遗传实验设计

遗传实验设计

一、相对性状显隐关系确定的实验设计

例1 科学家选用萌发的普通甜椒的种子搭载“神舟”飞船,应用在微重力和宇宙射线等各种因素作用下生物易发生基因突变的原理,在从太空返回后种植得到的植株中选择果实较大的个体,培育出大果实“太空甜椒”。假设果实大小是一对相对性状,且由单基因控制的完全显性遗传,请你用原有的纯种小果实普通甜椒和大果实甜椒为实验材料,设计一个实验方案,以鉴别太空甜椒大果实这一性状的基因型。

解析 直接用纯种小果实与大果实杂交，观察后代的性状：

1、如果后代全表现为小果实，则小果实为显性，大果实为隐性；

2、如果后代全表现为大果实或大果实与小果实的比例为1∶1，则大果实为显性，小果实为隐性。

例2 马的毛色有栗色和白色两种。正常情况下，一匹母马一次只能生一匹小马，假定毛色由基因B和b控制，此基因位于常染色体上。现提供一个自由放养多年的农场马群为实验动物，在一个配种季节从该马群中随机抽取1头栗色公马和多头白色母马交配，⑴如果后代毛色均为栗色；⑵如果后代小马毛色有栗色的，也有白色的。能否分别对⑴⑵结果判断控制马毛色基因的显隐性关系。若能，说明理由；若不能，设计出合理的杂交实验。

解析 这道题比较开放。（1）能。理由：如果栗色为隐性，则这匹公马的基因型为bb，白色母马的基因型为BB、Bb，那么后代小马的基因型为Bb和bb，即既有白色的也有栗色的。如果栗色为显性，则这匹栗色

公马的基因型为BB或Bb，多匹白色母马的基因型均为bb，那么后代小马的基因型为Bb，全为栗色；或后代小马的基因型为Bb和bb，栗色和白色均有。综上所述，只有在栗色公马为显性纯合体的情况下才会出现后代小马毛色全为栗色的杂交结果。（2）不能。杂交方案：从马群中随机选择多对栗色母马与这匹栗色公马杂交（栗色×栗色）。如果后代出现白马。则栗色为显性，白色为隐性；如果后代全部为栗色马，则白色为显性，栗色为隐性。

二、验证遗传定律的实验设计

例3 用纯种有色饱满籽粒的玉米与无色皱缩籽粒的玉米杂交（实验条件满足实验要求），F1全部表现为有色饱满，F1自交后，F2的性状表现及比例为：有色饱满73%，有色皱缩2%，无色饱满2%，无色皱缩23%。回答下列问题：

（1）上述一对性状的遗传符合_________________定律。

（2）上述两对性状的遗传是否符合自由组合定律？为什么？

（3）请设计一个实验方案，验证这两对性状的遗传是否符合自由组合定律。（实验条件满足实验要求）

实验方案实施步骤：①____________；②____________；③

_______________。

答案 （1）基因的分离（2）不符合；因为玉米粒色和粒形的每对相对性状的分离比均为3：1，两对性状综合考虑，如果符合自由组合规律，F1自交后代分离比应符合9：3：3：1。（3）实验步骤：①纯种有色饱满的玉米和纯种无色皱缩的玉米杂交，获得F1 ②取F1植株10株，与无

色皱缩的玉米进行杂交 ③收获杂交后代种子，并统计不同表现型的数量比例 结果预测：①若后代种子四种表现型比例符合1：1：1：1，则说明符合自由组合定律；②若后代种子四种表现型比例不符合1：1：1：1，则说明不符合自由组合定律。

对学生应强调一对性状分离为比3：1，二对性状分离比为9：3：3：1。 规律 自交法：通过观察是否出现性状分离，用于验证遗传定律、鉴定纯合子和杂合子、提纯显性纯合子。

测交法：通过观察后代表现型及比例，用于验证遗传定律、鉴定纯合子和杂合子等。

花粉坚定法：鉴定纯合子和杂合子

植物：既可自交又可测交，且最简单的方法是自交。

动物：只能测交，且要与多个异性个体测交。

三、确定基因位置的实验设计

例4果蝇的翅有残翅和长翅且长翅对残翅是显性，现若有能够满足实验过程中所需要的纯种果蝇，请选择适合的材料，设计实验判定控制残翅和长翅的基因位于常染色体上还是位于X染色体上？

解析：①若后代雌性全为显性，雄性全为隐性，则为伴X遗传，遗传图解：

P XbXb × XBY

↓

F1 XBXb Xb Y

②若后代全为显性与性别无关，则为常染色体遗传，遗传图解： P bb （♀） × BB（♂）

↓

F1 Bb

答案：长翅（♂）× 残翅（♀）若后代全为长翅，与性别无关，则基因位于常染色体上；若后代雌性全为长翅，雄性全为残翅，则基因位于X染色体上。

例5果蝇的翅有残翅和长翅且长翅对残翅是显性，现只有从自然界捕获的有繁殖能力的雌雄果蝇，设计实验判定控制残翅和长翅的基因位于常染色体上还是位于X染色体上？

解析：

若后代雌性全为显性，雄性全为隐性，则为伴X遗传，遗传图解： P XbXb × XBY

↓

F1 XBXb Xb Y

②若后代显性多于隐性且与性别无关，则为常染色体遗传，遗传图解：

P bb （♀） × BB 或Bb （♂）

↓

F1 B ﹥ bb

答案：长翅（♂）× 残翅（♀）若后代长翅多于残翅，且与性别无关，则基因位于常染色体上；若后代雌性全为长翅，雄性全为残翅，则基因位于X染色体上。

规律：若已知性状的显隐性，则只需一个杂交组合：两条同型性染色体的亲本选隐性性状，两条异型性染色体的亲本选显性性状进行杂交。若后代全为显性或显性多于隐性个体，且与性别无关，则基因位于常染色体上；若后代雌性全为显性，雄性全为隐性，则基因位于X染色体。

例6 （2001年上海高考）果蝇的红眼（B）对白眼（b）是一对相对性状，基因B、b位于X染色体上。请设计一个实验，单就颜色便能鉴别雏蝇的雌雄。

解析 根据题意分析可知，雌果蝇含有两条同型的性染色体XX，雄果蝇含有两条异型的性染色体X、Y，控制眼色的基因位于X染色体上。很显然，雄果蝇的基因型有两种：XBY（红眼）、XbY（白眼）；雌果蝇的基因型有三种：XBXB（红眼）、XBXb（红眼）、XbXb（白眼）。要辨别雌雄唯有让某一性别表现为单一的眼色。可以通过上述六组亲本杂交结果分析得知，只有杂交亲本组合“XBY×XbXb”的后代从眼色性状可以直接判断出性别：红眼为雌性，白眼为雄性。

答案 让白眼雌果蝇（XbXb ）与红眼雄果蝇（XBY）杂交，后代中凡是红眼的都是雌果蝇，白眼的都是雄果蝇。

例7果蝇的眼色有红眼和白眼。且眼色的遗传是细胞核遗传，现若有实验过程中所需要的纯种果蝇，你如何确定红眼对白眼是显性，控制红眼和白眼的基因位于X染色体上？

解析：①若正交和反交的后代表现型相同,都表现同一亲本的性状,这基因位于常染色体上 。遗传图解：

P BB(♀) × bb(♂) P bb(♀ ) × BB(♂)

↓ ↓

F1 Bb F1 Bb

②若正交组合后代全表现为甲性状,而反交组合后代中雌性全表现为甲性状，而雄性全表现为乙性状则甲为显性性状，且基因位于X染色体上。其遗传图谱如下：

正交 P XBXB × XbY 反交 P XbXb × XBY

↓ ↓

F1 XBXb XBY F1 XBXb XbY

答案：①纯种白眼♀× 纯种红眼♂ ②纯种白眼♂× 纯种红眼♀ 结果及结论：杂交组合①中后代雌性全为红眼，雄性全为白眼，在杂交组合②中后代全为红眼，则红眼对白眼是显性，控制红眼和白眼的基因位于X染色体上。

例8从一个自然果蝇种群中选出一部分未交配过的灰色和黄色两种体色的果蝇，这两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一对等位基因控制，所有果蝇均能正常生活，性状的分离符合遗传的基本定律， 现用两个杂交组合：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。推测两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两个问题，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)

解析：

∙ 若后代的性状表现与性别无关，则基因位于常染色体上，表现型多的为显性性状，少的为隐性性状，遗传图解：

正交P BB 或 Bb (♀) × bb（♂） 反交P BB 或 Bb (♂) × bb（♀） ↓ ↓

F1 B ﹥ bb F1 B ﹥ bb

∙ 若某组合中雌性全为甲性状，雄性全为乙性状，其反交组合中甲性状多于乙性状，则甲性状为 显性，且为伴X遗传。遗传图解：

正交P XBXb 或 XBXB × XbY 反交P XbXb × XBY

↓ ↓

F1 XB ﹥Xb Xb XbY XBXb XbY

答案：如果两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。

如果两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。

规律：若性状的显隐性未知，则用正交和反交的方法。具体表述见例7和例8。

四、可遗传变异与不可遗传变异鉴定的实验设计

例9 已知家鸡的突变类型无尾(M)对普通类型有尾(m)是显性。现用普通有尾鸡自交产的受精卵来孵小鸡，在孵化早期向卵内注射一点点胰岛素，孵化出的小鸡就表现出无尾性状。

(1)普通有尾鸡自交产的受精卵的基因型是______，如果不在孵化早期向卵内注射胰岛素，正常情况下表现型应是______。

(2)孵化早期一般是指胚胎发育的______期。

(3)你认为上述实验中胰岛素的作用是_______。

(4)请设计实验探究你在(3)中的假设，简要写出实验步骤、实验结果和结论。

解析 本题中题干正是一个表型模写的例子。普通有尾鸡自交产的受精卵的基因型是 mm，正常情况下表现型应是有尾。在孵化早期向卵内注射胰岛素，引起了无尾性状，是否发生了遗传物质的改变，这是本题的切入点。胰岛素引起的无尾性状能否真实遗传，这是实验设计的出发点。 答案 (1)mm，有尾；(2)卵裂和囊胚；(3)诱导基因m突变为M（或影响胚胎的正常发育）；(4)让上述注射胰岛素后产生的无尾鸡，成熟后雌雄交配（1分）。所产受精卵正常孵化(不注射胰岛素)。观察后代相关性状表现（1分）。如果后代出现无尾鸡，则证明胰岛素的作用是诱导基因发生突变（1分）；如果后代全部表现出有尾性状，则证明胰岛素的作用并非诱导基因突变，只是影响了鸡的胚胎发育的正常进行（1分）。 规律：观察自交后代是否发生性状分离或在相同的环境下进行比较鉴定。

五、细胞质遗传与细胞核遗传判断的实验设计

例10 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。解答：

正交P 红花♀ × 白花♂ 反交P 白花♀ × 红花♂

F1 F1

若正交与反交产生的F1的性状表现都与母本相同。则该花色的遗传为细胞质遗传。

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

规律：用正交和反交的方法，若正交和反交后代表现不一致，都只与母本性状相同，则为细胞质遗传；若正交和反交的后代的表现型相同，且比例一致，都与母本无关则是细胞核遗传。

六、育种过程的实验设计

例11 （2003江苏）现在三个番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为AabbDD，C品种的基因型为aaBBDD。三对等位基因分别位于三对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形三对相对性状。请回答：

（1）如何运用杂交育种方法利用以上三个品种获得基因型为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）

（2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要几年？

（3）如果要缩短获得aabbdd植株的时间，可采用什么方法？（写出方法的名称即可）

解析 根据题意可知，三对等位基因（A、a，B、b和D、d）遵循基因的自由组合定律，实验设计要求培育出纯合体（aabbdd），即培育出能够稳定遗传个体。由于a、b、d基因不在同一个个体上，因此先由两个亲本通过杂交，得到F1（含a、b或a、d或b、d）；再通过F1与第三个亲本杂交，得到含有a、b、d杂合体F2；最后通过F2自交可以得到aabbdd 的基因型个体。从时间上来看，若A与B杂交得到杂交一代，

杂交一代与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，可以得到基因型为aabbdd的种子，aabbdd的种子发育成为aabbdd基因型植株需要一年。共需4年。

若想缩短育种年限，可选用单倍体育种的方法：杂交二代AaBbDd可产生abd型的配子，将花药离体培养成单倍体幼苗，再用秋水仙素处理，用二年时间可得到aabbdd基因型植株。

答案 （1）A与B杂交得到杂交一代，杂交一代与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，可以得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成基因型为aabbdd植株 ；（2）4年；（3）单倍体育种技术。

实际上遗传学实验设计的类型还有很多，不可能都罗列。但基本方法是不会有很大的变化。所以，除上课讲解外，还应加强实验设计和探究能力的培养。

1.要抓好课本上的基础实验，要求明确每个实验的原理、目的、材料、方法步骤、注意事项及结论，并能做到对基础实验所涉及的方法、技能进行迁移与综合运用。

2.要对课本中一些科学家的经典实验(肺炎双球菌的转化实验、噬菌体侵染细菌的实验等)进行剖析，吸取其精华，并能应用到自己的实验设计当中去。

3.要学习一些实验设计方面的基本知识。加强实验设计方面的试题训练，毕竟目前的高考还仅限于笔试。