某雌雄异株植物的性别决定方式为 XY型,控制高茎(A)和矮茎(a)性状的等位基因位于常染色体上,控制阔叶(B)和窄叶(b)性状的等位基因位于X染色体上,完全没有B或b基因的受精卵不能发育。请回答下列问题:
( 1)雄株进行正常减数分裂时,某一细胞中的性染色体组成为两条Y染色体,则该细胞相 当于高等动物的 ___________ 细胞。
( 2)为培育优良品种,科研人员将纯合高茎与矮茎植株杂交所得的F 1 种子用低温处理,诱导得到若干四倍体植株。将这些四倍体植株随机交配,所得的 F 2 中矮茎植株占 ___________ 。
( 3)研究叶形的遗传时,用两株亲本杂交,得到的F 1 中雌株全为阔叶,雄株中阔叶和窄叶各占一半。将 F 1 中的阔叶植株随机杂交, F 2 的表现型及比例为 ______________________ 。
( 4)植株幼苗的性别很难直接分辨,但可以通过叶形来确定。将阔叶雄株的花粉用硫酸二乙酯(一种化学诱变剂)处理后再通过人工授粉与窄叶雌株杂交,结果在F 1 中发现一株窄叶雌株。该变异植株产生的原因可能是父本发生了基因突变,也可能是父本 B基因缺失所致。请设计一次简单的杂交实验方案,在子代幼苗时期就能判断出该变异植株产生的原因(要求写出杂交方案、预期结果及结论)。
次级精母 1/36 阔叶雌株 :阔叶雄株:窄叶雄株=4:3:1 让该 F 1 中的窄叶雌株与阔叶雄株杂交,观察并统计 F 2 幼苗叶形的表现型及比例。如果 F 2 的表现型及比例为阔叶(雌株) :窄叶(雄株)=1:1,则表明该变异植株产生的原因是父本发生了基因突变;如果F 2 的表现型及比例为阔叶(雌株) :窄叶(雄株)=2:1,则表明该变异植株产生的原因是父本X染色体上的B基因缺失所致
【解析】
分析:结合题意分析,两对等位基因( A/a和B/b)分别位于不同对同源染色体上,单独分析遵循基因的分离定律,二者同时分析遵循基因的自由组合定律。
详解: ( 1) 雄株进行正常减数分裂时,若某一细胞中的出现两条 Y染色体,则该细胞处在减数第二次分裂后期,因为Y染色体的着丝点分裂,细胞中才会出现两条Y染色体,此时该细胞相当于高等动物的次级精母细胞。
( 2)结合题意,纯合高茎(AA)和纯合矮茎(aa)杂交得到F 1 的基因型为 Aa;低温处理得到四倍体的基因型为 AAaa ;其随机交配中,亲本产生的配子种类及其比例为 AA:Aa:aa =1:4:1,所以产生的F 2 中矮茎( aaaa )的比例为 1/6×1/6=1/36。
( 3) 根据 “两株亲本杂交,F 1 中雌株全为阔叶,雄株中阔叶和窄叶各占一半 ”分析,亲本中雄株的基因型为X B Y, 亲本中雌株的基因型为 X B X b ; F 1 中的阔叶植株的雄株基因型为 X B Y、雌株的基因型及其比例为1/2X B X B 和 1/2X B X b , F 1 中的阔叶植株随机杂交,由于产生的花粉的基因型及其比例为 X B :Y=1:1,产生的卵细胞的基因型及其比例为 X B :X b =3:1;所以产生的 F 2 基因型及比例为 ( X B :Y)(X B :X b ) =(1:1) ( 3:1),即 X B X B :X B X b :X B Y:X b Y=3:1:3:1, 表现型及其比例为阔叶雌株 : 阔叶雄株 : 窄叶雄株 =4:3:1。
( 4) 结合题意,阔叶雄株 (X B Y) 的花粉 (X B 和 Y)用硫酸二乙酯处理后,其花粉的基因型可能有突变为 X b (B基因突变为b基因)或X - ( B基因所在片段缺失),再通过人工授粉 , 与窄叶雌株 ( X b X b ) 杂交,结果在 F 1 中发现一株窄叶雌株 ( X b X b 或 X b X - )。 为了确定该变异植株产生的原因可能是父本发生了基因突变 ( B→b) ,也可能是父本 B基因缺失所致 ( X B →X - ) ,可以将该变异植株( X b X b 或 X b X - ) 与阔叶雄株 ( X B Y) 杂交,观察并统计 F 2 幼苗叶形的表现型及比例。如果是基因突变( B→b)引起,则 F 2 的表现型及比例应为阔叶雌株 : 窄叶雄株 =1:1 ;如果是 B基因片段缺失(X B →X - )引起 , 则 F 2 的表现型及比例应为阔叶雌株 :窄叶雄株 =2:1 (注意 X - Y死亡) 。
点睛:本题关键之处有:一是四倍体 AAaa 产生的配子种类及其比例 AA:Aa:aa=1:4:1 ;二是 F 1 中的阔叶植株 X B Y 与 1/2X B X B 和 1/2X B X b 随机杂交的计算方法;三是探究哪种引起原因的思路是逆向思维,即用原因作为已知条件引入分析,预测得到的结果。
前期 | 中期 | 后期 | ||
有丝分裂 | 有同源染色体(染色体必定成对) | 不联会 |
着丝点排列在赤道板 |
着丝点分裂 |
减数第一次分裂 | 有同源染色体(染色体必定成对) | 联会 |
四分体排列在赤道板两侧 |
同源染色体分离,非同源染色体自由组合 |
减数第二次分裂 | 无同源染色体(染色体可以不成对) | 无同源染色体 |
着丝点排列在赤道板 |
着丝点分裂 |
项目 | 有丝分裂 | 减数分裂 | |
不同点 | 母细胞 | 体细胞或原始生殖细胞 | 原始生殖细胞 |
染色体复制 | 一次,有丝分裂间期 | 一次,减数第一次分裂前的间期 | |
细胞分裂次数 | 一次 | 两次 | |
同源染色体行为 | 有同源染色体,但无同源染色体的联会、四分体,不出现同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换及同源染色体的分离 | 有同源染色体的联会、四分体,出现同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换及同源染色体的分离 | |
子细胞的数目 | 2个 | 雄性4个,磁性为(1+3)个 | |
子细胞的类型 | 体细胞 | 生殖细胞(精细胞或卵细胞) | |
最终产生子细胞染色体数 | 与亲代细胞相同 | 比亲代细胞减少一半(发生在减数第一次分裂) | |
子细胞核的遗传物质组成 | 几乎相同 | 不一定相同(基因重组形成多种配子) | |
子细胞中可遗传变异的来源 | 基因突变、染色体变异 | 基因突变、基因重组、染色体变异 | |
染色体及DNA数量的变化 | |||
相同点 | 染色体都复制一次;出现纺锤体,均有子细胞产生,均有核膜、核仁的消失与重建过程;减数第二次分裂和有丝分裂相似,着丝点分裂,姐妹染色单体分开形成染色体 | ||
意义 | 使生物的亲代和子代之间保持了遗传特性的稳定性 | 减数分裂和受精作用维持了每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定 |
知识拓展:
1、AaBb(两对基因独立遗传)产生配子情况
产生的配子种类 | 说明 | |
一个精原细胞 | 4个,2种(AB、ab或Ab、aB) | 植物产生配子的结论,与动物大致相同(区别仅在于:一个花粉母细胞产生的精子数量是8个,比动物要多) |
一个雄性个体 | 4n个,4种(AB、ab、Ab、aB) | |
一个卵原细胞 | 1个,1种(AB或ab或Ab或aB) | |
一个雌性个体 | n个,4种(AB、ab、Ab、aB) |
分裂方式 | 变异类型 |
无丝分裂 | 基因突变 |
有丝分裂 | 基因突变、染色体变异 |
减数分裂 | 基因突变、基因重组、染色体变异 |
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