师:同学们好,今天我们来学习生物的遗传和变异这章的第三节——人的性别决定。本节目标有两个,一是概述人的性染色体和常染色体,二是解释人的性别决定。首先,我们通过一张照片开启这节课。照片中的男孩是老师的第一个孩子,他一直想有个弟弟陪他玩。国家二孩政策开放后,老师怀有第二个孩子,那他想要弟弟的愿望一定能实现吗?人的性别究竟是由什么决定的?这节课我们就一起来探究。
在人群中有男性也有女性,性别也是人体性状的一种。科学研究表明,人的性别与染色体有关,我们的探究就从了解染色体开始。
一、性染色体和常染色体
请看这幅图,这是未经整理的人的体细胞中染色体图,染色体排列杂乱无序。为便于研究,科学家们将这些染色体按照形态、大小等进行整理编号,形成这样两幅图。请同学们观察男性(左)、女性(右)体细胞中染色体图。请问,人的体细胞中染色体数目是多少条呢?
生:46条。
师:非常正确,在男女体细胞中染色体数目都是46条,并且都以成对的形式存在,即23对。细心的同学可能还观察到,最后一对染色体在不同性别中形态大小有差异。确实如此,科学研究表明,第1 - 22对染色体与人的性别决定无关,称为常染色体;第23对染色体与人的性别决定有关,称为性染色体。因此,在正常人的体细胞中,染色体可以分为两类,一类是与性别决定无关的常染色体,另一类是与性别决定有关的性染色体。
性染色体在不同性别中形态大小究竟有什么差异呢?我们再来观察这两幅放大的扫描电镜图。可以看到,男性的两条性染色体形态大小不同,而女性的两条性染色体形态大小相同。它们是如何命名的呢?1902年,美国的细胞学家麦克朗在观察中发现细胞中的性染色体;1905年,美国细胞学家威尔逊和斯特蒂文特进一步把男性体细胞中的性染色体命名为X染色体和Y染色体,其中较长的是X染色体,较短的是Y染色体。女性体细胞中一对性染色体是由两条X染色体组成的。因此,男性的性染色体组成用XY表示,女性的性染色体组成用XX表示,注意书写时均用大写字母。
学会了性染色体的表示方法,那如何表示男性、女性体细胞中的染色体组成呢?不管是男性还是女性,体细胞中都有23对染色体,其中常染色体22对,性染色体1对。男性的这对性染色体为XY,女性的这对性染色体为XX。那么,男性体细胞中染色体的组成可以表示为22对常染色体 + XY染色体,女性体细胞中的染色体组成可以表示为22对常染色体 + XX染色体。
学会了体细胞中的染色体组成如何表示,接下来思考,如何表示男性、女性生殖细胞中的染色体组成呢?结合前面的学习,我们知道体细胞在形成生殖细胞的过程中,成对的染色体会分开进入不同的生殖细胞,因而生殖细胞中染色体的数目是体细胞的一半,即23条,其中常染色体22条,性染色体1条,这样保证了遗传的稳定性。
因此,生殖细胞中卵细胞的染色体组成可以表示为22条常染色体 + X染色体,精子的染色体表示为22条常染色体 + X染色体或22条常染色体 + Y染色体。这样的表示能简洁明了地反映出不同性别、不同类型细胞中染色体的数目和类型。从这里我们还能分析出,若以性染色体为区分标准,女性只能产生一种含X染色体的卵细胞,男性能产生含X染色体或Y染色体两种类型的精子。
无论是常染色体还是性染色体,其上都有很多控制遗传性状的基因。那么遗传性状与性别有关吗?请同学们看屏幕上有无耳垂的遗传图解。通过上节课的学习,我们知道后代中有无耳垂的可能性各占50%,跟性别没有关系。除此以外,还有拇指能否向后弯曲、能否卷舌等遗传性状都与性别无关。可见人类大多数遗传性状与性别无关,这是因为由常染色体上基因控制的性状与性别没有关系。当控制某种遗传性状的基因位于性染色体上,与性别有没有关系呢?请看这张图片,我们都知道红灯停绿灯行的交通规则,红绿色盲患者却不能分辨红色和绿色,这是因为控制红绿色盲的基因位于X染色体上。当控制某种性状的基因在X染色体或Y染色体上时,这些基因就会随着性染色体传递给后代。可见由性染色体上基因控制的遗传性状在男性和女性中表现情况常常有所不同。
现在我们了解了性染色体和常染色体的相关知识,这有助于我们接下来探究性别决定的方式。
二、性别决定的方式
首先,我们通过游戏模拟活动来体验生男生女的奥秘。器材有彩色卡纸、牛皮纸、信封、笔、纸。指导如下:
在信封上分别标注男女,准备红色圆形卡片20张,每张卡片上书写X;蓝色圆形纸片20张,其中10张纸片上书写X,另外10张纸片上书写Y。
充分摇动信封,从男女两袋分别随机抽出一张纸片进行组合,若组合为XX为生女,组合为XY为生男。每次抽出的纸片要放回原信封中混匀,一共抽取10次。
操作时做好记录,操作完毕,统计组合XX和组合XY的出现次数,计算生男生女的比例。
这项活动的原理是两种类型的蓝色纸片与红色纸片组合的机会均等。操作时哪些步骤可以体现这一原理呢?
生:充分摇动信封、随机抽取以及每次抽出的纸片要放回原信封中混匀,这些步骤都体现了组合机会均等这一原则。
师:非常好。下面请看老师拍的一段视频——游戏模拟生男生女的奥秘。首先老师来介绍一下准备工作,这是两张分别标有男女的牛皮纸信封,这是写上X的红色圆形纸片20张,它们代表女性的卵细胞,因此将它们放入女信封袋中;这里还有写上X或Y的蓝色圆形纸片,各10张,它们代表男性的两种精子,因此将它们放入男性信封袋当中。老师这里还备有一张生男生女记录表和一支笔。接下来游戏模拟就可以开始了。
第一步,充分摇动信封,分别随机地从两个信封袋当中抽取一张卡片;
第二步,将抽取的卡片组合类型记录在表中;
第三步,每次抽取后要将纸片放回原来的信封袋当中混匀,这样以保证两种精子与卵细胞结合的机会是均等的。
重复以上三个步骤10次,最后再统计生男生女的情况。同学们,你们学会了吗?也赶紧来试试吧。
视频中老师游戏模拟的结果是出现7次生女,3次生男。同学们可能会觉得老师游戏模拟的次数太少,这结果没有代表性。的确如此,对于概率性事件,实验次数越多,实验结果越准确。所以老师为大家带来一组数据,这个数据来源于老师所在学校原八年级学生做的这个实验。从数据上可以看出,该次游戏模拟中共抽取1000次,其中499次生女,占总数的49.9%;501次生男,占总数50.1%。可见生男生女的比例接近1 : 1。以上是通过模拟活动得到的结论,这个结论与理论上是一致的吗?我们一起来分析。
