【中学3年理科】遺伝のまとめ・遺伝子とDNA

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中3理科、生物の連続性の最後の単元が遺伝になります。生物は遺伝によって、生物の特徴を後世に受け継いでいきます。遺伝の規則性を学習し、遺伝に関係する遺伝子やDNAについても見ていきます。

遺伝の規則性と遺伝子

この単元は、遺伝の規則性に関する分野と遺伝子の本体に関する分野に分かれます。遺伝の規則性では、自分で生殖細胞のかけ合わせを行い、現れる形質の比を求めていくことになります。

遺伝子の分野では、染色体を構成するDNAという物質について知識を修得します。どちらもまずはしっかりと用語を覚えることが重要です。

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遺伝に関する用語

まずは、遺伝の単元で登場する用語を覚えていきましょう。問題文中に頻繁に登場しますので知っていないと問題が解けません。

形質

形質とは、生物の特徴となる形や性質のことです。背が高い低い、天然パーマとストレートなども形質になります。後で登場する遺伝子によって形質が決まります。

遺伝

遺伝とは、親の形質が子に伝わることです。遺伝には規則性が見られ、子に伝わりやすい形質や子に伝わりにくい性質があります。メンデルによって、その規則性が発見されました。

交配

2つの個体間で受粉、または受精させることかけ合わせと言ったりもします。

自家受粉(自家受精)

花粉が同じ花の柱頭、または同じ株の別の花の柱頭に付くことを自家受粉といいます。反対に、花粉が異なる個体間の花に付くことを他家受粉といいます。自家受精は、自家受粉によって行われる受精です。

純系

自家受粉によって、親、子、孫と代を重ねても、同じ形質しか現れない系統のことです。

問題文中では、「代々丸い種子をつくる…」などと書かれます。

優性形質

形質の異なる純系どうしを交配させたとき、子に現れる形質を優性形質といいます。「優れている」という意味ではなく、ただ、子に表れやすいというだけです。

劣性形質

形質の異なる純系どうしを交配させたとき、子に現れない形質を劣性形質といいます。劣性形質は決して劣っているという意味ではなく、単に現れにくいというだけの特徴です。

遺伝子

遺伝子は形質を現すもとになるものです。核の中の染色体に情報として含まれており、遺伝子は対になって存在しています。これが子に伝わることで、生物の形質が受け継がれてゆくのです。

対立形質

対立形質とは、対になっている遺伝子が表す形質で、子に現れやすい優性形質と子に現れにくい劣性形質の両方のことをいいます。エンドウの種子の形が丸かしわになる場合の、「まる」と「しわ」などを対立形質といいます。

分離の法則

生殖細胞ができるとき、対になっている遺伝子が分かれて、別々の生殖細胞に入ることを分離の法則といいます。

DNA(デオキシリボ核酸)

遺伝子の本体のこと。遺伝子はDNAという物質でできています。DNAは2本の鎖状の物質が、互いにからみあい、二重らせん構造という形をとっています。このDNA上に遺伝子があり、それが子に伝わることで形質が遺伝します。

メンデルの遺伝の法則

メンデルはエンドウのもつ形や色などの対立形質が、どのように親から子へ伝わるか実験をしました。純系の親を交配させ子を得る。その子を自家受粉させ孫の代を得る。という流れをマスターしましょう。

純系の交配でできる子

遺伝の規則性1

しわのある種子をつくる純系のエンドウの花粉を、丸い種子をつくる純系のエンドウの花に受粉させると、できた種子はすべて丸い種子になり、優性の形質のみが現れました。

これを遺伝子の記号を使って説明します。丸い種子をつくる遺伝子をAしわのある種子をつくる遺伝子をaとすると、丸い種子をつくる純系の遺伝子の組み合わせはAAしわのある種子をつくる遺伝子の組み合わせはaaとなります。

生殖細胞に入る遺伝子は、分離の法則により、それぞれ分かれて別の生殖細胞に入ります。したがって、精細胞の遺伝子をaとすると、卵細胞の遺伝子はAとなり、受精によってできる子(種子)の遺伝子はAaとなり、子(種子)は全て優性形質である丸になります。

遺伝の掛け合わせ表

子の自家受粉でできる孫

遺伝の法則2

上の交配でできた丸い種子を育て自家受粉させると、丸い種子としわのある種子が3:1の割合でできます。

できた丸い種子の遺伝子の組み合わせはAaで、その種子が成長してできる精細胞や卵細胞の遺伝子は、分離の法則によりAaとなるから、孫の代の遺伝子の組み合わせは、すべての組み合わせを考えると、AA:Aa:aa1:2:1の割合で生じ、形質で見ると丸:しわ3:1で生じます。

遺伝の掛け合わせ表

子と純系のしわを交配してできる種子

子の遺伝子の組み合わせはAaですべて丸い種子になりました。これと親の純系のしわをつくる遺伝子aaを持つエンドウを交配させると、遺伝子の組み合わせでAaとaaを持った、丸い種子Aaとしわのある種子aaが1:1の割合で生じます。

遺伝の掛け合わせ表

遺伝の法則の確認問題

  1. 生物の特徴となる形や性質のことを何というか。
  2. 花粉が同じ花の柱頭、または同じ株の別の花の柱頭に付くことを何というか。
  3. 親、子、孫と代を重ねても、同じ形質しか現れない系統のことを何というか。
  4. 対になっている遺伝子が表す形質を何というか。
  5. 生殖細胞ができるとき、対になっている遺伝子が分かれて、別々の生殖細胞に入ることを何というか。
  6. しわのある種子をつくる純系のエンドウの花粉を、丸い種子をつくる純系のエンドウの花に受粉させるとできる種子の形は丸としわのどっちか。
  7. 6でできた丸い種子を育て自家受粉させると、丸い種子としわのある種子は何対何の割合で生じるか。
  8. 6で丸い種子が1500個できたとき、しわのある種子は何個生じているか。

解答

  1. 形質
  2. 自家受粉
  3. 純系
  4. 対立形質
  5. 分離の法則
  6. 3:1
  7. 500個

染色体とDNA

生物の細胞の中には、中心に核があります。核は酢酸カーミン液や酢酸オルセイン液で、赤色に染色することができましたね。

この核の中には、ひも状染色体というものがあります。ヒトの場合、染色体は46本あり、2本で同じ形の染色体でペアになっているので、23セットの染色体のペアがあることになります。この同じ形の2本のペアになっている染色体を「相同染色体」といいます。

この相同染色体の対になっている部分に、対立形質を現す遺伝子の情報が含まれているのです。

染色体とDNAと遺伝子

染色体は何でできているの?

この染色体ですが、実は毛糸の編み物のような作りになっています。毛糸をひも解くと、細いひものようなものになり、ひもを拡大してみると2本のひもが二重らせん構造を取っています。

このひものようなものは「DNA」という物質で、正式名称は「デオキシリボ核酸」といいます。このDNAが2本より合わさって、さらにそれが緻密に折り重なることで染色体ができているのです。

遺伝子とは

遺伝子とは、生物が持つ形質を現すもとになるものです。先ほど説明した染色体をつくっているDNAにその情報が記録されています。このDNAに書き記された情報を遺伝子というのです。

わかりやすく例えると、次のようになります。

  • 本→染色体
  • 本をつくっている紙→DNA
  • 本に書かれた情報→遺伝子

遺伝子とDNA

染色体とDNAの確認問題

  1. 核の中にあるひも状の物質を何というか。
  2. 染色体は何という物質でできているか。
  3. 2の正式名称は何か。
  4. 形質を現すのとになるものを何というか。
  5. 核や核の中にある染色体は何という染色液で赤色になるか。
  6. 同じ形のペアになっている染色体を何というか。
  7. 生殖細胞がつくられるときに、ペアになっている遺伝子が分かれて、それぞれ別の生殖細胞に入ることを何というか。

解答

  1. 染色体
  2. DNA
  3. デオキシリボ核酸</li>
  4. 遺伝子
  5. 酢酸カーミン液(酢酸オルセイン液)
  6. 相同染色体
  7. 分離の法則

【理科問題❶】遺伝の規則性

問題下の図のように、代々丸い種子をつくるエンドウ(親とする)の花粉を、代々しわのある種子をつくるエンドウ(親とする)の柱頭に受粉させ得られた種子(子とする)を観察すると、すべて丸い種子であった。種子の丸を現す遺伝子をA、しわのある種子を現す遺伝子をaとして、次の各問いに答えなさい。

遺伝の規則性

(1)エンドウの子葉は2枚で、葉脈は網状脈である。エンドウのように子葉が2枚の植物のなかまを何というか。

(2)問題文にあるように、代々同じ形質しか現さない個体を何というか。

(3)受粉によりできた個体がすべて丸であったことから、子に現れやすい種子の形質は、丸としわのどちらになるか。また、このような形質を何というか。

(4)丸としわのように、どちらか一方しか現れない形質を何というか。

(5)上の図の交配で、代々丸い種子をつくる個体の遺伝子の組み合わせと、交配によりできた丸い種子(子)の遺伝子の組み合わせとして正しいものを、次のア~オの中からそれぞれ1つずつ選べ。
ア AA  イ Aa  ウ aa  エ A  オ a

(6)子の丸い種子がつくる生殖細胞に含まれる遺伝子として適当なものを、次のア~オの中からすべて選び記号で答えよ。
ア AA  イ Aa  ウ aa  エ A  オ a

(7)上の図の交配によってできた丸い種子を自家受粉させ、種子をつくった(孫とする)ところ、丸い種子が5987個生じた。このとき、できた種子は全部で何個になるか。また、しわのある種子は全部で何個になるか。それぞれ、下のア~オの中から適するものを選べ。
ア 2000個  イ 4000個  ウ 6000個  エ 8000個  オ 10000個

(8)代々丸い種子をつくる親の個体と、子の丸い種子を交配させると、丸い種子としわのある種子は何対何で生じるか。最も簡単な整数の比で答えなさい。

(9)(7)で生じた5987個の丸い種子をすべてまいて育て、それぞれの株で自家受粉させると、得られる丸い種子としわのある種子の数の比(丸い種子:しわのある種子)は、およそ何対何になるか。下のア~オの中から最も適切なものを1つ選べ。
ア 1:4  イ 1:5  ウ 3:1  エ 4:1 オ 5:1

(10)生殖細胞ができるとき、対になっている遺伝子は分かれて別々の生殖細胞に入ることを何というか。

【解答・解説❶】遺伝の規則性

(1)双子葉類

芽生えのとき、子葉が2枚の植物を双子葉類、子葉が1枚の植物を単子葉類といいます。エンドウは子葉が2枚のなので双子葉類に分類されます。双子葉類の葉脈は網状脈、根には主根と側根があり、維管束は輪上に並んでいるのが特徴です。

(2)純系
自家受粉して親、子、孫と代を重ねてもすべて同じ形質が現れるこ個体を純系といいます。

(3)丸、優性形質
子に現れやすい形質を優性形質というのに対して、子に現れにくい形質を劣性形質といいます。

(4)対立形質
エンドウの種子のように、丸かしわのどちらか一方しか現れない形質を、互いに対立形質といいます。対立形質は、対になっている遺伝子によって現れるので、記号を使ってAやaなどのように表します。

(5)代々丸い種子:ア  子の丸い種子:
純系の丸い種子の個体は、遺伝子としてAAの組み合わせになります。子の丸い種子の遺伝子の組み合わせは、親である純系の丸い種子が持つ遺伝子のAと、純系のしわの種子が持つ遺伝子aが受精により組み合わさってできます。したがってAaとなります。

(6)エ、オ
子の丸い種子の体細胞の遺伝子はAaです。生殖細胞ができるとき、対になっている遺伝子の一方だけが生殖細胞に入るのでAかaになります。

(7)すべての種子:  しわのある種子:
子の丸い種子の自家受粉でできる孫の種子には、丸としわが3:1の割合で生じます。丸い種子が約6000個できていたので、すべての種子の個数は、
3:(3+1)=6000:x
これを解くと8000個となります。
しわのある種子は、
3:1=6000:x
これを解くと2000個となります。

(8)1:0
親の純系の丸の遺伝子はAA、この丸い種子の遺伝子はAa。これを交配させるとAAとAaを持つ種子が1:1で生じます。AAもAaもともに形質は丸になります。

(9)5:1

丸い種子の遺伝子は、AAとAaが1:2の割合で存在します。それぞれ自家受粉すると、
AA×AA=4AA、Aa×Aa=1AA+2Aa+1aa
AaはAAの2倍量あるので、
2(1AA+2Aa+1aa)=2AA+4Aa+2aa
合計すると、6AA、4Aa、2aa
したがって、丸:しわ=5:1

(10)分離の法則
生殖細胞ができるとき、対になっている遺伝子は分かれて別々の生殖細胞に入ることを分離の法則といいます。

【理科問題❷】染色体とDNA

問題下の図1は、細胞分裂のようすを観察したものである。図2は、細胞分裂中の細胞の中に見えるひも状のものを拡大した模式図である。これについて、次の各問いに答えなさい。

DNA

(1)図1の細胞の中に見えるひも状のAを何というか。名称を答えなさい。

(2)図1のひも状のAについて正しいものを、次のア〜エの中から一つ選び、記号で答えなさい。
ア 常に細胞の中に観察できる。
イ 細胞分裂のある時期だけに観察できる。
ウ 細胞によってその量が異なる。
エ 単細胞生物の細胞には存在しない。

(3)図2は、ひも状のAを拡大した模式図である。このひも状のAをつくってる物質Bは遺伝子の本体である。Bの略称を答えよ。

(4)図2のBの正式名称を答えなさい。

(5)図2のBには、生物の形質を現すもととなる情報が記録されている。これを何というか。

【解答・解説❷】染色体とDNA

(1)染色体

細胞の核の中にあるひも状のものを染色体といいます。染色体の数は生物によって決まっており、ヒトの場合、染色体は体細胞で46本、生殖細胞では23本になります。

(2)

核の中にある染色体は、細胞分裂の時期にだけ確認することができます。細胞分裂していない細胞では、核の表面を覆う核膜に包まれ見えません。

(3)DNA

染色体は、DNA(デオキシリボ核酸)によってつくられています。DNAは二重らせん構造をとっており、それが集まって一つの染色体がつくられています。

(4)デオキシリボ核酸

このDNAに生物の基本情報が収められています。

(5)遺伝子

DNAに書かれた情報が、生物のからだをつくる設計図になっています。この設計図を遺伝子といい、遺伝子の違いによって地球上には、さまざまな生物が存在するのです。

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