《诗经》以 “ 蚕月条桑 ” 描绘了古人种桑养蚕的劳动画面,《天工开物》中 “ 今寒家有将早雄配晚雌者,幻出嘉种 ” ,表明我国劳动人民早已拥有利用杂交手段培有蚕种的智慧,现代生物技术应用于蚕桑的遗传育种,更为这历史悠久的产业增添了新的活力。回答下列问题:
(1) 自然条件下蚕采食桑叶时,桑叶会合成蛋白醇抑制剂以抵御蚕的采食,蚕则分泌更多的蛋白酶以拮抗抑制剂的作用。桑与蚕相互作用并不断演化的过程称为 。
(2) 家蚕的虎斑对非虎斑、黄茧对白茧、敏感对抗软化病为显性,三对性状均受常染色体上的单基因控制且独立遗传。现有上述三对基因均杂合的亲本杂交, F 1 中虎斑、白茧、抗软化病的家蚕比例是 ;若上述杂交亲本有 8 对,每只雌蚕平均产卵 400 枚,理论上可获得 只虎斑、白茧、抗软化病的纯合家蚕,用于留种。
(3) 研究小组了解到: ① 雄蚕产丝量高于雌蚕; ② 家蚕的性别决定为 ZW 型; ③ 卵壳的黑色( B )和白色( b )由常染色体上的一对基因控制; ④ 黑壳卵经射线照射后携带 B 基因的染色体片段可转移到其他染色体上且能正常表达。为达到基于卵壳颜色实现持续分离雌雄,满足大规模生产对雄蚕需求的目的,该小组设计了一个诱变育种的方案。下图为方案实施流程及得到的部分结果。
统计多组实验结果后,发现大多数组别家蚕的性别比例与 I 组相近,有两组( Ⅱ 、 Ⅲ )的性别比例非常特殊。综合以上信息进行分析:
①Ⅰ 组所得雌蚕的 B 基因位于 染色体上。
② 将 Ⅱ 组所得雌蚕与白壳卵雄蚕( bb )杂交,子代中雌蚕的基因型是 (如存在基因缺失,亦用 b 表示)。这种杂交模式可持续应用于生产实践中,其优势是可在卵期通过卵壳颜色筛选即可达到分离雌雄的目的。
③ 尽管 Ⅲ 组所得黑壳卵全部发育成雄蚕,但其后代仍无法实现持续分离雌雄,不能满足生产需求,请简要说明理由 。
(1) 协同进化
(2) 3/64 50
(3) 常 bbZW B Ⅲ 组所得黑壳卵雄蚕为杂合子,与白壳卵雌蚕杂交,后代的黑壳卵和白壳卵中均既有雌性又有雄性,无法通过卵壳颜色区分性别
【分析】家蚕的性别决定方式是 ZW 型,雌蚕的性染色体组成是 ZW ,雄蚕的性染色体组成是 ZZ 。
【详解】( 1 )不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展,这就是协同进化。
( 2 )由题意可知,三对性状均受常染色体上的单基因控制且独立遗传,即符合自由组合定律,将三对基因均杂合的亲本杂交,可先将三对基因分别按照分离定律计算,再将结果相乘,即 F 1 各对性状中,虎斑个体占 3/4 ,白茧个体占 1/4 ,抗软化病个体占 1/4 ,相乘后 F 1 中虎斑、白茧、抗软化病的家蚕比例是 3/4×1/4×1/4=3/64 。若上述杂交亲本有 8 对,每只雌蚕平均产卵 400 枚,总产卵数为 8×400=3200 枚,其中虎斑、白茧、抗软化病的纯合家蚕占 1/4×1/4×1/4=1/64 ,即 3200×1/64=50 只。
( 3 )分析题意和图示方案可知,黑卵壳经射线照射后,携带 B 基因的染色体片段转移到其他染色体上且能正常表达,转移情况可分为三种,即携带 B 基因的染色体片段未转移或转移到常染色体上、转移到 Z 染色体上或转移到 W 染色体上。将诱变孵化后挑选的雌蚕作为亲本与雄蚕( bb )杂交,统计子代的黑卵壳孵化后雌雄家蚕的数目,结合图中的三组结果分析, Ⅰ 组黑卵壳家蚕中雌雄比例接近 1 : 1 ,说明该性状与性别无关,即携带 B 基因的染色体片段未转移或转移到了常染色体上; Ⅱ 组黑卵壳家蚕全为雌性,说明携带 B 基因的染色体片段转移到了 W 染色体上; Ⅲ 组黑卵壳家蚕全为雄性,说明携带 B 基因的染色体片段转移到了 Z 染色体上。
① 由以上分析可知, Ⅰ 组携带 B 基因的染色体片段未转移或转移到了常染色体上,即所得雌蚕的 B 基因位于常染色体上。
② 由题意可知,如存在基因缺失,亦用 b 表示。 Ⅱ 组携带 B 基因的染色体片段转移到了 W 染色体上,亲本雌蚕的基因型为 bbZW B ,与白卵壳雄蚕 bbZZ 杂交,子代雌蚕的基因型为 bbZW B ( 黑卵壳 ) ,雄蚕的基因型为 bbZZ( 白卵壳 ) ,可以通过卵壳颜色区分子代性别。将子代黑卵壳雌蚕继续杂交,后代类型保持不变,故这种杂交模式可持续应用于生产实践中。
③ 由题意分析可知,如存在基因缺失,亦用 b 表示。 Ⅲ 组携带 B 基因的染色体片段转移到了 Z 染色体上,亲本雌蚕的基因型为 bbZ B W ,与白卵壳雄蚕 bbZZ 杂交,子代雌蚕的基因型为 bbZW (白卵壳),雄蚕的基因型为 bbZ B Z (黑卵壳)。再将黑壳卵雄蚕( bbZ B Z )与白壳卵雌蚕( bbZW )杂交,子代为 bbZ B Z 、 bbZZ 、 bbZ B W 、 bbZW ,其后代的黑壳卵和白壳卵中均既有雌性又有雄性,无法通过卵壳颜色区分性别,故不能满足生产需求。
基因的自由组合定律与应用:
1.自由组合定律:控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的;在形成配子时,决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离,决定不同性状的遗传因子自由组合。
2. 实质
(1)位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的。
(2)在减数分裂过程中,同源染色体上的等位基因彼此分离的同时,非同源染色体上的非等位基因自由组合。
3.适用条件
(1)有性生殖的真核生物。
(2)细胞核内染色体上的基因。
(3)两对或两对以上位于非同源染色体上的非等位基因。
4.细胞学基础:基因的自由组合定律发生在减数第一次分裂后期。
5.应用
(l)指导杂交育种,把优良性状重组在一起。
(2)为遗传病的预测和诊断提供理沦依据。
条件 | 种类和分离比 | 相当于孟德尔的分离比 |
显性基因的作用可累加 | 5种,1:4:6:4:1 | 按基因型中显性基因个数累加 |
正常的完全显性 | 4种,9:3:3:1 | 正常比例 |
只要A(或B)存在就表现为同一种,其余正常为同一种,其余正常表现 | 3种,12:3:1 | (9:3):3:1 |
单独存在A或B时表现同一种,其余正常表现 | 3种,9:6:1 | 9:(3:3):1 |
aa(或hb)存在时表现为同一种,其余正常表现 | 3种,9:3:4 | 9:3:(3:1) |
A_bb(或aaB_)的个体表现为一种,其余都是另一种 | 2种,13:3 | (9:3:1):3 |
A、B同时存在时表现为同一种,其余为另一种 | 2种,9:7 | 9:(3:3:1) |
只要存在显性基因就表现为同一种 | 2种,15:1 | (9:3:3):1 |
分离定律 | 自由组合定律 | ||
两对相对性状 | n对相对性状 | ||
相对性状的对数 | 1对 | 2对 | n对 |
等位基因及位置 | 1对等位基因位于1对同源染色体上 | 2对等位基因位于2对同源染色体上 | n对等位基因位于n对同源染色体上 |
F1的配子 | 2种,比例相等 | 4种,比例相等 | 2n种,比例相等 |
F2的表现型及比例 | 2种,3:1 | 4种,9:3:3:1 | 2n种,(3:1)n |
F2的基因型及比例 | 3种,1:2:1 | 9种,(1:2:1)2 | 3n种,(1:2:1)n |
测交后代表现型及比例 | 2种,比例相等 | 4种,比例相等 | 2n种,比例相等 |
遗传实质 | 减数分裂时,等位基因随同源染色体的分离而分开,分别进入不同配子中 | 减数分裂时,在等位基因随同源染色体分开而分离的同时,非同源染色体上的非等位基因自由组合,进而进入同一配子中 | |
实践应用 | 纯种鉴定及杂种自交纯合 | 将优良性状重组在一起 | |
联系 | 在遗传中,分离定律和自由组合定律同时起作用:在减数分裂形成配子时,既有同源染色体上等位基因的分离,又有非同源染色体上非等位基因的自由组合 |
知识拓展:
1、两对相对性状杂交试验中的有关结论
(1)两对相对性状由两对等位基因控制,且两对等位基因分别位于两对同源染色体。
(2)F1减数分裂产生配子时,等位基因一定分离,非等位基因(位于非同源染色体上的非等位基因)自由组合,且同时发生。
(3)F2中有16种组合方式,9种基因型,4种表现型,比例9:3:3:1。
2、自由组合定律的实质:减I分裂后期等位基因分离,非等位基因自由组合。
3、孟德尔成功的原因分析
(1)正确选择实验材料豌豆适合作杂交实验材料酌优点有:
①具有稳定的、易于区分的相对性状。
②严格自花传粉,闭花受粉,在自然状态下均是纯种。
③花比较大,易于做人工杂交实验。
(2)精心设计实验程序
①采取单一变量分析法,即分别观察和分析在一个时期内的一对相对性状的差异,最大限度地排除各种复杂因素的干扰。
②遵循了由简单到复杂的原则,即先研究一对相对性状的遗传,再研究多对相对性状的遗传,由此从数学统计中发现遗传规律。
③运用了严密的假说—演绎法。针对发现的问题提出假说,并设计实验验证假说,在不同的杂交实验中分别验证假说的正确性,从而使假说变成普遍的规律。
(3)精确的统计分析通过对一对相对性状、两对相对性状杂交实验中子代出现的性状进行分类、计数和数学归纳,找出实验显示出来的规律性,并深刻的认识到比例中所隐藏的意义和规律。
(4)首创了测交的方法巧妙地设计了测交方法,证明了假说的正确性。这种以杂交子一代个体与隐性纯合子进行测交的方法,已成为遗传学分析的经典方法。
4、遗传规律的再发现
(1)1909年,丹麦生物学家约翰逊把“遗传因子”叫做基因。
(2)因为孟德尔的杰出贡献,他被公认为“遗传学之父”。
例 下列哪项不是孟德尔选用豌豆作实验材料并获得成功的原因( )
A.豌豆具有稳定的、容易区分的相对性状
B.豌豆是严格闭花受粉的植物
C.用统计学的方法引入对实验结果的分析
D.豌豆在杂时,母本不需去雄
思路点拨:孟德尔获得成功的原因有:①正确选择实验材料;②精心设计实验程序;③精确的统计分析; ④首创了测交方法。孟德尔的杂交实验中,母本是必须去雄的。所以D选项错误。答案D
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