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专题19
基因自由组合定律实验设计
1．遗传学实验的科学杂交方法
项目
注意事项
人工异花传粉示意图
操作步骤
去雄 套袋 人工授粉套袋
套袋
去掉雄蕊后套袋是为了防止其他花粉与雌蕊接触而完成受精作用
去雄时间
花蕊成熟之前
去雄程度
要彻底、全部清除干净
人工授粉
待花蕊成熟后，用毛笔蘸取父本的花粉，涂抹在已去雄的花的雌蕊柱头上
2．假说一演绎法分析
(1)假说一演绎法在观察和分析的基础上提出问题以后，通过推理和想像提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的，反之，则说明假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种科学方法，叫做假说一演绎法。
(2)一对相对性状的杂交实验“假说一演绎分析”

一对相对性状的杂交实验
1、实验过程及结果（如下图）
2、对分离现象的解释
(l)生物的性状是由遗传因子决定的。
(2)体细胞中遗传因子是成对存在的。
(3)生物在形成生殖细胞——配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中。
(4)受精时，雌、雄配子的结合是随机的。
3、对分离现象解释的验证——测交（如下图）
结果证实了
①F1是杂合子，基因型为Dd；
②F1能产生D和d两种配子且比例相等；
③F1在形成配子过程中，D和d能彼此分离（即没有融合）。
4、孟德尔的研究思路假说一演绎法
(3)设计测交实验，验证假说。
(4)归纳综合，总结规律基因的分离定律。
表解基因的分离定律和自由组合定律的不同
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，31
4种，9331
2n种，（31）n
F2的基因型及比例
3种，121
9种，（121）2
3n种，（121）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
2017全国3卷，32题
已知某种昆虫的有眼（A）与无眼（a）、正常刚毛（B）与小刚毛（b）、正常翅（E）与斑翅（e）这三对相对性状各受一对等位基因控制。现有三个纯合品系①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不发生染色体变异和染色体交换，回答下列问题
（1）若A/a、B/b、E/e这三对等位基因都位于常染色体上，请以上述品系为材料，设计实验来确定这三对等位基因是否分别位于三对染色体上。（要求写出实验思路、预期实验结果、得出结论）
（2）假设A/a、B/b这两对等位基因都位于X染色体上，请以上述品系为材料，设计实验对这一假设进行验证。（要求写出实验思路、预期实验结果、得出结论）
【答案】（1）选择①×②、②×③、①×③三个杂交组合，分别得到F1和F2，若各杂交组合的F2中均出现四种表现型，且比例为9∶3∶3∶1，则可确定这三对等位基因分别位于三对染色体上；若出现其他结果，则可确定这三对等位基因不是分别位于三对染色体上。
（2）选择①×②杂交组合进行正反交，观察F1雄性个体的表现型。若正交得到的F1中雄性个体与反交得到的F1中雄性个体有眼/无眼、正常刚毛/小刚毛这两对相对性状的表现均不同，则证明这两对等位基因都位于X染色体上。
答题思路
实验过程（以判定A/a和B/b是否位于位于一对染色体上为例）
预期结果及结论
若F2的表现型及比例为有眼正常刚毛∶有眼小刚毛∶无眼正常刚毛∶无眼小刚毛＝9∶3∶3∶1，则A/a和B/b位于位于两对染色体上；否则A/a和B/b位于同一对染色体上。
（2）实验思路将验证A/a和B/b这两对基因都位于X染色体上，拆分为验证A/a位于X染色体上和B/b位于X染色体上分别进行验证。如利用①和③进行杂交实验去验证A/a位于X染色体上，利用②和③进行杂交实验去验证B/b位于X染色体上。
实验过程（以验证A/a位于X染色体上为例）
取雌性的①和雄性的③进行杂交实验
预期结果及结论
若子一代中雌性全为有眼，雄性全为无眼，则A/a位于X染色体上；
若子一代中全为有眼，且雌雄个数相等，则A/a位于常染色体上。
【考点】自由组合定律、伴性遗传
【点拨】根据题目所给实验材料，仅仅一个杂交组合不能解决题目中的问题；联系到是群体性问题，用数学方法对结果进行组合就能预见实验结果。
【命题意图】本题考查运用基因自由组合定律设计遗传实验解决实际问题。
【命题规律】运用基因自由组合定律确定基因位置是遗传实验探究常见题型。
【方法点拨】确定基因位置的4个判断方法
(1)判断基因是否位于一对同源染色体上
以AaBb为例，若两对等位基因位于一对同源染色体上，不考虑交叉互换，则产生两种类型的配子，在此基础上进行自交或测交会出现两种表现型；若两对等位基因位于一对同源染色体上，考虑交叉互换，则产生四种类型的配子，在此基础上进行自交或测交会出现四种表现型。
(2)判断基因是否易位到一对同源染色体上
若两对基因遗传具有自由组合定律的特点，但却出现不符合自由组合定律的现象，可考虑基因转移到同一对同源染色体上的可能，如由染色体易位引起的变异。
(3)判断外源基因整合到宿主染色体上的类型
外源基因整合到宿主染色体上有多种类型，有的遵循孟德尔遗传定律。若多个外源基因以连锁的形式整合在同源染色体的一条上，其自交会出现分离定律中的3∶1的性状分离比；若多个外源基因分别独立整合到非同源染色体上的一条上，各个外源基因的遗传互不影响，则会表现出自由组合定律的现象。
(4)判断基因是否位于不同对同源染色体上
以AaBb为例，若两对等位基因分别位于两对同源染色体上，则产生四种类型的配子。在此基础上进行测交或自交时会出现特定的性状分离比，如1∶1∶1∶1或9∶3∶3∶1(或9∶7等变式)，也会出现致死背景下特殊的性状分离比，如4∶2∶2∶1、6∶3∶2∶1。在涉及两对等位基因遗传时，若出现上述性状分离比，可考虑基因位于两对同源染色体上。
1．【2017年全国Ⅲ卷，6】下列有关基因型、性状和环境的叙述，错误的是（　　）
A．两个个体的身高不相同，二者的基因型可能相同，也可能不相同
B．某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，这种变化是由环境造成的
C．O型血夫妇的子代都是O型血，说明该性状是由遗传因素决定的
D．高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，说明该相对性状是由环境决定的
【答案】D
2．【2017年海南卷，20】遗传学上的平衡种群是指在理想状态下，基因频率和基因型频率都不再改变的大种群。某哺乳动物的平衡种群中，栗色毛和黑色毛由常染色体上的1对等位基因控制。下列叙述正确的是（　　）
A．多对黑色个体交配，每对的子代均为黑色，则说明黑色为显性
B．观察该种群，若新生的栗色个体多于黑色个体，则说明栗色为显性
C．若该种群栗色与黑色个体的数目相等，则说明显隐性基因频率不等
D．选择1对栗色个体交配，若子代全部表现为栗色，则说明栗色为隐性
【答案】C
【解析】多对黑色个体交配，每对的子代均为黑色，可能黑色为显性或隐性，A错。新生的栗色个体多于黑色个体，不能说明显隐性，B错。显隐性基因频率相等，则显性个体数量大于隐性个体数量，故若该种群栗色与黑色个体的数目相等，则说明隐性基因频率大于显性基因频率，C正确。1对栗色个体交配，若子代全部表现为栗色，栗色可能为显性也可能为隐性，D错。
3．【2016年上海卷，21】表2显示某家庭各成员间的凝血现象（-表示无凝血，+表示凝血），其中妻子是A型血，则女儿的血型和基因型分别为（　　）
　　　　　　　　
A．A型；IAi
B．B型；IBi
C．AB型；IAIB
D．O型；ii
【答案】B
4．【2016年天津卷，9】鲤鱼和鲫鱼体内的葡萄糖磷酸异构酶（GPI）是同工酶（结构不同、功能相同的酶），由两条肽链构成。编码肽链的等位基因在鲤鱼中是a1和a2，在鲫鱼中是a3
和a4，这四个基因编码的肽链P1、
P2、P3、P4可两两组合成GPI。以杂合体鲤鱼（a1a2）为例，其GPI基因、多肽链、GPI的电泳（蛋白分离方法）图谱如下。
请问答相关问题
（1）若一尾鲫鱼为纯合二倍体，则其体内GPI类型是_____________________。
（2）若鲤鱼与鲫鱼均为杂合二倍体，则鲤鲫杂交的子一代中，基因型为a2a4个体的比例为____________。在其杂交子一代中取一尾鱼的组织进行GPI电泳分析，图谱中会出现__________条带。
（3）鲤鲫杂交育种过程中获得了四倍体鱼。四倍体鱼与二倍体鲤鱼杂交，对产生的三倍体子代的组织进行GPI电泳分析，每尾鱼的图谱均一致，如下所示。
据图分析，三倍体的基因型为____________，二倍体鲤鱼亲本为纯合体的概率是____________。
【答案】（1）P3P3或P4P4
（2）25%　　3
（3）a1a2a3　　100%
5．【2015年全国Ⅰ卷，32】假设某果蝇种群中雌雄个体数目相等，且对于A和a这对等位基因来说只有Aa一种基因型。回答下列问题
（1）若不考虑基因突变和染色体变异，则该果蝇种群中A基因频率a基因频率为＿＿＿＿＿。理论上该果蝇种群随机交配产生的第一代中AA、Aa和aa的数量比为＿＿＿，A基因频率为＿＿＿。
（2）若该果蝇种群随机交配的实验结果是第一代中只有Aa和aa两种基因型，且比例为21，则对该结果最合理的解释是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。根据这一解释，第一代再随机交配，第二代中Aa和
aa基因型个体数量的比例应为＿＿＿＿＿＿。
【答案】（1）11　　121　　0．5
（2）A基因纯合致死　　11
6．【2017高考仿真卷 生物(六)】
某二倍体植物的子叶颜色和种子形状存在着红色种子对白色种子为完全显性,由等位基因A、a控制,长粒种子对圆粒种子为完全显性,由等位基因B、b控制。现有纯合红色长粒和纯合白色圆粒的两种亲本杂交,所得F1自交,多次重复实验,统计F2的表现型及比例都近似得到如下结果红色长粒∶红色圆粒∶白色长粒∶白色圆粒=66∶9∶9∶16。根据实验结果回答下列问题。
(1)上述两对等位基因之间_____(填“遵循”或“不遵循”)基因的自由组合定律,因为___。
(2)根据F2中出现了红色长粒和白色圆粒,还出现了亲本所没有的新的性状组合,产生这种现象的根本原因是减数分裂过程中的__________(时期)控制不同性状的基因进行了____。因此F1产生的雌配子和雄配子各有4种,其中AB配子与_____配子数量相等,Ab配子与_________配子数量相等。
(3)有人针对上述实验结果提出了假说
①控制上述性状的2对等位基因位于1对同源染色体上。
②F1通过减数分裂产生的雌(或雄)配子的种类及比例是____________。
③雌雄配子随机结合。
为验证上述假说,请设计一个简单的实验并预期实验结果
实验方案将F1与____________,观察并统计子代的表现型及比例。
预期结果若子代表现型及比例为_______________则假说成立,否则不成立。
【答案】
（1）不遵循
F1(AaBb)自交,多次重复实验,F2四种表现型的近似比值都不为9∶3∶3∶1
（2）减数第一次分裂前期
重组
（3）②
ab
aB
AB∶aB∶Ab∶ab=4∶1∶1∶4
③白色圆粒进行测交
红色长粒∶红色圆粒∶白色长粒∶白色圆粒=4∶1∶1∶4
(2)由于A、B连锁、a、b连锁，如果不发生交叉互换，F1产生的配子的类型及比例是AB∶ab=1∶1，F1自交,F2的基因型是AABB∶AaBb∶aabb=1∶2∶1，红色长粒∶白色圆粒=3∶1，F2中出现了红色长粒和白色圆粒，还出现了亲本所没有的新的性状组合红色圆粒、白色长粒，说明在减数分裂产生配子的过程中，同源染色体的非姐妹染色单体发生了交叉互换，产生了基因型为Ab、aB的新类型的配子，这种变异属于基因重组，四种类型的比例关系为AB=ab、Ab=aB。
(3)②由题意知,F2的表现型及比例是红色长粒红色圆粒白色长粒白色圆粒=669916，由aabb为16%，推知雌雄配子ab的比例是40%，雌雄配子AB为40%，雌雄配子Ab为10%，雌雄配子ab为10%，因此F1通过减数分裂产生的雌(或雄)配子的种类及比例是ABaBAbab=4114。③如果该假设成立，F1与白色圆粒(aabb)进行测交,后代的基因型及比例是AaBbaaBbAabbaabb=4114，表现型及比例是红色长粒红色圆粒白色长粒白色圆粒=4114。
7．【河北省衡水中学2017届高三最后一卷（十调）理科综合生物试题】现有4个玉米纯合品种，即胚乳黄色非糯性、胚乳黄色糯性、胚乳白色非糯性和胚乳白色糯性。已知胚乳黄色对胚乳白色为显性，非糯性对糯性为显性，且这两对相对性状各由一对等位基因控制。若用上述4个品种组成两个杂交组合，使其F1均为胚乳黄色非糯性，且这两个杂交组合的F2的表现型及其数量比完全一致。回答问题
（1）为实现上述目的，理论上，必须满足的条件有
①亲本中控制这两对相对性状的两对等位基因必须位于___________，从而使非等位基因在形成配子时能___________；
②在受精时雌雄配子要___________；
③每种合子（受精卵）的存活率也要_______________。
④那么，这两个杂交组合分别是___________和___________。
（2）在适宜时期，取基因型杂合白色非糯性植株（体细胞染色体为20条）进行单倍体育种，即先通过___________获得幼苗，再对获得的幼苗用___________处理，得到一批可育的植株。这些植株均自交，所得子代的子粒性状在同一植株上表现______________（填“
一致”或“不一致”），在子代植株群体中表现___________（填“一致”或“不一致”）。
【答案】
（1）①非同源染色体上（或两对同源染色体上）自由组合
②随机结合
③相同④
胚乳黄色非糯性×胚乳白色糯性
胚乳黄色糖性×胚乳白色非糯性（2）
花药离体培养
秋水仙素（或低温）
一致
不一致
（2）要获得基因型杂合白色非糯性植株（aaBb）进行单倍体育种，即先通过胚乳黄色非糯性(aaB_)×胚乳白色糯性(aabb)获得杂合白色非糯性植株（aaBb），取其花粉经过花药离体培养获得幼苗（基因型为aB和ab），再对获得的幼苗用秋水仙素（或者低温）处理，得到一批可育的植株（基因型aaBB和aabb）。这些植株均自交，所得子代的子粒性状在同一植株上表现一致，在子代植株群体中表现不一致，有的表现为白色糯性，有的表现为白色非糯。
8．【四川省成都市第七中学2017届高三6月高考热身考试理综生物试题】
果蝇具有易饲养、繁殖快、相对性状多等优点。是理想的遗传学实验材料。已知决定翅型(有长翅、小翅和残翅3种类型，由A与a、H与h两对基因共同决定，基因A和H同时存在时个体表现为长翅，基因A不存在时个体表现为残翅)、毛型(刚毛基因B对截毛基因b为显性)、眼色(红眼R对白眼r为显性)的基因在染色体上的位置如图所示。分析回答
（1）取翅型纯合品系的果蝇进行杂交实验，结果如下表。
正交实验中，亲本的基因型是___________，F2中小翅个体的基因型是_____________;
（2）若已知果蝇控制眼色的基因可能会因为染色体片段的缺失而丢失(以X0表示，只有X0X0和X0Y的个体没有眼色基因，无法存活)。现有一红眼雄果蝇()与一白眼雌果蝇()杂交，子代中出现了一只白眼雌果蝇。现欲利用一次杂交实验来判断这只果蝇的出现是染色体缺失造成的还是基因突变造成的，让这只白眼雌果蝇与红眼雄果蝇交配，如果子代中雌、雄果蝇数量比为________，则是基因突变造成的；如果子代中雌、雄果蝇数量比为________，则是染色体缺失造成的。
（3）果蝇种群中有一只红眼刚毛雄果蝇（），种群中有各种性状的雌果蝇，现要通过一次杂交实验判定它的基因型，应选择表现型为截毛白眼的雌果蝇与该雄果蝇交配，然后观察子代的性状表现。并根据后代表现，判断该雄果蝇的基因型。
①如果子代果蝇均为刚毛，则该雄果蝇基因型为；
②如果子代_____________________________________________________________；
③如果子代_____________________________________________________________。
（4）研究人员发现，果蝇群体中偶尔会出现Ⅳ－三体(Ⅳ号染色体多一条)的个体，已知Ⅳ－三体的个体均能正常生活，且可以繁殖后代，则三体雄果蝇减数分裂过程中，次级精母细胞中Ⅳ号染色体的数目可能有________条。从染色体组成的角度分析，此种三体雄果蝇与正常雌果蝇杂交，子一代中正常个体和三体比例为________。
【答案】（1）
（2）
1∶1
2∶1
（3）②红眼果蝇均为刚毛，白眼果蝇均为截毛，则该果蝇基因型为
③红眼果蝇均为截毛，白眼果蝇均为刚毛，则该果蝇基因型为（4）
1、2、4
1∶1
（2）假设这只白眼雌果蝇的出现是基因突变造成的，则其基因型是XrXr，让这只白眼雌果蝇(XrXr)与红眼雄果蝇(XRY)交配，子代的基因型及比例是XRXr∶XrY＝1∶1，即子代中雌、雄果蝇数量比为1∶1；假设这只白眼雌果蝇的出现是染色体缺失造成的，则其基因型是XrX0，让这只白眼雌果蝇(XrX0)与红眼雄果蝇(XRY)交配，子代的基因型及比例是XRXr∶XRX0∶X0Y(没有眼色基因，无法存活)∶XrY＝1∶1∶1∶1，所以子代中雌、雄果蝇数量比为2∶1。
（3）要判定红眼刚毛雄果蝇（XR-Y-）的基因型，应选择表现型为截毛白眼（XrbXrb）的雌果蝇与该雄果蝇交配，后代基因型X-RXrb、XrbY-。由于红眼刚毛雄果蝇（XR-Y-）的基因型有三种可能XRBYB、XRBYb、XRbYB，分别按每种可能推出后代基因型与表现型，然后再组织答案。即如果子代果蝇均为刚毛，则该雄果蝇基因型为XRBYB；如果子代红眼果蝇均为刚毛(XRBXrb)，白眼果蝇均为截毛(XrbYb)，则该果蝇基因型为XRBYb；如果子代红眼果蝇均为截毛(XRb
Xrb))，白眼果蝇均为刚毛(XrbYB)，则该果蝇基因型为XRbYB。
（4）初级精母细胞中有三条Ⅳ号的染色体，在减数分裂时，这三条染色体随机组合，将来进入次级精母细胞中的有一条和两条的，到了次级精母细胞分裂的后期，由于着丝点分裂使一条染色体变成两条，两条染色体就变成四条，所以次级精母细胞中的Ⅳ号染色体可能有1、2、4条；从染色体组成的角度分析，此种三体雄果蝇经减数分裂可产生正常配子（n）与不正常配子（n+1）的比例为1∶1，与正常雌果蝇杂交，子一代中正常个体和三体的比例为
1∶1。
9．【湖北省华中师范大学第一附属中学2017届高三5月押题考试理科综合生物试题】
某一年生观赏植物的花色有红色、白色、紫色三种表现型。现将一株开红花的植株和一株开白花的植株杂交，F1全为紫花，F1自交，所得F2代中有81株紫花,27株红花和36株白花植株。
（1）根据以上杂交实验结果判断，该种植物的花色至少受几对等位基因控制？_______。
（2）F2代紫花植株自交，所结种子长出的全部植株是否都表现为紫花？___为什么？___________。
（3）要获得能稳定遗传的紫花植株品系，如何从上述材料中选育？用文字简要叙述杂交育种的方案。
________________________________________________________________________________。
【答案】
（1）2对
（2）不是
F2代紫花植株中有杂合子，自交后代会发生性状分离
（3）紫花植株自交，筛选出后代中的紫花植株继续自交，直至不发生性状分离，即可获得能稳定遗传的紫花植株品系。（或答紫花植株自交，单株收获每棵植株所结种子，每株所有种子单独种植在一起可获得一个株系，选择全为紫花的株系即为能稳定遗传的紫花植株品系）
（3）紫花是双显性个体，由于存在杂合子，所以应该将紫花植株进行连续自交，直到不再发生性状分离，即可以得到能稳定遗传的紫花植株品系。

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