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遗传实验设计与推理题

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《遗传实验设计与推理题》
通过典型试题的变式训练，提高实验设计的灵活变通能力
    在训练的过程中，要注意到一些变式的训练，要重视通过实验探究的条件与要求的改变，提高灵活变通的能力。例如下例：
    例：现有自然界中获得的灰身与黑身果蝇，已知灰身与黑身基因位于常染色体上，要求通过一代杂交实验判断灰身与黑身基因的显隐性。
基因显隐性可通过杂交与自交的方法来判断。根据本题给出的条件无法让果蝇进行自交，只能采用杂交的方法。是相同体色的雌雄果蝇杂交还是不同体色果蝇间进行杂交呢？我们可以先看一下两种方法下杂交的结果：
    方法一：相同体色雌雄果蝇杂交，即：灰×灰（或黑×黑）。我们可以根据杂交后代是否出现性状分离来判断基因的显隐性。如果选择到的亲本类型是隐性的，杂交后代不会出现性状的分离；如果后代出现性状分离，那么肯定亲代是显性的。但如果我们只选择一对亲本杂交，当亲代是显性的情况下，双亲均为杂合子的概率并不大，只要有一方为纯合体，后代就将不会出现性状分离，这样就无法根据性状分离来判断显隐性了。要确保选择的亲本是显性的情况下一定会出现性状分离，那么双亲必定都要有杂合子，这就必须是双亲的数量达到一定程度才能实现。所以杂交时应该选择多对亲本。
     AA（Aa）×AA（Aa）    aa×aa
        ↓                   ↓
    A_（多） aa（少）        aa
    结论：选择多对灰身果蝇与灰色果蝇杂交（或黑身与黑身杂交），如果后代性状表现与亲代相同，那么亲本的性状为隐性性状；如果后代出现性状的分离，那么亲本的性状是显性性状。
    方法二：不同体色的雌雄果蝇杂交，即：灰×黑。
    如果选择一对果蝇杂交，那么当后代只表现一种性状时，表现出的那种性状是显性的，未表现出的那个亲本性状是隐性的。但同样的问题是选择一对的情况下，如果显性亲本类型是杂合的，那么后代将会出现1：1的分离比，那就无法确定显隐性。只有当数量多对的情况下，才能够作出判断。
    AA（Aa）×aa
            ↓            
    A_（多） aa（少）
    结论：选择多对灰身与黑色果蝇杂交，后代性状表现多的为显性，较少的为隐性。
    在上例的基础上，如果我们作如下的变换：
    变换一：现有自然界中获得的雌雄红眼果蝇各一只与雌雄白眼果蝇各一只（基因位于X染色体上），要求通过一次杂交实验判断红眼与白眼基因的显隐性。
    仍然是判断显隐性，但基因是位于X染色体上，给予的杂交材料中各种果蝇的数量只有各1只，且只能进行一次杂交实验。
    由于基因的显隐性是未知的，题目要求进行的一次性杂交实验实际上对杂交亲本没有选择的余地，只能是任选一只红眼与白眼的雌雄果蝇进行交配。这样，就可能出现以下情形：
     （一）           （二）               （三）
    XAXA  ×XaY      XAXa  ×XaY         XaXa  ×XAY
         ↓              ↓                  ↓
     XAXa  XAY        XAXa  XaXa              XaY
                      XAY   XaY              XAXa
     显然，我们需要通过对可能结果的讨论来分析判断基因的显隐性。据图解，如果杂交后代雌雄果蝇均表现与母方相同的性状，那么双亲中母方的性状是显性的，父方的性状是隐性的；如果杂交后代的雌雄蝇中均有双亲的两种性状，那么双亲的性状中母方是显性的，父方是隐性的；如果杂交后代中雄果蝇均与母方性状相同，雌果蝇均与父方性状相同，那么双亲的性状中，父方为显性的，母方为隐性的。
也可以根据假设作如下的分析：如果杂交后代的性状表现一致，均与母方相同，或后代性状中雌雄果蝇双亲的性状均有表现，那么杂交亲本中母方的性状是显性的，父方的性状是隐性的；如果杂交后代中雄果蝇表现与母方相同的性状，雌果蝇表现与父方相同的性状，那么双亲中母方的性状是隐性的，父方的性状是显性的。
变换二：假设果蝇的刚毛直毛与非直毛是一对相对性状。实验室中有纯种直毛与非直毛果蝇若干。要求通过一代杂交实验判断，直毛与非直毛基因是位于常染色体上还是X染色体上。
    判断基因位置最常用的方法是正交与反交。假设基因位于常染色体上，正交与反交的结果应为：
           正交：                       反交
 假设1：    AA♀×aa ♂                   aa♀× AA♂
                ↓                            ↓
                Aa                            Aa
    假设基因位于X染色体上，那么正交与反交的结果应为：
  假设2：    XAXA♀×XaY♂                XaXa ♀ ×XAY♂
                   ↓                            ↓
                XAXa  XAY                  XaY    XAXa
    由此不难看出，如果正交与反交的结果是相同的，没有差异，那么基因位于常染色体上；如果正交与反交的结果是不相同的，那么基因位于X染色体上。如果我们同时还要对基因的显隐性作出判断，应该也是不困难了。
    变换三：已知果蝇的刚毛直与非直毛是一对相对性状，且直毛为显性。实验室中有纯种直毛与非直毛的果蝇。要求通过一次杂交实验判断基因位于常染色体上还是X染色体上。
    本题与变换二的区别在于，已知直毛是显性，同时要求是只能通过一次杂交实验来判断。
    若选择雌性直毛与雄性非直杂交：                         
    假设基因位于常染色体上   直（AA）♀×非直（aa） ♂    
                                       ↓ 
                                     Aa（直）
    假设基因位于X染色体上：直（XAXA）♀×非直（XaY）♂              
                                       ↓
                               XAXa （直） XAY（直）
    由此可见，在这种杂交选择下，无论基因位于常染色体上还是位于X染色体上，后代果蝇均为直毛的，无法对基因的位置作出判断。
    若选择雌性非直与雄性直毛杂交：
    假设基因位于常染色体上：非直（ aa）♀× 直毛（AA）♂
                                        ↓ 
                                      Aa（直）
    假设基因位于X染色体上：非直（XaXa ）♀ ×（XAY）♂
                                          ↓
                                 XAXa （直） XaY（非）
    在这种杂交选择下，基因位于常染色体上与X染色体上的结果会出现不同，因此可以作出判断。如果杂交后的性状均为直毛的，那么基因位于常染色体上；如果杂交后代的性状为雌果蝇为直毛，雄果蝇为非直毛，则基因位于X染色体。
从上面的分析我们可以看出，当实验的条件作出变化或者要求作出变换的情况下，实验的方案也就不相同了，在复习过程中，只有通过这种变换的训练，才能提高灵活运用的能力，解决实验与探究性试题的能力才能得到有效的提高。

30、（共22分，每空2分）在一个纯合黑身果蝇种群中，一只雌果蝇由于核基因突变，出现了灰身性状，科学家用它做了如下实验：
实验一：将该雌果蝇与该种群黑身雄果蝇杂交，F1中雌雄个体均即有灰身，也有黑身。
实验二：将实验一得到的F1中的黑身雄果蝇与最初的那只灰身雌果蝇作亲本杂交得到子一代，结果如下图：　
　P　　 灰身雌果蝇×黑身雄果蝇
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓
　　　　　　　　　　F1　灰身雌　灰身雄　黑身雌　黑身雄
　　　　　　　　　　　　　1　　：　1　　：1　　：　1
请分析实验回答以下问题：
（1）基因突变能使种群的基因频率发生变化，原因是 　　　　　。
（2）从实验一的结果得出突变的灰身对黑身呈 （填“显性”或“隐性”），理由是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）根据实验二的结果能否确定该果蝇体色遗传是位于Χ染色体上还是常染色体上？请用简要的文字说明理由。
（4）若每对果蝇产生的后代数量足够多，请以F1为实验材料，设计一个杂交方案，要求通过一次杂交试验，即能确定突变基因在X染色体上还是常染色体上。（请用遗传图解并配以简要的文字加以说明，相关基因有A、a表示）

实验三：科学家研究黑腹果蝇时发现，刚毛基因（B）对截毛基因（b）为显性。若这对等位基因存在于X、Y染色体上的同源区段，则刚毛雄果蝇可表示为XBYB或XBYb或XbYB；若仅位于X染色体上，则刚毛雄果蝇只能表示为XBY。现有各种纯种果蝇若干，可利用一次杂交实验来推断这对等位基因是位于X、Y染色体上的同源区段还是仅位于X染色体上。
请完成推断过程：
（5）①实验方法：首先选用纯种果蝇作亲本进行杂交，雌雄两亲本的表现型分别为 　　　　　　　。
②预测结果：若子代雄果蝇表现为 ，则此对基因位于X、Y染色体上的同源区段。若子代雄果蝇表现为 ，则此对基因仅位于X染色体上。
30、（22分，每空2分）
（1）基因突变可以产生新的等位基因（2分）
（2）显性（2分） 该雌果蝇与纯种黑身雄果蝇杂交，子代中雌雄个体均既有灰身，又有黑身。（2分）
（3）不能，因为无论控制体色的基因位于常染色体还是X染色体上其后代均有两种表现型，每种表现型的性别比例均为1：1，故不能确定。（4分）
（4）方案1：选取F1中的黑身雌果蝇和灰身雄果蝇杂交，（2分）若子代中雄性个体全为黑身，雌性个体全为灰身，则突变基因位于X染色体上；若子代中雌雄个体都既有灰身又有黑身，则空变基因位于常染色体上。（4分）
（方案2：选取F1中的灰身雌果蝇和灰身雄果蝇杂交，（2分）若子代中雄性个体既有黑身又有灰身，雌性个体全为灰身，则突变基因位于X染色体上；若子代雌雄个体既有灰身又有黑身，则突变基因位于常染色体上。）（4分）
（5）①截毛 刚毛　（2分）　　　②刚毛 截毛（4分）

4  某基因是位于常染色体上还是X染色体上判断的杂交方案设计
    研究某个基因位于常染色体还是X染色体上，要深刻理解常染色体和X染色体遗传方式上的区别，基本的研究方法有：
    方法①，隐性雌性个体与(纯合)显性雄性个体交配，若后代雌性个体全部是显性性状，雄性个体全部是隐性性状，则该基因位于X染色体上；若后代中雌雄个体都为显性性状，则该基因位于常染色体上。
方法②，隐性雌性个体与（杂合）显性雄性个体交配，若后代雌性个体全部是显性性状，雄性个体全部是隐性性状，则该基因位于X染色体上；若后代中雌雄个体都既有显性性状也有隐性性状，则该基因位于常染色体上。
方法③，杂合显性雌性个体与（纯合）显性雄性个体交配，若后代出现隐性雄性个体，则该基因位于X染色体上；若后代雌雄个体全部为显性，，则该基因位于常染色体上。
方法④，杂合显性雌性个体与（杂合）显性雄性个体杂交，若后代出现隐性雌性个体，则该基因位于常染色体上；若后代不出现隐性雌性个体，则该基因位于X染色体上。
例4 在一个纯合直尾的小鼠种群中，出现一只弯曲尾的雄性小鼠，假如已弄清弯曲尾是隐性性状，请设计实验，判断弯曲尾基因是位于常染色体还是X染色体上，请写出有关实验步骤、可能的结果及结论。
    解析 运用假设演绎法，假设①弯曲尾基因位于常染色体上，则亲代纯合直尾雌鼠（BB）×弯曲尾雄鼠（bb）→F1雌雄鼠都为直尾鼠（Bb）→F1雌雄鼠交配→F2雌雄鼠都既有直尾也有弯曲尾。假设②弯曲尾基因位于X染色体上，则亲代纯合直尾雌鼠（XBXB）×弯曲尾雄鼠（XbY）→F1雌鼠(XBXb )、雄鼠（XBY）都为直尾鼠→F1雌雄鼠交配→F2雌鼠都为直尾（XBXB、 XBXb），雄鼠既有直尾也有弯曲尾（XBY、XbY）。
    答案   第一步，用纯种直尾雌鼠与变异弯曲尾雄性小鼠交配，得F1，F1全是直尾的。第二步，将F1的直尾雌鼠与直尾雄鼠杂交，若后代出现雌性弯曲尾，则弯曲尾基因位于常染色体上，若后代不出现雌性弯曲尾，则弯曲尾基因位于X染色体上。
（其他方案：第一步，用纯种直尾雌鼠与变异弯曲尾雄性小鼠交配，得F1，F1全是直尾的。第二步，将F1的直尾雌鼠与原种群纯合直尾雄鼠杂交，若后代全为直尾，则弯曲尾基因位于常染色体上，若后代出现雄性弯曲尾，则弯曲尾基因位于X染色体上。）

《遗传实验设计与推理题》练习
练习要求：
1． 熟悉不同类型的遗传推断题的解法，总结规律。举一反三。
2． 学会用规范的遗传学语言与文字表达你的设计与分析。
3． 学会用遗传图示来分析题。
一、己知显隐性关系，要推遗传方式：
例1．科学家研究黑腹果蝇时发现，刚毛基因(B)对截刚毛基因(b)为完全显性。若这对等位基因存在于X、Y染色体上的同源区段，则刚毛雄果蝇表示为XBYB、XBYb、XbYB，若仅位于X染色体上，则只能表赤为XBY。现有各种纯种果蝇若干，请利用一次杂交实验来推断这对等位基因是位于X、Y染色体上的同源区段还是仅位于X染色体上，请写出遗传图解，并简要说明推断过程。
例1．遗传图解：
P 截刚毛雌 × 刚毛雄　 P　 截刚毛雌×刚毛雄
XbXb ×　XBYB　　　 XbXb 　× XBY
　　 ↓ ↓ ↓ ↓
配子 Xb　　 　XB YB 　 配子　 Xb XB Y
↓ ↓
F1 XBXb XbYB F1 XBXb 　XbY
刚毛雌　　刚毛雄　　　 　刚毛雄　　截刚毛雄
用纯种截刚毛雌果蝇与纯种刚毛雄果蝇杂交，若子一代雄果蝇为刚毛，则这对等位基因存在于X、Y染色体上的同源区段，若子一代雄果蝇为截刚毛，则这对等位基因仅位于X染色体上。
例2 在一个纯合直尾的小鼠种群中，出现一只弯曲尾的雄性小鼠，假如已弄清弯曲尾是隐性性状，请设计实验，判断弯曲尾基因是位于常染色体还是X染色体上，请写出有关实验步骤、可能的结果及结论。
解析 运用假设演绎法，假设①弯曲尾基因位于常染色体上，则亲代纯合直尾雌鼠（BB）×弯曲尾雄鼠（bb）→F1雌雄鼠都为直尾鼠（Bb）→F1雌雄鼠交配→F2雌雄鼠都既有直尾也有弯曲尾。假设②弯曲尾基因位于X染色体上，则亲代纯合直尾雌鼠（XBXB）×弯曲尾雄鼠（XbY）→F1雌鼠(XBXb )、雄鼠（XBY）都为直尾鼠→F1雌雄鼠交配→F2雌鼠都为直尾（XBXB、 XBXb），雄鼠既有直尾也有弯曲尾（XBY、XbY）。
    答案   第一步，用纯种直尾雌鼠与变异弯曲尾雄性小鼠交配，得F1，F1全是直尾的。第二步，将F1的直尾雌鼠与直尾雄鼠杂交，若后代出现雌性弯曲尾，则弯曲尾基因位于常染色体上，若后代不出现雌性弯曲尾，则弯曲尾基因位于X染色体上。
（其他方案：第一步，用纯种直尾雌鼠与变异弯曲尾雄性小鼠交配，得F1，F1全是直尾的。第二步，将F1的直尾雌鼠与原种群纯合直尾雄鼠杂交，若后代全为直尾，则弯曲尾基因位于常染色体上，若后代出现雄性弯曲尾，则弯曲尾基因位于X染色体上。）
例3、如果已知果蝇的正常身（H）和毛身（h）是一对相对性状，且雌雄果蝇均有正常身和毛身类型（雌果蝇的腹部末端比较尖，是黑色的）。若用一次交配实验即可证明这对基因位于何种染色体上，
（1）选择的亲本表现型应为 。
（2）实验预期及相应结论为： ① ②
例3、（1）毛身雌果蝇与与正常身雄果蝇
（2）①若雌性果蝇全为正常身，雄性果蝇全为毛身，则控制正常身与毛身的基因位于X染色体上，
②若后代中雌雄均出现正常身，是控制正常身与毛身的基因位于常染色体上。
例4.已知控制果蝇眼型的基因不在XY染色体的非同源区段，棒眼（B）对园眼（b）为显性，现有足够数量的纯合雌、雄棒眼果蝇和纯合雌、雄园眼果蝇，请利用杂交实验来推断这对等位基因是位于X、Y染色体上的同源区段还是位于常染色体上，请写出实验方法，并做出相应的结论。
方法：将纯种棒眼雌果蝇与纯合园眼雄果蝇杂交，得到足够数量的F1 个体，再选择F1
的雄性个体与纯合园眼雌果蝇杂交，观察F2的性状表现。
结论：若F2为棒眼雄果蝇与园眼雄果蝇，则位于X、Y染色体上的同源区段
若F2雌、雄果蝇均有棒眼、园眼，则位于常染色体上
二、不知显隐性关系，也不知遗传方式要推基因位于何染色体上：
4、自然界中的果蝇雌雄个体中都有一些个体为黄翅一些个体为灰翅，不知道黄翅和灰翅的显隐关系，但已知该对性状受一对等位基因控制。请你设计个通过两对杂交实验（提示：一对为正交，一对为反交）来判断这对等位基因是位于常染色体上还是X染色体上的方案。
正反交实验：正交________________； 反交__________。
推断结论：
三、已知遗传方式，要推显隐性关系：
3、若已知果蝇的直毛和非直毛是位于X染色体上的一对等位基因。但实验室只有从自然界捕获的、有繁殖能力的直毛雌、雄果蝇各一只和非直毛雌、雄果蝇各一只，你能否通过一次杂交试验确定这对相对性状中的显性性状，请用遗传图解表示并加以说明和推导
四、综合练习
5、下图为人类中的一种单基因遗传病系谱图。请回答：
（1）仅根据该系谱图，不能确定致病基因是位于常染色体上，还是位于X染色体上。请利用遗传图解简要说明原因。（显性基因用A表示、隐性基因用a表示。只写出与解答问题有关个体的基因型即可。）

（2）如果致病基因位于X染色体上，Ⅲ5是携带者，其致病基因来自Ⅰ2的概率为___；如果致病基因位于常染色体上，Ⅲ5是携带者，其致病基因来自Ⅰ2的概率为_______。
（3）如果将该系谱图中一个表现正常的个体换成患者，便可以形成一个新的系谱图，而且根据新系谱图，就可以确定该致病基因位于哪种染色体上。请写出这个个体的标号和致病基因在何种染色体上（写出一个即可）。参考答案：

3、任取两只不同性状的雌雄果蝇杂交，若子代雌果蝇不表现性状，则亲本雄性果蝇为显性；若子代雌性表现母本性状，则亲本雄蝇性状为隐性。（要配图示）
4、正反交实验：雄性黄翅×雌性灰翅 雄性灰翅×雌性黄翅（两答案无次序之分，4分）
推断和结论：
如果正交和反交两组中子一代的任一性状的表现都与性别都无关（同一性状在雌雄个体中所占的比例相同），则说明这对等位基因位于常染色体上。（5分）
如果正交和反交两组中的一组子一代的任一性状的表现与性别无关，而另一组与性别有关（一组中同一性状在雌雄个体中所占的比例相同，而另一组中同一性状在雌雄个体中的所占的比例不同），则说明这对等位基因位于X染色体上。(5分)
[或把正反交所得到的子一代果蝇放在一块统计，如果任一性状的表现与性别都无关（同一性状在雌雄个体中所占的比例相同），则说明这对等位基因位于常染色体上。（5分）
如果任一性状的表现与性别都有关，（同一性状在雌雄个体中所占的比例不同），则说明这对等位基因位于X染色体上。（5分）]
5、（1）如果致病基因在常染色体上： 如果致病基因在X染色体上：

由上可知，不论致病基因在常染色体上，还是在X染色体上均可出现同样的系谱图，故不能确定。
（2）1 1/4
（3）Ⅱ4（或答Ⅲ5） 常染色体

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