雙雜合子自交實驗結(jié)果歸類分析

祝遠(yuǎn)超

(湖北省天門市岳口高級中學(xué) 431702)

遺傳的基本定律不僅是高中生物學(xué)中的重點概念，也是歷年高考的重要考點，相關(guān)試題中經(jīng)常涉及到基因位置的判斷，尤其是兩對等位基因位置關(guān)系的判斷。此類問題可根據(jù)雙雜合子的自交實驗結(jié)果來分析。

1 雙雜合子自交后代的表現(xiàn)型及比例

以雙雜合子AaBb為例，假設(shè)A對a和B對b均為完全顯性，且均無致死效應(yīng)，則AaBb自交的后代有下列表現(xiàn)型及比例。

1.1 A、a和B、b兩對等位基因分別位于兩對同源染色體上 若A、a和B、b兩對等位基因分別位于兩對同源染色體上，則其遺傳遵循基因的自由組合定律?；蛐蜑锳aBb的個體通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌雄配子的比例均為AB︰ab︰Ab︰aB=1︰1︰1︰1。受精時雌雄配子隨機結(jié)合，雌雄配子的組合數(shù)有4×4=16種，故AaBb自交后代表現(xiàn)型比例的比值之和為16(如9︰3︰3︰1，9+3+3+1=16；9︰7，9+7=16等)。若非等位基因間無相互作用，則后代性狀分離比表現(xiàn)為孟德爾比率，即A_B_(性狀甲)︰A_bb(性狀乙)︰aaB_(性狀丙)︰aabb(性狀丁)=9︰3︰3︰1；若非等位基因間有相互作用，則其結(jié)果是孟德爾比率被修飾(表1)。

表1 基因互作導(dǎo)致孟德爾比率被修飾的幾種情形

1.2 A、 a和B、 b兩對等位基因位于一對同源染色體上 若A、 a和B、 b兩對等位基因位于一對同源染色體上，則其遺傳不遵循基因的自由組合定律。AaBb自交后代的表現(xiàn)型及比例如下(假設(shè)非等位基因間無相互作用)：

(1) A和B位于一條染色體上，a和b位于另一條染色體上。若A和B、 a和b均完全連鎖(在同一染色體上的連鎖基因100%聯(lián)系在一起傳遞到下一代[1]，如雄果蠅Y染色體上的基因)，則基因型為AaBb的個體通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌雄配子的比例均為AB︰ab=1︰1。故自交后代的基因型比例為AABB︰AaBb︰aabb=1︰2︰1，表現(xiàn)型比例為A_B_(性狀甲)︰aabb(性狀乙)=3︰1；若A和B、 a和b均不完全連鎖(位于同源染色體上的非等位基因的雜合子在形成配子時除有親型配子外，還有少數(shù)的重組型配子產(chǎn)生的現(xiàn)象)，則基因型為AaBb的個體通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌雄配子均有4種類型： AB、 ab、 Ab、 aB，且親型配子(AB、 ab)所占比例顯著高于重組型配子(Ab、 aB)。故自交后代的表現(xiàn)型有A_B_(性狀甲)、A_bb(性狀乙)、aaB_(性狀丙)、aabb(性狀丁)4種，但表現(xiàn)型比例的比值之和不是16。

(2) A和b位于一條染色體上，a和B位于另一條染色體上。若A和b、 a和B均完全連鎖，則基因型為AaBb的個體通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌雄配子的比例均為Ab︰aB=1︰1。故自交后代的基因型比例為AAbb︰AaBb︰aaBB=1︰2︰1，表現(xiàn)型比例為A_bb(性狀甲)︰A_B_(性狀乙)︰aaB_(性狀丙)=1︰2︰1；若A和b、 a和B均不完全連鎖，則基因型為AaBb的個體通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌雄配子均有4種類型： AB、 ab、 Ab、 aB，且親型配子(Ab、 aB)所占比例顯著高于重組型配子(AB、 ab)。故自交后代的表現(xiàn)型也有A_B_(性狀甲)、A_bb(性狀乙)、aaB_(性狀丙)、aabb(性狀丁)4種，但表現(xiàn)型比例的比值之和也不是16。

2 依據(jù)雙雜合子自交后代的表現(xiàn)型及比例判斷兩對等位基因的位置關(guān)系及連鎖與交換情況

綜上所述，當(dāng)A對a和B對b均為完全顯性，且均無致死效應(yīng)時，可得如下結(jié)論：

(1) 若AaBb自交后代表現(xiàn)型比例的比值之和為16，則說明兩對等位基因的遺傳遵循基因的自由組合定律，故兩對等位基因分別位于兩對同源染色體上。

(2) 若AaBb自交后代表現(xiàn)型比例的比值之和不是16，則說明兩對等位基因的遺傳不遵循基因的自由組合定律，故兩對等位基因位于一對同源染色體上。具體情形有如下幾種(假設(shè)非等位基因間無相互作用)： ①若AaBb自交后代有2種表現(xiàn)型，則說明A和B位于一條染色體上，a和b位于另一條染色體上，且完全連鎖；②若AaBb自交后代有3種表現(xiàn)型，則說明A和b位于一條染色體上，a和B位于另一條染色體上，且完全連鎖；③若AaBb自交后代有4種表現(xiàn)型，則非等位基因的具體位置要視具體情形而定(可能A和B位于一條染色體上，a和b位于另一條染色體上；也可能A和b位于一條染色體上，a和B位于另一條染色體上)，但同源染色體上的非等位基因不完全連鎖。

3 典題例析

例1： 現(xiàn)有4個純合南瓜品種，其中2個品種的果形表現(xiàn)為圓形(圓甲和圓乙)，1個表現(xiàn)為扁盤形(扁盤)，1個表現(xiàn)為長形(長)。用這4個南瓜品種做了3個實驗，結(jié)果如下： 實驗1，圓甲×圓乙，F(xiàn)1為扁盤，F(xiàn)2中扁盤︰圓︰長=9︰6︰1；實驗2，扁盤×長，F(xiàn)1為扁盤，F(xiàn)2中扁盤︰圓︰長=9︰6︰1；實驗3，用長形品種植株的花粉分別對上述兩個雜交組合的F1植株授粉，其后代中扁盤︰圓︰長均等于1︰2︰1。綜合上述實驗結(jié)果，請回答：

(1) 南瓜果形的遺傳受________對等位基因控制，且遵循________定律。

(2) 若果形由一對等位基因控制用A、 a表示，若由兩對等位基因控制用A、 a和B、 b表示，以此類推，則圓形的基因型應(yīng)為________，扁盤的基因型應(yīng)為________，長形的基因型應(yīng)為________。

解析： 由實驗1、實驗2的F2性狀分離比的比值之和(9+6+1)為16可得，南瓜果形的遺傳受兩對等位基因控制，且遵循基因的自由組合定律。由上述分析可知，扁盤形、圓形、長形的基因型分別為A_B_(AABB、 AABb、 AaBb、 AaBB)、A_bb(AAbb、 Aabb)和aaB_(aaBb、 aaBB)、aabb。參考答案： (1)2 基因的自由組合；(2)AAbb、 Aabb、 aaBb、 aaBB AABB、 AABb、 AaBb、 AaBB aabb。

點撥： 若F1自交，F(xiàn)2的性狀分離比的比值之和為16，則可得如下結(jié)論： ①該性狀的遺傳一般受兩對等位基因控制，且遵循基因的自由組合定律；②比值是9的對應(yīng)的基因型為A_B_(AABB、 AABb、 AaBb、 AaBB)，比值是1的對應(yīng)的基因型為aabb；③F1為雙雜合子(如AaBb)。

例2： 牡丹是自花傳粉植物，有多個優(yōu)良品種，其花的顏色由兩對基因(A、 a和B、 b)控制，A基因控制色素合成，該色素隨液泡中細(xì)胞液的pH降低而顏色變淺。B基因與細(xì)胞液的酸堿性有關(guān)。其基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系見表2。有人認(rèn)為A、 a和B、 b基因位于一對同源染色體上，也有人認(rèn)為A、 a和B、 b基因分別位于兩對同源染色體上?，F(xiàn)利用紅色牡丹(AaBb)設(shè)計實驗進行探究。實驗步驟： (不考慮交叉互換)。實驗預(yù)測及結(jié)論： ①若子代牡丹花色為________，則A、 a和B、 b基因分別位于兩對同源染色體上;②若子代牡丹花色為________，則A、 a和B、 b基因位于一對同源染色體上，且A和B位于一條染色體上，a和b位于另一條染色體上；③若子代牡丹花色為________，則A、a和B、b基因位于一對同源染色體上，且A和b位于一條染色體上，a和B位于另一條染色體上。

表2 牡丹花的顏色與基因型的對應(yīng)關(guān)系

解析： 由于題目只給了紅色牡丹(AaBb)一種實驗材料，故只能采取讓紅色牡丹(AaBb)植株自交的實驗方案。若A、 a和B、 b基因分別位于兩對同源染色體上，則牡丹花色的遺傳遵循基因的自由組合定律。AaBb×AaBb→3/16A_bb(紫色)、3/8A_Bb(紅色)、(3/16A_BB+1/4aa_)(白色),故子代表現(xiàn)型及比例為紫色︰紅色︰白色=3︰6︰7；若A、a和B、b基因位于一對同源染色體上，且A和B位于一條染色體上，a和b位于另一條染色體上，則AaBb×AaBb→AABB(白色)︰AaBb(紅色)︰aabb(白色)=1︰2︰1，即紅色︰白色=1︰1；若A、 a和B、 b基因位于一對同源染色體上，且A和b位于一條染色體上，a和B位于另一條染色體上，則AaBb×AaBb→AAbb(紫色)︰AaBb(紅色)︰aaBB(白色)=1︰2︰1。參考答案： 讓紅色牡丹(AaBb)植株自交，觀察并統(tǒng)計子代中牡丹花的顏色和比例。紫色︰紅色︰白色=3︰6︰7 ②紅色︰白色=1︰1 ③紫色︰紅色︰白色=1︰2︰1。

例3： 水稻的高桿對矮桿為完全顯性，由一對等位基因(A、 a)控制，抗病對易感病為完全顯性，由另一對等位基因(B、 b)控制，現(xiàn)有純合高桿抗病和純合矮桿易感病的兩種親本雜交，所得F1代自交，多次重復(fù)實驗，統(tǒng)計F2的表現(xiàn)型及比例都近似得到如下結(jié)果： 高桿抗病∶高桿易感病∶矮桿抗病∶矮桿易感病=66︰9︰9︰16。據(jù)實驗結(jié)果回答下列問題：

(1) 抗病和易感病的遺傳________(遵循/不遵循)基因的分離定律，上述兩對等位基因的遺傳________(遵循/不遵循)基因的自由組合定律。

(2) F2代中出現(xiàn)了親本所沒有的新的性狀組合，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因是F1在減數(shù)分裂過程中發(fā)生了________。

(3) 有人針對上述實驗結(jié)果提出了假說： ①控制上述性狀的兩對等位基因位于________對同源染色體上；②F1通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌雄配子的比例都是AB︰Ab︰aB︰ab=4︰1︰1︰4；③受精時雌雄配子________。

為驗證上述假說，請設(shè)計一個簡單的實驗并預(yù)期實驗結(jié)果。

解析： 水稻的抗病和易感病是由一對等位基因(B、 b)控制的，故其遺傳遵循基因的分離定律。由于F2的表現(xiàn)型比例為66︰9︰9︰16，該比例已是近似比，且無論怎樣化簡也不能將其比值之和變?yōu)?6，故上述兩對等位基因的遺傳不遵循基因的自由組合定律。又因為F2的表現(xiàn)型有4種，由上述分析可知，F(xiàn)1的基因型為AaBb，且同源染色體上非等位基因的遺傳是不完全連鎖的，即F1在減數(shù)分裂過程中發(fā)生了交叉互換，受精時雌雄配子的結(jié)合是隨機的。由于矮桿易感病植株的基因型為aabb，無論基因的位置如何，它都只產(chǎn)生ab一種配子，故可通過對F1測交來驗證上述假說。AaBb×aabb→AaBb(高桿抗病)︰Aabb(高桿易感病)︰aaBb(矮桿抗病)︰aabb(矮桿易感病)=4︰1︰1︰4。參考答案： (1)遵循 不遵循 (2) 交叉互換(或基因重組) (3) ①1 ③隨機結(jié)合 將兩純合親本雜交得到的F1代與純合矮桿易感病的水稻雜交，觀察并統(tǒng)計子代的表現(xiàn)型及比例；所得子代出現(xiàn)四種表現(xiàn)型，比例為： 高桿抗病︰高桿易感病︰矮桿抗病︰矮桿易感病=4︰1︰1︰4。