用石刁柏“吃透”生物變異類型

湖南 龐業軍

用石刁柏“吃透”生物變異類型

湖南 龐業軍

生物的變異按遺傳物質是否改變可分為可遺傳的變異和不遺傳的變異，其中可遺傳的變異包括基因突變、基因重組和染色體變異；按對生物生存是否有利可分為有利變異和不利變異。變異類型比較多，學生容易混淆，如果再讓學生用實驗方法來證明，難度會更大，筆者經過多年的總結，以“石刁柏”為材料來說明這些變異類型。

材料：石刁柏，俗稱蘆筍，是一種名貴蔬菜，屬于XY型性別決定。野生型窄葉蘆筍，產量低。在某野生種群中，發現少數幾株闊葉蘆筍，雌株、雄株均有，闊葉雄株的產量明顯高于闊葉雌株。

問題一：該蘆筍的闊葉性狀是否可以遺傳？

【分析】不遺傳的變異是由于環境條件的改變，遺傳物質沒有發生變化，其性狀是不能傳給后代的；而可遺傳的變異是由于遺傳物質的改變引起的，其性狀是可以遺傳給后代的。因此可以通過讓闊葉的雌雄蘆筍雜交，觀察后代有無闊葉性狀出現，若有闊葉性狀出現，說明闊葉性狀能夠傳給后代，是可遺傳的變異，否則是不遺傳的變異。

【技巧歸納】

可遺傳變異與不遺傳的變異的判斷方法：

問題二：屬于哪種可遺傳變異？

有人認為闊葉蘆筍具有雜種優勢或是多倍體。請設計一個簡單的實驗方案來鑒定闊葉變異株的出現是基因突變還是染色體組加倍所致？

【分析】染色體組加倍是染色體數目的變異，在顯微鏡下是可以觀察到的，而基因突變是基因結構的改變，是分子水平上的變化，在顯微鏡下是看不到的。因此取蘆筍的分生區組織制成裝片借助顯微鏡觀察便可區分這兩種變異。

【技巧歸納】

染色體結構或數目變異與基因突變的判別：

（1）判別依據：

光學顯微鏡下能觀察到的是染色體變異，不能觀察到的是基因突變。

（2）具體操作：

制作正常個體與待測變異個體的有絲分裂細胞臨時裝片，找到中期細胞進行染色體結構與數目的比較可以判斷是否發生了染色體結構或數目變異。

【例】若石刁柏闊葉（A）對窄葉（a）為顯性（基因在常染色體上），純合闊葉與窄葉雜交，在后代群體中出現了一株窄葉雄性個體。出現該窄葉雄性個體的原因可能是親本在產生配子過程中發生了基因突變或染色體片段缺失?，F有基因型為AA、Aa和aa的雌雄個體可供選擇，請完成下列實驗步驟及結果預測，以探究其原因。（注：一對同源染色體都缺失相同片段時胚胎致死；各型配子活力相同）

實驗步驟：

①用該窄葉雄性個體與基因型為______________個體雜交，獲得F1；

②F1自由交配，觀察、統計F2表現型及比例。

結果預測：

Ⅰ．如果__________________________________，則為基因突變；

Ⅱ．如果__________________________________，則為染色體片段缺失。

【解析】基因突變只改變基因的種類，基因的數目沒有變化；染色體結構的缺失突變體減少了缺失段的基因，即缺失部分基因，屬于染色體結構的變異；染色體整條缺失，則導致整條染色體上的基因全部缺失，屬于染色體數目的變異。題中突變體為窄葉，若為基因突變，則突變體的基因型為aa；若為染色體片段缺失，則突變體基因型為a，缺失的基因可用0或_代替，即基因型可寫成a0或a_。這樣題目便轉化為證明突變體的基因型了。因此可用突變體與基因型為AA或Aa個體雜交，再讓F1個體自由交配得F2，統計F2的表現型及比例便可得到答案。

【答案】

方法一：AA的雌性 闊葉∶窄葉=3∶1 闊葉∶窄葉=4∶1

方法二：Aa的雌性 闊葉∶窄葉=7∶9 闊葉∶窄葉=7∶8

【技巧歸納】

運用假說-演繹法，首先確定雜交的親本類型，再假設突變體是基因突變或染色體片段缺失，根據雜交后代的不同的性狀表現，再把雜交實驗結果變為條件，把假設變為結果，完成作答。

問題三：如何判斷顯、隱性突變？

若已經證實闊葉為基因突變所致，有兩種可能：一是顯性突變；二是隱性突變。請設計一個簡單的實驗方案加以判定。

【分析】基因突變可分為顯性突變和隱性突變。顯性突變即由aa突變為Aa；隱性突變又有兩種情況，一種是由AA突變為Aa，這在當代不表現出來，若在當代表現即為另一種情況，AA突變為aa。因此證明顯性突變還是隱性突變就轉化為證明突變體的基因型了。

【技巧歸納】

（1）若突變體只有一個，選取突變體與其他已知未突變（野生型）個體雜交，據子代性狀表現判斷。若子代既有突變體也有野生型個體，即為顯性突變；若子代全為野生型個體即為隱性突變。

（2）若突變體有多個，既有雌性也有雄性，則選取突變個體相互交配，觀察子代有無性狀分離而判斷。若子代既有突變體也有野生型個體，即為顯性突變；若子代全為突變體，即為隱性突變。

問題四：如何判斷突變基因位置？

1.若已經證實闊葉為顯性突變，突變基因可能位于常染色體上，也可能位于X染色體上。請設計一個簡單實驗方案加以判定。

【分析】根據已知條件闊葉為顯性突變，要判斷這對基因位于常染色體上還是X染色體上，首先要弄清基因在常染色體上的遺傳與伴X遺傳的特點：常染色體上基因的遺傳中，后代的性狀表現與性別無關，而位于X染色體上基因的遺傳是與性別相關聯的。在選擇親本雜交時，應保證前者雜交后代中雌雄表現型一致，而后者雜交后代中雌雄表現型不同，從而達到判定的目的。要使雜交后代雌雄表現型不同，讓隱性的雌性個體與顯性的雄性個體雜交便可得到。

【技巧歸納】

①已知性狀的顯隱性：選擇純合隱性雌性個體與顯性雄性個體雜交。若后代雌雄表現型相同，則基因位于常染色體上；若后代雌雄表現型不同，則基因位于X染色體上。

②正交、反交實驗判斷（顯、隱性未知）：若結果相同，基因在常染色體上；若結果不同，基因在X染色體上。

2.若已經證實闊葉為顯性突變，證明控制該性狀的基因只位于X染色體上還是X、Y的同源區段。

【分析】位于X、Y同源區段的遺傳如下表：

_XBXB_____________XBXb________XbXb_XBYB_____________XBYb____________子代雌雄表現型不同_子代雌雄表現型不同_XbYB____________子代雌雄表現型不同_子代雌雄表現型不___同_XbYb____________________________________________________________________________________

從表中可以看出，只有表中標出的四種雜交類型，其后代的性狀表現與性別有關，其他幾種雜交類型子代雌雄個體的性狀表現型相同。

選取親本雜交時，只要雜交后代出現兩種不同的情況：一種與性別相關聯，一種與性別無關，便可得出結論。

因此選擇純種的闊葉雄性植株與窄葉雌性植株雜交，若子代雌雄表現型相同且全為闊葉，則該基因位于X、Y的同源區段；若子代雌性全為闊葉，雄性全為窄葉，則該基因只位于X染色體上。

3.若已經證實闊葉為顯性突變，證明控制該性狀的基因位于常染色體上還是X、Y的同源區段。

【分析】常染色體上基因的遺傳，子代的性狀表現與性別無關，而X、Y的同源區段的遺傳，有的與性別無關，有的與性別相關聯。因此在選擇親本雜交時，要讓子代在表現型上出現差異則可達到目的。

【技巧歸納】

①雌性窄葉×雄性純合闊葉→F1→F1的雌雄個體自由交配得F2，觀察F2的性狀表現。

②雄性窄葉×雌性純合闊葉→F1→F1的雌雄個體自由交配得F2，觀察F2的性狀表現。

以第①種為例分析：

若F2中闊葉∶窄葉=3∶1，且窄葉只出現在雌性個體中，則基因位于X、Y同源區段。

若F2中闊葉∶窄葉=3∶1，且雌雄中均有窄葉出現，則基因位于常染色體上。

（作者單位：湖南省常德市第三中學）