把握遗传结构实质 破解遗传定律难题

安徽 李秀丽

把握遗传结构实质 破解遗传定律难题

安徽 李秀丽

遗传分离定律与自由组合定律都是针对控制性状的基因位于同源染色体上的情况，基因位于一对同源染色体上，遵循分离定律，研究的基因位于两对或以上同源染色体上遵循自由组合定律。涉及遗传定律的遗传现象分析，多以先分析基因位于一对、两对或多对同源染色体上为前提。如果染色体变异，更应明确在形成配子时的染色体行为，才能准确地判断与推理。下面以分离定律、自由组合定律、连锁互换定律（有时也说多对等位基因位于一对同源染色体上）相关联的内容说明其中典型的问题。

一、分离定律

（一）四倍体细胞产生配子的情况分析

【例1】（原创）四倍体AAaa自交产生子代的基因型有_______种，其中隐性纯合子的比例是_______。

【解析】由于四倍体减数分裂产生配子时由4条同源染色体随机组合2条，有6种组合，所以配子的种类与比例为AA∶Aa∶aa=1∶4∶1，故自交子代的基因型有5种；子代隐性纯合子aaaa的比例是1/6×1/6=1/36。

【答案】5 1/36

（二）变异引起配子基因表达变化或子代相应基因型个体存活问题等

1.外来基因影响导致基因的表达变化

【例2】（改编）小鼠弯曲尾（B）对正常尾（b）为显性，将一弯曲尾雄鼠与一正常尾雌鼠交配，F1为弯曲尾雌鼠：正常尾雄鼠=1∶1。遗传学家用一外源DNA片段导入到F1弯曲尾雌鼠的体细胞中，利用克隆技术获得一只转基因正常尾小鼠。该DNA片段插入小鼠染色体上的位置有多种可能，如图表示了其中一种可能。（说明：插入的DNA片段本身不控制具体的性状；小鼠体内存在该DNA片段时B基因不表达，但b基因的表达不受影响）

（1）控制小鼠尾形的基因位于________染色体上，子一代雌鼠的基因型是________。

（2）为确定是上述可能的DNA具体插入位置，研究者让该转基因小鼠与非转基因正常尾小鼠杂交，统计子代的表现型种类及比例是_______。

【解析】弯曲尾雄鼠与一正常尾雌鼠交配，F1为弯曲尾雌鼠∶正常尾雄鼠=1∶1，遗传与性别有关，基因位于X染色体上，亲本是XBY和XbXb，F1弯曲尾雌为XBXb。假定如图所示，外来基因插入到B所在的X染色体上，写成XB+，那么，该转基因鼠为XB+Xb，与非转基因正常尾雄鼠（XbY）杂交：

精子卵细胞 Xb Y XB+ XB+Xb（正常尾雌） XB+Y（正常尾雄）Xb XbXb（正常尾雌） XbY（正常尾雄）

故子代全为正常尾。

【答案】（1）X XBXb（2）全为正常尾鼠

2.染色体变异子代相应基因型个体存活问题

【例3】（改编）果蝇翅后端边线的缺刻性状是X染色体的一段缺失所导致的变异，缺刻翅红眼雌蝇（没有白眼基因）与正常翅白眼雄蝇杂交，F1出现了缺刻白眼雌果蝇且雌雄比为2∶1，下列叙述错误的是 （ ）

A. 亲本缺失片段恰好位于X染色体上眼色基因所在的位置

B. F1缺刻翅雌蝇的一条X染色体片段缺失，另一条带有白眼基因

C. 缺刻翅雄蝇不能存活，缺刻白眼雌果蝇在雌果蝇中占1/2

D. 子代缺刻翅雌果蝇与子代雄果蝇杂交，后代中雌雄比是1∶1

【解析】缺刻翅红眼雌蝇由于没有白眼基因，所以两条X同源染色体上，假设一条带红眼基因（A），记成XA，另一条记成就是X0，缺失的片段上有眼色基因。正常翅白眼雄配子是Xa，Y，这样子代就是XAXa（正常翅红眼雌）、XaX0（缺刻翅白眼雌）、XAY（正常翅红眼雄）、X0Y（死亡），与题义相符合。但子代缺刻雌果蝇（XaX0）与子代雄果蝇（XAY）杂交，后代中雌雄比还是2∶1。

【答案】D

（三）胚胎纯合致死情况

【例4】（原创）老鼠的皮毛黄色（A）对灰色（a）为显性，是由常染色体上的一对等位基因控制的。实验中黄色鼠与黄色鼠杂交，子代都为黄鼠∶灰鼠=2∶1，让子代中的老鼠自由交配，产生的下一代中黄鼠的比例占________。

【解析】亲代中黄鼠为Aa×Aa，子代为Aa∶aa=2∶1，AA应为胚胎纯合致死。子代中老鼠自由交配，利用分离定律中产生的配子随机结合：

精子卵细胞 1/3 A 2/3 a 1/3 A 1/9 AA（死亡） 2/9 Aa（黄鼠）2/3 a 2/9 Aa（黄鼠） 4/9 aa（灰鼠）

黄鼠占存活个体的1/2。

【答案】1/2

（四）两对或多对等位基因位于一对同源染色体上

【例5】（改编）某二倍体植物宽叶（M）对窄叶（m）为显性，红花（R）对白花（r）为显性，基因M、m与基因R、r在2号染色体上。现有一宽叶红花突变体，推测其体细胞内与该表现型相对应的基因组成为图甲、乙、丙中的一种，其他同源染色体数目及结构正常。现只有各种缺失一条2号染色体的植株可供选择，请设计一步杂交实验，确定该突变体的基因组成是哪一种（注：各型配子活力相同；控制某一性状的基因都缺失时，幼胚死亡）？

实验步骤：①______________________。

②观察、统计后代表现型及比例。

结果预测：

若__________________________________，则为图甲所示的基因组成；

若__________________________________，则为图乙所示的基因组成；

若__________________________________，则为图丙所示的基因组成。

【解析】由于两对等位基因位于一对同源染色体上，所以遵循分离定律，产生的配子是有差异的。一个缺失一条2号染色体的个体产生的配子也是一种配子中有2号染色体，另一种配子中没有2号染色体。如果用窄红个体与该宽叶红花突变体杂交，如下：

窄红 MR Mr甲mR MmRR（宽红） MmRr（宽红）0 MR0（宽红） Mr0（宽白）

窄红 MR M乙mR MmRR（宽红） MmR（宽红）0 MR0（宽红） M0（死亡）

窄红 MR 0丙mR MmRR（宽红） mR0（窄红）0 MR0（宽红） 00（死亡）

与甲杂交，子代为宽红∶宽白=3∶1；与乙杂交，子代为全宽红；与丙杂交，子代为宽红∶窄红=2∶1。

【答案】①用窄红个体与该宽叶红花突变体杂交 ②子代为宽红∶宽白=3∶1 子代为全宽红 子代为宽红∶窄红=2∶1

【规律总结】位于一对同源染色体上的基因，无论是一对还是两对甚至多对，都满足在形成配子的时候，配子中只有其中的一条，符合分离定律。即使在同源染色体较多，或出错的情况下，也要考虑分离定律，抓住了配子中的染色体情况，也就明确了其中的基因情况，子代的基因型与表现型就可以清楚地推理出来。

二、自由组合定律（两对等位基因位于两对同源染色体上等）

【例6】（原创）已知果蝇长翅和小翅、红眼与白眼各为一对相对性状，分别受一对等位基因控制，且两对等位基因分别位于不同的染色体上，为了确定这两对相对性状的显隐性关系，以及控制它们的等位基因是位于常染色体上还是位于X染色体上（表现为伴性遗传），科学家将一只雌性长翅白眼果蝇与一只雄性长翅红眼果蝇杂交，发现子一代的表现型与比例为长翅红眼雌∶长翅白眼雄∶小翅红眼雌∶小翅白眼雄=3∶3∶1∶1。（翅型基因用A、a表示，眼色基因用B、b表示）请分析回答下列问题：

（1）由题意推知控制翅型基因位于________染色体上，眼色中_______性状是由B基因控制的。

（2）让子代的各种果蝇自由交配，产生的子二代中长翅果蝇占比例是________，而长翅白眼雌占子代比例是________。

【解析】分析两对相对性状，通常分开来分析，亲代是长翅与长翅，子代是长翅∶小翅=3∶1，而且子代的长翅中雌∶雄=1∶1，小翅中雌∶雄=1∶1，与性别无关。而亲本雌性白眼与雄性红眼杂交，子代是红眼雌∶白眼雄=1∶1，与性别有关。两对等位基因位于不同的染色体上，得出翅型基因位于常染色体上，眼色基因位于X染色体上。亲本的基因型AaXBY与AaXbXb，子代翅型基因型为AA∶Aa∶aa=1∶2∶1，眼色基因型为XBXb∶XbY=1∶1。子一代果蝇自由交配，子二代翅型基因型不变，眼色基因型是XBXb∶XbXb∶XBY∶XbY=1∶1∶1∶1，这样子二代中长翅果蝇占3/4，而长翅白眼雌占3/4×1/4=3/16。

【答案】（1）常 红眼 （2）3/4 3/16

【规律总结】位于两对同源染色体上的基因，产生配子时，符合自由组合定律；单独研究其所控制的两对相对性状时，基因分别遵循分离定律，也是分别都是独立遗传的，互不干扰。所以可以分别单独分析，再进行整合。

三、连锁互换定律（三对或多对等位基因位于一对或两对同源染色体上）

【例7】（原创）水稻的高秆（A）对矮秆（a）为完全显性，抗病（B）对易感病（b）为完全显性，非糯性（D）对糯性（d）为完全显性，现有纯合高秆抗病非糯性与纯合矮秆易感病糯性杂交，所得F1自交，多次重复实验，统计F2的表现型及比例如下：高秆抗病非糯∶高秆抗病糯∶高秆易感病非糯∶高秆易感病糯∶矮秆抗病非糯∶矮秆抗病糯∶矮秆易感病非糯∶矮秆易感病糯=198∶66∶27∶9∶27∶9∶48∶16。请分析回答：

（1）控制抗病与易感病的等位基因_______（填“遵循”或“不遵循”）基因的分离定律。

（2）控制高秆与矮秆，抗病与易感病的等位基因_____（_____填“遵循”或“不遵循”）基因的自由组合定律。（3）只考虑高秆与矮秆，抗病与易感病两对相对性状，F1通过减数分裂产生的配子的种类与比例是_________。

（4）只考虑抗病与易感病，非糯性与糯性两对相对性状，F1通过减数分裂产生的配子的种类与比例是_________。

【解析】分别单独考虑三种相对性状，F2中都符合显性∶隐性=3∶1，都符合分离定律。但考虑高秆与矮秆，抗病与易感病两种相对性状，F2中是高秆抗病∶高秆易感病∶矮秆抗病∶矮秆易感病=264∶36∶36∶64=66∶9∶9∶16，不符合9∶3∶3∶1，也就是不符合自由组合定律。由配子结合形成子代的规律可知，F2中矮秆易感病（aabb）占16/100，ab配子占40%，根据连锁互换规律，AB也是40%，Ab与aB分别占10%，验算结果与比例相符。

同样分析抗病与易感病，非糯性与糯性两对相对性状时，F2中抗病非糯∶抗病糯∶易感病非糯∶易感病糯=225∶75∶75∶25=9∶3∶3∶1，符合自由组合定律，各种配子的比例都是1/4。

【答案】（1）遵循 （2）不遵循 （3）AB∶ab∶Ab∶aB=4∶4∶1∶1 （4）BD∶Bd∶bD∶bd=1∶1∶1∶1

【规律总结】两对或多对等位基因位于两对或多对同源染色体上时，首先可以发现每一对等位基因控制的性状都符合分离定律，然后把其中两对等位基因控制的性状合并来看，双杂合子自交子代个体，如果表现型符合9∶3∶3∶1，如果一个是双杂合子，另一个是单杂合子一隐纯，子代表现型是3∶1∶3∶1，形成配子时符合自由组合定律。如果表现型不是9∶3∶3∶1，就不符合自由组合定律，可以结合双隐性个体的比例求出形成双隐性配子的比例，再依次推出其他连锁基因配子与互换配子等的比例，从而求出各种子代的基因型与表现型及比例。

总之，分析遗传现象时，要把研究的基因放在同源染色体上，如果一对等位基因在一对同源染色体上，或多个复等位基因在三个或多个同源染色体上，只符合分离定律。如果多对等位基因位于一对同源染色体上，各等位基因形成配子时，都符合分离定律，非等位基因之间也有连锁互换现象的。如果多对等位基因位于多对同源染色体上，各同源染色体之间符合自由组合定律，那么其上的等位基因也随同源染色体的自由组合而发生自由组合。

（作者单位：安徽省阜阳市第三中学）