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第三章第一节 细胞质遗传
教学目标
（1）理解细胞质遗传的概念和特点以及形成这些特点的原因（识记）。
（2）理解细胞质遗传的物质基础是细胞质中的DNA（识记）。
（3）理解细胞质遗传在育种中的应用（知道）。
重点、难点分析
细胞质遗传的特点和形成这些特点的原因以及细胞质遗传在育种中的应用是本节的教学重点。
教学模式
引导——探究式教学方法。
教学手段
主要应用影像逼真的投影片加强直观教学。
课时安排 二课时。
设计思路
在教学过程中，不是将知识直接传授给学生，而是采用引导——探究策略，创设情境，着眼于把学生领进探究知识的过程中去，让学生通过自己的观察、思考去探究知识的形成，在探究知识的过程中，启迪、训练学生的思维，帮助学生学会思考，点拨思路，引导方法，培养能力，使学生不仅感受到探索和成功的乐趣，而且受到科学态度、科学精神的熏陶，并增强STS意识。
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教学过程 |
板书设计 |
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[导课]
我们在高中生物必修课中学习了细胞核遗传的有关内容，所谓细胞核遗传是指生物的性状是由细胞核内的遗传物质控制的遗传方式，那么细胞质内的遗传物质控制的性状又是按什么方式遗传的呢？这节课我们来讨论这个问题。
一、细胞质遗传的概念
细胞核遗传：指生物的性状是由细胞核内的遗传物质控制的遗传方式。
细胞质遗传：指生物的性状是由细胞质内的遗传物质控制的遗传方式。
二、细胞质遗传的特点
（1）简要介绍实验材料——紫茉莉。
紫茉莉的枝条一般是绿色的，因为它含有叶绿素的正常叶绿体。但这种植物存在着多种变异类型，如花斑植株，它的枝叶呈现出白绿相间的花斑状，有时在它的植株上还会出现三种不同的枝条——绿色的、白色的、花斑状的。为什么？科伦斯通过镜检发现：是由于紫茉莉的叶肉细胞中存在着不同种类的质体。绿色叶的细胞里含有的是有叶绿素的叶绿体；白色叶的细胞里不含叶绿体，而仅含没有色素的白色体，这种白化突变在自然界中可能是由某种因素引起的，如紫外线照射等；而花斑叶中含有三种不同的细胞：只含有叶绿体的细胞、只含有白色体的细胞、同时含有叶绿体和白色体的细胞，三种不同的细胞互相间隔存在，使得枝条呈现了白绿相间的花斑状。
（2）演示紫茉莉枝叶的性状遗传的杂交试验过程（参考教材P43表3-1，紫茉莉花斑植株的杂交结果），学生观察、思考。
①用紫苿莉不同枝条上的花相互授粉，得到的F1植株性状表现有何特点？
②细胞质遗传为什么会表现母系遗传现象？
③通过细胞质遗传产生的后代，其性状为什么不出现一定的性状分离比？
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母本枝条 |
父本枝条 |
F1植株 |
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绿色 |
绿色或白色或花斑 |
绿色 |
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白色 |
绿色或白色或花斑 |
白色 |
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花斑 |
绿色或白色或花斑 |
三种均有 |
实验结果：F1植株的颜色，完全由母本枝条来决定。经过科伦斯的多次重复性试验，都得到了相同的试验结果。
结果分析：研究表明，卵细胞中含有大量的细胞质，而精子中只含有少量的细胞质，因此受精卵的细胞质几乎来自卵细胞，而控制紫苿莉枝条颜色遗传的基因刚好在细胞质中，所以F1植株的性状由母本决定――――母系遗传。
（3）细胞质遗传的特点
上述试验对孟德尔的遗传定律再次提出了挑战？
提问：孟德尔的一对相对性状和两对相对性状的豌豆杂交试验结果是怎样的？
紫茉莉枝叶遗传的杂交试验与之相比有哪些主要不同？
教师适时引导学生回顾已有知识，通过对比使学生认识到，紫茉莉枝叶性状的独遗传特点是：
1．是F1并不表现出显性性状，而总是表现出母本性状。此时给出“母系遗传”的概念
原因：受精卵的细胞质几乎都是来自卵细胞。
2．是F1的性状不会出现一定的分离比。
原因：由于减数分裂形成生殖细胞时，细胞质内的遗传物质随机地、不均等分配导致F1无一定的分离比。
三、细胞质遗传的物质基础
叶绿体、线粒体中含有DNA
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比较 |
细胞核遗传 |
细胞质遗传 |
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物质基础 |
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表现性状 |
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杂交后代性状比例 |
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减数分裂形成的子细胞中遗传物质的分配 |
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四、细胞质遗传在实践中的应用
（一）杂种优势
教师采用层层递进的方法，提出一系列探索性问题，引导学生分析、归纳、理解杂种优势有关知识。
1．杂种优势现象：学生自学，从教材中找出。
2．杂种为什么会表现出优势？引导学生回忆基因的自由组合定律在育种上的应用，讨论分析出很可能就是因为杂种可以集合双亲的有利基因而产生杂种优势，并且两个亲本的亲缘关系越远，携带的异质基因越多，杂种优势越明显。使学生对杂种优势的原理有初步理解。
3．杂种优势会不会稳定遗传？不会，根据遗传定律，杂种F1自交后会出现性状分离。
4．在农业生产上利用杂种优势育种所面临的难题是什么？要保持作物的杂种优势，必须年年配制第一代杂交种。
5．杂交育种的主要措施是什么？引导学生回忆盂德尔的杂交试验，讨论归纳出杂交育种的关键步骤就是人工去雄。
6．出示玉米和水稻植株的模式图，让学生比较雌雄同株异花植物和雌雄同花植物在花的结构和位置上的区别，使学生发现，对于玉米等雌雄同株异花植物，人工去雄还比较容易，但是，对于水稻、小麦等雌雄同花植物，花又很小，人工去雄就非常困难了。如何解决实际生产中的问题，让杂交育种工作变得简单易行呢？
（二）探究三系配套杂交育种原理
（1）雄性不育现象发生的原理——教师利用投影片讲述。
①雄蕊是否可育，是由核基因和质基因共同决定的。
核基因：可育基因R对不育基因r是显性。
质基因：可育基因为N，不育基因为S
②核基因和质基因的关系：细胞质的可育基因N可使花粉正常发育，细胞核的可育基因R能够抑制细胞质不育基因S的表达。
③结果：
关于三系配套育种，知识难度较大，教师应该用丰富的资料与情感，感染学生，激发起学生的学习热情与探究欲望，减少学生心理上的抵触情绪，自然使知识由难变易；另外，紧紧抓住不育系核质互作特点及三系配套中不育系留种、育杂交种这两大问题为主线，可以使知识由繁化简。
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第一节 细胞质遗传
一、细胞质遗传的概念
细胞核遗传
细胞质遗传
二、细胞质遗传的特点
（1）介绍实验材料——紫茉莉
（2）茉莉枝叶的性状遗传的杂交试验
实验结果：
结果分析：
（3）细胞质遗传的特点
．是F1并不表现出显性性状，而总是表现出母本性状。
原因：受精卵的细胞质几乎都是来自卵细胞。
2．是F1的性状不会出现一定的分离比。
原因：由于减数分裂形成生殖细胞时，细胞质内的遗传物质随机地、不均等分配导致F1无一定的分离比。
三、细胞质遗传的物质基础
四、细胞质遗传在实践中的应用 |
例题分析
[例1]右图是黄花柳叶菜和刚毛柳叶菜杂交示意图，请据图回答：
(1)A与a是一对 基因，它属于细胞核基因；L与H属于 基因。
(2)若用正交F1与乙（父本）连续回交20代，第20代的各种性状仍与甲表现一致。此现象说明：
[解析]这是一道识图题，解决这类题目，首先要仔细读图，把握图中各部分的结构、功能及特点，找出图中解决问题的隐含条件，寻找突破口。该题中，甲乙分别表示细胞，其中圆圈表示细胞核，所以AA和aa是细胞核中的基因，遵循细胞核遗传，圆圈以外表示细胞质，L和H表示细胞质中的基因，遵循细胞质遗传。其次，要了解图中各符号的意义，图中的♀表示母本，♂表示父本，从图中可以看出，对于细胞质中的基因，正交F1和反交P，的性状分别与母本相同，说明具有母系遗传的特点，而对于细胞核中的基因，正交F，和反交Fl的性状相同，都表现为显性性状。
[答案](1)等位基因；细胞质(2)细胞质基因也有自我复制的能力，复制后通过卵细胞独立地传给后代
[例2]用紫茉莉花斑叶的花粉传予紫茉莉花斑叶的雌蕊，所结种子长成的植株的性状是
A．叶呈绿色 B．叶呈白色 C．花斑叶 D．以上三种性状同时存在
[解析]解答此类问题需从如下两方面人手分析： ①紫茉莉的叶色遗传是由叶绿体内的遗传物质控制的，属于细胞质遗传。 ②花斑紫茉莉雌蕊在产生雌配子时，细胞质的分开是不均等、随机的，因此可产生三种类型的雌配子，即含正常叶绿体的雌配子，含不正常叶绿体的雌配子，含两种叶绿体的雌配子。当与精子发生受精作用时，依细胞质母系遗传的特点，可形成三种类型的受精卵，三种类型的受精卵可形成具有三种类型枝条的植株。[答案]D
[解题警示]由紫茉莉的叶色遗传特点可以推知，某些特殊情况下，细胞质遗传也可能出现性状分离现象。
[例3]某种子站由于不慎把玉米的保持系和恢复系种到了一块地里，则在恢复系上可获得种子基因型是
A. N(rr)和N(Rr) B. N(Rr)和S(Rr) C. S(rr)和S(Rr) D. N(RR)和N(Rr)
[解析] 解答此类题目需从如下几步进行分析：
①明确保持系和恢复系的基因型分别是N(rr)和 N(RR)。
②保持系和恢复系种植在一起，既可以白花传粉，又可以异花传粉。恢复系[N(RR)]进行白花传粉子代基因型仍是N(RR)，恢复系进行异花传粉，即接受保持系的花粉，子代基因型为N(Rr)。答案]D
目标巩固
1.下列判断正确的是（ ）
A.细胞质基因存在于细胞器中的染色体上
B.紫茉莉花斑枝条上花的雌蕊接受同—枝条上花的花粉，F1不可能出现纯白色的枝条
C.在细胞质遗传中，F1可能会出现性状分离
D.细胞质遗传也是由基因控制的，同样遵循遗传的三大定律
2．紫罗兰的胚表皮呈深蓝色或黄色是一对相对性状，若胚表皮深蓝色♀×胚表皮深黄色♂→Fl胚表皮深蓝色，由此可知紫罗兰胚表皮颜色的遗传属于（）
A．显性遗传 B．隐性遗传 C．细胞质遗传 D．无法确定何种遗传方式
3．控制细胞质遗传物质的载体是（ ）
A．染色体 B．线粒体 C．细胞质DNA D．线粒体和叶绿体
4．已知细胞核和细胞质，都有决定雄性是否可育的基因，其中核中不育基因为r，可育基因为R，R对r显性。细胞质的不育基因为S，可育基因为N，上述四种基因的关系，在雄性不育系、保持系、恢复系、杂交种基因型中的正确组成顺序依次是
A．①②③④ B．②①③④ C．③①②④ D．④①②③
5．叶绿体是半自主的细胞器，若用胡萝卜根细胞，培养成植株的叶片的颜色是（ ）
A．白色 B．绿色 C．无色 D．花斑色
6．小鼠的海拉细胞有氯霉素抗性，通过显微操作，把无氯霉素抗性的小鼠体细胞的核取出，注入去核的小鼠海拉细胞中，然后将这一杂交细胞培养在含有氯霉素的培养基中，结果发现，杂交细胞持续分裂。这一核移植实验说明海拉细胞的氯霉素抗性遗传属于A．细胞质遗传 B．细胞核遗传 C．显性遗传 D．无法确定何种遗传方式
7.右图所示为啤酒酵母菌的繁殖情况。啤酒酵母菌既可进行无性生殖(出芽生殖)也可进行有性生殖。在有氧条件下，取菌样涂布在离体培养基上，进行培养可形成大菌落和小菌落两种菌落类型，小菌落直径为大菌落的1/3-1/2。
(1)图中啤酒酵母进行有性生殖的有 (用字母表示)
(2)与菌落大小有关的基因分布于 ，判断依据是
(3)B过程中产生小菌落的原因是
8．材料1 线粒体蛋白质的合成依赖于核DNA（nDNA）和线粒体DNA（mtDNA）的共同表达，其中后者指导合成约10％的线粒体蛋白质，均为呼吸链正常功能所必需。
材料2 线粒体是细胞内的氧自由基主要来源，过量的自由基可广泛攻击体内生物大分子，mtDNA较易受自由基攻击，氧化损伤而引起突变，其突变率是核DNA的10倍。
材料3 Leber遗传性视神经病是mtDNA1177位点的G-A突变造成的，患者常伴有继发性色觉障碍，多为全色盲，次为红绿色盲和色弱。
回答：
（1）“线粒体是一种半自主性细胞器”，为什么？
（2）若线粒体起源于原始的耗氧细菌，推测下列细胞选项中，有氧呼吸在细胞膜表面进行的是
A．大肠杆菌 B．噬菌体 C．人红细胞 D．硝化细菌
（3）图甲、乙、丙分别为三个色盲家系谱，其中属Leber遗传性视神经病系谱的是 ；若甲图中“*”号个体（甲图中右下角）与一正常男性婚配，孩子患病的概率是
（5）给衰老提出一种可能的解释。
五、标答与点拨
1．C（点拔：细胞核遗传遵循遗传的三大定律）
2．B（点拨：无正反交对照实验）
3．C(点拔：叶绿体、线粒体、质粒等细胞质结构中的DNA)
4．A(点拔：杂交种S（Rr）含可育基因R)
5．D(点拨：细胞的全能性)
6．A（点拨：形成的杂交细胞性状并不随核的转移而变。说明控制这一相对性状的基因位于细胞质中）
7．(1)CD (2)细胞质；二倍体合子减数分裂产生的单倍体后代只有大菌落一种类型 (3)细胞质基因突变
8．（1）虽然线粒体能自主复制，但线粒体蛋白质的合成依赖于nDNA和mtDNA的共同表达 （2）D（需氧型细菌） （3）乙（细胞质遗传的主要特点之一是表现为母系遗传）；2/3（甲系谱病由常染色体上的显性基因控制） （4）mtDNA位于氧自由基的包围之中，其突变率比核DNA高10余倍，故随年龄增加体细胞内mtDNA新生突变会逐渐积累，从而使原有的缺陷进一步加重直至出现临床症状。线粒体是机体的“动力工厂”，mtDNA损伤可导致线粒体功能缺馅，引起细胞能量不足（尤其是在脑、肌肉等高氧的组织内）而造成细胞的衰老与死亡。
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