遗传的染色体学说的应用

浙江 白荣宣 赵蓉蓉

遗传的染色体学说的应用

浙江 白荣宣 赵蓉蓉

一、遗传的染色体学说内容及地位分析

根据基因的行为和染色体行为的一致性，科学家提出了细胞核内的染色体可能是基因载体的学说，即遗传的染色体学说（the chromosome theory of inheritance）。这是萨顿（W.S.Sutton，1877-1916）在1903年提出的观点，虽然当时没有直接的证据，但却圆满的解释了孟德尔定律，使人们进一步认识到孟德尔定律的实质。随着摩尔根及其助手布里奇斯（C.B.Bridges，1889-1938）用白眼果蝇做的杂交实验，第一次将一个特定的基因（白眼基因w）定位在一条特定染色体（X染色体）上，最终确认了遗传的染色体学说。

以浙科版高中生物必修2教材为例，遗传的染色体学说被安排在第二章第一节《减数分裂过程中染色体行为》和第三节《性染色体与伴性遗传》内容之间，是学生学完第一章孟德尔定律（分离定律和自由组合定律）后，进一步学习孟德尔定律实质及特殊例子——伴性遗传的过渡内容。虽然遗传的染色体学说在必修2教材中只占一节篇幅，但其在教学上具有起着衔接整册必修2主线的作用，使必修2的教和学有了连续性和整体性。生物高考考查必修2部分的试题，或多或少涉及遗传的染色体学说的应用，本文就遗传的染色体学说在生物高考试题中的应用作简要分析。

二、试题分析

1．根据遗传的染色体学说内容，基因分离定律的实质是同源染色体上的等位基因随着同源染色体发生分离而分离；基因自由组合定律的实质是非同源染色体上的非等位基因随非同源染色体自由组合而自由组合，有时运用遗传的染色体学说，可以将孟德尔定律应用的遗传问题简单化。

【例1】抗N病毒基因通过基因工程方法成功的整合到某植物的2个非同源染色体上，则植株自交后代，理论上抗N病毒植株占的比例为 （ ）

A．1/4 B．3/4 C．9/16 D．15/16

【答案】D

【解析】如图所示，应用遗传的染色体学说内容，整合有抗N病毒基因的1对染色体表示为N+和N-，在另外一对非同源染色体上，整合有抗N病毒基因和未整合有抗N病毒基因的染色体，分别表示为M+和M-，那么根据题意抗N病毒基因通过基因工程方法成功的整合到某植物的2个非同源染色体上，可以表示为M+M-N+N-，该植株自交后，产生的子代基因型有M+_N+_：M+_N-N-：M-M-N+_：M-M-N-N-，其比例为9:3:3:1，其中含有抗N病毒基因个体占全部自交子代的15/16。

2．根据孟德尔定律的实质：同源染色体上的等位基因遵循基因的分离定律，同源染色体上的非等位基因相互连锁，而只有非同源染色体上的非等位基因能自由组合，因此，根据基因的行为结合遗传的染色体学说内容，可以用于判断基因在染色体上的位置。

【例2】（2015，山东卷）（节选）用野生型灰体果蝇培育成两个果蝇突变品系，两个品系都是由于常染色体上基因隐性突变所致，产生相似的体色表现型——黑体。它们控制体色性状的基因组成可能是：①两品系分别是由于D基因突变为d和d1基因所致，它们的基因组成如图甲所示；②一个品系是由于D基因突变为d基因所致，另一品系是由于E基因突变成e基因所致，只要有一对隐性纯合即为黑体，它们的基因组成如图乙或图丙所示。为探究这两个品系的基因组成，请完成实验设计及结果预测。（注：不考虑交叉互换）

图甲

图乙

图丙

Ⅰ．用_______为亲本进行杂交，如果F1表现型为___，则两品系的基因组成如图甲所示；否则，再用F1个体相互交配，获得F2；

Ⅱ．如果F2表现型及比例为_______，则两品系的基因组成如图乙所示；

Ⅲ．如果F2表现型及比例为_______，则两品系的基因组成如图丙所示。

【答案】Ⅰ.品系1和品系2（或两个品系） 黑体

Ⅱ.灰体∶黑体＝9∶7

Ⅲ. 灰体∶黑体＝1∶1

【解析】图甲所示两个品系杂交，子代将都是突变型黑体，而图乙或图丙的两个品系杂交，子代基因型均为DdEe，因此均为野生型灰体，但图丙子代的D基因和e基因连锁，d基因和E基因连锁，且不考虑交换，因此自交F2代染色体组成有三种情况，其基因型组成为DDee、DdEe和ddEE，比例为1∶2∶1，其中只有DdEe为野生型，因此F2代表现型及比例为灰体∶黑体＝1∶1。而图乙子代D/d、E/e基因分别在两对同源染色体上，可以自由组合，F2中只有D_E_基因型为野生型灰体，其他均为突变型黑体，因此F2表现型及比例为灰体∶黑体＝9∶7。

3．虽然同源染色体上的非等位基因相互连锁，但在减数分裂过程中，同源染色体的非姐妹单体可以发生交换而使得同源染色体上的非等位基因发生重组，但不表现为基因的自由组合现象。

【例3】（2016，11月温州中学模拟）一只纯合朱红眼雌果蝇与一只纯合玉色眼雄果蝇杂交, F1中雌果蝇均表现为野生眼, F1中雄果蝇均表现为朱红眼。将F1中的雌、雄果蝇杂交得到F2，表现型结果如下（控制果蝇眼色的相关基因如果是一对，用A/a表示，如果是两对，用A/a、B/b表示）：

雌果蝇雄果蝇野生眼250 朱红眼250朱红眼200 玉色眼200野生眼50 白眼50

下列叙述中，正确的是 （ ）

A．F1代雌果蝇在减数分裂时形成了比例为1∶1∶1∶1的四种配子

B．F1代雌果蝇的基因型是XAbXaB，F2代朱红眼雌果蝇的基因型是XAbXAb

C．若F2中出现了一只白眼雌果蝇，它的异常是因为F1代雄果蝇产生配子时发生基因突变造成的

D．F2代雌果蝇与白眼雄果蝇随机交配（不考虑交叉互换和突变），子代雌果蝇中出现朱红眼的概率是7/10

【答案】D

【解析】由题干可知果蝇颜色遗传是伴性遗传：

根据所假设朱红眼为隐性性状，玉色眼为显性性状，那么F1雌果蝇基因型为XAXa，表现为玉色眼，与题意F1中雌果蝇均表现为野生眼不符。

该假设与题意相符，F1中雌果蝇均表现为野生眼。当然也可以假设朱红眼（♀）和玉色眼基因型分别为XAbXAb和XaBY，得到一样的结果。

雌配子4XAb 4XaB XAB（交换）Xab（交换）XaB 4XAbXaB（野生眼）雄配子XaBXab（朱红眼）Y 4XAbY（玉色眼）4XaBXaB（朱红眼）XABXaB（野生眼）4XaBY（朱红眼）XABY（野生眼）XabY（白眼）

比例：野生眼雌∶朱红眼雌∶朱红眼雄∶玉色眼雄∶野生眼雄∶白眼雄=5∶5∶4∶4∶1∶1

所以，A选项，F1代雌果蝇在减数分裂时形成了比例为4∶4∶1∶1的四种配子；B选项，F2代朱红眼雌果蝇的基因型是XaBXaB或XaBXab，若假设朱红眼（♀）和玉色眼基因型分别为XAbXAb和XaBY，F2代朱红眼雌果蝇的基因型也可以是XAbXAb或XAbXab；C选项，若F2中出现了一只白眼雌果蝇，它的异常原因可能是F1代雄果蝇产生配子时发生基因突变造成的或者是X染色体片段缺失（Xa），还可能是F1代雌果蝇产生配子时发生基因突变与染色体交换共同作用的结果；D选项，F2代雌果蝇（有4种基因型）与白眼雄果蝇（XabY）随机交配，（不考虑交叉互换和突变）子代雌果蝇中出现朱红眼（XabXaB——以朱红眼和玉色眼基因型分别为XaBXaB和XAbY为例）的概率与F2代雌果蝇产生XaB配子的概率相同：4/10XAbXaB×1/2+4/10XaBXaB+1/10XABXaB×1/2+1/10XaBXab×1/2=7/10。

三、教学策略建议

通过以上3个例子不难发现在遗传定律内容以及伴性遗传的分析过程，结合遗传的染色体学说可更科学、正确地解释现象和解决问题。在教学过程中教师可以结合教材必修2“用遗传的染色体学说解释孟德尔的双因子杂交实验”活动内容，让学生通过动手画一画分离定律和自由组合定律过程中的染色体相应的行为，从而理解遗传的染色体学说，并为后续内容的学习打下基础。

浙江省温州中学；浙江省平阳中学）