例析化繁为简思维在解生物遗传题中的作用.docx

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安永芳李慧敏
Summary精选3道以果蝇为材料的遗传题,列举了解遗传题常用的几种化繁为简的思维方法,以期为生物学教学提供参考。
Key果蝇配子拆分组合化繁为简

果蝇是昆虫纲双翅目的一种小型蝇类,在制醋和有水果的地方常常可以看到。且果蝇易饲养,繁殖快,具有多对相对性状,所以常用作遗传学研究的实验材料。2019年高考生物全国Ⅰ卷的第32题以果蝇为实验材料,不仅考查生物学事实,而且对学生掌握的生物学概念、生物学原理以及解题的思维方法和技巧进行综合考查。
1真题及解析
某实验室保存有野生型和一些突变型果蝇。果蝇的部分隐性突变基因及其在染色体上的位置如图1所示。回答下列问题。
(1)同学甲用翅外展粗糙眼果蝇与野生型(正常翅正常眼)纯合子果蝇进行杂交,F2中翅外展正常眼个体出现的概率为。图中所列基因中,不能与翅外展基因进行自由组合的是。
(2)同学乙用焦刚毛白眼雄蝇与野生型(直刚毛红眼)纯合子雌蝇进行杂交(正交),则子代雄蝇中焦刚毛个体出现的概率为;若进行反交,子代中白眼个体出现的概率为。
(3)为了验证遗传规律,同学丙让白眼黑檀体雄果蝇与野生型(红眼灰体)纯合子雌果蝇进行杂交得到F1,F1相互交配得到F2。那么,在所得实验结果中,能够验证自由组合定律的F1表现型是,F2表现型及其分离比是;验证伴性遗传时应分析的相对性状是,能够验证伴性遗传的F2表现型及其分离比是。

题目提及两种果蝇,野生型为显性纯合子,突变型为隐性纯合子。果蝇有4对染色体,包括3对常染色体和1对性染色体,图1中2、3号染色体为常染色体,其上基因全为隐性突变产生的;白眼、焦刚毛属于隐性突变且位于X染色体上,遵循伴性遗传。

為了化繁为简,把每一对抽象相对性状转化成用具体的基因控制。图1中有6种细胞核中染色体上隐性突变基因,果蝇这六种隐性突变基因与正常基因组成6对等位基因,控制6对相对性状。题中的3个小题亲本都是两对相对性状的亲本,依题意先写出亲本杂交组合,再根据需要进行拆分组合。
(1)拆分组合法。果蝇的翅外展和正常翅是一对性对性状(用基因A、a表示),粗糙眼和正常眼是另一对相对性状(用基因B、b表示),由于题中图示基因均为隐性突变,因此亲本为翅外展粗糙眼(aabb)和野生型(AABB),F1为正常翅正常眼(AaBb)。F1雌雄个体相互交配,F2中翅外展正常眼aaB_个体出现概率是3/16。生殖细胞进行减数分裂时,同源染色体分离,非同源染色体自由组合,使非同源染色体上的非等位基因自由组合,图中所列基因中,翅外展和紫眼位于同一条染色体上,不能自由组合。
(2)拆分法。果蝇的焦刚毛和直刚毛是一对相对性状(用基因D、d表示),白眼和红眼是另一对相对性状(用基因W、w表示)。正交:焦刚毛雄蝇(XdY)×直刚毛雌性(XDXD),子代雄蝇的基因型为XDY,表现为直刚毛,则子代雄蝇中焦刚毛个体出现的概率为0。反交:白眼雌蝇(XwXw)×红眼雄蝇(XWY),子代XWXw、XwY分别表现为红眼和白眼,且比例为1∶1,白眼个体出现的概率为1/2。
(3)配子法。果蝇的黑檀体和灰体是一对相对性状(用基因E、e表示),白眼黑檀体雄果蝇(eeXwY)×纯合子红眼灰体雌蝇(EEXWXW),F1的基因型为EeXWXw、EeXWY,均表现为红眼灰体且比例为1∶1。F1代相互交配(EeXWXw×EeXWY),由于两对等位基因位于两对染色体上,遵循基因的自由组合,产生的雌配子EXW、eXW、EXw、eXw且比例为1∶1∶1∶1,雄配子EXW、eXW、EY、eY,比例为1∶1∶1∶1;经受精作用,F2表现型及其分离比为红眼灰体∶红眼黑檀体∶白眼灰体∶白眼黑檀体=9∶3∶3∶1。验证伴性遗传时应分析位于性染色体上的基因控制的性状,即红眼/白眼、焦刚毛/直刚毛;就眼的颜色分析,F1代相互交配(XWXw×XWY),F2表现型及其分离比是红眼雌蝇∶红眼雄蝇∶白眼雄蝇=(2∶1∶1)。

(1)3/16紫眼基因(2)01/2(3)红眼灰体红眼灰体∶红眼黑檀体∶白眼灰体∶白眼黑檀体=9∶3∶3∶1红眼/白眼红眼雌蝇∶红眼雄蝇∶白眼雄蝇(2∶1∶1)。
2迁移训练
果蝇灰身与黑身是一对相对性状,受等位基因A、a控制,红眼与白眼是另一对相对性状,受等位基因B、b控制。现有若干组灰身红眼雌雄果蝇杂交,F1表现型为灰身红眼雌果蝇400只,灰身红眼雄果蝇200只,灰身白眼雄果蝇200只,黑身红眼雌果蝇200只,黑身红眼雄果蝇100,黑身白眼雄果蝇100只。回答下列问题:
(1)亲本雄果蝇的基因型是。
(2)F1中灰身红眼雌果蝇的基因型是,纯合子占。
(3)F1中的灰身红眼雌果蝇与灰身白眼雄果蝇杂交,F2的表现型及比例是。
解析:(1)先拆分,F1表现型及比例为灰身红眼雌果蝇∶灰身红眼雄果蝇∶灰身白眼雄果蝇∶黑身红眼雌果蝇∶黑身红眼雄果蝇∶黑身白眼雄果蝇=4∶2∶2∶2∶1∶1。F1灰身∶黑身=(4+2+2)∶(2+1+1)=2∶1,推知杂交亲本为Aa×Aa,且A基因纯合致死。另一对相对性状:F1雌性子代全是红眼,雄性子代中红眼∶白眼(2+1)∶(2+1)=1∶1。推知杂交亲本为XBXb×XBY;再组合亲本为∶灰身红眼雌性(AaXBXb)×灰身红眼雄性(AaXBY),则亲本雄果蝇基因型为AaXBY。
(2)由于A基因纯合致死,F1中灰身红眼雌果蝇的基因型及所占比例是AaXBXB(1/2)、AaXBXb(1/2),纯合子概率为0。
(3)F1中的灰身红眼雌果蝇为AaXBXB(1/2)、AaXBXb(1/2),灰身白眼雄果蝇AaXbY。计算杂交子代的性状分离比,采用先拆分:Aa×Aa,由于AA纯合致死,F2灰身果蝇Aa占2/3,黑身果蝇aa占1/3。另一对相对性状:XBXB×XbY、XBXb×XbY,F2红眼果蝇占3/4,白眼果蝇占1/4。再组合:F2中灰身红眼=2/3×(3/4)=6/12,灰身白眼=2/3×(1/4)=2/12,黑身红眼=1/3×(3/4)=3/12,黑身白眼=1/3×(1/4)=1/12;F2表现型及比例是灰身红眼∶灰身白眼∶黑身红眼∶黑身白眼=6∶2∶3∶1。
思维小结:以化繁为简思维为导向,求亲本基因型及所占比例。解题时,把与性状对应的基因型尽可能写出来,写不出来的根据子代表现型先推知子代基因型,进而再推测亲本的基因型,在推测分析过程中注意致死现象引起的基因型概率变化。求子代个体表现型及所占比例,先按分离定律拆分,将几种表现型
所占比例分别求出后,再组合并乘积,计算表现型所占比例时,注意考虑致死现象影响所占比例的变化。
3拓展训练
果蝇红眼与朱红眼、有眼与无眼分别由基因A(a)、B(b)控制,其中有一对基因位于性染色体上,且存在两对隐性基因纯合致死现象。一只红眼雌性个体与一只朱红眼雄性个体交配,F1雌性个体中有红眼和无眼,雄性个体全为红眼。让F1雌雄个体随机交配得F2,F2的表现型及比例见表1。
回答下列问题:
(1)有眼对无眼为性,控制有眼与无眼的B(b)基因位于染色体上。
(2)若要验证F1红眼雄性个体的基因型,能否用测交方法?其原因是。
(3)F2红眼雄性个体有种基因型,让其与F2红眼雌性个体随机交配,产生的F3有种表现型,F3中致死个体所占的比例为。F3中无眼雌性占的比例。
解析:(1)假设逆推法。根据亲代有眼杂交产生的F1代出现无眼,无眼(b)为隐性,有眼为显性。又雄性的F1和F2代均为有眼,雌性的F1和F2代出现有眼和无眼两种性状。可见,有眼和无眼性状在性染色体上;若只在Y上,雌性子代不可能出现有眼,即不是只在Y上;若只在X上,雄性子代应出现有眼
和无眼两种性状。而题中雄性子代均为有眼,可见不是只在X上;若位于X、Y的同源区段上,符合题意。
(2)配子法。根据F1雌性个体中有红眼和无眼,雄性个体全为红眼,则亲本为红眼雌性(AAXBXb)、朱红眼雄性(aaXbYB);亲本产生的雌配子的基因型为AXB、AXb,雄配子的基因型为aXb、aYB。雌雄配子随机结合,F1基因型为AaXBXb、AaXbXb、AaXBYB、AaXbYB,表现型及比例为雌性红眼∶雌性无眼∶雄性红眼∶雄性红眼(1∶1∶1∶1)。
拆分组合法。F1雌雄个体随机交配,雌性基因型为AaXBXb(1/2)、AaXbXb(1/2),雄性基因型为AaXBYB(1/2)、AaXbYB(1/2)。①Aa×Aa,F2基因型为AA、Aa、aa(1∶2∶1),表现型及比例为红眼∶朱红眼=3∶1。②雌性基因型为XBXb(1/2)、XbXb(1/2),雄性基因型为XBYB(1/2)、XbYB(1/2),产生雌配子XB(1/4)、Xb(3/4),雄配子XB(1/4)、Xb(1/4)、YB(1/2)。雌配子与雄配子随机结合,F2的基因型为:XBXB(1/16)、XBXb(3/16)、XBXb(1/16)、XbXb(3/16)、XBYB(1/8)、XbYB(3/8)。依题意中表格数据,得知:F2个体中雄性32/61,而雌性29/61,得知3/64雌性个体死亡,即aaXbXb致死,致死概率为1/4×(3/16)=3/64,1-3/64=61/64成活。因雌性aaXbXb致死,所以不能用测交法验证F1红眼雄性个体的基因型。
(3)F1雌雄个体随机交配,雌性基因型为AaXBXb(1/2)、AaXbXb(1/2),雄性基因型为AaXBYB(1/2)、AaXbYB(1/2)。F2红眼有AA、Aa两种基因型,雄性有眼为XBYB、XbYB两种基因型,则F2红眼雄性有4种基因型,分别
为AAXBYB、AAXbYB、AaXBYB、AaXbYB,其中F2红眼雄性AaXbYB概率为2/3×(3/4)=1/2,F2红眼雌性个体中AaXBXb概率为2/3×(4/5)=8/15。
F3表现型和基因型有红眼雌性A_XBX-、朱红眼雌性aaXBX-、无眼雌性A_XbXb、红眼雄性A_X-YB、朱红眼雄性aaX-YB,共5种。根据表格中的结果,雄性子代因没有隐性纯合子,不出现致死现象。计算F3雌性子代aaXbXb致死概率,只需F2红眼雌性个体基因型为AaXBXb(8/15),F2红眼雄性个体基因型为AaXbYB(1/2),F3雌性子代aaXbXb致死概率为8/15×(1/2)×(1/4)×(1/4)=1/60,成活概率为1-1/60=59/60。
先拆分:①F2红眼雄性的基因型为AA(1/3)、Aa(2/3),F2红眼雌性的基因型为AA(1/3)、Aa(2/3),F3代A_概率为1-2/3×(2/3)×(1/4)=8/9。②F2代另一对性状中雌性基因型为XBXB(1/16)、XBXb(3/16)、XBXb(1/16)、XbXb(3/16),雄性基因型为XBYB(1/8)、XbYB(3/8),得知F2红眼雌性XBXB(1/5)、XBXb(4/5),F2红眼雄性XBYB(1/4)、XbYB(3/4),F3代XbXb概率为4/5×(3/4)×(1/4)=3/20。再组合:F3中无眼雌性A_XbXb概率为8/9×(3/20)=2/15,F3中无眼雌性A_XbXb所占的比例为2/15/(59/60)=8/59。
思维小结:①首先分析基因的位置,复杂的问题就变得简单了。某一性状的两杂合亲本杂交,子代雌雄个体表现型及其分离比不同,且与性别有关,推测控制此性状的基因位于性染色体上。然后,再根据子代表现型分析基因只位于Y上,仅位于X上,还是位于X、Y的同源区段上。②在做题过程中,根据亲本的表现型,把亲本性状对应的基因型尽可能写出来,有些性状对应的基因型需要根据子代的表现型及基因型推测。在解复杂遗传题中,若用配子法解题,首先
要正确无误求出雌雄配子各自所占的比例,然后计算性状所占的比例。在做题过程中,若出现子代雌雄个体所占的比例不同,判断可能存在致死现象,依据题中数据计算致死概率,进而推测致死基因和致死基因型。
4教学启示
遗传学内容是生物高考中重点考查的内容,涉及生命观念、科学思维和科学探究的考查。考查的题型内容来源于生活,解题所需要的知识原理、方法均是生物必修2模块内孟德尔豌豆杂交实验中知识点的迁移,学生要在掌握重要概念、原理、方法的基础上,灵活地把假设法、逆推法、配子法、拆分组合法等用于解遗传题。教师要注意总结系统化知识,精选试题巩固提升能力,更要注重化繁为简思维能力的培养,巧妙运用化抽象为具体、化繁为简的思维方法。這样,学生解类似遗传题时,就能够做到触类旁通了。
 
-全文完-