從雜交實(shí)驗(yàn)中尋找實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的解題思路

周俊伊

【摘 要】 本文立足于從孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)和摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)中尋找方法來解決實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類題目，判斷相對性狀的顯隱性、基因存在的位置等問題。

【關(guān)鍵詞】 雜交實(shí)驗(yàn)? 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

人教版高中生物必修2中有兩個(gè)關(guān)鍵的雜交實(shí)驗(yàn)，一個(gè)是孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，一個(gè)是摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)。在高三一輪復(fù)習(xí)中，遇到的很多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類的題目，其實(shí)都可以從這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中找到答案。

一、顯隱性性狀的判斷

在孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）中，選用高莖豌豆和矮莖豌豆雜交，F(xiàn)1中全為高莖，新授課時(shí)，我們會問學(xué)生一個(gè)問題：矮莖哪里去了呢？放到一輪復(fù)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道矮莖為隱形形狀，所以在F1中沒有表現(xiàn)出來，這就是判斷顯隱性的第一種方法。用具有相對性狀的純合親本雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)出來的性狀就為顯性性狀，沒表現(xiàn)出的性狀為隱性性狀。有沒有第二種方法呢？繼續(xù)看孟德爾的實(shí)驗(yàn)，他讓F1進(jìn)行自交得到F2代，在F2代中既出現(xiàn)了高莖又出現(xiàn)了矮莖，我們把這種現(xiàn)象稱為性狀分離。新的問題出現(xiàn)了，F(xiàn)2代中的矮莖從哪里來的呢？學(xué)生知道是藏在了F1中。這是判斷顯隱性的第二種方法。用某一性狀自交或是用相同性狀的個(gè)體雜交，若后代出現(xiàn)性狀分離，那么與親本表現(xiàn)型不同的那種性狀即為隱形性狀。

二、判斷基因的位置

1. 判斷兩對基因是否位于同一對同源染色體上

孟德爾做了兩個(gè)雜交實(shí)驗(yàn)，區(qū)別在于豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）選擇了一對相對性狀來進(jìn)行觀察，而豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（二）選擇了兩對相對性狀來進(jìn)行觀察。通過減數(shù)分裂我們知道，控制相對性狀的基因位于同源染色體的同一位置，所以叫做等位基因，在減數(shù)分裂過程中，由于同源染色體在減Ⅰ后期會彼此分開移向細(xì)胞兩級，所以位于同源染色體上的等位基因也會彼此分離，這才有了F2代中3：1的顯隱比。在豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（二）中，控制兩對相對性狀的基因分別位于兩對同源染色體上，減數(shù)分裂中，同源染色體分開的同時(shí)，非同源染色體就能夠自由組合，而位于非同源染色體上的非等位基因也就自由組合了，F(xiàn)2中就出現(xiàn)了四種表現(xiàn)型為9：3：3：1的結(jié)果。如何判斷兩對等位基因是否在同一對同源染色體上，辦法就很簡單了，用具有兩對相對性狀且純合的雌雄個(gè)體雜交得F1，再將F1中的雌雄個(gè)體相互交配產(chǎn)生F2，統(tǒng)計(jì)F2中性狀的分離比。若符合9：3：3：1或者是該比例的變化形式，那么就能說明兩對基因分別位于兩對同源染色體上，若不符合該比例，則說明兩對基因位于一對同源染色體上。

2. 判斷基因位于細(xì)胞質(zhì)中還是細(xì)胞核中

在孟德爾豌豆雜交（一）中已經(jīng)提及，無論用高莖作母本（正交），還是作父本（反交），雜交后產(chǎn)生的子一代總是高莖。那如果正交后是高莖，反交后代是矮莖。又說明什么呢？根據(jù)受精作用的過程，我們知道精子和卵細(xì)胞結(jié)合時(shí)，精子提供了細(xì)胞核，而卵細(xì)胞既提供了細(xì)胞核又提供了細(xì)胞質(zhì);又根據(jù)DNA在真核細(xì)胞中分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：真核細(xì)胞的DNA主要分布于細(xì)胞核，線粒體和葉綠體上也含有少量的DNA。我們把位于線粒體和葉綠體上的DNA稱為細(xì)胞質(zhì)基因，這就不難看出，受精卵中的基因有兩部分，一部分是精、卵細(xì)胞核里的核基因，一部分是卵細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)里的質(zhì)基因。所以我們可以用正反交來判斷基因是在細(xì)胞質(zhì)中還是在細(xì)胞核中，若正反交的結(jié)果一致，則基因在細(xì)胞核中;若正反交結(jié)果不一致（總是和母本的相同）則基因在細(xì)胞質(zhì)中。

3. 判斷基因位于常染色體上還是位于X染色體上

證明基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)是果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，美國生物學(xué)家摩爾根，在薩頓提出基因在染色體上的假說后，選擇了果蠅進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，在F2代中也出現(xiàn)了3：1的性狀分離比，符合分離定律，說明果蠅的紅眼和白眼是受一對等位基因控制的。但他也發(fā)現(xiàn)了另外一個(gè)現(xiàn)象：白眼性狀總是出現(xiàn)在雄性果蠅中，與性別相關(guān)聯(lián)，于是大膽提出假設(shè)控制白眼的基因位于X染色體上。經(jīng)過演繹推理可以證明假說是合理的，可如何驗(yàn)證這一假說呢？延用孟德爾的“假說演繹法”進(jìn)行驗(yàn)證，在F1中選出個(gè)體進(jìn)行測交實(shí)驗(yàn)，每每講到這里，學(xué)生總會習(xí)慣性的選擇F1中的紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅進(jìn)行交配，但結(jié)果卻是白眼性狀既出現(xiàn)在雄果蠅中又出現(xiàn)在了雌果蠅中，且比例為1：1，這樣一來就只是證明了F1的紅眼雌果蠅是個(gè)雜合子能夠產(chǎn)生兩種配子，并沒有證明白眼基因與性別之間的關(guān)聯(lián)。所以要證明白眼基因位于X染色體上，測交實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選擇F1代的紅眼雄果蠅和上述實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的白眼雌果蠅進(jìn)行測交實(shí)驗(yàn)（隱雌×顯雄）。結(jié)果顯示，白眼雌果蠅的白眼基因只出現(xiàn)在后代雄果蠅中，以此才能驗(yàn)證白眼基因位于X染色體上的假說。由此我們也可以得出判斷基因是在常染色體上還是在X染色體上的實(shí)驗(yàn)思路：在已知顯隱性的前提下，用隱雌×顯雄，觀察后代，若子代中的雄性個(gè)體全為隱性性狀，雌性個(gè)體全為顯性性狀，則基因位于X染色體上;若子代中的雌雄個(gè)體中既有顯性性狀又有隱性性狀，且各占1/2，則基因位于常染色體上。在這里還要強(qiáng)調(diào)一下，還有一種ZW型性別決定的生物，那這一設(shè)計(jì)就改為隱雄×顯雌，若子代中雌性個(gè)體全為隱形，雄性個(gè)體全為顯性，則基因位于Z染色體上。

通過對教材中雜交實(shí)驗(yàn)的分析能夠得到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考查方向和設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和思路。我們深信，不脫離教材的一輪復(fù)習(xí)才是最有效的復(fù)習(xí)手段。