遗传定律相关实验设计例析，本文主要内容关键词为：定律论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
近几年，随着课程改革的不断深入和研究性学习的广泛开展，生物实验设计题一直是高考中的保留题，这充分体现了命题者考查学生创新能力和科学研究能力的坚定决心。而遗传定律作为遗传学乃至整个高中生物的核心及主干知识，与此相关的实验设计似乎也成了命题专家们特别青睐的地带。因此，在高考复习中，本人有针对性地对与遗传定律相关的实验设计题进行了整理，并且在与学生共同探讨的过程中归纳出了各类题型常用的解题方法。
一、验证孟德尔遗传定律的实验设计
孟德尔遗传定律包括基因的分离定律和自由组合定律。这类实验设计题关键要理解两个定律的实质，即如果需要验证的是基因的分离定律，就是要解决形成配子时等位基因随同源染色体的分开而分离，产生比例相同的两种不同配子；如果是验证基因的自由组合定律，就是要解决形成配子时非等位基因在等位基因分离的同时自由组合，产生数目相等的不同组合配子。通常用测交、F1自交、花粉检验（能检验的）和花药离体培养等方法来验证孟德尔遗传定律。
例1 有同学认为，用“
花粉鉴定法”比“测交法”能更直接、更省时地验证基因的分离定律。已知纯种的粳稻与糯稻杂交，F全为粳稻；粳稻中含直链淀粉，遇碘呈蓝黑色（其花粉粒的颜色反应也相同），糯稻中含支链淀粉，遇碘呈红褐色（其花粉粒的颜色反应也相同）。现有已知纯种的粳稻与糯稻种子，请你帮助完成“花粉鉴定法”验证基因分离定律实验步骤、预测结果并分析产生结果的原因（实验过程中基因用M和m表示）。
(1)实验方法：花粉鉴定法。(2)实验步骤：①＿＿；②待开花时，＿＿。(3)实验预期结果：＿＿。(4)分析产生结果的原因：＿＿。
参考答案：(2)①让纯合的粳稻与糯稻杂交，获取杂合粳稻；②取其花粉，滴加碘液，制作装片，并用显微镜观察花粉的显色反应。(3)发现花粉一半呈蓝黑色，一半呈红褐色。(4)亲本是显性纯合子MM和隐性纯合子mm，粳稻是杂合子Mm，等位基因M和m在产生配子的过程中随同源染色体的分开而分离，最终产生了比例相等的M和m配子，从而验证了基因的分离定律。
例2 已知果蝇的灰身(B)和黑身(b)，长翅(V)和残翅(v)，红眼(R)和白眼(r)分别受一对等位基因控制。B、b、V、v基因位于常染色体上；R、r基因位于X染色体上，摩尔根等研究时发现如下表：
现有纯种的灰身长翅和黑身残翅果蝇，请设计实验探究灰身、黑身和长翅、残翅这两对性状的遗传是否符合基因的自由组合定律。
(1)实验步骤：①取纯种的灰身长翅和黑身残翅果蝇杂交，得；②＿＿；③统计后代表现型的比例。(2)结果预测：＿＿。
参考答案：(1)让与黑身残翅果蝇测交（或让中雄雌个体互交）。(2)如果后代出现四种表现型，即灰身长翅、黑身长翅、灰身残翅、黑身残翅，且比例为1∶1∶1∶1（或后代出现四种表现型，即灰身长翅、黑身长翅、灰身残翅、黑身残翅，且比例为9∶3∶3∶1）则符合基因的自由组合定律；反之，则不符合基因的自由组合定律。
二、判定相对性状显隐关系的实验设计
根据高中课本显隐性性状的定义，通常用纯合子杂交的方法来确定某一性状的显隐性。具体地说，一对相对性状的纯合子杂交，则表现出来的性状为显性性状，未表现出来的性状为隐性性状；也可用自交的方法，则子代中与亲代相同的性状为显性性状，新出现的性状为隐性性状。如果题目中所提供的亲本未告知是纯合子还是杂合子，应该用自交和杂交相结合的方法，而且为了提高实验结果的可信度，通常应随机选取多对亲本进行自交。
例3 猪蹄的形状有正常蹄和骡状蹄之分，该性状由一对等位基因控制。现有多头猪，其中有纯合子、有杂合子，有雌性、有雄性，且雌、雄猪中都有正常蹄和骡状蹄（从表现型上不能区别纯合子和杂合子）。如何由所给条件确定正常蹄和骡状蹄这对性状的显性和隐性？
参考答案：随机选取多对正常蹄雌雄猪交配，观察子代是否发生性状分离。若有，则正常蹄为显性性状；若无，则正常蹄为隐性性状（或选骡状蹄做上述实验）。
三、推断基因型（纯合子、杂合子）的实验设计
在已知相对性状显隐关系的情况下，我们又怎样推断某一性状的基因型呢？第一种题型是直接推断，即如果该性状为隐性性状，则它一定是隐性基因的纯合子，如果是显性性状，则一定有一个显性基因，作为实验设计题，此类题很少见；更多的是第二种题型即间接推断，用杂交（测交、自交）、花粉检验或花药离体培养等方法来推断基因型。
例4 某中学研究性学习小组重复了孟德尔关于两对相对性状的杂交实验，仅选取
中黄色圆粒豌豆种子（黄色、绿色分别由A和a控制，圆粒、皱粒分别由B和b控制）若干作实验材料，进行自身基因型鉴定。这些种子籽粒饱满，长成的植株结实率高。实验一组利用单倍体育种方法对部分种子进行基因型鉴定，取得了满意效果；实验二组选择另一种实验方案，对剩余种子进行基因型鉴定。假如你是该小组成员，请依据基因重组原理补充完善下列方案。
(1)实验步骤：①播种并进行苗期管理；②植株成熟后，＿＿；③收集每株所结种子，进行统计分析。
(2)预测实验现象及结论：＿＿。
参考答案：(1)自然状态下进行白花授粉。(2)①若自交后代全部为黄色圆粒，则黄色圆粒豌豆的基因型为AABB；②若自交后代仅出现黄色圆粒、黄色皱粒且比例约为3∶1，则黄色圆粒豌豆的基因型为AABb；③若自交后代仅出现黄色圆粒、绿色圆粒且比例约为3∶1，则黄色圆粒豌豆的基因型为AaBB；④若自交后代出现黄色圆粒、绿色圆粒、黄色皱粒、绿色皱粒且比例约为9∶3∶3∶1，则P2黄色圆粒豌豆的基因型为AaBb。
四、探究遗传方式的实验设计
我们可以从不同的角度对遗传方式进行分类。根据基因在细胞中所在的位置可分为细胞核遗传和细胞质遗传，根据基因的显隐性可分为显性遗传和隐性遗传；根据基因在染色体上的位置又可分为常染色体遗传和伴性遗传。在这里我们重点分析两类常见题目：一是怎样区分细胞核遗传和细胞质遗传，二是怎样区分常染色体遗传与伴性遗传。这两类题的解答通常都用正反交的方法，看后代的性状分离情况。假如正反交后子代表现出母系遗传的特点，则是细胞质遗传，而子代如果表现型相同，则是细胞核遗传；假如正反交后不同性别的子代表现型不同，则是伴性遗传，而不同性别的子代表现型相同则为常染色体遗传。
例5 从一个自然果蝇种群中选出一部分未交配过的灰色和黄色两种体色的果蝇，这两种体色的果蝇数量相等，每种体色的果蝇雌雄各半。已知灰色和黄色这对相对性状受一对等位基因控制，所有果蝇均能正常生活，性状的分离符合遗传的基本定律。
请回答下列问题：
(1)种群中的个体通过繁殖将各自的＿＿传递给后代。(2)确定某性状由细胞核基因决定，还是由细胞质基因决定，可采用的杂交方法是＿＿。(3)如果控制体色的基因位于常染色体上，则该自然果蝇种群中控制体色的基因型有种＿＿；如果控制体色的基因位于X染色体上，则种群中控制体色的基因型有种＿＿。(4)现用两个杂交组合：灰色雌蝇X黄色雄蝇、黄色雌蝇x灰色雄蝇，只做一代杂交试验，每个杂交组合选用多对果蝇。推测两个杂交组合的子一代可能出现的性状，并以此为依据，对哪一种体色为显性性状，以及控制体色的基因位于X染色体上还是常染色体上这两个问题，做出相应的推断（要求：只写出子一代的性状表现和相应推断的结论）。
参考答案：(1)基因(2)正交和反交(3)35(4)①如果两个杂交组合的子一代中都是黄色个体多于灰色个体并且体色的遗传与性别无关，则黄色为显性，且基因位于常染色体上。②如果两个杂交组合的子一代中都是灰色个体多于黄色个体，并且体色的遗传与性别无关，则灰色为显性，且基因位于常染色体上。③如果在杂交组合灰雌和黄雄杂交中，子一代的雄性全部表现为灰色，雌性全部表现为黄色；如果在杂交组合黄雌和灰雄杂交中，子一代的黄色多于灰色个体，则黄色为显性，基因位于x染色体上。④如果在杂交组合黄雌和灰雄杂交中，子一代的雄性全部表现为黄色，雌性全部表现为灰色；在杂交组合灰雌和黄雄杂交中，子一代的灰色多于黄色个体，则灰色为显性，基因位于X染色体上。
五、杂交育种过程的实验设计
杂交育种的基本原理是基因重组，我们主要通过选择具有不伺优良性状的亲本进行杂交，使后代获得集双亲优良性状的个体。杂交育种的基本过程是：选择亲本杂交获得，自交得到，再从中选择表现型合乎要求的个体自交，继续选择表现型合乎要求的个体……多次进行自交、淘汰和选择，使得表型合乎要求的个体不断纯化。例6在水稻中，有芒(A)对无芒(a)为显性，抗病(R)对不抗病(r)为显性，用有芒抗病(AARR)和无芒不抗病（aarr）的两种水稻作亲本，培育无芒抗病的良种水稻供农民使用。
(1)用杂交育种方法培育这一良种供农民使用至少需要4年时间，每一年的方法和目的是什么？请完成下表：
(2)第1年对作为母本的水稻应该做＿＿处理。这项工序应该在开花＿＿（前或后）进行。
参考答案：(1)杂交自交获得种子自交选出纯系植株(aaRR)(2)人工去雄前
除上述五类题型之外，遗传定律相关的实验设计题还有如亲子代的确定、性别的确定等，在此不一一例析。总之，新的课程标准，新的教材，需要我们用新的教学理念、新的教学策略和方法来构筑支撑。尤其是在复习阶段，教师的主要任务不光是解惑，更要传授教学思想和学习方法，引导学生善于归纳和总结，并能及时地将知识延伸和拓展，从更大意义上转变学生的学习方式，提高学习效率。