遺傳實驗設計的幾種常見應用類型及示例分析

摘 要： 文章列舉了設計遺傳實驗的五種常見應用類型，并通過典型例題對相應的實驗方法作分析。

關鍵詞： 遺傳實驗 應用類型示例 實驗方法分析

縱觀歷年高考生物試題，試題命制始終圍繞學科的主干知識和重點知識。遺傳學是生物學科主干知識的重要部分，特別是有關孟德爾遺傳定律和伴性遺傳的知識是歷年也必將是今后高考命題的熱點和重點，關于這一方面的遺傳實驗設計、實驗分析的題目由于可很好地考查學生的理解能力、綜合分析應用能力和語言表達能力，因此在近幾年的高考試題中時常出現。如何利用有關的遺傳實驗對相關的遺傳學事實進行驗證、解釋分析或作出相應的推斷呢？下面就有關遺傳實驗設計的幾種常見應用類型作簡要歸納，供同行參考和指正。

一、設計遺傳實驗驗證或探究相關基因控制的性狀遺傳是否遵循孟德爾遺傳定律

例題：已知果蠅的灰身（B）對黑身（b）為顯性，長翅（V）對殘翅（v）為顯性，且兩對基因都位于常染色體上，現有純種灰身長翅和黑身殘翅果蠅，請設計實驗探究灰身、黑身和長翅、殘翅這兩對相對性狀的遺傳是否符合基因的自由組合定律。

實驗方法分析：要判斷性狀遺傳是否遵循孟德爾遺傳定律，需依據孟德爾發現遺傳定律的雜交試驗即測交試驗或雜合子自交試驗。對于一對相對性狀的遺傳，若測交結果后代有兩種表現型，性狀分離比為1∶1或雜合子自交結果后代有兩種表現型，性狀分離比為3∶1，則符合基因的分離定律。對于兩對相對性狀的遺傳，若測交結果后代有四種表現型，性狀分離比為1∶1∶1∶1或雜合子自交結果后代有四種表現型，性狀分離比為9∶3∶3∶1，則符合基因的自由組合定律。

（2）預測可能的試驗結果及結論：

①若后代出現黃色圓粒、黃色皺粒、綠色圓粒、綠色皺粒四種表現型，說明甲的基因型為YyRr。

②若后代出現黃色圓粒、黃色皺粒兩種表現型，說明甲的基因型為YYRr。

③若后代出現黃色圓粒、綠色圓粒兩種表現型，說明甲的基因型為YyRR。

④若后代出現黃色圓粒一種表現型，說明甲的基因型為YYRR。

三、設計遺傳實驗確定相對性狀的顯隱性關系

例題：已知牛的有角和無角為一對相對性狀，由常染色體上的等位基因A和a控制。在自由放養多年的牛群中，無角的基因頻率與有角的基因頻率相等，隨機選1頭無角公牛和6頭有角母牛，分別交配每頭母牛只產一頭小牛，在6頭小牛中，3頭有角，3頭無角。

（1）根據上述結果能否確定這對相對性狀中的顯性性狀？請簡要說明推理過程。

（2）為了確定有無角這對相對性狀的顯隱性關系，用上述自由放養的牛群（假設無突變發生）為實驗材料，再進行新的雜交實驗，應該怎樣進行？（簡要寫出雜交組合，預期結果并得出結論。）

實驗方法分析：要判斷一對相對性狀的顯隱性關系，一般可采用以下兩種方法：①用具有相對性狀的個體雜交，若后代僅表現一方親代性狀，則后代所表現出的那個親代性狀為顯性性狀。②選用多對同一性狀的個體雜交，若后代出現親代沒有的另一性狀，則親代表現的性狀為顯性性狀；若后代全都表現為親代性狀，則親代表現的性狀為隱性。

例題中要求依據題目所給的遺傳學事實對有角和無角這對相對性狀的顯隱性關系能否確定進行分析判斷，分析時可分別假設有角為顯性和無角為顯性時，根據題目的遺傳學事實，若在假設的兩種情況下都會出現相同的結果，則不能確定這對相對性狀的顯隱性。若要進一步確定這對相對性狀的顯隱性關系，則可選擇多對有角牛與有角牛雜交或無角牛與無角牛雜交，根據后代出現的性狀表現類型即可推斷。

例題答案：（1）不能確定。

①假設無角為顯性，則公牛的基因型為Aa，6頭母牛的基因型都為aa，每個交配組合的后代或為有角或為無角，概率各占1/2。6個組合后代合計出現3頭無角小牛，3頭有角小牛。

②假設有角為顯性，則公牛的基因型為aa，6頭母牛可能有兩種的基因型，即AA和Aa。AA的后代均為有角。Aa的后代或為無角或為有角，概率各占1/2。由于配子的隨機結合及后代數量少，實際分離比例可能偏離1/2。所以只要母牛中恰有Aa基因型的頭數大于或等于3頭，那么6個組合后代合計也會出現3頭無角小牛和3頭有角小牛。

（2）從牛群中選擇多對有角牛與有角牛雜交。如果后代出現無角小牛，則有角為顯性，無角為隱性；如果后代全部為有角小牛，則無角為顯性，有角為隱性。

四、設計遺傳實驗確認基因的存在位置

常見的主要有兩種類型：一種是確認控制性狀的基因是核基因還是質基因；另一種是已確定是核基因，進一步確認基因是位于常染色體上還是僅位于X染色體上，還是X染色體與Y染色體的同源區段。

例題：已知果蠅的灰身（B）和黑身（b），紅眼（R）和白眼（r）分別受一對等位基因控制，B和b位于常染色體上，R和r位于X染色體上。遺傳學家摩爾根等研究時發現：

實驗方法分析：

（1）確認控制相對性狀的基因是質基因還是核基因，可采用正交和反交的方法。因在有性生殖過程中，細胞質基因在遺傳時具“母系遺傳”特點，正交和反交的結果不同；核基因遺傳時，受精卵的核基因取決于父本和母本雙方，子代細胞核中的基因由父母雙方各提供一半，若正交和反交的結果相同，即可推斷控制性狀的基因是常染色體上的核基因；若正交和反交的結果不同，且具有“母系遺傳”特點，則可推斷控制性狀的基因是質基因。若控制性狀的基因位于X染色體上，基因傳遞時往往與性別相聯系，而基因位于常染色體上傳遞時與性別無關，這樣位于X染色體上的核基因所控制的性狀正交和反交的結果也會不同，但與細胞質基因遺傳相比不具有“母系遺傳”特點，所以在已確定的核遺傳中，根據正交和反交的結果也可確認基因是在常染色體上還是在X染色體上。

（2）在細胞核遺傳中且已確定相對性狀的顯隱性時，要用一次雜交實驗確定基因是在常染色體上還是僅在X染色體上，可選擇父本為顯性性狀，母本為隱性性狀的雙親雜交，這樣當基因僅位于X染色體上時，雙親雜交后代中雌性個體均表現為顯性性狀，雄性個體均表現為隱性性狀，否則基因則位于常染色體上。

（3）親本全為純種果蠅，如果親本表現型相同，則不管等位基因是位于X、Y染色體上的同源區段還是僅位于X染色體上，子代都只會出現一種相同表現型，不能對題目要求的問題作出判斷。實驗親本只能用性狀不同的兩個親本雜交，選擇表現隱性性狀個體做母本，表現顯性性狀純合個體做父本進行雜交，對等位基因是位于X、Y染色體上的同源區段，還是僅位于X染色體上分別做假設，結果如下：

兩種情況雜交子代的表現型不同即可推斷。

例題答案：（1）正交和反交 紅眼和白眼 常染色體上的核基因

（2）直毛雄果蠅和非直毛雌果蠅

①子代中雌果蠅全部表現為直毛，雄果蠅全部表現為非直毛，則這對基因位于X染色體上。

②子代中雌雄果蠅全部表現為直毛，則這對基因位于常染色體上。

③子代中雌雄果蠅均既有直毛又有非直毛，則這對基因位于常染色體上。

（3）①截剛毛、剛毛 ②剛毛 截剛毛

五、設計或分析雜交實驗判斷基因致死情況

基因致死作用是指某些致死基因的存在使配子或個體死亡，常見的類型有配子致死、合子致死、顯性致死、隱性致死，致死基因可以存在于常染色體上，也可以存在于性染色體上。

例題1：已知桃樹中，蟠桃果形與圓桃果形為一對相對性狀（由等位基因H、h控制），蟠桃對圓桃為顯性。桃樹的蟠桃果形具有較高的觀賞性。已知現有蟠桃樹種均為雜合子，欲探究蟠桃是否存在顯性純合致死現象（即HH個體無法存活），研究小組設計了以下遺傳實驗，請補充有關內容。

實驗方法分析：由于已知現有蟠桃樹種均為雜合子，只要讓蟠桃（Hh）自交（蟠桃與蟠桃雜交），根據基因分離定律，正常情況下子代基因型及比例應為HH∶Hh∶hh=1∶2∶1，表現型及比例為蟠桃∶圓桃=3∶1。若存在顯性純合致死現象，則子代基因型及比例應為Hh∶hh=2∶1，表現型及比例為蟠桃∶圓桃=2∶1。

例題1答案：（1）蟠桃（Hh）自交（蟠桃與蟠桃雜交）

（2）①表現型及比例為蟠桃∶圓桃=2∶1 ②表現型及比例為蟠桃∶圓桃=3∶1

（2）從該種群中任選一只果蠅，如何鑒別它是純合子還是雜合子？

實驗方法分析：雜交實驗中的致死基因導致后代雌雄比例失調，所以一定是位于性染色體上（若位于常染色體上，致死基因在雌雄中出現的幾率均等，不會引起雌雄比例偏離1∶1）。如果位于Y染色體上，則后代中不會出現雄性，所以一定是在X染色體上，再判斷顯隱性，如果是X染色體上的顯性基因致死，則雌性中出現致死基因的幾率大于雄性，不會出現后代中雌性多于雄性的現象，故為X染色體上的隱性基因控制的。

（2）將該只雌果蠅與種群中任一雄果蠅交配，統計子代雌、雄果蠅的數目，若子代雌、雄果蠅比例為1∶1，說明該雌果蠅為純合子；若子代雌、雄果蠅比例為2∶1，說明該雌果蠅為雜合子。