归类例析高中生物学遗传实验设计的解题思路

归类例析高中生物学遗传实验设计的解题思路吕爱民
【专题名称】中学政治及其他各科教与学
【专题号】G382
【复印期号】2010年10期
【原文出处】《生物学教学》(沪)2010年5期第47,51页
【作者简介】吕爱民,湖北省翔宇教育集团监利总校一中校区(433300)。

【关键词】EEUU
遗传内容是中学生物学教学中的重点和难点,也是历年高考的热点。

近几年高考对遗传知识的考查题型多以实验设计和分析题的形式出现。

现将高中生物学遗传实验设计的常见题型的解题思路归纳如下。

一、相对性状中显性、隐性关系确定
1.解题思路一:杂交法
用多对具有一对相对性状的两个纯合亲本进行正交和反交,即性状甲(?)×性状乙(?)、性状乙(?)×性状甲(?)。

如果F1全为性状甲,则甲是显性性状,乙是隐性性状。

进行正交和反交的目的是为了排除细胞质遗传。

例1:某同学设计了下列试验,试图说明“豌豆植株的高茎性状对矮茎性状呈显性”。

(1)材料和用具:纯种高茎豌豆、纯种矮茎豌豆、剪刀、毛笔。

(2)步骤:?用剪刀去掉纯种高茎豌豆花中的雄蕊;?用毛笔蘸取矮茎豌豆花中的花粉,并涂到纯种高茎豌豆花中雌蕊的柱头上。

(3)结果:将此高茎豌豆植株上所结种子种下,所得植株全部为高茎。

(4)结论:豌豆植株的高茎对矮茎呈显性。

专家认为,仅用以上实验步骤还不足
以严密论证以上结论,请在上述实验的基础上补充相应的步骤和预期结果。

步骤:?。

?。

预期结果:。

答案:步骤:?用剪刀去掉纯种矮茎豌豆中的雄蕊;?用毛笔蘸取高茎豌豆花中的
花粉,并涂到纯种矮茎豌豆花中雌蕊的柱头上。

预期结果:将此矮茎豌豆植株上所结种子种下,所得植株全部为高茎。

2.解题思路二:自交法
用多对具有同一种表现型的两个亲本杂交,即性状甲×性状甲。

如果F1出现性状乙,说明甲是显性性状,乙是隐性性状;如果F1全为性状甲,则甲是隐性性状。

例2:(2005年全国理综卷)为了确定有角和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?
答案: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,有角为隐性。

以上两种解题思路的适用条件:杂交法只适用于已知个体为纯合子,如果不知道所给亲本是否为纯合子时,只能用自交法来判断显性或隐性关系。

二、纯合子、杂合子鉴定
1.解题思路一:自交法如果自交后代出现性状分离,则被鉴定的个体为杂合子;若后代中不出现性状分离,则被鉴定的个体为纯合子。

2.解题思路二:测交法
如果测交后代既有显性性状出现,又有隐性性状出现,则被鉴定的个体为杂合子;若后代只有显性性状,则被鉴定的个体为纯合子。

3.解题思路三:花粉粒鉴定法
如水稻的非糯性(W)和糯性(w)是一对相对性状,前者花粉(含W基因)遇碘变蓝,后者花粉(含w基因)遇碘不变蓝。

取被鉴定的非糯性水稻一个成熟的花药,挤出全部花粉,滴上碘液,若显微镜下看到全为蓝色,则被鉴定的个体为纯合子;若显微镜下看到颜色的比例为1?1,被鉴定的个体为杂合子。

以上三种解题思路的适用条件:花粉粒鉴定法只适用于植物,但需要有其他如含W基因的花粉遇碘变蓝,含w基因的花粉遇碘不变蓝等特殊条件;自交法通常用于鉴定植物中的纯合子和杂合子;测交法通常用于鉴定动物中的纯合子和杂合子。

例3:家兔的黑毛与褐毛是一对相对性状。

现有4只家兔,其中甲和乙为雌兔;丙和丁为雄兔。

甲、乙、丙均为黑毛,丁为褐色毛。

已知甲与丁的后代全为黑毛;乙与丁的后代中有褐色兔。

问:
(1)判断黑毛和褐毛的显性、隐性关系。

(2)写出甲、乙、丁三只兔的基因型,用B和b表示。

(3)你如何利用上述四只兔来鉴定出丙兔的基因型是纯合子还是杂合子?
分析:丙兔为黑毛雄兔,鉴定它是纯合子还是杂合子最好与褐毛雌兔交配,但题目中没有符合要求的褐毛雌兔,故只能与杂合的乙兔交配,观察其后代的表现型。

答案:(1)黑毛对褐毛为显性。

(2)甲?BB,乙?Bb,丁?bb。

(3)将丙兔与乙兔交配多次,观察其后代性状:?若后代出现褐毛兔,说明丙的基因型为Bb,是杂合子;?若后代全是黑毛兔,说明丙的基因型最可能为BB,是纯合子。

三、判断某一对相对性状是否由一对等位基因控制
1.解题思路一:自交法即杂合体×杂合体
如果后代产生4种性状且性状比为3?1,则说明该相对性状是由一对等位基因控制;否则该相对性状不是由一对等位基因控制。

2.解题思路二:测交法即杂合体×隐性纯合体
如果后代产生两种性状且状性比为1?1,则说明该相对性状是由一对等位基因控制;否则该相对性状不是由一对等位基因控制。

例4:见例5第(1)(2)两问。

四、两对等位基因位于同源染色体上还是非同源染色体上的判定
基因自由组合定律的实质是:位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的。

在减数分裂形成配子的过程中,同源染色体上的等位基因彼此分离,同时非同源染色体上的非等位基因自由组合。

有以下两种解题思路:
1.解题思路一:自交法即双杂合体×双杂合体
如果后代产生4种性状且性状比为9?3?3?1,则说明两对等位基因位于非同源染色体上,符合基因的自由组合定律;否则位于同源染色体上,不符合基因的自由组合定律。

2.解题思路二:测交法即双杂合体×隐性纯合体
如果后代产生两种性状且状性比为1?1?1?1,则说明两对等位基因位于非同源染色体上,符合基因的自由组合定律;否则位于同源染色体上,不符合基因的自由组合定律。

例5:实验室中现有一批未交配过的纯种长翅灰体和残翅黑檀体的果蝇。

已知长翅和残翅这对相对性状受一对位于第?号同源染色体上的等位基因控制。

现欲利用以上两种果蝇研究有关果蝇灰体与黑檀体性状的遗传特点。

(说明:控制果蝇灰体和黑檀体的基因在常染色体上,所有果蝇均能正常繁殖存活。

)请设计一套杂交方案,同时研究以下两个问题:
问题一:研究果蝇灰体、黑檀体是否由一对等位基因控制,并做出判断。

问题二:研究控制灰体、黑檀体的等位基因是否也位于第?号同源染色体上,并做出判断。

(1)杂交方案:
(2)对问题一的推断及结论:
(3)对问题二的推断及结论:
分析:此题不能用测交法,因为已知的两纯种果蝇中,不知是否有隐性纯合子,故只能利用双杂合子F1相互交配。

答案:(1)长翅灰体×残翅黑体?F1雌雄果蝇杂交F2;(2)如果F2出现性状分离,且灰体:黑檀体性状分离比为3?1,说明符合基因的分离定律,则控制灰体和黑檀体的基因是由一对等位基因控制;反之,则不是由一对等位基因控制。

(3)如果F2出现4种性状,其性状分离比为9?3?3?1,说明符合基因的自由组合定律,则控制灰体、黑檀体的这对等位基因不是位于第?号同源染色体上;反之,则位于第?号同源染色体上。

五、常染色体遗传和伴 X染色体遗传判断
两者都为细胞核遗传,但伴X染色体遗传性状有性别差异,而常染色体遗传性状无性别差异。

有以下两种解题思路:
1.解题思路一:采用正交、反交判断
如果正交和反交实验结果性状一致且无性别上的差异,则该性状属于常染色体遗传;如果正交和反交实验结果不一致且有性别上的差异,则该性状属于性染色体遗传。

例6:已知果蝇的直毛与卷毛是一对相对性状,受一对等位基因控制。

若实验室有纯合的直毛和卷毛雌雄果蝇若干,请你通过一代杂交实验确定这对等位基因是位于常染色体上,还是位于X染色体上?
分析:采用正交、反交法(设直毛、卷毛受等位基因A、a控制)
(1)若该等位基因位于常染色体上,遗传图解为
即正交、反交的结果相同,后代只有一种表现型,且都表现为显性亲本的性状,且无性别上的差异。

(2)若该等位基因位于X染色体上,遗传图解为:
即正交和反交实验结果不一致且有性别上的差异。

答案:取直毛雌果蝇与卷毛雄果蝇或卷毛雌果蝇与直毛雄果蝇进行正交和反交。

若正、反交后代的表现型一致,且无性别上的差异,则该等位基因位于常染色体上;若正交和反交实验结果不一致且有性别上的差异,则该等位基因位于X染色体上。

2.解题思路二:采用隐性雌与显性雄交配判断
若基因在X染色体上,则子代中雌性全为显性性状,雄性全为隐性性状;若基因在常染色体上,则子代中雌、雄个体或全为显性性状或既有显性性状也有隐性性状。

例7:已知果蝇的红眼和白眼是一对相对性状(红眼R,白眼r),且雌雄果蝇均有红眼和白眼类型。

若用一次交配实验即可证明这对基因位于常染色体上还是X染色体上,选择的亲本表现型应为。

实验预期及相应结论为:?。

?。

?。

答案:白眼雌果蝇×红眼雄果蝇。

?子代中雌果蝇全部红眼,雄果蝇全部白眼,则这对基因位于X染色体上。

?子代中雌、雄果蝇全部为红眼,则这对基因位于常染色体上。

?子代中雌、雄果蝇均既有红眼又有白眼,则这对基因位于常染色体上。

以上两种解题思路的适用条件:解题思路二采用隐性雌与显性雄交配只适用于一对相对性状中显性、隐性关系已确定的情况;如果显性、隐性关系没有确定时,只能用解题思路一采用正交、反交来判断。

六、根据某一性状辨别生物性别
解题思路:选择由性染色体基因控制的性状进行分析。

选择亲本时,其性状分别为:具有同型性染色体(XX或ZZ)的个体表现型为隐性性状,具有异型性染色体(XY 或ZW)的个体表现型为显性性状。

杂交后子代中具有同型性染色体(XX或ZZ)的个体表现型是显性性状,具有异型性染色体(XY或ZW)的个体表现型是隐性性状。

例8:鸟类的性别属于ZW型性别决定方式。

家鸡羽毛芦花(B)和非芦花(b)是一对相对性状,基因位于Z染色体上。

请你设计一个简单实用的杂交方案,单就毛色便能识别出雏鸡的雌雄。

要求用遗传图解表示杂交方案。

答案:选用芦花雌鸡与非芦花雄鸡作为亲本杂交。

子代表现为非芦花的为雌鸡,表现为芦花的为雄鸡。

遗传图解如图所示:
七、判断性染色体上的基因位于同源区段还是非同源区段
从生物界较为普遍的XY型性别决定的生物来看,在雄性个体的体细胞中有一对异型性染色体——X和Y,它们是一对同源染色体,但其形状大小却不相同(如下图所
示)。

从染色体的结构可以看出,X和Y各自都有一部分不与对方同源,性染色体上基因的遗传有3种情形:
(1)Y非同源区段上的基因:X上没有它的等位基因或相同基因,为伴Y遗传。

(2)X非同源区段上的基因:Y上没有它的等位基因或相同基因,为伴X遗传。

(3)XY同源区段上的基因:为等位基因或相同基因,其遗传与常染色体遗传类似,不再与性别相联系。

解题思路:Y非同源区段上的基因为伴Y遗传,表现为限雄遗传,很容易判断就不再讨论了。

由于X非同源区段上的基因为伴X遗传,性状与性别相联系,而XY同位源区段上的基因其遗传与常染色体遗传类似,不再与性别相联系,故判断基因位于X 非同源区段上还是XY同源区段上时可采用第五类的解题思路二即采用隐性雌与显性雄交配来判断。

例9:某雌雄异株的植物,其性别决定方式为XY型。

右上图为其性染色体简图,X 和Y染色体有一部分是同源区段(图中?片段),该部分基因互为等位,在X和Y上都有,另一部分是非同源区段(图中的?-1,?-2片段),该部分基因不互为等位,只在X 或Y上有。

研究发现,在自然界中该种植物的雌、雄植株均为纯种高杆(其基因位于性染色体上)。

育种专家用理化方法对高杆植株进行人工诱变处理,在其后代中发现了个别矮杆植株(雌、雄都有),假如突变体是隐性突变(D?d),只做一代杂交试验,推
测杂交子一代可能出现的性状,并以此为依据,推断控制该性状的基因是位于图中?片段还是?-2片段。

(用杂交实验的遗传图解表示,并进行简要说明)
由上述遗传图解可知:如果子代的雌、雄株均为高杆,说明基因位于图中?片段;如果子代的雌株均为高杆,而雄株均为矮杆,则说明基因位于图中的?-2片段。

八、探究某性状的遗传是细胞质遗传还是细胞核遗传
解题思路:实验设计应从细胞核遗传和细胞质遗传的特点作为思维入点,通过正交和反交实验判断。

如果正交和反交实验结果性状一致,则该生物性状的遗传属于细胞核遗传;如果正交和反交实验的结果不一致且有母系遗传的特点,则该生物性状的遗传属于细胞质遗传。

例10:(2006年江苏卷)有人发现某种花卉有红花和白花两种表现型,请你设计
一个实验,探究花色的遗传是细胞质遗传还是细胞核遗传。

用图解和简洁语言回答。

答案:正交:P红花(雌)×白花(雄)?F1。

反交:P白花(雌)×红花(雄)?F1。

若正交与反交产生的F1的性状表现都与母本相同,则该颜色的遗传为细胞质遗传;若正交与反交产生的F1的性状表现与母本无关,都表现为红花或白花的一种,则该花色的遗传为细胞核遗传。

九、探究环境因素和遗传因素对生物性状的影响
在探究生物某一性状是由遗传因素还是环境因素决定的实验设计时,结合实验
设计的对照原则和单一变量原则,需设计两组对照实验:一组基因型相同而环境不同,另一组环境相同而基因型不同。

例11:蒲公英,菊科,两性花,异花传粉,结瘦果,既可用种子繁殖,也可用直根扦
插繁殖。

叶形有全缘型,也有缺刻型。

生长于背风向阳处的植株叶形为全缘型，而生长于向风荫蔽处的植株叶形为缺刻型。

为探究环境因素和遗传因素对蒲公英叶形的影响,某生物课外小组学生进行了如下实验:?分别选取缺刻叶型和全缘叶型植株上所结的若干粒种子,分别埋于沃土中催芽;?发芽后分别移栽于花盆中,于背风向阳处培养;?一段时间后观察蒲公英的叶型。

(1)请判断上述实验能否达到实验目的,并说明原因。

(2)请写出你的实验步骤,并预测可能的实验结果和结论。

答案:(1)不能。

蒲公英异花传粉,其种子基因型无法确定,应该分别选取缺刻叶型和全缘叶型的直根若干进行扦插繁殖,便于实验变量的控制。

上述实验设计即使种子基因型相同,因环境相同,也无法说明课题的问题。

(2)实验步骤:?取背风向阳处的蒲公英的直根若干随机平分为A、B两组,分别在背风向阳处和向风荫蔽处种植;?另取向风荫蔽处的蒲公英的直根若干随机平分为C、D两组,分别在背风向阳处和向风荫蔽处种植;?待直根长出叶片后,观察叶形。

预测的实验结果和结论:?结果:A、C两组均长出全缘型叶形,B、D两组均长出缺刻型叶形。

结论:蒲公英的叶形主要受环境因素的影响。

?结果:A、B两组均长出全缘型叶形,C、D两组均长出缺刻型叶形。

结论:蒲公英的叶形主要受遗传因素的影响。

?结果:A组长出全缘型叶形,D组长出缺刻型叶形,B、C两组叶形介于全缘型和缺刻型之间。

结论:蒲公英的叶形受遗传因素和环境因素的共同影响。

十、探究某一突变性状是基因突变的直接结果,还是因环境改变而导致的不遗传变异
1.解题思路一:将突变型的幼体在正常条件下培养,观察其性状的变化(见例12方法二)
例12:(2007年山东理综卷26题第5问)在一块高秆(纯合体)小麦田中,发现了一株矮秆小麦。

请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因(简要写出所用方法、结果和结论)。

答案:方法一:将矮秆小麦与高秆小麦杂交,如果子一代为高秆,子二代中高秆?矮秆=3?1(或出现性状分离),则矮秆性状是基因突变造成的。

否则,矮秆性状是环境引起的。

方法二:将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下,如果两者未出现明显差异,则矮秆性状是由环境引起的,否则,矮秆性状是基因突变的结果。

2.解题思路二:将突变型的雌雄个体交配,让子代在正常条件下培养,观察子代的表现型
例13:某生物兴趣小组饲养了一批纯合的长翅红眼果蝇幼虫,分装在10支试管中,准备放在25?培养箱中培养(果蝇生长的最适温度),由于疏忽,其中有2支试管未放入培养箱,当时气温高达37?,10d后观察发现,培养箱中的果蝇全为长翅,而未放入培养箱中的果蝇出现了残翅(有雌有雄)。

(1)残翅性状的出现在遗传学上称为。

你认为出现残翅的最可能的原因是。

(2)请设计实验证明你的推测(简要写出实验步骤,预期结果并得出结论。

提示:选择果蝇杂交的方法进行实验)。

实验步骤:a、,,;b、,,;c、,,。

预期结果与结论:。

答案:(1)变异温度的变化影响果蝇的发育,果蝇的遗传物质没有发生改变(或发生改变)。

(2)a、利用高温下发育的雌雄残翅果蝇交配产卵;b、将卵放在25?条件下培养;c、观察子代果蝇翅的性状表现。

(3)预期结果结论:a、子代全为长翅,说明残翅是由温度引起的不可遗传变异,遗传物质没有改变,推测正确(或错误);b、子代全为残翅或出现部分残翅,说明残翅是可遗传的变异,温度的变化引起了遗传物质改变,推测错误(或正确)。

(注意:推测要与结论相一致。

其他合理答案也可以。

)
3.解题思路三:将突变型个体与异性正常条件下发育的个体交配,让子代在正常条件下培养,观察子代的表现型
例14:果蝇的长翅(V)对残翅(v)为显性,但是,即使是纯合长翅品种的幼虫,在35?温度的条件下培养(正常培养温度为25?),长成的成体果蝇却成为残翅。

这种现象称为“表型模拟”。

(1)这种模拟的表现性状能否遗传?为什么?
(2)现有一只残果蝇,如何判断它是属于纯合vv还是“表型模拟”?请设计鉴定方案:方法步骤:。

结果分析:。

方法步骤:,,。

结果步骤:,,。

答案:(1)不能遗传,因为这种残翅性状是单纯由于环境条件的改变而引起,其遗传物质(或基因型)没有改变。

(2)方法步骤:?让这只残翅果蝇与正常温度下发育的异性残翅果蝇(基因型为vv)交配;?使其后代在正常温度条件下发育。

结果分析:?若后代均为残翅果蝇,则这只果蝇为纯合vv;?若后代有长翅果蝇出现,则说明这只果蝇为“表型模拟”。

^NU1DA20101217。