遺傳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的幾種常見應(yīng)用類型及示例分析

摘 要： 文章列舉了設(shè)計(jì)遺傳實(shí)驗(yàn)的五種常見應(yīng)用類型，并通過典型例題對相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法作分析。

關(guān)鍵詞： 遺傳實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用類型示例 實(shí)驗(yàn)方法分析

縱觀歷年高考生物試題，試題命制始終圍繞學(xué)科的主干知識(shí)和重點(diǎn)知識(shí)。遺傳學(xué)是生物學(xué)科主干知識(shí)的重要部分，特別是有關(guān)孟德爾遺傳定律和伴性遺傳的知識(shí)是歷年也必將是今后高考命題的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，關(guān)于這一方面的遺傳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析的題目由于可很好地考查學(xué)生的理解能力、綜合分析應(yīng)用能力和語言表達(dá)能力，因此在近幾年的高考試題中時(shí)常出現(xiàn)。如何利用有關(guān)的遺傳實(shí)驗(yàn)對相關(guān)的遺傳學(xué)事實(shí)進(jìn)行驗(yàn)證、解釋分析或作出相應(yīng)的推斷呢？下面就有關(guān)遺傳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的幾種常見應(yīng)用類型作簡要?dú)w納，供同行參考和指正。

一、設(shè)計(jì)遺傳實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或探究相關(guān)基因控制的性狀遺傳是否遵循孟德爾遺傳定律

例題：已知果蠅的灰身（B）對黑身（b）為顯性，長翅（V）對殘翅（v）為顯性，且兩對基因都位于常染色體上，現(xiàn)有純種灰身長翅和黑身殘翅果蠅，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究灰身、黑身和長翅、殘翅這兩對相對性狀的遺傳是否符合基因的自由組合定律。

實(shí)驗(yàn)方法分析：要判斷性狀遺傳是否遵循孟德爾遺傳定律，需依據(jù)孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳定律的雜交試驗(yàn)即測交試驗(yàn)或雜合子自交試驗(yàn)。對于一對相對性狀的遺傳，若測交結(jié)果后代有兩種表現(xiàn)型，性狀分離比為1∶1或雜合子自交結(jié)果后代有兩種表現(xiàn)型，性狀分離比為3∶1，則符合基因的分離定律。對于兩對相對性狀的遺傳，若測交結(jié)果后代有四種表現(xiàn)型，性狀分離比為1∶1∶1∶1或雜合子自交結(jié)果后代有四種表現(xiàn)型，性狀分離比為9∶3∶3∶1，則符合基因的自由組合定律。

（2）預(yù)測可能的試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：

①若后代出現(xiàn)黃色圓粒、黃色皺粒、綠色圓粒、綠色皺粒四種表現(xiàn)型，說明甲的基因型為YyRr。

②若后代出現(xiàn)黃色圓粒、黃色皺粒兩種表現(xiàn)型，說明甲的基因型為YYRr。

③若后代出現(xiàn)黃色圓粒、綠色圓粒兩種表現(xiàn)型，說明甲的基因型為YyRR。

④若后代出現(xiàn)黃色圓粒一種表現(xiàn)型，說明甲的基因型為YYRR。

三、設(shè)計(jì)遺傳實(shí)驗(yàn)確定相對性狀的顯隱性關(guān)系

例題：已知牛的有角和無角為一對相對性狀，由常染色體上的等位基因A和a控制。在自由放養(yǎng)多年的牛群中，無角的基因頻率與有角的基因頻率相等，隨機(jī)選1頭無角公牛和6頭有角母牛，分別交配每頭母牛只產(chǎn)一頭小牛，在6頭小牛中，3頭有角，3頭無角。

（1）根據(jù)上述結(jié)果能否確定這對相對性狀中的顯性性狀？請簡要說明推理過程。

（2）為了確定有無角這對相對性狀的顯隱性關(guān)系，用上述自由放養(yǎng)的牛群（假設(shè)無突變發(fā)生）為實(shí)驗(yàn)材料，再進(jìn)行新的雜交實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該怎樣進(jìn)行？（簡要寫出雜交組合，預(yù)期結(jié)果并得出結(jié)論。）

實(shí)驗(yàn)方法分析：要判斷一對相對性狀的顯隱性關(guān)系，一般可采用以下兩種方法：①用具有相對性狀的個(gè)體雜交，若后代僅表現(xiàn)一方親代性狀，則后代所表現(xiàn)出的那個(gè)親代性狀為顯性性狀。②選用多對同一性狀的個(gè)體雜交，若后代出現(xiàn)親代沒有的另一性狀，則親代表現(xiàn)的性狀為顯性性狀；若后代全都表現(xiàn)為親代性狀，則親代表現(xiàn)的性狀為隱性。

例題中要求依據(jù)題目所給的遺傳學(xué)事實(shí)對有角和無角這對相對性狀的顯隱性關(guān)系能否確定進(jìn)行分析判斷，分析時(shí)可分別假設(shè)有角為顯性和無角為顯性時(shí)，根據(jù)題目的遺傳學(xué)事實(shí)，若在假設(shè)的兩種情況下都會(huì)出現(xiàn)相同的結(jié)果，則不能確定這對相對性狀的顯隱性。若要進(jìn)一步確定這對相對性狀的顯隱性關(guān)系，則可選擇多對有角牛與有角牛雜交或無角牛與無角牛雜交，根據(jù)后代出現(xiàn)的性狀表現(xiàn)類型即可推斷。

例題答案：（1）不能確定。

①假設(shè)無角為顯性，則公牛的基因型為Aa，6頭母牛的基因型都為aa，每個(gè)交配組合的后代或?yàn)橛薪腔驗(yàn)闊o角，概率各占1/2。6個(gè)組合后代合計(jì)出現(xiàn)3頭無角小牛，3頭有角小牛。

②假設(shè)有角為顯性，則公牛的基因型為aa，6頭母牛可能有兩種的基因型，即AA和Aa。AA的后代均為有角。Aa的后代或?yàn)闊o角或?yàn)橛薪牵怕矢髡?/2。由于配子的隨機(jī)結(jié)合及后代數(shù)量少，實(shí)際分離比例可能偏離1/2。所以只要母牛中恰有Aa基因型的頭數(shù)大于或等于3頭，那么6個(gè)組合后代合計(jì)也會(huì)出現(xiàn)3頭無角小牛和3頭有角小牛。

（2）從牛群中選擇多對有角牛與有角牛雜交。如果后代出現(xiàn)無角小牛，則有角為顯性，無角為隱性；如果后代全部為有角小牛，則無角為顯性，有角為隱性。

四、設(shè)計(jì)遺傳實(shí)驗(yàn)確認(rèn)基因的存在位置

常見的主要有兩種類型：一種是確認(rèn)控制性狀的基因是核基因還是質(zhì)基因；另一種是已確定是核基因，進(jìn)一步確認(rèn)基因是位于常染色體上還是僅位于X染色體上，還是X染色體與Y染色體的同源區(qū)段。

例題：已知果蠅的灰身（B）和黑身（b），紅眼（R）和白眼（r）分別受一對等位基因控制，B和b位于常染色體上，R和r位于X染色體上。遺傳學(xué)家摩爾根等研究時(shí)發(fā)現(xiàn)：

實(shí)驗(yàn)方法分析：

（1）確認(rèn)控制相對性狀的基因是質(zhì)基因還是核基因，可采用正交和反交的方法。因在有性生殖過程中，細(xì)胞質(zhì)基因在遺傳時(shí)具“母系遺傳”特點(diǎn)，正交和反交的結(jié)果不同；核基因遺傳時(shí)，受精卵的核基因取決于父本和母本雙方，子代細(xì)胞核中的基因由父母雙方各提供一半，若正交和反交的結(jié)果相同，即可推斷控制性狀的基因是常染色體上的核基因；若正交和反交的結(jié)果不同，且具有“母系遺傳”特點(diǎn)，則可推斷控制性狀的基因是質(zhì)基因。若控制性狀的基因位于X染色體上，基因傳遞時(shí)往往與性別相聯(lián)系，而基因位于常染色體上傳遞時(shí)與性別無關(guān)，這樣位于X染色體上的核基因所控制的性狀正交和反交的結(jié)果也會(huì)不同，但與細(xì)胞質(zhì)基因遺傳相比不具有“母系遺傳”特點(diǎn)，所以在已確定的核遺傳中，根據(jù)正交和反交的結(jié)果也可確認(rèn)基因是在常染色體上還是在X染色體上。

（2）在細(xì)胞核遺傳中且已確定相對性狀的顯隱性時(shí)，要用一次雜交實(shí)驗(yàn)確定基因是在常染色體上還是僅在X染色體上，可選擇父本為顯性性狀，母本為隱性性狀的雙親雜交，這樣當(dāng)基因僅位于X染色體上時(shí)，雙親雜交后代中雌性個(gè)體均表現(xiàn)為顯性性狀，雄性個(gè)體均表現(xiàn)為隱性性狀，否則基因則位于常染色體上。

（3）親本全為純種果蠅，如果親本表現(xiàn)型相同，則不管等位基因是位于X、Y染色體上的同源區(qū)段還是僅位于X染色體上，子代都只會(huì)出現(xiàn)一種相同表現(xiàn)型，不能對題目要求的問題作出判斷。實(shí)驗(yàn)親本只能用性狀不同的兩個(gè)親本雜交，選擇表現(xiàn)隱性性狀個(gè)體做母本，表現(xiàn)顯性性狀純合個(gè)體做父本進(jìn)行雜交，對等位基因是位于X、Y染色體上的同源區(qū)段，還是僅位于X染色體上分別做假設(shè)，結(jié)果如下：

兩種情況雜交子代的表現(xiàn)型不同即可推斷。

例題答案：（1）正交和反交 紅眼和白眼 常染色體上的核基因

（2）直毛雄果蠅和非直毛雌果蠅

①子代中雌果蠅全部表現(xiàn)為直毛，雄果蠅全部表現(xiàn)為非直毛，則這對基因位于X染色體上。

②子代中雌雄果蠅全部表現(xiàn)為直毛，則這對基因位于常染色體上。

③子代中雌雄果蠅均既有直毛又有非直毛，則這對基因位于常染色體上。

（3）①截剛毛、剛毛 ②剛毛 截剛毛

五、設(shè)計(jì)或分析雜交實(shí)驗(yàn)判斷基因致死情況

基因致死作用是指某些致死基因的存在使配子或個(gè)體死亡，常見的類型有配子致死、合子致死、顯性致死、隱性致死，致死基因可以存在于常染色體上，也可以存在于性染色體上。

例題1：已知桃樹中，蟠桃果形與圓桃果形為一對相對性狀（由等位基因H、h控制），蟠桃對圓桃為顯性。桃樹的蟠桃果形具有較高的觀賞性。已知現(xiàn)有蟠桃樹種均為雜合子，欲探究蟠桃是否存在顯性純合致死現(xiàn)象（即HH個(gè)體無法存活），研究小組設(shè)計(jì)了以下遺傳實(shí)驗(yàn)，請補(bǔ)充有關(guān)內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)方法分析：由于已知現(xiàn)有蟠桃樹種均為雜合子，只要讓蟠桃（Hh）自交（蟠桃與蟠桃雜交），根據(jù)基因分離定律，正常情況下子代基因型及比例應(yīng)為HH∶Hh∶hh=1∶2∶1，表現(xiàn)型及比例為蟠桃∶圓桃=3∶1。若存在顯性純合致死現(xiàn)象，則子代基因型及比例應(yīng)為Hh∶hh=2∶1，表現(xiàn)型及比例為蟠桃∶圓桃=2∶1。

例題1答案：（1）蟠桃（Hh）自交（蟠桃與蟠桃雜交）

（2）①表現(xiàn)型及比例為蟠桃∶圓桃=2∶1 ②表現(xiàn)型及比例為蟠桃∶圓桃=3∶1

（2）從該種群中任選一只果蠅，如何鑒別它是純合子還是雜合子？

實(shí)驗(yàn)方法分析：雜交實(shí)驗(yàn)中的致死基因?qū)е潞蟠菩郾壤д{(diào)，所以一定是位于性染色體上（若位于常染色體上，致死基因在雌雄中出現(xiàn)的幾率均等，不會(huì)引起雌雄比例偏離1∶1）。如果位于Y染色體上，則后代中不會(huì)出現(xiàn)雄性，所以一定是在X染色體上，再判斷顯隱性，如果是X染色體上的顯性基因致死，則雌性中出現(xiàn)致死基因的幾率大于雄性，不會(huì)出現(xiàn)后代中雌性多于雄性的現(xiàn)象，故為X染色體上的隱性基因控制的。

（2）將該只雌果蠅與種群中任一雄果蠅交配，統(tǒng)計(jì)子代雌、雄果蠅的數(shù)目，若子代雌、雄果蠅比例為1∶1，說明該雌果蠅為純合子；若子代雌、雄果蠅比例為2∶1，說明該雌果蠅為雜合子。