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  • 例析高中遗传学中若干的问题和解决策略

      遗传学中的判断性问题是高中生物学教学中的一个难点,其命题特点是将遗传学知识与实验设计相结合,注重考查学生思维的逻辑性、严密性及判断、推理、实验设计能力。本文结合典型例题,对高中遗传学中常考的几个判断性问题从依据原理、判定方法方面进行了解题总结。
        一、性状为可遗传变异或不可遗传变异的判断
        1.依据原理
        由遗传物质改变引起的变异或由环境改变引起遗传物质改变的变异是可遗传的,单纯由环境改变而遗传物质未改变引起的(性状)变异是不可遗传的。
        2.判定方法
        在正常的环境中用正常个体、变异个体间分别杂交,获得的子代在相同条件下培养并比较性状。对于植物还可用营养生殖的方法。
        例1.果蝇是做遗传实验极好的材料,在正常的培养温度25℃时,经过12天就可以完成一个世代,每只雌果蝇能产生几百个后代。某一生物兴趣小组,在暑假饲养了一批纯合长翅红眼果蝇幼虫,准备做遗传学实验,因当时天气炎热,气温高达35℃~37℃,他们将果蝇幼虫放在有空调的实验室中,调节室温到25℃培养,不料培养到第7天开始停电,空调停用1天,他们也未采取其他的降温措施。结果培养出的成虫中出现了一定数目的残翅果蝇(有雌有雄)。兴趣小组成员推测残翅形成的可能原因是温度改变使遗传物质改变导致性状变异,也可能是温度使性状改变而遗传物质未改变。请设计一个实验验证你关于残翅形成原因的推测:________。
        解析:正常的长翅果蝇幼虫在培养过程中由于温度的改变出现了残翅,这种变异产生的原因可能是温度改变使遗传物质改变导致性状变异,也可能是温度使性状改变而遗传物质未改变。为证明这种变异产生的原因,根据上述原理,可在25℃的环境中用残翅雌、雄果蝇杂交并培养幼虫,看子代是否出现残翅,若出现,则说明遗传物质改变引起的;若不出现则是由温度改变引起,遗传物质未改变。
        答案:用这些残翅果蝇杂交繁殖的幼虫在25℃下培养。如果子代全为长翅,说明变异由温度改变引起,遗传物质未改变;如果子代全为残翅或部分为残翅,则说明变异由遗传物质改变引起。
        二、遗传方式的判断(基因位于细胞核还是位于细胞质)
        1.依据原理
        受精卵中的细胞质几乎都来自卵细胞,故细胞质遗传具有母系遗传的特点,子代性状始终与母方保持一致,与父方性状无关。因此当基因位于细胞质中时,具有相对性状的纯合亲本正、反交结果不相同,子代性状始终与母方相同。而细胞核遗传中,具有相对性状的纯合亲本正、反交结果相同,都表现为显性性状。
        2.判定方法
        设计正反交杂交实验。①若正反交结果不同,且子代始终与母方相同,则为细胞质遗传;②若正反交结果相同,则为细胞核遗传。(提示:伴性遗传和细胞质遗传的正反交结果都会出现不同,但细胞质遗传产生的子代总是与母方性状相同,而伴性遗传则不一定都与母方相同。)
        例2.果蝇的繁殖能力强,相对性状明显,是常用的遗传实验材料。果蝇对的耐受性有两个品系:敏感型(甲)和耐受型(乙)。有人做了以下两个实验。
        实验一:让甲品系雌蝇与乙品系雄蝇杂交,后代全为敏感型。
        实验二:将甲品系的卵细胞去核后,移入来自乙品系雌蝇的体细胞核,由此培育成的雌蝇再与乙品系雄蝇杂交,后代仍全为敏感型。
        (1)此人设计实验二是为了验证________。
        (2)若另设计一个杂交实验替代实验二,该杂交实验的亲本组合为________。
        解析:本题主要考查核移植、细胞质遗传、基因位置的判断,细胞质遗传不符合孟德尔遗传定律。
        ①实验二是通过核移植直接证明耐受型个体受细胞质基因的控制;②验证细胞质遗传常采用正反交法,即可通过耐受型(♀)×敏感型(♂)替代实验二。
        答案:(1)控制的耐受性的基因位于细胞质中;(2)耐受型(雌)×敏感型(雄)
        三、相对性状中显、隐性性状的判断
        1.依据原理
       
        2.判定方法
        按图1所示的方法:
       
        例3.玉米的常态叶与皱叶是一对相对性状。某研究性学习小组计划以自然种植多年后收获的一批常态叶与皱叶玉米的种子为材料,通过实验判断该相对性状的显隐性。①甲同学的思路是随机选取等量常态叶与皱叶玉米种子各若干粒,分别单独隔离种植,观察子一代性状:若子一代发生性状分离,则亲本为________性状;若子一代未发生性状分离,则需要________。②乙同学的思路是随机选取等量常态叶与皱叶玉米种子各若干粒,种植,杂交,观察子代性状,请帮助预测实验结果及得出相应结论。
        解析:①甲同学是利用自交方法判断显隐性,即设置相同性状的亲本杂交,若子代发生性状分离,则亲本性状为显性;若子代不出现性状分离,则亲本为显性纯合子或隐性纯合子,可再设置杂交实验判断,杂交后代表现出的性状为显性性状;②乙同学利用杂交实验判断显隐性,若杂交后代只表现出一种性状,则该性状为显性;若杂交后代同时表现两种性状,则不能判断显隐性性状(此时可通过让两种表现型的植株所接种子分别单独种植在相同环境中,然后以株为单位收集并统计观察,确定显隐性)。
        答案:①显性分别从子代中各取出等量若干玉米种子,种植,杂交,观察其后代叶片性状,表现出的叶形为显性性状,未表现出的叶形为隐性性状;②若后代只表现一种叶形,该叶形为显性性状,另一种为隐性性状;若后代既有常态叶又有皱叶,则不能作出显隐性判断。
        四、控制一对相对性状基因位置的判定
        1.依据原理
        常染色体上的基因控制的性状遗传,雌雄个体表现型是一致的,与性别无关;性染色体上的基因控制的性状遗传,雌雄个体表现型会出现不一致现象,性状与性别相联系(如果统计子代群体中,同种表现型小群体的性别比例,推断遗传类型。一般情况下,若同种表现型群体的性别比例均为1∶1,则说明子代性状和性别无关,属于常染色体遗传;如果性别比例不是或不全是1∶1,则为伴性遗传)。Y染色体上的基因控制的性状遗传,则仅限雄性遗传。
        2.判断方法
        按如下两种方法:(1)控制一对相对性状的基因位于常染色体上还是X染色体上。①在已知显隐性性状的条件下,可设置雌性隐性性状个体与雄性显性性状个体杂交。其推断过程如图2。②在未知显性性状(或已知)条件下,可设置正反交杂交实验。若正反交结果相同,则基因位于常染色体上;若正反交结果不同,则基因位于X染色体上。(见下图2)
       
        A.野生型(雌)×突变型(雄)
        B.野生型(雄)×突变型(雌)
        C.野生型(雌)×野生型(雄)
        D.突变型(雌)×突变型(雄)
        解析:由条件可知,突变型是显性性状;野生型是隐性性状;选择隐性性状的雌鼠与显性性状的雄鼠杂交时,若后代雌鼠全为显性性状,雄鼠全为隐性性状,则该基因位于X染色体上;若后代雌雄鼠中都有显性性状,则该基因位于常染色体上。
        答案:A。
       
        (2)基因位于X、Y的同源区段,还是只位于X染色体上,选取纯合隐性雌与显性雄杂交,其推断过程如图3。
       
        例5.大麻是一种雌雄异株的植物,下图为大麻的性染色体示意图,X、Y染色体的同源部分(图中Ⅱ片断)上的基因互为等位,非同源部分(图中I、Ⅲ片断)上的基因不互为等位。若大麻的抗病性状受性染色体上的显性基因D控制,大麻的雌、雄个体均有抗病和不抗病类型。现有雌性不抗病和雄性抗病两个品种的大麻杂交,请根据以下子代可能出现的情况,分别推断出这对基因所在的片段:如果子代全为抗病,则这对基因位于________片段;如果子代雌性全为不抗病,雄性全为抗病,则这对基因位于________片段;如果子代雌性全为抗病,雄性全为不抗病,则这对基因位于________片段。
       
       
        答案:Ⅱ;Ⅱ;Ⅱ或I。
        五、基因的遗传是否遵循孟德尔遗传规律
        1.依据原理
       
        2.判定方法
        可应用自交法、测交法和花粉鉴定法:
        (1)自交法。若自交后代出现两种表现型,且分离比为3∶1,则符合基因的分离定律,由位于一对同源染色体上的一对等位基因控制。若自交后代出现四种表现型,且分离比为9∶3∶3∶1,则符合基因的自由组合定律,由位于两对同源染色体上的两对等位基因控制。
        (2)测交法。若测交后代出现两种表现型,且性状比例为1∶1,则符合基因的分离定律,由位于一对同源染色体上的一对等位基因控制;若测交后代出现四种表现型,且性状比例为1∶1∶1∶1,则符合基因的自由组合定律,由位于两对同源染色体上的两对等位基因控制。
        (3)花粉鉴定法(或花药离体培养法)。根据花粉表现的性状(如花粉的形状、染色后的颜色等)判断。若花粉有两种表现型,比例为1∶1,则符合分离定律,由位于一对同源染色体上的一对等位基因控制;若花粉有四种表现型,比例为1∶1∶1∶1,则符合自由组合定律,由位于两对同源染色体上的两对等位基因控制。
        例6.已知桃树中,树体乔化与矮化为一对相对性状(由等位基因D、d控制),蟠桃果形与圆桃果形为一对相对性状(由等位基因H、h控制)。蟠桃对圆桃为显性。下表是桃树两个杂交组合的试验统计数据:
       
        (1)根据组别________判断桃树树体的显性性状为________。(2)甲组的两个亲本基因型分别为________。(3)根据甲组的杂交结果可判断,上述两对相对性状的遗传不遵循自由组合定律。理由是:如果这两对性状的遗传遵循自由组合定律,则甲组的杂交后代应出现种表现________型。比例应为________。
        解析:本题主要以蟠桃生物育种为题材考查遗传规律。通过乙组乔化蟠桃与乔化圆桃杂交,后代出现了矮化圆桃,说明矮化为隐性。两对相对性状的杂交实验,可以对每一对相对性状进行分析,乔化与矮化交配后,后代出现乔化与矮化且比例为1∶1,所以亲本一定测交类型即乔化基因型Dd与矮化基因型dd,同理可推出另外一对为蟠桃基因型Hh与圆桃基因型hh,所以乔化蟠桃基因型是DdHh、矮化圆桃基因型是ddhh。根据自由组合定律,可得知甲组乔化蟠桃DdHh与矮化圆桃ddhh测交,结果后代应该有乔化蟠桃、乔化圆桃、矮化蟠桃、矮化圆桃四种表现型,而且比例为1∶1∶1∶1。根据表中数据可知这两等位基因位于同一对同源染色体上。
        答案:(1)乙;乔化(2)DdHh ddhh(3)4;1∶1∶1∶1
        六、显性突变还是隐性突变的判断
        1.依据原理
        显性突变(d→D)是由隐性基因突变成显性基因,突变完成个体即表现为显性性状(基因型为DD或Dd),具有突变性状的亲本杂交,子代会表现出原有性状(发生性状分离)。隐性突变(D→d)是由显性基因突变成隐性基因,突变个体的性状往往不能立即表现,只有出现隐性纯合体时才能表现。具有突变性状的亲本杂交,子代不会表现出原有性状(不发生性状分离)。
        2.常用判定
        方法选取多组突变的雌雄个体进行杂交,统计后代表现情况,若后代出现了原有性状(野生型性状),则为显性突变;若后代只表现突变性状,则最可能是隐性突变。
        例7.石刀板是一种名贵蔬菜,为XY型性别决定雌、雄异株植物。野生型石刀板叶窄,产量低。在某野生种群中,发现生长着少数几株阔叶石刀板(突变型),雌株、雄株均有,雄株的产量高于雌株。
        (1)要大面积扩大种植突变型石刀板,可以用________来大量繁殖。有人认为阔叶突变型株是具有杂种优势或具有多倍体特点的缘故。请设计一个简单实验来鉴定突变型的出现是基因突变还是染色体组加倍所致?
        (2)若已证实阔叶为基因突变所致,有两种可能:一是显性突变;二是隐性突变。请设计一个简单实验方案加以判定(要求写出杂交组合,杂交结果,得出结论)。
        解析:本题考查基因突变与染色体变异的区别及基因突变的类型判断。在已证实阔叶为基因突变引起的前提下,可以推知阔叶突变可能是显性突变,设其基因型为DD或Dd,也可能是隐性突变,设其基因型为dd。当利用多个阔叶植株杂交后,在其后代群体中出现野生型个体时,说明阔叶性状为显性性状,突变为显性突变,当其后代群体中全是阔叶个体,则阔叶性状为隐性性状,突变为隐性突变。
        答案:(1)植物组织培养;取根尖分区制成装片,显微观察有丝分裂中期细胞内同源染色体数目,若观察到同源染色体增倍,则属染色体组加倍所致;否则为基因突变所致。
        (2)选用多株阔叶突变型石刀板雌、雄相交。若杂交后代出现了野生型,则为显性突变所致;若杂交后代仅出现突变型,则为隐性突变所致。
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