素养加强课7 运用演绎与推理进行生物变异类型的实验探究

素养加强课7 运用演绎与推理进行生物变异类型的
实验探究
1．探究某一变异性状是否为可遗传变异的方法
(1)两类变异的本质区别是遗传物质是否改变，遗传物质改变则可能遗传给后代，环境引起性状改变但遗传物质未变则不能遗传给后代。

是否发生了遗传物质的改变是实验假设的切入点，新性状能否遗传是实验设计的出发点。

(2)实验设计的方法：与原来类型在特定的相同环境下种植，观察变异性状是否消失，若不消失则为可遗传变异，反之则为不可遗传变异。

某些情况下也可以通过自交观察后代是否发生性状分离。

2．基因突变的类型与判断方法
(1)显性突变和隐性突变的判断
①类型⎩⎨⎧显性突变：aa →Aa （当代表现）
隐性突变：AA →Aa （当代不表现，一旦表现即为 纯合子）
②判定方法
a ．选取突变体与其他已知未突变纯合子杂交，据子代性状表现判断。

b ．让突变体自交，观察子代有无性状分离来判断。

(2)突变基因具体位置的判断
①利用野生型的个体与缺失不同基因的突变体比较，根据有无特定酶的活性判断编码该酶的基因对应的位置。

②将一缺失未知基因片段的突变株与已知的缺失不同基因片段的突变株分别培养，根据是否转化为野生型个体判断未知个体的缺失基因对应的位置。

3．染色体变异、基因重组和基因突变的显微判断
染色体变异在光学显微镜下能观察到，而基因突变和基因重组不能，所以可通过显微观察法辨别染色体变异，即制作临时装片，观察有丝分裂中期染色体是否发生变异，若有，则为染色体变异，否则为基因突变或基因重组(此处注意，若基因突变引起细胞结构改变也可间接用显微镜判断，例如显微镜下观察血细胞涂片，若发现镰刀状红细胞，可判断发生了基因突变)。

4．运用假说—演绎法解决生物变异类型问题的一般步骤
通过挖掘“假说—演绎法”的内涵，运用它解答遗传设计题时分解为3步：提出假说，正向演绎推理(结论→结果)，逆向答题(结果→结论)。

1．(2021·潍坊高三模拟)果蝇的灰身(B)对黑身(b)为显性，长翅(D)对残翅(d)为显性。

正常果蝇的眼色为暗红色，是由朱砂色(f)和褐色(g)叠加形成的，朱砂色眼基因f和褐色眼基因g不发生交叉互换。

上述基因都位于2号染色体上。

研究表明，位于一对同源染色体上位置相距非常远的两对等位基因，与非同源染色体上的两对等位基因在形成配子时的比例很接近而难以区分。

在减数分裂时，雌果蝇的非姐妹染色单体间发生交叉互换，而雄果蝇则不会发生。

回答下列问题：
(1)控制眼色的基因(F/f、G/g)在遗传时遵循________定律，该定律的实质是___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。

(2)用一只基因型为FfGg的雄果蝇与一只眼色为__________雌果蝇进行测交实验，若结果显示为褐色眼∶朱砂色眼＝1∶1，则雄果蝇中基因的位置关系为____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。

(3)某生物小组成员利用基因型为DdBb的雌雄果蝇进行杂交实验，探究控制体色和翅型的基因是否在染色体上相距非常远。

图1图2图3
①基因型为DdBb的雄果蝇正常体细胞中，控制翅型和体色基因可能的位置情况请在图中表示出来(注意：图不一定全部使用)。

②若控制翅型和体色的基因相距非常远，则亲本中雌果蝇产生的配子种类及比例约为___________________________________________________。

③若杂交后子代的分离比为______________________，则可以证实控制翅型和体色的基因在染色体上相距非常远。

(4)用一对刚毛雌雄果蝇交配后，子代雌果蝇刚毛∶截毛＝149∶1，而雄果
蝇中刚毛∶截毛＝74∶76。

对于截毛雌果蝇的出现，生物小组成员做出如下假设：假设一：该雌果蝇发生基因突变；
假设二：该雌果蝇生活的环境改变导致性状改变。

请设计实验方案，探究产生截毛雌果蝇的原因(写出实验思路并预期实验结果及结论)。

[解析](1)控制眼色的基因(F/f、G/g)都位于2号染色体上，则其在遗传时遵循分离定律，分离定律的实质是在减数分裂形成配子过程中，等位基因随同源染色体的分开而分开，分别进入不同配子中，独立地遗传给后代。

(2)测交是指F1与隐性纯合子杂交，根据题意，ffgg应表现为暗红色。

若结果显示为褐色眼(Ffgg)∶朱砂色眼(ffGg)＝1∶1，由于暗红色的雌果蝇(ffgg)只能产生基因型为fg雌配子，则基因型为FfGg的雄果蝇产生的雄配子为Fg∶fG＝1∶1，故雄果蝇中基因的位置关系为：基因f、G位于同一条染色体上，基因F、g位于另外一条同源染色体上。

(3)①根据题意，D/d、B/b都位于2号染色体上，在减数分裂时，雄果蝇的非姐妹染色单体间不会发生互换，故基因型为DdBb的雄果蝇正常体细胞中，控制翅型和体色的基因可能的位置情况有：两个显性基因D、B位于一条染色体上，两个隐性基因d、b位于另一条染色体上；或者是每条染色体上各含有一个显性
基因(D、b)和一个隐性基因(d、B)，如图所示：。

②根据题意可知，亲本中雌果蝇DdBb产生的配子种类及比例约为DB∶Db∶dB∶db＝1∶1∶1∶1。

③本题采用逆推法，若控制翅型和体色的基因在染色体上相距非常远，则基因型为DdBb的雌果蝇产生的配子种类及比例为DB∶Db∶dB∶db＝1∶1∶1∶1，基因型为DdBb的雄果蝇产生的配子种类及比例为Db∶dB＝1∶1或DB∶db＝1∶1，则杂交后子代的分离比为2∶1∶1或5∶1∶1∶1。

(4)根据题意，一对刚毛雌雄果蝇交配后，子代出现截毛，说明刚毛为显性性状，截毛为隐性性状，且截毛主要存在于子代雄果蝇中，说明控制刚毛和截毛的基因位于X染色体上。

为探究截毛雌果蝇出现的原因是基因突变还是环境改变引起，可以采取以下方案：
方案一：将该雌果蝇与刚毛雄果蝇杂交，将子代在正常环境下培养，观察子代雄果蝇的表型及比例。

若子代雄果蝇中出现刚毛，则是该雌果蝇生活的环境导致的性状改变；若子代雄果蝇均为截毛，则是该雌果蝇发生了基因突变。

方案二：将该雌果蝇与截毛雄果蝇杂交，将子代在正常环境下培养，观察子代果蝇的表型及比例。

若子代果蝇中出现刚毛，则是该雌果蝇生活的环境导致的性状改变；若子代果蝇均为截毛，则是该雌果蝇发生了基因突变。

[答案](1)分离在减数分裂形成配子过程中，等位基因随同源染色体的分开而分开，分别进入不同配子中，独立地遗传给后代(2)暗红色基因f、G 位于同一条染色体上，基因F、g位于另外一条同源染色体上
(3)DB∶Db∶dB∶db＝1∶1∶1∶12∶1∶1或
5∶1∶1∶1(4)方案一：将该雌果蝇与刚毛雄果蝇杂交，将子代在正常环境下培养，观察子代雄果蝇的表型及比例。

若子代雄果蝇中出现刚毛，则是该雌果蝇生活的环境导致的性状改变；
若子代雄果蝇均为截毛，则是该雌果蝇发生了基因突变。

方案二：将该雌果蝇与截毛雄果蝇杂交，将子代在正常环境下培养，观察子代果蝇的表型及比例。

若子代果蝇中出现刚毛，则是该雌果蝇生活的环境导致的性状改变；
若子代果蝇均为截毛，则是该雌果蝇发生了基因突变。

2．(2021·福州高三质检)一种日本的小鼠纯合品系，具有特别不协调的步态，因此称为华尔兹表型，是常染色体隐性突变基因V1引起的，显性等位基因V则使小鼠的运动步态正常。

最近，遗传学家又发现了另一种导致小鼠运动不协调的隐性突变，这种突变被称为探戈表型，它可能是华尔兹基因的等位基因，也可能是另一个位置基因的突变。

(V的等位基因可用V1、V2……来表示，无正常基因的个体不可能出现正常表型)
(1)假定探戈突变和华尔兹突变是等位基因，请用合适的符号表示探戈纯合突变品系个体的基因型________。

(2)以突变鼠为材料进行杂交实验，以确定探戈突变和华尔兹突变是否为等位基因，写出实验思路和结果分析_____________________________________
___________________________________________________________________。

(3)研究人员在野生小鼠种群中发现另一显性突变性状，表型为短腿，已确定该突变类型为杂合子，能否用上题中的实验思路来确定三个突变基因同为等位基因？请简要说明理由_____________________________________________
___________________________________________________________________。

[解析](1)假定探戈突变和华尔兹突变是等位基因，可用V2V2代表探戈纯合体品系的基因型；
(2)实验思路：将探戈突变品系和华尔兹突变品系杂交，观察子一代的性状。

实验结果：①若探戈突变和华尔兹突变为等位基因，探戈型基因型为V2V2，华尔兹型基因型为V1V1，杂交后代为V1V2(V2V1)，后代全部为突变型(探戈型或华尔兹型)，②若探戈突变和华尔兹突变不是等位基因，设探戈型基因型为aaVV，华尔兹型基因型为AA V1V1，杂交后代基因型为AaVV1，则杂交后代全部为野生型；
(3)若短腿的显性突变基因型为Dd，则野生型基因型为dd，以野生型和突变型进行杂交，后代野生型∶突变型＝1∶1，因此无论是否三个突变基因同为等位基因，均含有野生型和突变型，故不能以该方法验证。

[答案](1)V2V2(2)将探戈突变品系和华尔兹突变品系杂交，观察子一代的性状。

若后代均为野生型，则探戈突变和华尔兹突变不是等位基因；若后代均为突变型，则探戈突变和华尔兹突变是等位基因(3)不能，因为不论是否同为等位基因，杂交子代均有突变型(短腿性状)和野生型
3．(2021·黄冈高三模拟)果蝇的眼色由两对基因(A/a和R/r)控制，已知A 和R同时存在时果蝇表现为红眼，其余情况为白眼，且其中R/r仅位于X染色体上。

实验：一只纯合白眼雌果蝇与一只白眼雄果蝇杂交，正常F1全为红眼(偶见一只雌果蝇为XXY，记为“M”；还有一只白眼雄果蝇，记为“N”)。

(1)由题可知A/a位于常染色体上，且亲本白眼雄果蝇基因型为________，其不可能与R/r一样位于X染色体上的理由是：___________________________ ___________________________________________________________________。

(2)M果蝇能正常产生配子，其最多能产生X、Y、XY和XX四种类型的配子，其对应比例为________________。

(3)N果蝇出现的可能原因有：①环境改变引起表型变化，但基因型未变；
②亲本雄果蝇发生某个基因突变；③亲本雌果蝇发生某个基因突变；④亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离而产生XO型果蝇(XO为缺一条性染色体的不育雄性)，请利用现有材料设计简便的杂交实验，确定N果蝇出现的原因。

实验步骤：______________________________，然后观察子代雌果蝇的表型及比例。

结果预测：Ⅰ.若____________，则是环境改变；
Ⅱ.若____________，则是亲本雄果蝇基因突变；
Ⅲ.若____________，则是亲本雌果蝇基因突变；
Ⅳ.若____________，则是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离。

[解析](1)若A/a与R/r都在X染色体上，则纯合白眼雌果蝇的雄性子代也只能是白眼，与已知不符，并由此推出亲本白眼雄果蝇基因型为AAX r Y。

(2)M果蝇(XXY)是三体果蝇，能正常产生配子，其最多能产生X、Y、XX 和XY四种类型的配子，其对应比例为2∶1∶1∶2。

(3)据分析可知，欲确定N果蝇出现的原因。

可将N果蝇与F1代雌蝇(AaX R X r)交配，然后观察子代雌果蝇的性状及比例。

Ⅰ.若是环境改变引起的表型的改变，则N果蝇的基因型为AaX R Y，F1代雌蝇基因型为AaX R X r，二者杂交，分别分析每一对基因，子代雌果蝇的基因型为AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1；X R X R∶X R X r＝1∶1。

A和R同时存在时果蝇表现为红眼，其余情况为白眼，故子代雌果蝇性状及比例为红眼∶白眼＝3∶1；
Ⅱ.若亲本雄果蝇基因突变，则N果蝇的基因型为aaX R Y，F1代雌蝇基因型为AaX R X r，二者杂交，子代雌果蝇的基因型为Aa∶aa＝1∶1，X R X R∶X R X r ＝1∶1，子代雌果蝇性状及比例为红眼∶白眼＝1∶1；
Ⅲ.若亲本雌果蝇基因突变，则N果蝇的基因型为AaX r Y，F1代雌蝇基因型为AaX R X r，二者杂交，子代雌果蝇的基因型为AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1，X R X r∶X r X r＝1∶1，子代雌果蝇性状及比例为红眼∶白眼＝3∶5。

Ⅳ.若是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离而产生XO型果蝇，由于XO为缺一条性染色体的不育雄性，与F1代雌蝇杂交，没有子代产生。

[答案](1)AAX r Y若A/a与R/r都在X染色体上，则纯合白眼雌果蝇的雄性子代也只能是白眼(2)2∶1∶2∶1(3)实验步骤：将N果蝇与F1红眼雌果
蝇交配结果预测：Ⅰ.红眼∶白眼＝3∶1Ⅱ.红眼∶白眼＝1∶1Ⅲ.红眼∶白眼＝3∶5Ⅳ.无子代。