利用“配子測交”思維，探析遺傳題中異常遺傳現象

安徽 余中賓

生物學科思維是指本學科特有而其他學科所不具有的，能夠為解釋生物生命現象及其內在規律提供邏輯依據的思想理念，掌握生物學科思維可為培養學科核心素養提供具體措施。遺傳學是高中生物的重點和難點，遺傳題的復雜性往往體現在多樣的異常遺傳現象中。各種遺傳現象的表現是由其基因型決定的，通過配子傳遞給后代。配子測交就是指通過測交的雜交方式，依據后代的表現型及數量比得出待測個體的配子組成，逆推出待測個體的基因型或染色體組成，從而揭示異常遺傳現象的根本原因。

1.回歸教材看“配子測交”思維

孟德爾一對相對性狀的雜交實驗的性狀分離現象及比例為3∶1的解釋的關鍵是F1產生兩種配子且數量比是1∶1。人教版教材通過“性狀分離比的模擬”實驗加強學生的進一步體驗。實際上，F1雜合子測交后代的表現型及比例為1∶1就是由F1雜合子產生配子的數量比決定的，即測交后代性狀分離比直接表明了待測個體產生的配子種類及比例。為了突出“配子測交”思維在遺傳現象中的重要作用，人教版教材的課后練習明確了花粉鑒定法可用于驗證分離定律。其次，孟德爾對兩對性狀的雜交實驗中性狀自由組合現象解釋的驗證也應用了配子測交思維。

2.遺傳題中體現的“配子測交”思維

2.1 通過異常測交現象，逆推親本多樣的基因型

【例1】已知水稻的抗旱性（A）和多顆粒（B）屬顯性，各由一對等位基因控制且獨立遺傳?，F有抗旱、多顆粒植株若干，對其進行測交，子代的性狀分離比為抗旱多顆?！每购瞪兕w?！妹艉刀囝w?！妹艉瞪兕w粒= 2∶2∶1∶1，若這些親代植株相互授粉，后代性狀分離比為 （ ）

A.24∶8∶3∶1 B.9∶3∶3∶1

C.15∶5∶3∶1 D.25∶15∶15∶9

【解析】此題的特點是測交后代比例不是1∶1∶1∶1，說明抗旱、多顆粒的植株基因型不是唯一的，通過結果逆推可知其待測親代產生的配子種類及比例為AB∶Ab∶aB∶ab = 2∶2∶1∶1，即A∶a = 2∶1；B∶b = 1∶1。親代植株隨機雜交，配子隨機結合可知，后代抗旱（A ）∶敏旱（aa）= 8∶1，多粒（B_）∶少粒（bb）= 3∶1，故后代性狀分離比為（8∶1）×（3∶1）= 24∶8∶3∶1。

如果直接考慮親本A_ B_ 的四種基因型，并利用題干測交過程，從后代直接推測其具體的種類及比例，就會陷入煩瑣的分析中。利用“配子測交”思維，可以直接判斷出親本產生配子的種類及比例，得出親代基因型為1/3 AABb和2/3 AaBb，同時也可以通過乘法原理很快推出子代的性狀分離比。

【答案】A

2.2 由復等位基因的測交結果，逆推親本基因型

【例2】在小鼠的常染色體上有一系列決定體色的復等位基因（A1、A2、a，前者對后者為顯性），該復等位基因在決定小鼠體色時其表現型與基因型的關系如表1（注：A1純合時存在胚胎致死）。請回答：一只黃色雄鼠與多只黑色雌鼠交配，子代________（填“能”或“不能”）同時出現灰色和黑色小鼠，理由是______________________________________ 。

表1

【解析】根據表格信息可知，黃色鼠的基因型有兩種：A1A2或A1a。它與黑色鼠（aa）交配屬于測交，后代的性狀及比例是由黃色鼠產生的配子決定的，如果黃色鼠基因型是A1A2，產生的配子是A1∶A2= 1∶1，所以后代基因型及比例為A1a（黃色）∶A2a（灰色）= 1∶1；若黃色鼠基因型是A1a，則后代基因型及比例為A1a（黃色）∶aa（黑色）= 1∶1。由此可見，后代不可能同時出現灰色和黑色小鼠。

【答案】不能 該黃色小鼠基因型只能是A1A2或A1a

2.3 遺傳致死的異常遺傳現象探析

2.3.1 配子致死的異常遺傳現象

【例3】現用某野生植物甲（AABB）、乙（aabb）兩品種作親本雜交得F1，F1測交結果如表2，下列有關選項不正確的是 （ ）

表2

A.F1產生的基因型為AB的花粉有50 %不能萌發，不能實現受精

B.F1自交得F2，F2的基因型有9種

C.F1花粉離體培養，將得到四種表現型不同的植株

D.正交與反交結果不同，說明該兩對基因的遺傳不遵循基因的自由組合定律

【解析】F1的基因型為AaBb，兩對基因自由組合。進行正反交的測交實驗結果是由待測個體產生配子情況決定的。表中F1作為父本的測交結果說明，F1產生了四種花粉：AB∶Ab∶aB∶ab = 1∶2∶2∶2；產生了四種卵細胞：AB∶Ab∶aB∶ab = 1∶1∶1∶1。說明其產生AB的花粉50 %不能萌發。

【答案】D

花粉致死情況在伴性遺傳的測交中的現象也很明顯。例如：女婁菜是一種雌雄異株的草本植物，控制植株綠色（A）和金黃色（a）的基因位于X染色體上；如果含有a的花粉致死，那么用多株綠色雌株和金黃色雄株（XaY）測交，可能出現表3中的遺傳現象。

表3

2.3.2 染色體變異引起配子致死的異常遺傳現象

對染色體變異引起的配子致死異常遺傳現象的解釋：如圖1甲、乙分別代表某種植物兩個不同個體細胞的部分染色體及基因組成。已知失去圖示三種基因中的任意一種都會使配子致死，且甲、乙植物減數分裂不發生交叉互換，圖1乙中兩對同源染色體的情況是發生了染色體的易位。兩種植物的表現型是一致的，基因型均為AaBbCc，如何通過雜交實驗區分呢?？赏ㄟ^“配子測交”思維：甲有四種基因型的后代（AabbCc、AaBbcc、aabbCc和aaBbcc），乙只有兩種基因型的后代（AabbCc和aaBbcc）。根據基因的自由組合定律，究其原因是乙植物產生了Aac和BbC的兩種配子致死。

圖1

【例4】某植株的一條染色體發生缺失突變，獲得該缺失染色體的花粉不育，缺失染色體上具有紅色顯性基因B，正常染色體上具有白色隱性基因b（圖2）。如以該植株為父本，測交后代中部分表現為紅色性狀。下列解釋合理的是 （ ）

圖2

A.減數分裂時染色單體1或2上的基因b突變為B

B.減數第二次分裂時姐妹染色單體3與4自由分離

C.減數第二次分裂時非姐妹染色單體之間自由組合

D.減數第一次分裂時非姐妹染色單體之間交叉互換

【解析】由于染色體缺失導致花粉不育，該植物作父本只產生含基因b的可育配子，測交后代只有基因型為bb的白色性狀。既然后代中有表現為紅色性狀的個體，“配子測交”思維說明父本產生的可育配子中含有基因B，且在無結構缺失的染色體上，最可能是在減數第一次分裂時非姐妹染色單體發生交叉互換。

【答案】D

3.“配子測交”思維在遺傳探究中的應用

3.1 基因定位

基因在染色體上，染色體整條或者部分的缺失會導致相應的基因缺失，通過配子影響了后代基因的缺失。通過“配子測交”思維，測交后代的性狀表現直接反映了配子中基因的有無，從而定位該基因是否在相應染色體上。

【例5】玉米非糯性（W）對糯性（w）為顯性，控制該性狀的基因位于9號染色體上。若9號染色體某一區段缺失，不影響減數分裂過程，染色體區段缺失的雄配子不育而雌配子可育。請回答：

（1）現有染色體正常的糯性玉米和一條9號染色體區段缺失的非糯性玉米（該玉米不含w基因），請完善下列雜交實驗以判斷玉米的非糯性基因是否在缺失區段上：

①選擇上述材料進行雜交，其中__________（填“糯性”或“非糯性”）玉米做母本；

②獲得F1并____________________________________________________________________ ；

③結果分析與判斷

若F1中非糯性∶糯性＝1∶1則________________________________ ；

若F1___________________________________________________________________________________。

（2）經實驗證實控制玉米非糯性的基因在缺失區段上，讓上述實驗中所獲F1自由交配，F2中基因型為ww的個體出現的概率是__________________________________________________ 。

【解析】（1）根據“配子測交”思維，本題解題關鍵是檢測其產生的可育配子情況，染色體區段缺失導致的是雄配子不育，所以用染色體區段缺失的非糯性玉米做母本：當W基因不在9號染色體缺失區段，則配子都含W基因，測交后代全為非糯性；如果在缺失區段，則產生兩種配子W∶0 = 1∶1，F1是非糯性（Ww）∶糯性（w0）＝1∶1。（“0”表示未含相應的基因）（2）驗證結果是基因定位在缺失區段上，則雌配子是W∶w∶0 = 1∶2∶1；雄配子是W∶w = 1∶2。F2中ww的個體出現的概率是1/2×2/3 = 1/3。

【答案】（1）①非糯性 ②統計表現型及比例（或統計性狀分離比） ③控制非糯性的基因在缺失區段上

全為非糯性，則控制非糯性的基因不在缺失區段上

（2）1/3

3.2 判斷基因連鎖情況

如果兩對基因在同一對同源染色體上，就可通過“配子測交”思維來判斷其基因連鎖情況，如表4（圖形表示，代表染色體，“ ”代表基因）：

表4

3.3 判斷基因工程中目的基因整合情況

例如，科研人員挑選出成功導入基因T的抗性番茄植株，其整合情況可能如圖3（代表染色體，“ ”代表T基因）所示（不考慮其他變異情況），如何確定導入基因T的位置和數量呢？分析如下：如果是甲情況，植物產生的配子中都含有T基因，測交后代全表現出抗性；如果是乙情況，產生的配子中一半含有T基因，則測交后代有抗性的占一半；如果是丙情況，按照基因的自由組合定律，其產生配子中有三種情況，含有兩個T基因的配子、含有一個T基因的配子，不含有T 基因的配子，所以測交后代有抗性的占3/4。

圖3

總之，遺傳規律適用于有性生殖生物的核基因遺傳，有性配子隨機結合是得出后代性狀及比例的橋梁。而測交后代的表現型及比例通過配子情況直接反映了待測親本的基因組成，可進一步推測基因所在染色體組成類型的情況。多數異常的遺傳現象解釋或遺傳學上的應用往往可由親本產生的配子的角度進行分析。將“配子測交”思維滲透到此類遺傳現象的解釋中，往往能抓住問題根本。