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1、基因分离定律和自由组合定律的应用摘要基因的分离定律和自由组合定律是高中生物学知识中的重点和难点。本文就如何应用这两个遗传学基本定律对后代性状、基因型的判断以及推断亲本的基因型等进行分析和归纳，以利于教师在教学过程中指导学生对遗传学内容进行复习和备考。关键词基因分离定律自由组合定律应用1基因的分离定律和自由组合定律基因分离定律和自由组合定律来源于孟德尔豌豆杂交实验，属于经典遗传学定律。两个遗传定律都涉及减数第一次分裂后期，随着同源染色体的分开，同源染色体上的等位基因分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合，且同时起作用。分离定律是自由组合定律的基础。2基因分离定律的应用基因的分离定律适用于一对相
2、对性状或一对等位基因，实践中常用于纯种鉴定和杂种自交纯合。21判断一对相对性状的显隐性有两种判断方法:将 F1中显现出来的性状叫做显性性状，未显现出来的性状叫做隐性性状。例如，亲本为黄粒的玉米与红粒的玉米杂交，得到的 F1玉米为黄粒，则黄粒为显性，红粒为隐性。根据杂交实验中 F1至 F2的性状变化进行判断，即具有相同性状的两亲本杂交后，后代出现新性状，则新出现的性状为隐性性状。例如，亲本都为白色的羊交配，得到的后代中出现黑色羊，则羊的白色为显性，黑色为隐性。22在杂交育种中，培育可稳定遗传的良种杂合子连续自交 n 代后，后代的杂合子占 Fn的 1/2n，则纯合子为(1 1/2n);显性纯合子等
3、于隐性纯合子，都为(1/2 1/2n+1)。据此画出图像(图 1)，由于底函数是指数函数，所以纯合子所占比例是一条过原点无限趋近于1 的指数函数。而显性纯合子与隐性纯合子的曲线与纯合子的曲线类似，只是无限趋近于 1/2。所以，将杂合子不断自交，可以不断提高种子的纯合度，得到用于农业生产的稳定遗传的良种。图 1杂合子不断自交产生各种子代比例随代数变化图23鉴定基因型关于基因型的鉴定，一般采用 3 种方法:测交法。即用待测个体与隐性纯合子杂交。若后代全表现显性性状，则待测个体为纯合子;若后代有显性性状，也有隐性性状，则待测个体为杂合子。此方法适用于动物和植物。自交法。即用待测个体进行自交。若后代全
4、表现显性性状，则待测个体为纯合子;若后代有性状分离，则待测个体为杂合子。此方法适用于植物，虽然植物可以采用测交法和自交法，但由于测交法涉及到人工传粉，檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾故对于植物更简便的方法胞呼吸产生乙醇这一结论，也是有前提的:培养液中葡萄糖已经消耗完了或葡萄糖量很少不足以影响实验。那么，如何排除葡萄糖的干扰，使实验更加具有说服力，值得深思。4如何营造无氧条件在检测无氧条件下酵母菌产生 CO2时，教材给出的装置是带导管的 500 mL 的锥形瓶，锥形瓶内注入240 mL 酵母培养液(锥形瓶封口放置一段时间后，再通过导管联
5、通盛有澄清石灰水的锥形瓶)。那么，锥形瓶内还有 260 mL 的体积填充有空气，如何排除这些空气对实验的影响?另外，培养液中还有溶解氧。这两个问题的存在会影响到实验结果，因为:封口放置一段时间，瓶内通过有氧呼吸产生了 CO2;联通澄清石灰水后使石灰水变浑浊的 CO2有可能是有氧呼吸产生的。对此，一些教师通过探究改进实验:例如，用煮沸过的培养液培养酵母以排除溶解氧问题;而对于锥形瓶上半部分空气，采用“在液面添加植物油或石蜡的方法”3，或运用注射器排除培养液上层空气4，从而在一定程度上减少空气中 CO2的干扰。基金项目:甘肃省教育科学“十三五”规划 2016年度“中美高中生物教材中 STSE 教育
6、的比较研究”课题，No GS(2016)GHB0632;*通信作者主要参考文献 1 高海元2014 溴麝香草酚蓝水溶液配制改进及检测 CO2原理实验教学与仪器，(6):30 2 胡士达，沈建军 2011“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的几点探讨及改进 生物学通报，46(5):34 35 3 陆奇，蒋选荣，万晓安 2008 探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验改进 生物学教学，33(8):43 44 4蒋文明，徐光明 2015“酵母菌的呼吸方式”实验改进探究 生物学教学，40(3):66 67?37生物学教学2017 年(第 42 卷)第 8 期是自交法。花粉鉴定法。以水稻为例，其原理是非糯米与糯米水
7、稻的花粉遇碘呈现不同的颜色。待测个体开花后，取出花粉粒放在载玻片上，加一滴碘酒。镜检，若一半蓝黑色，一半红褐色，则待测个体为杂合子;若全为蓝黑色或红褐色，则待测个体为纯合子。24推断表现型和基因型关于表现型和基因型的推断，首先要掌握 6 种杂交组合子代基因型和表现型的种数及比例(表 1)，然后进行正推或逆推。表 16 种杂交组合子代基因型和表现型的种数及比例亲本杂交组合子代基因型子代表现型AA AA1(AA)1(AA)AA Aa2(1AA 1Aa)1(A_)AA aa1(Aa)1(Aa)Aa Aa3(1AA 2Aa 1aa)2(3A_ 1aa)Aa aa2(1Aa 1aa)2(1Aa 1aa)
8、aa aa1(aa)1(aa)(注:括号前的数字代表种数，括号内的数字代表比例)24 1正推类型即已知亲代求子代，一般采用:棋盘法:将亲本能产生的雌雄配子分别横写和纵写，组合出各自的基因型和比例;雌雄配子交叉图解法:分5 行写，第 1 行写亲本，第 3 行写亲本各自能产生的配子，第 5 行将雌雄配子随机组合得到基因型和比例，中间用箭头连接。24 2逆推类型即已知子代求亲代，一般采用:隐性纯合突破法:若为显性的两个亲本杂交，子代中出现一个隐性纯合子，则可以逆推得到亲代为 Aa Aa;根据后代性状分离比解题:若后代中，显性 隐性=3 1，则亲代为 Aa Aa;若后代中，显性 隐性=1 1，则亲代为
9、 Aa aa;若后代只表现显性性状，则双亲中至少有一个显性纯合子。3基因自由组合定律的应用两对或两对以上的相对性状或等位基因(位于非同源染色体上)的判定要应用自由组合定律，实践中常用于优良性状的重组。在掌握好基因分离定律的基础上，自由组合定律只是由原来的一对等位基因延伸到多对而已。3 1正推类型已知基因型双亲杂交，求子代基因型种类和表现型种类等。一般采用逐对分析法来解题。3 1 1求子代基因型和表现型种数或比例两个多对等位基因的亲本杂交，子代的基因型和表现型种数或比例，等于将各对等位基因拆分后各自按照分离定律求出种数或比例，再乘积。3 12求配子种数一个具有 n 对等位基因的个体，产生的配子种
10、数为 2n，自交产生后代的表现型种类为2n，基因型种类为 3n。3 1 3求特定个体出现概率两个多对等位基因的亲本杂交，子代中特定个体出现的概率等于将各对等位基因拆分后按照分离定律求出各基因型出现概率后，再乘积。3 1 4关于两种遗传病出现概率的推算若患甲病概率为 m，则不患甲病概率为(1 m);患乙病概率为n，则不患乙病概率为(1 n)。则:只患甲病概率:m(1 n);只患乙病概率:n(1 m);只患一种病概率:m+n 2mn;同患两病概率:mn;正常概率:(1 m)(1 n)。对于常染色体遗传病来说，生男(或女)孩患病率相同，均为该病患病率;若求子代患病男(或女)孩的概率，为:该病患病概率
11、 1/2(生男、生女概率)。3 2逆推类型主要有隐性纯合突破法和根据后代分离比解题法。3 21隐性纯合突破法若两个同一性状亲本杂交，子代中出现另一性状个体，则可逆推得到亲代为 Aa Aa，其他对等位基因再根据分离定律规律逆推得到亲本后进行组合。3 2 2据后代分离比解题法根据后代的性状分离比逆推得到亲本的各对基因型组合方式，再根据题目中的亲本的性状进行组合。例题:小麦的毛颖(P)对光颖(p)是显性，抗锈()对感锈(r)是显性。这两对相对性状是自由组合的。表 2 是四组不同品种小麦杂交结果的数量比，试填写出每个组合的基因型。表 2不同品种小麦杂交结果表亲本植株F1表现型和植株数量比基因型表现型毛颖抗锈毛颖感锈光颖抗锈光颖感锈毛颖抗锈 毛颖抗锈9331毛颖抗锈 光颖感锈1010毛颖感锈 光颖抗锈1111光颖抗锈 光颖抗锈0031分析:以第 1 组为例，毛颖抗锈的基因型都是 P_，从毛颖和光颖相对性状来看，毛颖 光颖=3 1，逆推得到亲本基因型为 Pp Pp;从抗锈和感锈相对性状来看，抗锈 感锈=3 1，逆推得到亲本基因型为 r r。根据亲本表现型组合得到亲本基因型为 Ppr Ppr。其他组用类似方法可推出亲本基因型。?47生物学教学2017 年(第 42 卷)第 8 期