逍遥学能 2014-02-28 09:24
新课程标准及普通高校招生全国统考大纲，对生物学科能力提出了较高的要求。主要包括理解能力、实验与探究能力、获取信息的能力和综合运用能力。对学生生物学科能力的训练，应该渗透到各个章节的教学之中，在《遗传与变异》的教学中更应突出能力的培养。针对新课程标准的要求、针对高考对《遗传与变异》的考察趋向，师生都必需重视对解答有关遗传与变异的探究题型的能力训练。
一、从基本概念到方法 ── 探究一对相对性状中的显隐性
依据相对性状和性状分离的概念，探究一对相对性状中的显隐性的常用方法有三种：
1．若已知亲本皆为纯合体，可利用显、隐性性状的概念，用杂交的方法即选取具有不同性状的两亲本杂交，后代表现出的那一种亲本的性状即为显性性状，另一亲本的性状为隐性性状。
2．若已知亲本是野生型（显性中既有纯合体也有杂合体），可利用显性杂合体自交会出现性状分离的原理，选取具有相同性状的多对亲本杂交，看后代有无性状分离，若有则亲本的性状为显性性状。
3．若已知亲本是野生型（显性中既有纯合体也有杂合体），可选取多对具有相对性状的亲本杂交，看后代中哪种性状的比例大，比例大的那种是显性性状。
例1．现有具有一对相对性状的纯合高茎和矮茎的玉米植株，请设计实验探究高茎和矮茎中哪个是显性。
【解析】实验步骤：让纯种高茎玉米与纯种矮茎玉米杂交，收获种子种植后，观察F1植株的高矮。
实验结果的预期及结论：（1）若F1植株都是高茎，则说明高茎对矮茎是显性。（2）若F1植株都是矮茎，则说明矮茎对高茎是显性。（3）若F1植株的高度介于两亲本之间，则说明高茎、矮茎的性状是不完全显性。
从性状分离的概念出发，很容易想到探究某生物个体是否为杂合子的方法。即：
（1）自交法，是适用于植物的简便方法。如果后代出现性状分离，则此个体为杂合体；若后代中不出现性状分离，则此个体为纯合体。
（2）测交法，通常用于动物。如果后代既有显性性状出现，又有隐性性状出现，则被鉴定的个体为杂合体；若后代只有显性性状，则被鉴定的个体为纯合体。
例2．大部分果蝇身体呈褐色（Y ），具有纯合隐性基因的个体（yy）呈黄色。但是，即使是纯合的褐色（YY）品系，如果用含有银盐的饲料饲养，长成的成体也为黄色。这就称为“表型模拟”，是由环境造成的类似于某种基因型所产生的表现型。现有一只黄色果蝇，你如何判断它是否属于纯合隐性个体（yy）。请写出方法步骤并对结果进行预测。
【解析】方法步骤：（1）用该未知基因型黄色个体与正常黄色果蝇（yy）交配；（2）将孵化出的幼虫放在不含银盐饲料饲养的条件下培养，其它条件适宜；（3）观察幼虫长成的成虫体色。
结果预测：
（1）如果后代出现了褐色果蝇，则所检测果蝇不是纯合隐性个体。
（2）如果子代全为黄色，说明所测黄色果蝇是纯合隐性个体。
注意：本题情境中，性状表现受环境因素（银盐饲料）影响，方案设计要排出环境因素的影响。
二、从遗传现象的特征到方法 ── 探究控制某相对性状的基因是否细胞质基因
依据细胞质遗传具有母系遗传的特点，探究控制某相对性状的基因是否为质基因，采用正交与反交的方法。若设“红花♀×♂白花”为正交，则“白花♀×♂红花”为反交。
例3．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。
【解析】实验步骤：
1．正交：P：红花♀ × ♂白花 ―→ F1 ；反交： P：白花♀ × ♂红花 ―→ F1’。
2．观察并统计F1和F1’的性状表现
预期结果与结论：
1．若正交与反交产生的F1的性状表现都与母本相同（本方案正交产生的F1为红花，反交产生的F1’为白花）。则该花色的遗传为细胞质遗传。
2．若正、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（或两种花色都有）。则该花色的遗传为细胞核遗传。
三、从规律到方法 ── 探究控制某性状的等位基因是位于常染色体上还是X染色体上，还是在X 、Y染色体的同源区段
XY型性别决定的生物，雄性的Y染色体来自父本，只遗传给雄性子代。因此，等位基因位于X染色体上或X、Y染色体的同源区段时，会出现正、反交结果不一致的现象。故常用正交和反交的方法探究控制某性状的等位基因是位于常染色体上还是X染色体上，还是在X 、Y染色体的同源区段。通常有以下几种情况：
1．该相对性状的显隐性未知，亲本皆为纯合子。
（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,这对基因位于常染色体上。
（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，则这对基因位于X染色体上。
2．该相对性状的显隐性是未知的，亲本皆为野生型（既有杂合子又有纯合子）。
（1）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。
（2）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。
3．已知性状的显隐性，且亲本为野生型，则让多对隐性的雌性个体与显性的雄性个体杂交；分别记录每一对杂交组合产生的子代的性状表现
（1）若后代显性多于隐性且与性别无关，则为常染色体遗传。
（2）若后代雌性全为显性，雄性全为隐性，则为伴X遗传。
（3）若出现某对或几对杂交组合的子代，雄性全为显性，则基因位于X、Y染色体的同源区段。
例4．果蝇的眼色有红眼和白眼。且眼色的遗传是细胞核遗传，现有实验过程中所需要的纯种果蝇，请设计实验一次性探究出红眼和白眼的显隐性关系及这对基因的存在位置（在常染色体上还是X染色体上。）
【解析】方法步骤：
1．杂交方案：① 纯种白眼♀×♂纯种红眼； ② 纯种白眼♂×♀纯种红眼。
2．观察并统计①与②的F1的性状表现。
预期结果及结论：
（1）若杂交组合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。
（2）若杂交组合①中后代全为白眼，在杂交组合②的F1中，雌性全为白眼，雄性全为红眼，则白眼对红眼是显性，相关的基因位于X染色体上。
（3）若杂交组合①和杂交组合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常染色体上；
（4）若杂交组合①和杂交组合②中后代全为白眼，则白眼对红眼是显性，控制红眼和白眼的基因位于常染色体上。
四、从数据分析到方法 ──探究某性状是由一对等位基因还是由两对等位基因控制、遵循什么遗传定律
根据孟德尔和摩尔根的遗传定律，具有相对性状的纯种亲本杂交获得F1 ；F1 自交或测交获得F2 或测交后代；F2 或测交后代会表现一定的性状分离比。故采用杂交法或测交法可探究控制性状的等位基因的对数和遵循的遗传规律。
1．若F2 的性状分离比为3?1（或1?2?1），或测交后代的性状分离比为1?1，则符合分离定律。
2．若F2 的性状分离比为9?3?3?1（或该比例的变形，如9?[3＋3]?1），或测交后代的性状分离比为1?1?1?1（或该比例的变形，如1?[1＋1]?1），则符合自由组合定律。
3．若分离比跟典型的比例相关而又不完全相符，则可能存在基因间的相互作用或致死现象等情况。
例5．试验室中有一批未交配过的纯种长翅灰体和残翅黑檀体果蝇,已知长翅和残翅这对相对性状受一对位于第Ⅱ号染色体上的等位基因控制,先欲利用以上两种果蝇研究有关果蝇灰体和黑檀体性状的遗传特点(控制果蝇灰体和黑檀体的基因在常染色体上,所有果蝇均能正常繁殖存活)请设计一套杂交方案,同时研究以下两个问题：（1）研究果蝇灰体、黑檀体是否由一对等位基因控制，并作出判断；（2）研究控制果蝇灰体、黑檀体的等位基因是否也在第Ⅱ号同源染色体上，并作出判断。
【解析】（1）杂交方案：长翅灰体×残翅黑檀体→F1中雌雄个体杂交 →F2
（2）对问题1的推断及结论：统计F2中表现为灰体和黑檀体个体的比例，若两种性状之比为3?1或1?3，则说明果蝇的灰体和黑檀体这对性状是由一对等位基因控制的，若这两种性状之比不是3?1或1?3，则说明这对性状不是由一对等位基因控制的。
（3）对问题2的推断及结论：统计F2的性状分离之比，若有四种果蝇出现，且比例接近9?3?3?1，则说明控制灰体和黑檀体这对性状的基因不在第Ⅱ号同源染色体上，若出现四种果蝇，但比例不是9?3?3?1，而是两两相等，或者只有两种果蝇，且等比，则说明控制灰体和黑檀体这对性状的基因也在第Ⅱ号同源染色体上
五、从方法到方法（方法的迁移应用）── 探究变异是否可遗传
探究变异是否遗传，就是要探究变异个体的遗传物质或基因型是否改变，也就是要检测变异个体的基因型。可采用探究性状显隐性的方法或探究某生物个体是否为杂合子的方法。
例6．基因型为dd的某矮茎豌豆幼苗经生长素处理后长成了高茎植株。请用实验证明变异性状“高茎”是否能够遗传，是否能够稳定遗传。
【解析】若未发生基因突变，变异高茎植株的基因型仍然为dd ；若发生了基因突变，变异高茎植株的基因型为Dd或DD，后者为可稳定遗传的变异。
方法步骤：（1）收集该高茎植株自交所结F1种子；（2）来年播种，观察F1植株的高度。
预期结果与结论：
（1）F1植株全为矮茎，变异性状不能遗传；（2）F1植株全为高茎，变异性状能稳定遗传；（3）F1植株部分为高茎，变异性状能够遗传。
六、从科学思维到方法 ── 发现方法的重要途径
例7．科学家研究黑腹果蝇时发现，刚毛基因（B）对截毛基因（b）为完全显性。现有各种纯种果蝇若干只，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，并用文字简要说明推断过程。
【解析】
提出假设
假设一：等位基因存在于X、Y染色体的同源区段
假设二：等位基因只存在于X染色体上
以假设为前提，推导出各种杂交组合F1的表型
甲组
纯种刚毛♀×♂纯种刚毛
XBXB XBYB
↓
刚毛雌XBXB 刚毛雄XBYB
纯种刚毛♀×♂纯种刚毛
XBXB XBY
↓
刚毛雌XBXB 刚毛雄XBY
乙组
纯种截毛♀×♂纯种截毛
XbXb XbYb
↓
截毛雌XbXb 截毛雄XbYb
纯种截毛♀×♂纯种截毛
XbXb XbY
↓
截毛雌XbXb 截毛雄XbY
丙组
纯种刚毛♀×♂纯种截毛
XBXB XbYb
↓
刚毛雌XBXb 刚毛雄XBYb
纯种刚毛♀×♂纯种截毛
XBXB XbY
↓
刚毛雌XBXb 刚毛雄XBY
丁组
纯种截毛♀×♂纯种刚毛
XbXb XBYB
↓
刚毛雌XBXb 刚毛雄XbYB
纯种截毛♀×♂纯种刚毛
XbXb XBY
↓
刚毛雌XBXb 截毛雄XbY
比对结果
筛选方案
在假设一、二两种不同前提下，甲、乙、丙三个杂交组合的F1表现型没有差异，不能作为推断相关等位基因是位于X、Y染色体上的同源区段还是仅位于X染色体上的依据。在假设一、二两种不同前提下，丁组杂交组合的F1表现型有差异，能作为推断相关等位基因是否位于X、Y染色体上的同源区段的依据。
总结提升
推断相关等位基因是否位于X、Y染色体上的同源区段，关键是推断Y染色体上是否有相关基因。由于XY型性别决定的生物，雄性的Y染色体来自父本，只遗传给雄性子代，观察Y染色体的遗传效应是解决问题的突破口。若父本的Y染色体上为隐性基因，雄性子代的表现型还可能由母本遗传下来的显性基因决定，故应该观察Y染色体上显性基因的效应，同时要排除母本显性基因的影响，故应选用“隐性母本×显性父本”杂交组合。
杂交实验方案及其遗传图解：（见表中丁组）
预期结果与结论：（1）若子一代雄果蝇为刚毛，则这对等位基因位于X、Y染色体的同源区段上；（2）若子一代雄果蝇为截毛，则这对等位基因仅位于X染色体上。
结语：解答有关遗传与变异的探究型习（试）题，掌握各种具体方法是必要的，更重要的是运用科学的思维方法去发现解决问题的具体方法，从而培养探究分析能力和创造性思维能力。