湖南 龐業(yè)軍

用石刁柏“吃透”生物變異類型

湖南 龐業(yè)軍

生物的變異按遺傳物質(zhì)是否改變可分為可遺傳的變異和不遺傳的變異，其中可遺傳的變異包括基因突變、基因重組和染色體變異；按對生物生存是否有利可分為有利變異和不利變異。變異類型比較多，學(xué)生容易混淆，如果再讓學(xué)生用實(shí)驗(yàn)方法來證明，難度會更大，筆者經(jīng)過多年的總結(jié)，以“石刁柏”為材料來說明這些變異類型。

材料：石刁柏，俗稱蘆筍，是一種名貴蔬菜，屬于XY型性別決定。野生型窄葉蘆筍，產(chǎn)量低。在某野生種群中，發(fā)現(xiàn)少數(shù)幾株闊葉蘆筍，雌株、雄株均有，闊葉雄株的產(chǎn)量明顯高于闊葉雌株。

問題一：該蘆筍的闊葉性狀是否可以遺傳？

【分析】不遺傳的變異是由于環(huán)境條件的改變，遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生變化，其性狀是不能傳給后代的；而可遺傳的變異是由于遺傳物質(zhì)的改變引起的，其性狀是可以遺傳給后代的。因此可以通過讓闊葉的雌雄蘆筍雜交，觀察后代有無闊葉性狀出現(xiàn)，若有闊葉性狀出現(xiàn)，說明闊葉性狀能夠傳給后代，是可遺傳的變異，否則是不遺傳的變異。

【技巧歸納】

可遺傳變異與不遺傳的變異的判斷方法：

問題二：屬于哪種可遺傳變異？

有人認(rèn)為闊葉蘆筍具有雜種優(yōu)勢或是多倍體。請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方案來鑒定闊葉變異株的出現(xiàn)是基因突變還是染色體組加倍所致？

【分析】染色體組加倍是染色體數(shù)目的變異，在顯微鏡下是可以觀察到的，而基因突變是基因結(jié)構(gòu)的改變，是分子水平上的變化，在顯微鏡下是看不到的。因此取蘆筍的分生區(qū)組織制成裝片借助顯微鏡觀察便可區(qū)分這兩種變異。

【技巧歸納】

染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目變異與基因突變的判別：

（1）判別依據(jù)：

光學(xué)顯微鏡下能觀察到的是染色體變異，不能觀察到的是基因突變。

（2）具體操作：

制作正常個(gè)體與待測變異個(gè)體的有絲分裂細(xì)胞臨時(shí)裝片，找到中期細(xì)胞進(jìn)行染色體結(jié)構(gòu)與數(shù)目的比較可以判斷是否發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目變異。

【例】若石刁柏闊葉（A）對窄葉（a）為顯性（基因在常染色體上），純合闊葉與窄葉雜交，在后代群體中出現(xiàn)了一株窄葉雄性個(gè)體。出現(xiàn)該窄葉雄性個(gè)體的原因可能是親本在產(chǎn)生配子過程中發(fā)生了基因突變或染色體片段缺失?，F(xiàn)有基因型為AA、Aa和aa的雌雄個(gè)體可供選擇，請完成下列實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果預(yù)測，以探究其原因。（注：一對同源染色體都缺失相同片段時(shí)胚胎致死；各型配子活力相同）

實(shí)驗(yàn)步驟：

①用該窄葉雄性個(gè)體與基因型為______________個(gè)體雜交，獲得F1；

②F1自由交配，觀察、統(tǒng)計(jì)F2表現(xiàn)型及比例。

結(jié)果預(yù)測：

Ⅰ．如果__________________________________，則為基因突變；

Ⅱ．如果__________________________________，則為染色體片段缺失。

【解析】基因突變只改變基因的種類，基因的數(shù)目沒有變化；染色體結(jié)構(gòu)的缺失突變體減少了缺失段的基因，即缺失部分基因，屬于染色體結(jié)構(gòu)的變異；染色體整條缺失，則導(dǎo)致整條染色體上的基因全部缺失，屬于染色體數(shù)目的變異。題中突變體為窄葉，若為基因突變，則突變體的基因型為aa；若為染色體片段缺失，則突變體基因型為a，缺失的基因可用0或_代替，即基因型可寫成a0或a_。這樣題目便轉(zhuǎn)化為證明突變體的基因型了。因此可用突變體與基因型為AA或Aa個(gè)體雜交，再讓F1個(gè)體自由交配得F2，統(tǒng)計(jì)F2的表現(xiàn)型及比例便可得到答案。

【答案】

方法一：AA的雌性 闊葉∶窄葉=3∶1 闊葉∶窄葉=4∶1

方法二：Aa的雌性 闊葉∶窄葉=7∶9 闊葉∶窄葉=7∶8

【技巧歸納】

運(yùn)用假說-演繹法，首先確定雜交的親本類型，再假設(shè)突變體是基因突變或染色體片段缺失，根據(jù)雜交后代的不同的性狀表現(xiàn)，再把雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果變?yōu)闂l件，把假設(shè)變?yōu)榻Y(jié)果，完成作答。

問題三：如何判斷顯、隱性突變？

若已經(jīng)證實(shí)闊葉為基因突變所致，有兩種可能：一是顯性突變；二是隱性突變。請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方案加以判定。

【分析】基因突變可分為顯性突變和隱性突變。顯性突變即由aa突變?yōu)锳a；隱性突變又有兩種情況，一種是由AA突變?yōu)锳a，這在當(dāng)代不表現(xiàn)出來，若在當(dāng)代表現(xiàn)即為另一種情況，AA突變?yōu)閍a。因此證明顯性突變還是隱性突變就轉(zhuǎn)化為證明突變體的基因型了。

【技巧歸納】

（1）若突變體只有一個(gè)，選取突變體與其他已知未突變（野生型）個(gè)體雜交，據(jù)子代性狀表現(xiàn)判斷。若子代既有突變體也有野生型個(gè)體，即為顯性突變；若子代全為野生型個(gè)體即為隱性突變。

（2）若突變體有多個(gè)，既有雌性也有雄性，則選取突變個(gè)體相互交配，觀察子代有無性狀分離而判斷。若子代既有突變體也有野生型個(gè)體，即為顯性突變；若子代全為突變體，即為隱性突變。

問題四：如何判斷突變基因位置？

1.若已經(jīng)證實(shí)闊葉為顯性突變，突變基因可能位于常染色體上，也可能位于X染色體上。請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)方案加以判定。

【分析】根據(jù)已知條件闊葉為顯性突變，要判斷這對基因位于常染色體上還是X染色體上，首先要弄清基因在常染色體上的遺傳與伴X遺傳的特點(diǎn)：常染色體上基因的遺傳中，后代的性狀表現(xiàn)與性別無關(guān)，而位于X染色體上基因的遺傳是與性別相關(guān)聯(lián)的。在選擇親本雜交時(shí)，應(yīng)保證前者雜交后代中雌雄表現(xiàn)型一致，而后者雜交后代中雌雄表現(xiàn)型不同，從而達(dá)到判定的目的。要使雜交后代雌雄表現(xiàn)型不同，讓隱性的雌性個(gè)體與顯性的雄性個(gè)體雜交便可得到。

【技巧歸納】

①已知性狀的顯隱性：選擇純合隱性雌性個(gè)體與顯性雄性個(gè)體雜交。若后代雌雄表現(xiàn)型相同，則基因位于常染色體上；若后代雌雄表現(xiàn)型不同，則基因位于X染色體上。

②正交、反交實(shí)驗(yàn)判斷（顯、隱性未知）：若結(jié)果相同，基因在常染色體上；若結(jié)果不同，基因在X染色體上。

2.若已經(jīng)證實(shí)闊葉為顯性突變，證明控制該性狀的基因只位于X染色體上還是X、Y的同源區(qū)段。

【分析】位于X、Y同源區(qū)段的遺傳如下表：

_XBXB_____________XBXb________XbXb_XBYB_____________XBYb____________子代雌雄表現(xiàn)型不同_子代雌雄表現(xiàn)型不同_XbYB____________子代雌雄表現(xiàn)型不同_子代雌雄表現(xiàn)型不___同_XbYb____________________________________________________________________________________

從表中可以看出，只有表中標(biāo)出的四種雜交類型，其后代的性狀表現(xiàn)與性別有關(guān)，其他幾種雜交類型子代雌雄個(gè)體的性狀表現(xiàn)型相同。

選取親本雜交時(shí)，只要雜交后代出現(xiàn)兩種不同的情況：一種與性別相關(guān)聯(lián)，一種與性別無關(guān)，便可得出結(jié)論。

因此選擇純種的闊葉雄性植株與窄葉雌性植株雜交，若子代雌雄表現(xiàn)型相同且全為闊葉，則該基因位于X、Y的同源區(qū)段；若子代雌性全為闊葉，雄性全為窄葉，則該基因只位于X染色體上。

3.若已經(jīng)證實(shí)闊葉為顯性突變，證明控制該性狀的基因位于常染色體上還是X、Y的同源區(qū)段。

【分析】常染色體上基因的遺傳，子代的性狀表現(xiàn)與性別無關(guān)，而X、Y的同源區(qū)段的遺傳，有的與性別無關(guān)，有的與性別相關(guān)聯(lián)。因此在選擇親本雜交時(shí)，要讓子代在表現(xiàn)型上出現(xiàn)差異則可達(dá)到目的。

【技巧歸納】

①雌性窄葉×雄性純合闊葉→F1→F1的雌雄個(gè)體自由交配得F2，觀察F2的性狀表現(xiàn)。

②雄性窄葉×雌性純合闊葉→F1→F1的雌雄個(gè)體自由交配得F2，觀察F2的性狀表現(xiàn)。

以第①種為例分析：

若F2中闊葉∶窄葉=3∶1，且窄葉只出現(xiàn)在雌性個(gè)體中，則基因位于X、Y同源區(qū)段。

若F2中闊葉∶窄葉=3∶1，且雌雄中均有窄葉出現(xiàn)，則基因位于常染色體上。

（作者單位：湖南省常德市第三中學(xué)）