合（减数第一次分裂后期）两个现象有关。

（5） 要验证自由组合定律，则应有两对独立遗传的等位基因，图中对应的基因型为 $ \mathrm{A}\mathrm{a}\mathrm{D}\mathrm{d} $ ，对其进行测交实验，应选择的异性亲本基因型是 $ \mathrm{a}\mathrm{a}\mathrm{d}\mathrm{d} $ 。

$ \mathrm{X} $ 、 $ \mathrm{Y} $ 染色体虽然形态、大小有明显差异，但仍是同源染色体，在减数第一次分裂前期能正常联会，支持题干中的观点， $ \mathrm{A} $ 不符合题意；同源染色体上可能携带完全相同的基因，经过题图的变化后， $ \mathrm{X} $ 染色体上可能出现重复基因，支持题干中的观点， $ \mathrm{B} $ 不符合题意；果蝇的 $ \mathrm{X} $ 和 $ \mathrm{Y} $ 染色体上都存在控制刚毛（截刚毛）的基因，即同源染色体有等位基因或相同的基因，支持题干中的观点， $ \mathrm{C} $ 不符合题意；控制雄果蝇红眼（白眼）的基因在体细胞中只有一个，即不存在等位基因，不支持题干中的观点， $ \mathrm{D} $ 符合题意。