生物（心得）之如何设计杂交实验，求证某一性状的遗传方式 10页

生物论文之如何设计杂交实验，求证某一性状的遗传方式  如何设计杂交实验，求证某一性状的遗传方式                                 ◎何兰田项同生摘要：系统分析各种遗传方式的遗传特点，归纳解答遗传推断题的方法，引导学生构建一种解题模型，以便使学生解题时思路清晰，表达全面、正确。关键词：设计实验求证遗传方式在生产、生活实际中，往往遇到这样一类遗传问题，发现某一新性状，但不知道这一性状的遗传方式怎样，即是细胞核遗传，还是细胞质遗传？如果是核遗传，新性状是显性还是隐性？相应基因位于常染体上还是性染色体上。此类问题与遗传系谱不同，遗传系谱是已知亲子代的表现型，求遗传方式。而此类问题，已知条件有时就一个：1对相对性状，其他都不知道。解答此类问题的根本方法也就一个——杂交法。即合理选择亲本，设计好杂交方案进行杂交，通过预测杂交后代的表现型，借此推断遗传方式，现将此类杂交实验的设计方法归纳如下： 1通过正交和反交实验．确定是核遗传还是质遗传，如果正反交，后代表现型一致（相同），是细胞核遗传，如果正交反交后代表现型不一致，且都表现母本性状，则为细胞质遗传。2细胞核遗传，遗传方式的确定（显隐性、常染色体遗传、伴性遗传）。2．1显性性状与隐性性状：具有相对性状的亲本杂交，在杂种子一代中显现出来的性状叫显性性状，在杂种子一代中未显现出来的性状叫隐性性状。2．2基因型种类：由1对等位基因控制的性状，如果是常染色体遗传，有3种基因型，如果是伴性（伴X）遗传，有5种基因型，如果用A、a表示这一对等位基因，则以上2种情况的基因型类型分别是：常染色体遗传：AA、Aa、aa；伴X遗传：XAXA、XAXa、XaXa、XAY、XaY。2．3确定显隐性的方法：方法1：不同性状的雌雄个体相互交配（正反交法）利用正反交实验测定，即同时做2组杂交实验：一组正交，一组反交。如果正交反交结果一致，都是一种性状的个体多，另一种性状的个体少或不出现（当亲本都为纯合体时），且性状的表现与性别无关联（即各种性状中，雌雄比接近1∶1），则子代性状中数量多的为显性，数量少或不出现的为隐性，且是常染色体遗传。 如果正反交的结果中，子代表现不一致，即一组（设为正交）杂交的后代中，一种性状的个体数多，另一种性状的个体数少或不出现（当亲本都为纯合体时），而另一组杂交（反交）中2种性状分别为2种性别，且比例接近1∶1，则为伴X染色体遗传，且正交组中的雌性亲本性状（或子代性状中，数量多的个体的性状）为显性，另一种为隐性，或反交组中的雄性亲本的性状（或子代中雌性个体的性状）为显性，另一种为隐性。推导过程参见表1：表1正反交法遗传特点归纳亲代可能的基因型雌雄子代特点结论AA、AaaaaaAA、Aa正反交一致一种性状个体数多，另一种性状个体数少（或不出现）子代性状中，数量多的为显性，数量少（或不出现）的为隐性XAXAXAXaXaYXaXaXAY正反交不一致一种性状个体数多，另一种性状个体数少（或不出现）雌雄各一种性状，且比例相当一组后代中，有2种性状，一种性状数量多，一种性状数量少（或不出现），则多的为显性；另一组后代中，雌雄各一种性状，则子代雌性性状为显性，雄性性状为隐性上面所讲杂交中，如果有一组杂交的后代中，有一种性状不出现，是亲本都为纯合体的情况，参见下面的附表：附表：亲本都是纯合体，遗传特点归纳亲本可能的基因型雌雄子代特点结论AAaaaaAA正反交 一致只有一种表现型，雌雄都有子代表现出的性状为显性，未表现出的性状为隐性（如果已知是常染色体遗传，则不用反交）XAXAXaYXaXaXAY正反交不一致只一种表现型雌雄都有雌雄各一种表现型，比例相当子代仅一种表现型的杂交组，子代表现型为显性或子代雌雄各一种表现型的组，子代雌性的性状为显性一般稳定遗传的品系，或闭花授粉的作物都是纯合体，而具有相对性状的自然品系，一般都是杂合体。方法2：相同性状的雌雄个体相互交配（分离法）由于这种方法的重要特点是观察子代有无性状分离，所以，这里把它简称分离法，即让多组表现型相同的雌雄个体相互交配，在较多的子代中，如果后代有性状分离，则用于杂交的亲本的性状，为显性，分离出来的性状为隐性；如果分离出的性状，雌雄都有，且比例相当，则为常染色体遗传；如果分离出来的性状。仅限雄性，则为伴X遗传。如果后代没有性状分离，即杂交后代表现型全部与亲本相同，则用于杂交的亲本的性状为隐性，其相对的另一种性状则为显性，如果题目只要求推导显隐性，则不用再做杂交实验，如果题目还要求推出是常染色体遗传，还是伴性遗传，则要继续选择多对显性性状（上一杂交已推出显隐性）的雌雄个体相互交配，看后代分离出来的性状是雌雄都有，还是仅限雄性，如果雌雄都有，则是常染色体遗传，如果仅限雄性，才是伴X染色体遗传，推导过程见表2：表2分离法遗传特点归纳亲本可能的基因型雌雄子代特点结论AA AaAA AaXAXA XAXaXAY有性状分离雌雄都有分离的性状分离性状仅限雄性常染色体遗传伴X遗传亲本性状为显性，分离出的性状为隐性aaaaXaXaXaY无性状分离亲本性状为隐性，另一性状为显性，还需再选多组显性性状的雌雄个体交配，才能确定是常染色体遗传还是伴X遗传使用这种方法，有2个先决条件：一是求证的种群为自然种群，即种群中一定存在杂合体，且每种性状雌雄都有；二是能产生大量的后代供统计分析。以上2种方法，都必须有相对较多的后代供统计分析，以排除偶然性，但方法1所要求的后代数要更多些，因为这种方法确定显性是看子代中，哪种性状的个体多，多的为显性，少的为隐性，多1个、2个不能说是多，所以必须有大量的后代方可说明问题；方法2的统计数也不能太少，因为这种方法是看后代是否出现性状分离，如果后代统计数太少，没有性状分离．也可能是偶然的，不能确定一定无性状分离。3典例解答例1（2006年全国卷Ⅰ．31）从1个自然果蝇种群中选出一部分未交配过的灰色和黄色2种体色的果蝇，这2种体色的果蝇数量相等，每种体色的果蝇雌雄各半。已知灰色和黄色这对相对性状受1对等位基因控制，所有果蝇均能正常生活，性状的分离符合遗传的基本定律。请回答下面的问题： 现用2个杂交组合：灰色雌蝇×黄色雄蝇、黄色雌蝇×灰色雄蝇，只做一代杂交试验，每个杂交组合选用多对果蝇。推测2个杂交组合的子一代可能出现的性状，并以此为依据，对哪一种体色为显性性状，以及控制体色的基因位于X染色体上还是常染色体上这2个问题，做出相应的推断。（要求：只写出子一代的性状表现和相应推断的结论）   思考过程：①供实验的果蝇是具有相对性状的自然种群，所以，果蝇种群中一定有杂合体存在：②果蝇个体小，繁殖率高，繁殖时间短，在正反交组合中都可以选多对果蝇，繁殖大量后代，便于进行统计分析：③题目限制了只能用正反交实验，我们只好用前面讲到的方法1进行推导分析：④推导过程观察正反交结果否一致一致→常染色体遗传灰多于黄→灰显黄隐黄多于灰→黄显灰隐不一致→伴X遗传灰雌×黄雄→雄全灰、雌全黄黄雌×灰雄→黄多于灰黄显灰隐黄雌×灰雄→雄全黄、雌全灰灰雌×黄雄→灰多于黄灰显黄隐 以上过程都是在草稿上完成，思路清晰后。就要组织答案，这就像实验设计的预期结果一样，实验并没有做，各种可能的结果都要分析，所以答案要分4段回答，即正交反交结果一致2种情况，不致2种情况。答案：如果2个杂交组合的子一代中都是黄色个体多于灰色个体，并且体色的遗传与性别无关，则黄色为显性，基因位于常染色体上。如果2个杂交组合的子一代中都是灰色个体多于黄色个体，并且体色的遗传与性别无关，则灰色为显性，基因位于常染色体上。如果在杂交组合灰色雌蝇×黄色雄蝇中，子一代中的雄性全部表现灰色，雌性全部表现黄色；在杂交组合黄色雌蝇×灰色雄蝇中，子一代中的黄色个体多于灰色个体，则黄色为显性，基因位于X染色体上。如果在杂交组合黄色雌蝇×灰色雄蝇中，子一代中的雄性全部表现黄色，雌性全部表现灰色；在杂交组合灰色雌蝇×黄色雄蝇中，子一代中的灰色个体多于黄色个体，则灰色为显性，基因位于X染色体上。如果本题，题干没有限制用正交反交法推测显隐性．也可以用方法2，即选多对相同性状的雌雄个体相互交配，观察后代有无性状分离。例2（2005年全国卷Ⅰ ．31）已知牛的有角与无角为1对相对性状，由常染色体上的等位基因A与a控制。在自由放养多年的一群牛中（无角的基因频率与有角的基因频率相等），随机选出1头无角公牛和6头有角母牛，分别交配，每头母牛只产了1头小牛。在6头小牛中，3头有角，3头无角。1）根据上述结果能否确定这对相对性状中的显性性状？请简要说明推断过程。2）为了确定有角与无角这对相对性状的显隐性关系，用上述自由放养的牛群（假设无突变发生）为实验材料，再进行新的杂交实验，应该怎样进行（简要写出杂交组合预期结果并得出结论）？思考过程：1）①由于有角无角这对相对性状，属常染色体遗传，所以雌、雄个体都有3种可能的基因型：AA、Aa、aa；②题干中的6组交配，有一个特点，公牛只有一头，即6组交配．父本的基因型相同；③牛的繁殖率低，子代个体数少，子代分离比不能按分离定律来推导（因为偶然性大）。④设无角对有角为显性，则1头无角公牛的基因型为AA或Aa，6头有角母牛的基因型都为aa，如果这头公牛恰好为Aa的话，则6组杂交都是：♂Aa×aa♀无角↓有角Aaaa无角  有角所以6头小牛，可以是3头有角、3头无角 ⑤设有角对元角为显性，则1头无角公牛的基因型为aa，6头有角母牛的基因型为AA或Aa，6组交配形式有2种：Ⅰ：♂aa×  AA♀Ⅱ：♂aa × Aa♀     无角↓ 有角↓  Aa Aaaa有角 有角 无角Ⅰ中都是有角牛。Ⅱ产生的1个子代可能是有角，也可能是无角，因此只要有3头母牛为Aa，6组的全部后代中，就有可能3个有角。3个无角。结论：由题干所提供的实验结果，不能确定这对相对性状的显隐性。如果一定要用这种具有相对性状的亲本间杂交确定显隐性，则必须进行很多杂交组合，且不能用同一头雄牛，在产生了大量的后代时，才能按前面所讲的方法进行分析推导，对于牛这样的大型哺乳动物．繁殖率低，繁殖时间长，产生大量的子代，用于统计分析，比较困难，也不符合实验设计的简便性原则，所以，一般不宜采用这种方法。2）由于实验牛是自然种群，又已知是常染色体遗传，所以牛群中有3种可能的基因型：AA Aa aa，即一定有杂合体存在，可以用前面讲的方法2推导，即用性状相同的雌雄个体相互交配，看杂交后代有无性状分离。答案：1）不能确定。 ①假设无角为显性，则公牛的基因型为Aa，6头母牛的基因型都为aa，每个交配组合的后代或为有角或为无角，概率各占1/2。6个组合后代合计会出现3头无角小牛，3头有角小牛。②假设有角为显性，则公牛的基因型为aa，6头母牛可能有2种基因型，即AA和Aa。AA的后代均为有角。Aa的后代或为无角或为有角，概率各占1/2，由于配子的随机结合及后代数量少，实际分离比例可能偏离1/2。所以，只要母牛中具有Aa基因型的头数大于或等于3头，那么6个组合后代合计也会出现3头无角小牛，3头有角小牛。综合上述分析，不能确定有角为显性，还是无角为显性。2）从牛群中选择多对有角牛与有角牛杂交（有角牛×有角牛）。如果后代出现无角小牛，则有角为显性，无角为隐性；如果后代全部为有角小牛，则无角为显性，有危为隐性（其他正确答案也给分）。此类问题，是学生普遍感到困惑的问题，从2005年和2006年高考情况看，遗传推断题，学生失分很多，许多学生，甚至包括成绩好的学生，心里知道，表达不全面或者语不达意，原因就是解题思路不清晰，通过以上归纳，可以帮助学生构建一种解题模型，以便使学生解题时，思路清晰，表达全面、正确。（原载2007年第11期《生物学通报》）