“多因一效”、“一因多效”在高中生物中的应用

李青云 杨秀华

(贵州省贵阳市第二十五中学 贵州 贵阳 550000)

高中生物教材必修2《遗传与进化》(人教版)第P70页指出“事实上，基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。”教材进一步举例“人的身高可能是由多个基因决定的，其中每一个基因对身高都有一定的作用”予以说明；在第P76页章节小结中，明确指出“基因与性状之间的关系并不是简单的一一对应关系。有些性状是由多个基因共同决定的，有的基因可决定或影响多种性状”。这充分体现了“多因一效”和“一因多效”的遗传现象。所谓的“多因一效”，是指许多基因影响同一种性状的表现。生物体的一种性状的表现并不都仅仅受到一个位点的基因的控制，而是受到许多种不同位点的基因的影响而发生生理作用的，基因的这种共同作用直接或间接地凸现在生物的性状表现上。而“一因多效”则是指一个基因可以影响许多性状的发育。

在遗传研究中，人们发现，如玉米正常叶绿素的形成过程就受到50多对不同的基因的影响，在这50对基因中只要有任何一对基因发生改变都会导致叶绿素难以合成或者消失或者改变；果蝇眼色的不同，其形成过程也受到至少40个不同位点上的基因的影响；其次，由于基因的互作，如鸡冠的形状、香豌豆的花色、南瓜的果形、荠菜的果形、西葫芦果皮的颜色等都分别受到至少2对等位基因的作用等等。这些遗传事实证明了一种性状往往受到多个基因的控制，即产生了“多因一效”的遗传现象，许多性状的表现都具有其多基因基础。“一因多效”的遗传现象其实在孟德尔做豌豆杂交实验的时候他就曾经发现：开红花的豌豆植株同时结灰色种皮的种子而且叶腋上有黑斑；开白花的豌豆植株同时结淡色种皮的种子而且叶腋上无黑斑。在其杂交实验的后代中，这3种性状也总是连在一起表现的。可见，决定豌豆红花或白花的基因不仅会影响到豌豆叶腋上黑斑的存在与否，同时还会影响豌豆种子的颜色；水稻的矮生基因不但影响其矮化的效果，还会影响水稻的分蘖能力以及叶绿素的含量等，控制矮生性状的基因具有多种作用；小鼠的致死基因不仅控制其毛皮的颜色，而且也会影响到小鼠的生存能力。这些遗传事实表明，一个基因也不是完全“自私”的，也会发挥其他生化作用，在影响以一种性状为主的同时也会影响到其他性状的表现。在生物的遗传过程中，一个基因只控制一种性状的遗传是“特例”，“多因一效”和“一因多效”的遗传现象则是“常态”。基因和性状的关系是相当复杂的，我们可以简单地表示基因与性状以及遵循的遗传规律之间的关系：

一因多效：1对等位基因→1对或多对相对性状→都遵循分离定律；

多因一效：多对等位基因→多对或1对相对性状→都遵循自由组合定律。

也就是说，只要是1对等位基因控制的相对性状的遗传，都遵循基因的分离定律；只要是2对或者2对以上的等位基因控制的遗传问题，都遵循基因的自由组合定律。按照这样理解，我们认为，教材的P4页“一对相对性状的杂交实验”以及P9页上的“两对相对性状的杂交实验”的说法，分别应该描述为：“一对等位基因控制的相对性状的杂交实验”和“多对等位基因控制的相对性状的杂交实验”。教学过程中，教师务必向学生解释清楚。不能让学生理解为：1对基因控制1对相对性状，2对基因控制2对相对性状，3对基因控制3对相对性状……解答这一类遗传学问题时,应该认真分析。现举例予以说明。

1、遗传工作者在研究豌豆性状的时候发现：开红花的豌豆植株同时结灰色种皮的种子，叶腋上有黑斑；而开白花的豌豆植株同时结淡色种皮的种子，叶腋上无黑斑。在杂交实验的后代中，发现这3种性状也总是连在一起进行遗传和表现的。如果控制红花基因(A表示)对白花的基因为显性，种子种皮的颜色也是由A控制的，而且还控制叶腋上有无黑斑。请回答下列问题：

(1)控制豌豆花色、种皮颜色以及叶腋上斑点的遗传遵循____规律；

单独研究豌豆种皮颜色的遗传，遵循____规律；

(2)开红花而且叶腋无斑点的豌豆结的种子是灰色的基因型为____。

很明显，这是由1对基因控制的3对性状的遗传，属于一因多效的问题。只要清楚了上面的道理，就不难作出判断。

2、玉米籽粒的颜色有白色、红色和紫色三种，相关物质的生物化学合成路径如下所示。基因A、基因B和基因D以及他们的等位基因依次分别位于9号、10号、5号染色体上。现有红色籽粒的玉米植株进行自交，其后代籽粒的性状分离比为紫色：红色：白色=0:3:1。甲玉米为白色。其他玉米是在不同的基因控制下，形成不同的颜色。基因A通过控制酶1的合成代谢过程达到控制乙玉米为白色，基因B通过控制酶2的合成代谢过程达到控制丙玉米为红色，基因D通过控制酶3的合成代谢过程达到控制丁玉米为紫色。

回答下列问题：

(1)上述生化合成路径证明了____；

(2)玉米籽粒的颜色一定是紫色，要满足____条件；

(3)由题意和代谢途径可知，3对等位基因的遗传符合____规律；

(4)基因A和基因B称为____，基因A或基因B与基因D 分别称为____，5号染色体和9号染色体或与10染色体称为 ____；

(5)亲本红色籽粒的玉米植株的基因型可能为____。

试题涉及到多对等位基因控制同一性状的问题，即多因一效的问题，而且是基因通过控制酶的合成代谢过程达到控制性状表达的。有的基因在同源染色体上，有的基因在非同源染色体上，但是这些基因共同作用达到控制玉米籽粒的颜色。基因A、B、D同时存在时(或只要具备A_ B_D_ 基因型)玉米籽粒表现为紫色，基因型为A_ B_ dd的籽粒表现为红色, A_ bb_dd以及aa_ _ _ _都表现为白色。为此，在书写基因型时以及分析相关比例的时候务必仔细。

(参考答案(1)基因通过控制酶的合成代谢过程，控制生物的性状(2)必须满足：A、B、D同时存在(或具备A_ B_D_ 基因型)(3)自由组合(4)非等位基因，非等位基因， 同源染色体(5)AaBBdd 或AABbdd)