從雜交實驗中尋找實驗設計的解題思路

周俊伊

【摘 要】 本文立足于從孟德爾的豌豆雜交實驗和摩爾根的果蠅雜交實驗中尋找方法來解決實驗設計類題目，判斷相對性狀的顯隱性、基因存在的位置等問題。

【關鍵詞】 雜交實驗? 實驗設計

人教版高中生物必修2中有兩個關鍵的雜交實驗，一個是孟德爾的豌豆雜交實驗，一個是摩爾根的果蠅雜交實驗。在高三一輪復習中，遇到的很多實驗設計類的題目，其實都可以從這兩個實驗中找到答案。

一、顯隱性性狀的判斷

在孟德爾豌豆雜交實驗（一）中，選用高莖豌豆和矮莖豌豆雜交，F1中全為高莖，新授課時，我們會問學生一個問題：矮莖哪里去了呢？放到一輪復習中，學生已經知道矮莖為隱形形狀，所以在F1中沒有表現出來，這就是判斷顯隱性的第一種方法。用具有相對性狀的純合親本雜交，F1表現出來的性狀就為顯性性狀，沒表現出的性狀為隱性性狀。有沒有第二種方法呢？繼續看孟德爾的實驗，他讓F1進行自交得到F2代，在F2代中既出現了高莖又出現了矮莖，我們把這種現象稱為性狀分離。新的問題出現了，F2代中的矮莖從哪里來的呢？學生知道是藏在了F1中。這是判斷顯隱性的第二種方法。用某一性狀自交或是用相同性狀的個體雜交，若后代出現性狀分離，那么與親本表現型不同的那種性狀即為隱形性狀。

二、判斷基因的位置

1. 判斷兩對基因是否位于同一對同源染色體上

孟德爾做了兩個雜交實驗，區別在于豌豆雜交實驗（一）選擇了一對相對性狀來進行觀察，而豌豆雜交實驗（二）選擇了兩對相對性狀來進行觀察。通過減數分裂我們知道，控制相對性狀的基因位于同源染色體的同一位置，所以叫做等位基因，在減數分裂過程中，由于同源染色體在減Ⅰ后期會彼此分開移向細胞兩級，所以位于同源染色體上的等位基因也會彼此分離，這才有了F2代中3：1的顯隱比。在豌豆雜交實驗（二）中，控制兩對相對性狀的基因分別位于兩對同源染色體上，減數分裂中，同源染色體分開的同時，非同源染色體就能夠自由組合，而位于非同源染色體上的非等位基因也就自由組合了，F2中就出現了四種表現型為9：3：3：1的結果。如何判斷兩對等位基因是否在同一對同源染色體上，辦法就很簡單了，用具有兩對相對性狀且純合的雌雄個體雜交得F1，再將F1中的雌雄個體相互交配產生F2，統計F2中性狀的分離比。若符合9：3：3：1或者是該比例的變化形式，那么就能說明兩對基因分別位于兩對同源染色體上，若不符合該比例，則說明兩對基因位于一對同源染色體上。

2. 判斷基因位于細胞質中還是細胞核中

在孟德爾豌豆雜交（一）中已經提及，無論用高莖作母本（正交），還是作父本（反交），雜交后產生的子一代總是高莖。那如果正交后是高莖，反交后代是矮莖。又說明什么呢？根據受精作用的過程，我們知道精子和卵細胞結合時，精子提供了細胞核，而卵細胞既提供了細胞核又提供了細胞質;又根據DNA在真核細胞中分布的實驗結論：真核細胞的DNA主要分布于細胞核，線粒體和葉綠體上也含有少量的DNA。我們把位于線粒體和葉綠體上的DNA稱為細胞質基因，這就不難看出，受精卵中的基因有兩部分，一部分是精、卵細胞核里的核基因，一部分是卵細胞細胞質里的質基因。所以我們可以用正反交來判斷基因是在細胞質中還是在細胞核中，若正反交的結果一致，則基因在細胞核中;若正反交結果不一致（總是和母本的相同）則基因在細胞質中。

3. 判斷基因位于常染色體上還是位于X染色體上

證明基因位于染色體上的實驗是果蠅雜交實驗，美國生物學家摩爾根，在薩頓提出基因在染色體上的假說后，選擇了果蠅進行雜交實驗，在F2代中也出現了3：1的性狀分離比，符合分離定律，說明果蠅的紅眼和白眼是受一對等位基因控制的。但他也發現了另外一個現象：白眼性狀總是出現在雄性果蠅中，與性別相關聯，于是大膽提出假設控制白眼的基因位于X染色體上。經過演繹推理可以證明假說是合理的，可如何驗證這一假說呢？延用孟德爾的“假說演繹法”進行驗證，在F1中選出個體進行測交實驗，每每講到這里，學生總會習慣性的選擇F1中的紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅進行交配，但結果卻是白眼性狀既出現在雄果蠅中又出現在了雌果蠅中，且比例為1：1，這樣一來就只是證明了F1的紅眼雌果蠅是個雜合子能夠產生兩種配子，并沒有證明白眼基因與性別之間的關聯。所以要證明白眼基因位于X染色體上，測交實驗應該選擇F1代的紅眼雄果蠅和上述實驗中產生的白眼雌果蠅進行測交實驗（隱雌×顯雄）。結果顯示，白眼雌果蠅的白眼基因只出現在后代雄果蠅中，以此才能驗證白眼基因位于X染色體上的假說。由此我們也可以得出判斷基因是在常染色體上還是在X染色體上的實驗思路：在已知顯隱性的前提下，用隱雌×顯雄，觀察后代，若子代中的雄性個體全為隱性性狀，雌性個體全為顯性性狀，則基因位于X染色體上;若子代中的雌雄個體中既有顯性性狀又有隱性性狀，且各占1/2，則基因位于常染色體上。在這里還要強調一下，還有一種ZW型性別決定的生物，那這一設計就改為隱雄×顯雌，若子代中雌性個體全為隱形，雄性個體全為顯性，則基因位于Z染色體上。

通過對教材中雜交實驗的分析能夠得到實驗設計的考查方向和設計的要點和思路。我們深信，不脫離教材的一輪復習才是最有效的復習手段。