我国科学家利用栽培稻( H )与野生稻( D )为亲本,通过杂交育种方法并辅以分子检测技术,选育出了 L12 和 L7 两个水稻新品系。 L12 的 12 号染色体上带有 D 的染色体片段(含有耐缺氮基因 T D ), L7 的 7 号染色体上带有 D 的染色体片段(含有基因 S D ),两个品系的其他染色体均来自于 H (图 1 )。 H 的 12 号和 7 号染色体相应片段上分别含有基因 T H 和 S H 。现将两个品系分别与 H 杂交,利用分子检测技术对实验一亲本及部分 F 2 的 T D /T H 基因进行检测,对实验二亲本及部分 F 2 的 S D /S H 基因进行检测,检测结果以带型表示(图 2 )。
回答下列问题:
( 1 )为建立水稻基因组数据库,科学家完成了水稻 __________ 条染色体的 DNA 测序。
( 2 )实验一 F 2 中基因型 T D T D 对应的是带型 __________ 。理论上, F 2 中产生带型 Ⅰ 、 Ⅱ 和 Ⅲ 的个体数量比为 __________ 。
( 3 )实验二 F 2 中产生带型 α 、 β 和 γ 的个体数量分别为 12 、 120 和 108 ,表明 F 2 群体的基因型比例偏离 __________ 定律。进一步研究发现, F 1 的雌配子均正常,但部分花粉无活性。已知只有一种基因型的花粉异常,推测无活性的花粉带有 __________ (填 “S D ” 或 “S H ” )基因。
( 4 )以 L 7 和 L 12 为材料,选育同时带有来自 D 的 7 号和 12 号染色体片段的纯合品系 X (图 3 )。主要实验步骤包括: ①________________________________________ ; ② 对最终获得的所有植株进行分子检测,同时具有带型 __________ 的植株即为目的植株。
( 5 )利用 X 和 H 杂交得到 F 1 ,若 F 1 产生的无活性花粉所占比例与实验二结果相同,雌配子均有活性,则 F 2 中与 X 基因型相同的个体所占比例为 __________ 。
12 Ⅲ 1∶2∶1 (基因)分离 S D 将 L7 和 L12 杂交,获得 F 1 后自交 α 和 Ⅲ 1/80
【分析】
分析题意和条带可知: L12 的 12 号染色体上含有耐缺氮基因 T D ,其基因型为 T D T D ; L7 的 7 号染色体上含有基因 S D ,基因型为 S D S D ; H 的 12 号染色体上的基因为 T H , 7 号染色体上的基因为 S H ,基因型为 S H S H T H T H ; T D 与 T H , S D 与 S H 遵循基因分离和自由组合定律。
【详解】
( 1 )水稻为雌雄同株的植物,没有性染色体和常染色体之分,分析题图可知,水稻含有 12 对同源染色体,即有 24 条染色体,故对水稻基因组测序,需要完成 12 条染色体的 DNA 测序;
( 2 )实验一是将 L12 (基因型 T D T D )与 H (基因型 T H T H )杂交, F 1 的基因型为 T D T H , F 2 的基因型分别为 T D T D ∶T D T H ∶T H T H =1∶2∶1 ,其中 T D T D 对应的是带型与亲本 L12 对应的条带相同,即条带 Ⅲ ,理论上, F 2 中产生带型 Ⅰ∶Ⅱ∶Ⅲ 的个体数量比为 1∶2∶1 ;
( 3 )实验二是将 L7 (基因型 S D S D )与 H (基因型 S H S H )杂交, F 1 的基因型为 S D S H ,理论上 F 2 的基因型分别为 S D S D ∶S D S H ∶S H S H =1∶2∶1 ,其中 S D S D 对应的是带型与亲本 L7 对应的条带相同,即条带 α , S D S H 对应条带为 β , S H S H 对应条带为 γ ,理论上, F 2 中产生带型 Ⅰ∶Ⅱ∶Ⅲ 的个体数量比为 1∶2∶1 。实际上 F 2 中产生带型 α 、 β 、 γ 的个体数量分别为 12 、 120 和 108 ,表明 F 2 群体的基因型比例偏离分离定律;进一步研究发现, F 1 的雌配子均正常,但部分花粉无活性;已知只有一种基因型的花粉异常,而带型 α ,即 S D S D 的个体数量很少,可推测无活性的花粉带有 S D 基因;
( 4 )已知 T D 与 T H , S D 与 S H 两对基因分别位于 7 号和 12 号染色体上,两对等位基因遵循自由组合定律,以 L7 和 L12 为材料,选育同时带有来自 D 的 7 号和 12 号染色体片段的纯合品系 X ,基因型为 S D S D T D T D ;同时考虑两对等位基因,可知 L7 的基因型为 S D S D T H T H , L12 的基因型为 S H S H T D T D , ① 将 L7 和 L12 杂交,获得 F 1 ( S D S H T D T H )后自交, ② 对最终获得的所有植株进行分子检测,同时具有带型 α 和 Ⅲ 的植株即为目的植株;
( 5 )实验二中 S D S D ∶S D S H ∶S H S H =12∶120∶108=1∶10∶9 ,可知花粉中 S D ∶S H =1∶9 ,利用 X (基因型为 S D S D T D T D )和 H (基因型为 S H S H T H T H )杂交得到 F 1 ,基因型为 S D S H T D T H ,若 F 1 产生的 S D 花粉无活性,所占比例与实验二结果相同,即雄配子类型及比例为: S D T D ∶S D T H ∶S H T D ∶S H T H =1∶1∶9∶9 ,雌配子均有活性,类型及比例为 S D T D ∶S D T H ∶S H T D ∶S H T H =1∶1∶1∶1 ,则 F 2 中基因型为 S D S D T D T D 的个体所占比例为 1/4×1/20=1/80 。
【点睛】
本题考查基因分离定律和基因自由组合定律的应用的相关知识,意在考查考生把握知识间相互联系,运用所学知识解决生物学实际问题的能力,难度较大。
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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