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        例析高中遺傳試題中的“淘汰”現(xiàn)象

        2022-10-13 09:55:04朱巧玲
        中學生物學 2022年8期
        關鍵詞:配子子代雄性

        陳 忠 朱巧玲

        (廣東省廣州市南武中學 廣東廣州 510220)

        高中遺傳試題常設置一些特殊條件,如雄性不育、致死、自交不親和性等,其共同特征是導致部分配子或者合子被“淘汰”,進而影響子代分離比。下文把生物不同發(fā)育階段所發(fā)生的淘汰現(xiàn)象歸納為配子淘汰和合子淘汰,結(jié)合典例對各種淘汰現(xiàn)象進行分析,旨在拓展遺傳知識、總結(jié)解題方法,提升學生的解決問題能力。

        1 配子淘汰

        配子淘汰是指基因或染色體在配子期發(fā)揮作用而導致部分配子不能正常遺傳。配子致死、雄性不育和自交不親和性是三種常見情境。

        1.1 配子致死

        配子致死指由于配子中的致死基因(或其他基因)引起的配子死亡,也可能是由于染色體的異常(結(jié)構(gòu)變異或數(shù)目變異)變化所致,雌性或雄性配子均可能致死。

        【例1】一豌豆雜合子(Aa)植株自交時,下列敘述錯誤的是 ( )

        A.若自交后代的基因型比例是2∶3∶1,可能是含隱性基因的花粉50%死亡造成的

        B.若自交后代的基因型比例是2∶2∶1,可能是隱性個體50%死亡造成的

        C.若自交后代的基因型比例是4∶4∶1,可能是含隱性基因的配子有50%死亡造成的

        D.若自交后代的基因型比例是1∶2∶1,可能是花粉有50%死亡造成的

        參考答案:B。

        解析:各選項致死情況不同,但A與a仍遵循基因分離定律,推理時變假設為前提條件,在遺傳圖解中調(diào)整配子比例,計算子代基因型比例,解答過程見表1。

        表1 子代基因型推理

        配子致死時,細胞核基因遺傳仍然遵循孟德爾遺傳定律。依托遺傳圖解,學生能準確應用配子致死信息,快速推理子代基因型比例。

        1.2 雄性不育

        雄性不育指動、植物雄性生殖細胞或生殖器官喪失生理機能的現(xiàn)象。遺傳的雄性不育分為細胞核雄性不育和質(zhì)核互作雄性不育。

        【例2】水稻存在雄性不育基因,其中R(雄性可育)對r(雄性不育)為顯性,是存在于細胞核中的一對等位基因;N(雄性可育)與S(雄性不育)是存在于細胞質(zhì)中的基因;只有細胞質(zhì)和細胞核中均為雄性不育基因時,個體才表現(xiàn)為雄性不育。下列有關敘述正確的是 ( )

        A.水稻種群中雄性可育植株共有6種基因型

        B.母本S(rr)與父本N(rr)的雜交后代雄性均為不育

        C.R、r和N、S的遺傳遵循基因的自由組合定律

        D.S(rr)、N(rr)自由交配,子代均為雄性不育

        參考答案:B。

        解析:根據(jù)題意,水稻種群雄性可育基因型有5種,分別是N(RR)、N(Rr)、N(rr)、S(RR)、S(Rr),故A選項錯誤。母本S(rr)與父本N(rr)的雜交后代基因型為S(rr),雄性全部表現(xiàn)為不育,故B選項正確。N、S屬于細胞質(zhì)基因,子代細胞質(zhì)基因與母本保持一致,R、r屬于細胞核基因,遵循基因分離定律,兩對基因不遵循基因自由組合定律,故C選項錯誤。S(rr)與N(rr)自由交配的子代,S(rr)植株上的種子基因型為S(rr),表現(xiàn)為雄性不育,而N(rr)植株上的種子基因型為N(rr),表現(xiàn)為雄性可育,故D選項錯誤。

        雄性不育個體在雜交時只能充當母本,無需去雄操作,這是育種的一大優(yōu)勢。雜交子代的基因型變化應特別關注細胞核基因與細胞質(zhì)基因的遺傳差異。

        1.3 自交不親和性

        自交不親和性指具有完全花并可以形成正常雌、雄配子,但缺乏自花授粉結(jié)實能力的一種自交不育性。

        【例3】某二倍體兩性花植物的自交不親和性是由15個共顯性的等位基因S(S、S、…、S)控制的。該植物能產(chǎn)生正常的雌、雄配子,但當花粉與母本有相同的S基因時,就不能完成受精作用。針對S基因,下列敘述正確的是 ( )

        A.該植物有 15 種基因型分別為 SS、SS、…、SS的純合個體

        B.自然雜交時,該植物種群可能存在著105種基因型植株

        C.SS(父本)和SS(母本)雜交,F(xiàn)的基因型有4種

        D.可以通過雜交育種的方法獲得各種基因型的植株

        參考答案:B。

        解析:根據(jù)題意,當花粉與母本具有相同的S基因時,不能完成受精作用,因此無純合個體,故A選項錯誤。自然雜交時,15個等位基因S,兩兩雜合,S與S……S共計14種,S與S……S共計13種,以此類推,最終形成的基因型數(shù)量=14+13+……+1=105,故B選項正確。SS(父本)和SS(母本)雜交,S花粉無法完成受精,子代只有SS、SS的個體,故C選項錯誤。純合子無法通過雜交育種的方法獲得,故D選項錯誤。

        自交不親和性植物的花粉和卵細胞的受精作用,會受到基因的影響,必須要根據(jù)條件淘汰部分花粉,進而確定子代的表現(xiàn)型與基因型概率。

        2 合子淘汰

        合子淘汰指配子存活正常,形成的合子在胚前發(fā)育階段不發(fā)育或者致死,也可能在胚后發(fā)育階段因自然或人工選擇而導致部分個體被淘汰。

        2.1 單基因致死突變

        突變產(chǎn)生的新基因可能導致生物個體死亡:如果是顯性致死,一般在雜合時就有致死效應;若是隱性致死,則在純合或半合子狀態(tài)時才有致死作用。

        【例4】將果蠅進行相關處理后,其X染色體上可發(fā)生隱性突變、隱性致死突變、隱性不完全致死突變或不發(fā)生突變等情況,遺傳學家想設計一個實驗檢測出上述四種情況。實驗時,將經(jīng)相關處理的紅眼雄果蠅與野生型純合紅眼雌果蠅交配(B表示紅眼基因),得F,使F單對交配,分別飼養(yǎng),觀察F的分離情況。下列說法錯誤的是 ( )

        A.若為隱性突變,則F中表現(xiàn)型比例為3∶1,且雄性中有隱性突變體

        B.若不發(fā)生突變,則F中表現(xiàn)型為紅眼,且雄性中無隱性突變體

        C.若為隱性致死突變,則F中雌∶雄=1∶2

        D.若為隱性不完全致死突變,則F中雌∶雄介于1∶1和2∶1之間

        參考答案:C。

        解析:處理的紅眼雄果蠅記為XY,其實驗遺傳圖解如圖1所示。

        圖1 實驗的遺傳圖解

        若是X染色體上隱性突變,則X為X,則F中顯性∶隱性為3∶1,且雄性存在隱性,故A選項正確。如果不發(fā)生突變,則X為X,則F均為紅眼,故B選項正確。若為隱性致死突變,則XY死亡,F(xiàn)中雌性∶雄性為2∶1,故C選項錯誤。如果為隱性不完全致死突變,XY部分存活,則F中雌∶雄性介于1∶1和2∶1之間,故D選項正確。

        致死基因影響個體存活而不影響配子遺傳,借助遺傳圖解,先按正常遺傳處理,再結(jié)合致死條件對結(jié)果進行分析,能準確得出結(jié)論。

        2.2 基因純合致死

        基因純合致死指某生物的某對基因,因其自身特性,基因型為顯性純合子或隱性純合子不能存活,而雜合子可以存活的現(xiàn)象。

        【例5】(多選)已知A、a與B、b兩對等位基因獨立遺傳,基因型為AaBb的個體自交,下列有關子代(數(shù)量足夠多)的各種性狀分離比情況,正確的是 ( )

        A.若子代出現(xiàn)6∶2∶3∶1的性狀分離比,則存在AA或BB純合致死現(xiàn)象

        B.若子代出現(xiàn)4∶2∶2∶1的性狀分離比,則存在AA和BB純合致死現(xiàn)象

        C.若子代出現(xiàn)3∶1的性狀分離比,則存在aa或bb純合致死現(xiàn)象

        D.若子代出現(xiàn)5∶3∶3∶1;的性狀分離比,則可能存在基因型為AB的雌性或雄性配子致死

        參考答案:ABCD。

        解析:基因型為AaBb的個體自交,兩對基因滿足自由組合定律,正常子代性狀分離比為9∶3∶3∶1,或分解為(3∶1)(3∶1)。若子代出現(xiàn)6∶2∶3∶1的性狀分離比,即(2∶1)(3∶1),可推知AA或BB致死,故A選項正確。若子代出現(xiàn)4∶2∶2∶1的性狀分離比,即(2∶1)(2∶1),可推知AA和BB均致死,故B選項正確。若子代出現(xiàn)3∶1的性狀分離比,即(3∶1)(3∶0),可推知aa或bb致死,故C選項正確。若基因型為AB的雌性或雄性配子致死,導致受精時AABB、AaBb、AABb、AaBB 四種基因型各缺失一個個體,子代出現(xiàn)5:3:3:1的分離比,故D選項正確。

        在自由組合類題目中,二項式法對基因純合致死現(xiàn)象推理有特殊作用,二項式數(shù)據(jù)信息指向了致死的基因型。

        2.3 染色體變異致死

        染色體變異包含結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異兩種類型,染色體變異多數(shù)對生物有害,有的甚至導致生物體死亡。

        【例6】野兔毛色褐色(T)對灰色(t)為顯性,且基因位于X染色體上。已知沒有X染色體的胚胎是致死的。如果褐色的雌兔(染色體組成為XO)與正常灰色雄兔交配,預期子代中褐色兔所占比例和雌、雄之比分別為 ( )

        A.3/4與1∶1 B.2/3與2∶1

        C.1/2與1∶2 D.1/3與1∶1

        參考答案:B。

        解析:由題意可知,雌兔XO產(chǎn)生卵子X∶O=1∶1,雄兔XY產(chǎn)生精子X∶Y=1∶1,子代為XX(褐色雌兔)、XO(灰色雌兔)、XY(褐色雄兔)、OY(致死),數(shù)量之比為1∶1∶1,故子代中褐色兔占2/3,雌、雄之比為2∶1。

        2.4 自然或人工選擇引發(fā)的淘汰

        自然或人工選擇淘汰某些個體,會影響親本種群基因頻率,進而改變子代的表現(xiàn)型與基因型頻率。

        【例7】假若某植物種群足夠大,可以隨機交配,沒有遷入和遷出,基因不產(chǎn)生突變??共』騌對感病基因r為完全顯性?,F(xiàn)種群中感病植株rr占1/9,抗病植株RR和Rr各占4/9,抗病植株可以正常開花和結(jié)實,而感病植株在開花前全部死亡,則子一代開花前感病植株占 ( )

        A.1/9 B.1/16 C.4/81 D.1/8

        參考答案:B。

        解析:因感病植株rr在開花前死亡,不能繁殖后代,則繁殖時種群RR∶Rr為1∶1。親本R基因頻率為3/4,r基因頻率為1/4,隨機交配后,子一代開花前感病植株rr為1/16。

        例6淘汰在配子受精后,例7淘汰在配子受精前,凡淘汰必然改變原基因型概率,計算子代表現(xiàn)型或基因型概率時要考慮這一變化。

        3 小結(jié)

        綜上,解答淘汰類題目有四個要點:①雖然淘汰會導致子代性狀比變化,但基因和染色體遺傳時基本遵循孟德爾遺傳定律(細胞質(zhì)基因遺傳除外);②解題時需判斷淘汰類型,回歸到遺傳過程,明確雜交類型、配子種類變化對遺傳結(jié)果的影響;③謹記淘汰必然引起配子或合子比例變化,原概率不能直接應用于計算;④遺傳圖解是重要的思維工具,能幫助梳理遺傳現(xiàn)象和開展邏輯推理。遺傳試題雖難,若學生知識儲備扎實、習題訓練時見多識廣,定能靈活應用、順利解題。

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