遗传、变异与育种
1.玉米是雌雄同株植物(顶部生雄花序,中部生雌花序),体细胞中染色体有20条(2n=20)。下面以玉米为材料来完成相关的实验。
(1)将发芽的玉米种子研磨液过滤置于试管中,加入斐林试剂,55 ℃水浴加热2 min,试管中如果出现砖红色沉淀,则说明有 的存在。
(2)将水培的玉米幼苗置于冰箱低温室(4 ℃)诱导培养36 h,欲观察染色体的形态和数目,需用显微镜观察根尖分生区处于 期的细胞,细胞中染色体的形态有 种,数量可能是 条。
(3)在一个育种实验中,采用植株A、B玉米进行下图所示的实验。请回答下列问题。
三种授粉方式所获得的玉米粒色如下表:
授粉方式
紫红粒玉米/粒
黄粒玉米/粒
Ⅰ
587
196
Ⅱ
0
823
Ⅲ
412
386
①在进行以上三种授粉实验时,常需要将雌、雄花序在人工授粉前和授粉后用袋子罩住,目的是防止 。
②用G代表显性基因,g代表隐性基因,则植株A和植株B的基因型分别为 ,Ⅰ的子代中,紫红色玉米粒的基因型是 。
③若只进行Ⅲ这一种实验,根据表中Ⅲ的实验结果,如何进一步设计实验确定玉米粒色的显隐性关系? 。
答案 (1)还原糖
(2)有丝分裂中 10 20或40
(3)①混入别的花粉(实验要求以外的花粉落在雌蕊柱头上)
②Gg、gg GG、Gg ③将紫红粒玉米和黄粒玉米培养成植株,分别进行同株异花传粉(自交),观察后代的性状
解析 (1)还原糖与斐林试剂发生反应,在55 ℃水浴加热的条件下生成砖红色沉淀。(2)处于有丝分裂中期的细胞,染色体形态比较稳定,数目比较清晰,因此观察染色体的形态和数目,需用显微镜观察根尖分生区处于有丝分裂中期的细胞。细胞中染色体的形态有10种。低温能够导致一些细胞中的染色体数加倍,处于有丝分裂中期的细胞中的染色体数可能为20条或40条。(3)①人工授粉前后,雌、雄花序都进行套袋处理,其目的是防止混入别的花粉(实验要求以外的花粉落在雌蕊柱头上),进而对实验结果产生干扰。②Ⅰ和Ⅱ是自交,Ⅲ是杂交,由三种授粉的结果可知,紫红粒为显性,黄粒为隐性。③若只进行Ⅲ这一种实验,要进一步设计实验确定玉米粒色的显隐性关系,可将紫红粒玉米和黄粒玉米培养成植株,分别进行同株异花传粉(自交),观察后代玉米种子的颜色,出现性状分离的亲本所具有的性状为显性性状。
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2.某科研人员野外考察时,发现了一种闭花受粉植物。该植物的花有红、粉、白三种颜色(若花色由一对等位基因控制,用A、a表示;若受多对等位基因控制,用A、a,B、b……表示);茎秆的无刺、有刺(用R、r表示)是另一种性状。为了研究上述性状的遗传,用红花有刺植株(甲)、白花有刺植株(乙)、白花无刺植株(丙和丁)进行如下实验:
组别
P
F1
F2
一
甲(红花有刺)×乙(白花有刺)
红花有刺
红花有刺∶粉花有刺∶白花有刺=9∶6∶1
二
丙(白花无刺)×乙(白花有刺)
白花有刺
白花有刺∶白花无刺=3∶1
三
丁(白花无刺)×乙(白花有刺)
红花有刺
红花有刺∶粉花有刺∶白花有刺∶白花无刺=27∶18∶3∶16
回答下列问题。
(1)茎秆有刺属于 性状,花色基因的遗传遵循 定律。
(2)第一组杂交实验中,F2中粉花有刺的基因型为
。
(3)分析表中三组杂交实验可知,实验中没有出现红花无刺和粉花无刺类型,原因可能是无刺基因纯合时,红花和粉花基因不能表达。现有第三组杂交实验的F1红花有刺植株若干,可用测交实验验证此推测。
①第三组杂交实验的F1基因型为 ;测交实验时用该F1与基因型为 的个体杂交。
②若测交后代基因型有 种,表现型及比例为 ,则支持该推测。
答案 (1)显性 基因的自由组合
(2)AAbbRR、AabbRR、aaBBRR、aaBbRR
(3)①AaBbRr aabbrr ②8 红花有刺∶粉花有刺∶白花有刺∶白花无刺=1∶2∶1∶4
解析 (1)组别二的亲本为无刺×有刺,F1为有刺,因此有刺为显性性状;根据组别一中F2植株花色的表现型及比例为红花∶粉花∶白花=9∶6∶1,可推断花色由两对等位基因控制,其遗传遵循基因的自由组合定律。(2)据(1)分析,红花植株的基因型为A_B_,粉花植株的基因型为A_bb、aaB_,白花植株的基因型为aabb。茎秆有刺植株的基因型为R_。由于组别一亲本都表现为有刺,F1和F2也都表现为有刺,说明组别一有刺植株的基因型都是RR,则F2中粉花有刺植株的基因型为AAbbRR、AabbRR、aaBBRR、aaBbRR。(3)组别三的F2出现红花、粉花和白花三种性状,说明F1的基因型为AaBb, F2出现有刺和无刺两种性状,则F1的基因型为Rr。综合分析,F1的基因型为AaBbRr。用基因型分别为AaBbRr和aabbrr的植株进行测交实验,若推测成立,则后代植株的基因型有8种,表现型有4种,比例为红花有刺∶粉花有刺∶白花有刺∶白花无刺=(1/4×1/2)∶(1/2×1/2)∶(1/4×1/2)∶(1×1×1/2)=1∶2∶1∶4。
3.某农科院培育出新品种香豌豆(自花传粉,闭花受粉),其花的颜色有红、白两种,茎的粗细由两对独立遗传的核基因控制,但不清楚花色性状的核基因控制情况。请回答以下问题。
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(1)若花色由A、a这对等位基因控制,且该植物种群中自然条件下红色植株均为杂合子,则红色植株自交后代的表现型及其比例为 。
(2)若花色由A、a,B、b这两对等位基因控制,现有一基因型为AaBb的植株,其体细胞中相应基因在DNA上的位置及控制花色的生化流程如下图。
①控制花色的两对基因的遗传符合孟德尔的 定律。
②该植株自交时(不考虑基因突变和交叉互换现象),后代中纯合子的表现型为 ,红色植株占 。
(3)假设茎的粗细由C、c,D、d两对等位基因控制,只有d基因纯合时植株表现为细茎,只含有D一种显性基因时植株表现为中粗茎,其他表现为粗茎。那么基因型为CcDd的植株自然状态下繁殖,理论上子代的表现型及比例为 。
答案 (1)红色∶白色=2∶1
(2)①基因分离 ②白色 1/2
(3)粗茎∶中粗茎∶细茎=9∶3∶4
解析 (1)由题意可知,种群中的红色均为杂合子,因此该种群红色是显性,而只有显性纯合致死才能有该现象出现,则红色植株自交后代分离比应该为1AA(致死)∶2Aa∶1aa,所以后代表现型比例是红色∶白色=2∶1。(2)若花色由A、a,B、b两对等位基因控制,两对等位基因位于一对同源染色体上,减数分裂形成配子的过程中等位基因随同源染色体的分离而分离,因此符合基因分离定律。根据基因分离定律,基因型为AaBb的植株自交时,产生雌雄配子Ab、aB各两种,因此后代基因型及比例为1AAbb∶2AaBb∶1aaBB,表现型及比例为红色∶白色=1∶1,所以红色占1/2,纯合子不能同时合成两种酶,所以都是白色。(3)由题意可知,茎有粗、中粗和细三种,茎的粗细由两对独立遗传的核基因控制,因此C、c和D、d两对等位基因的遗传符合基因自由组合定律,又因为该花是闭花受粉,基因型为CcDd的植株自然状态下繁殖是自交,所以后代基因型及比例为9C_D_∶3C_dd∶3ccD_∶1ccdd,由于只有d基因纯合时植物表现为细茎,只含有D一种显性基因时植株表现为中粗茎,其他表现为粗茎,所以表现型及比例为粗茎∶中粗茎∶细茎=9∶3∶4。
4.豚鼠毛的颜色由两对等位基因(E和e,F和f)控制,其中一对等位基因控制色素的合成,另一对等位基因控制颜色的深度,豚鼠毛的颜色与基因型的对应关系见下表。
基因型
E_ff
E_Ff
E_FF或ee__
豚鼠毛颜色
黑色
灰色
白色
某课题小组用一只基因型为EeFf的雄性灰毛豚鼠探究两对等位基因(E和e,F和f)在染色体上的位置,进行了以下实验,请补充完整并作出相应预测。
(1)实验假设:两对等位基因(E和e,F和f)在染色体上的位置有以下三种类型。
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(2)实验方法: ,观察并统计其子代豚鼠毛的颜色和比例。
(3)可能的实验结果(不考虑交叉互换)及相应结论:
①若子代豚鼠表现为 ,则两对基因分别位于两对同源染色体上,符合图中第一种类型;
②若子代豚鼠表现为 ,则两对基因在一对同源染色体上,符合图中第二种类型;
③若子代豚鼠表现为 ,则两对基因在一对同源染色体上,符合图中第三种类型。(请在C图中标出基因在染色体上的位置)
答案 (2)让这只基因型为EeFf的雄性灰毛豚鼠与多只隐性纯合雌性白毛豚鼠进行测交
(3)灰毛∶黑毛∶白毛=1∶1∶2 灰毛∶白毛=1∶1 黑毛∶白毛=1∶1 如下图
解析 (2)判断豚鼠基因在染色体上的位置需用测交法,故让这只基因型为EeFf的雄性灰毛豚鼠与多只隐性纯合雌性白毛豚鼠进行测交。(3)若基因的位置是第一种类型,则这两对基因的遗传遵循基因的自由组合定律,测交后代有4种基因型:EeFf、Eeff、eeFf和eeff,表现型为灰毛∶黑毛∶白毛=1∶1∶2;若基因的位置是第二种类型,该个体可产生EF和ef两种配子,测交后代为EeFf(灰色)∶eeff(白色)=1∶1;第三种类型如答案图所示,该个体可产生Ef和eF两种配子,测交后代为Eeff(黑色)∶eeFf(白色)=1∶1。
5.某二倍体鸟类雄鸟的性染色体组成是ZZ,雌鸟的性染色体组成是ZW。长腿和短腿由等位基因A、a控制,羽毛的灰色和白色由等位基因B、b控制。某生物科研小组进行了如下两组实验。
实验一:长腿灰羽(♀)×长腿灰羽(♂)→长腿灰羽雌鸟3/16、长腿白羽雌鸟3/16、短腿灰羽雌鸟1/16、短腿白羽雌鸟1/16、长腿灰羽雄鸟3/8、短腿灰羽雄鸟1/8。
实验二:长腿白羽(♀)×短腿灰羽(♂)→长腿灰羽雌鸟1/4、长腿白羽雌鸟1/4、短腿灰羽雌鸟1/4、短腿白羽雌鸟1/4。
请回答下列问题。
(1)根据杂交实验推断,A、a和B、b两对等位基因中,位于Z染色体上的是 ,控制这两对性状的基因的遗传符合 定律。
(2)实验一的亲本中雌性个体的基因型为 ,产生的F1中b的基因频率为 。选出F1中的长腿灰羽个体随机交配,子代中长腿灰羽的概率为 。
(3)实验二中没有雄性个体是因为含有 基因的 (填“精子”或“卵细胞”)不能参与受精作用。
(4)在自然环境中,白羽的鸟比灰羽的鸟更容易被天敌发现,则经过若干年后,种群中B的基因频率将 (填“变大”“变小”“不变”或“无法判断”)。
(5)在鸟类的饲料中添加碱基类似物,发现子代出现多种多样的突变类型,说明基因突变具有 (特点)。
答案 (1)B、b 基因的自由组合
(2)AaZBW 1/3 7/9
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(3)b 卵细胞
(4)变大
(5)不定向性
解析 (1)根据实验一可知:长腿灰羽(♀)×长腿灰羽(♂)杂交,后代雌性中既有灰羽,又有白羽,但是雄性中只有灰羽,说明B、b基因位于Z染色体上。长腿、短腿在后代的雌性和雄性中都有,且都是长腿∶短腿=3∶1,说明控制腿长短的基因位于常染色体上。(2)长腿∶短腿=3∶1,说明亲代基因型为Aa;灰羽雌鸟∶白羽雌鸟=1∶1,雄鸟全为灰羽,说明亲代基因型为ZBW和ZBZb。综合上述分析可知,亲代基因型为AaZBW和AaZBZb。只研究羽毛颜色的遗传,F1的基因型及比例为ZBZB∶ZBZb∶ZBW∶ZbW=1∶1∶1∶1,因此F1中b的基因频率为(1+1)/(4+2)=1/3。选出F1中的长腿灰羽个体随机交配,由于每一对性状都遵循基因的分离定律,可以先将每一对性状拆开单独计算,之后再综合起来。对于腿的长短这一对性状而言,子代中短腿的概率为2/3×2/3×1/4=1/9,则长腿的概率为1-1/9=8/9;对于白羽和灰羽这一对性状而言,子代中白羽的概率为1/2×1/4=1/8,则灰羽的概率为1-1/8=7/8,子代中长腿灰羽的概率为8/9×7/8=7/9。(3)根据亲本的表现型:长腿白羽(♀)×短腿灰羽(♂),可推知亲本的基因型大致为A_ZbW、aaZBZb,再根据后代雌性中长腿灰羽占1/4,长腿白羽占1/4,短腿灰羽占1/4,短腿白羽占1/4,可推知亲本雌性的基因型为AaZbW。正常情况下后代雄性的基因型应该为1/4AaZBZb、1/4aaZBZb、1/4AaZbZb、1/4aaZbZb,但是后代没有雄性,原因是母本产生的含有b基因的卵细胞不能参与受精作用。(4)由于白羽的鸟比灰羽的鸟更容易被天敌发现,因此经过长期的自然选择,白羽的鸟越来越少,因此种群中b的基因频率将变小,B的基因频率将变大。(5)在鸟类的饲料中添加碱基类似物,发现子代出现多种多样的突变类型,说明基因突变具有不定向性。
6.肌营养不良症是一种遗传性疾病,有的是常染色体显性遗传,有的是常染色体隐性遗传,也有伴X染色体隐性遗传。
(1)某人患肌营养不良症,其父母双方均正常,则可推测该病为 (填“显性”或“隐性”)遗传病。若该患者为女性,则可推测致病基因位于 (填“常染色体”或“X染色体”)上。为什么? 。
(2)对某迪谢内肌营养不良家族的成员进行基因诊断,得到如下遗传系谱图。
据图分析,该病的遗传方式为 。若Ⅲ3同时是迪谢内肌营养不良基因和红绿色盲基因的携带者,Ⅳ3不患这两种病,不考虑交叉互换,说明Ⅲ3所携带的两种致病基因 (填“分别位于两条X染色体上”或“位于同一条X染色体上”)。
答案 (1)隐性 常染色体 因为该隐性遗传病患者为女性,会有两个致病基因,其中一个必然来自父方,而其父亲不患该病,所以致病基因位于常染色体上
(2)伴X染色体隐性遗传病 位于同一条X染色体上
解析 (1)某人患肌营养不良症,其父母双方均正常,则可推测该病为隐性遗传病。若该隐性遗传病患者为女性,会有两个致病基因,其中一个必然来自父方,而其父亲不患该病,所以致病基因位于常染色体上。(2)据图分析,Ⅰ
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的表现都正常,生了一个患病的男孩,由此可见该病为隐性遗传病;同时从图中还看出该患病男孩的致病基因来自母亲,即具有一个致病基因就患病,因此该病为伴X染色体隐性遗传病。若Ⅲ3同时是迪谢内肌营养不良基因和红绿色盲基因的携带者,Ⅳ3不患这两种病,不考虑交叉互换,说明Ⅲ3 所携带的两种致病基因位于同一条X染色体上。如果两个致病基因位于两条X染色体上,而Ⅳ3将肯定有一条X染色体来自Ⅲ3,患迪谢内肌营养不良或患红绿色盲,不可能是正常个体。
7.在栽培某种农作物(2n=42)的过程中,有时会发现单体植株(2n-1),如有一种单体植株比正常植株缺少一条6号染色体,称为6号单体植株。
(1)6号单体植株的变异类型为 ,该植株的形成是因为亲代中的一方在减数分裂过程中 未分离。
(2)6号单体植株在减数第一次分裂时能形成 个四分体。如果该植株能够产生数目相等的n型和n-1型配子,则自交后代(受精卵)的染色体组成类型及比例为(体细胞中一对同源染色体同时缺失的植株称为缺体) 。
(3)科研人员利用6号单体植株进行杂交实验,结果如下表所示。
杂交亲本
实验结果
6号单体(♀)×正常二倍体(♂)
子代中单体占75%,正常二倍体占25%
6号单体(♂)×正常二倍体(♀)
子代中单体占4%,正常二倍体占96%
①单体♀在减数分裂时,形成的n-1型配子 (填“多于”“等于”或“少于”)n型配子,这是因为6号染色体往往在减数第一次分裂过程中因无法 而丢失。
②n-1型配子对外界环境敏感,尤其是其中的 (填“雌”或“雄”)配子育性很低。
(4)现有该作物的两个品种,甲品种抗病但其他性状较差(抗病基因R位于6号染色体上),乙品种不抗病但其他性状优良,为获得抗病且其他性状优良的品种,理想的育种方案是以乙品种6号单体植株为 (填“父本”或“母本”)与甲品种杂交,在其后代中选出单体,再连续多代与 杂交,每次均选择抗病且其他性状优良的单体植株,最后使该单体 ,在后代中挑选出RR型且其他性状优良的新品种。
答案 (1)染色体变异(染色体数目变异) 6号染色体的同源染色体或姐妹染色单体
(2)20 正常二倍体(2n)∶单体(2n-1)∶缺体(2n-2)=1∶2∶1
(3)①多于 联会(无法形成四分体) ②雄
(4)母本 乙品种6号单体 自交
解析 (1)由题可知,6号单体植株比正常植株缺少一条6号染色体,属于染色体数目变异,该植株的形成是因为亲代中的一方在减数第一次分裂后期6号染色体的同源染色体未分离或减数第二次分裂的后期姐妹染色单体未分离。(2)该农作物(2n=42)有21对同源染色体,由于缺少一条6号染色体,故6号单体植株在减数第一次分裂时能形成20个四分体。如果该植株能够产生数目相等的n型和n-1型配子,则自交后代(受精卵)的染色体组成类型及比例为正常二倍体(2n)∶单体(2n-1)∶
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缺体(2n-2)=1∶2∶1。(3)由表格可知,6号单体(♂)×正常二倍体(♀),理论上,子代中单体和正常二倍体各占50%,而实际上单体占75%,正常二倍体占25%,说明单体♀在减数分裂时,形成的n-1型配子多于n型配子,这是因为6号染色体往往在减数第一次分裂过程中因无法联会而丢失。由第二组杂交实验可知,n-1 型配子对外界环境敏感,尤其是其中的雄配子育性很低。(4)通过杂交育种的方法可以将优良性状集中到一个个体上,理想的育种方案是以乙品种6号单体植株为母本与甲品种杂交,在其后代中选出单体,再连续多代与乙品种6号单体杂交,每次均选择抗病且其他性状优良的单体植株,最后使该单体自交,在后代中挑选出RR型且其他性状优良的新品种。
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