遺傳題目的解題技巧與遺傳方式探究的實驗設(shè)計一 借數(shù)學(xué)思想之力解遺傳計算題遺傳學(xué)中的計算題有下列幾種類型 1 dna分子中堿基比例的計算 2 dna分子復(fù)制過程中的有關(guān)計算 3 基因表達(dá)過程中的有關(guān)計算 4 遺傳概率的計算 5 基因頻率和基因型頻率的計算 當(dāng)你進(jìn)行以上類型的計算有困難時 可借數(shù)學(xué)思想之力 突破遺傳計算中的難點 1 數(shù)形結(jié)合思想 數(shù) 與 形 反映了事物兩個方面的屬性 數(shù)形結(jié)合 主要指的是數(shù)與形之間的一一對應(yīng)關(guān)系 數(shù)形結(jié)合把抽象的數(shù)學(xué)語言 數(shù)量關(guān)系與直觀的幾何圖形 位置關(guān)系結(jié)合起來 即通過抽象思維與形象思維的結(jié)合 使復(fù)雜問題簡單化 抽象問題具體化 從而達(dá)到優(yōu)化解題途徑的目的 在進(jìn)行dna分子中堿基比例 基因表達(dá)和dna分子半保留復(fù)制過程中的有關(guān)計算時 可巧用數(shù)形結(jié)合思想 如 在計算dna分子中的堿基比例時 先畫出dna分子平面結(jié)構(gòu)簡圖 如圖1所示 其次將題目中的數(shù)量關(guān)系和圖形結(jié)合 明確已知的堿基比例是占一條鏈的情況 還是占整個dna分子的情況 最后在理清兩條鏈堿基關(guān)系的基礎(chǔ)上作答 在解答有關(guān)基因表達(dá)過程中的計算時 可結(jié)合圖2 明確dna分子中的堿基 rna分子中的堿基 多肽中氨基酸的數(shù)量關(guān)系 并關(guān)注變化的情況 如rna某一位置出現(xiàn)了終止密碼子 多肽中的氨基酸必發(fā)生變化 如何變化可結(jié)合該圖思考得出結(jié)論 有關(guān)dna分子半保留復(fù)制過程中的計算可參看圖3 2 分解組合思想基因的自由組合定律研究的是控制兩對或多對相對性狀 位于不同對同源染色體上的基因的傳遞規(guī)律 由于控制生物不同性狀的基因互不干擾 獨(dú)立地遵循基因的分離定律 因此 我們可以用分解組合思想來解答這類試題 分解組合思想就是把組成生物的兩對或多對相對性狀分離開來 用單因子分析法一一加以研究 最后把研究的結(jié)果用一定的方法組合起來 運(yùn)用數(shù)學(xué)中的乘法原理或加法原理進(jìn)行計算 在遺傳概率的計算中 分解組合思想大放光芒 1 基因分離定律的三把鑰匙 若后代性狀分離比為顯 隱 3 1 則雙親一定都是雜合子 用d d表示 即dd dd 3d 1dd 若后代性狀分離比為顯 隱 1 1 則雙親一定是測交類型 即dd dd 1dd 1dd 若后代性狀只有顯性性狀 則雙親至少有一方為顯性純合子 即dd dd或dd dd或dd dd 2 解題思路 先確定此題是否遵循基因的自由組合定律 如不遵循 則不用此法 分解 將所涉及的兩對 或多對 基因或性狀分離開來 單獨(dú)考慮 用基因分離定律的三把鑰匙進(jìn)行研究 組合 將分離定律研究的結(jié)果按一定方式進(jìn)行組合 3 應(yīng)用 求配子種類數(shù) 如 aabbcc產(chǎn)生的配子種類有多少種 先分解為3個分離定律 aa產(chǎn)生的配子種類為2種 bb產(chǎn)生的配子種類為2種 cc產(chǎn)生的配子種類為2種 則aabbcc產(chǎn)生的配子種類為8 2 2 2 種 求基因型種類數(shù) 如 aabbcc aabbcc的后代基因型有多少種 先分解為3個分離定律 aa aa的后代有3種基因型 1aa 2aa 1aa bb bb的后代有2種基因型 1bb 1bb cc cc的后代有3種基因型 1cc 2cc 1cc 所以其雜交后代有18 3 2 3 種基因型 求表現(xiàn)型種類數(shù) 如 aabbcc aabbcc的后代表現(xiàn)型有多少種 先分解為3個分離定律 aa aa的后代有2種表現(xiàn)型 bb bb的后代有2種表現(xiàn)型 cc cc的后代有2種表現(xiàn)型 所以其雜交后代有8 2 2 2 種表現(xiàn)型 求患病概率當(dāng)甲 乙兩種遺傳病之間具有 自由組合 關(guān)系時 利用基因分離定律計算得知 患甲病的概率為m 患乙病的概率為n 可利用乘法原理或加法原理計算其他概率 如兩病兼患的概率為mn 只患一種病的概率為m 1 n n 1 m m n 2mn 在遇到男孩患病與患病男孩概率的計算時 先定位患病基因在常染色體上 還是在性染色體上 若屬于常染色體遺傳病 看病名和性別的先后順序 若病名在前 性別在后 則性別未知 患病情況和性別情況是兩個獨(dú)立事件 利用分解組合思想 患病男孩的概率 患病孩子的概率 1 2 若性別在前 病名在后 則性別已知 男孩患病的概率 患病孩子的概率 若屬于伴x染色體遺傳病 則先繪出遺傳圖解 病名在前 性別在后 從全部后代中找出患病男孩 即可求得患病男孩的概率 若性別在前 病名在后 只考慮相應(yīng)性別中的發(fā)病情況 根據(jù)遺傳圖解中的部分情況直接求得 3 集合思想集合思想已成為現(xiàn)代數(shù)學(xué)的理論基礎(chǔ) 用集合語言可以簡明扼要地表述數(shù)學(xué)概念 準(zhǔn)確 簡捷地進(jìn)行數(shù)學(xué)推理 在生物學(xué)的一些計算中 如能主動運(yùn)用數(shù)學(xué)的集合思想去解題 對于培養(yǎng)我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力大有裨益 1 在人類的遺傳病中 若只考慮甲病的情況 患甲病的概率為a 只考慮乙病的情況 患乙病的概率為b 兩個事件互相獨(dú)立 則不患甲病和不患乙病的概率分別是集合a和集合b的補(bǔ)集 分別用1 a 1 b表示 如圖1所示 圖2中 同時患兩病的概率可看成集合a 集合b的交集 只患甲病的概率為集合a中集合ab的補(bǔ)集 數(shù)值 a ab 集合ab是集合a的子集 2 在基因頻率和基因型頻率的計算中 也可運(yùn)用集合思想 以一對等位基因a a為例 若a的基因頻率為p a的基因頻率為q 則集合p q互為補(bǔ)集 即p q 1 如圖3所示 體會基因頻率的動態(tài)變化 如p增加 則q減少 在圖4中aa aa aa三者基因型頻率互為補(bǔ)集 即aa的基因型頻率 aa的基因型頻率 aa的基因型頻率 1 留意三者的動態(tài)變化 如aa和aa的基因型頻率增加 則aa的基因型頻率減少 當(dāng)達(dá)到遺傳平衡時 基因頻率和基因型頻率保持不變 為恒定值 結(jié)合圖3和圖4理解 圖3中的p q恒定時 圖4中的aa的基因型頻率 p2 aa的基因型頻率 2pq aa的基因型頻率 q2 三者的數(shù)值恒定不變 二 探究遺傳方式的實驗設(shè)計實驗設(shè)計和探究能力是高考生物能力要求的最高層次 在遺傳類簡答題中 命題者往往設(shè)置一些情境 要求考生設(shè)計實驗方案 探究遺傳現(xiàn)象 部分考生遇到該類試題時 由于找不到解題的切入點 而臨陣脫逃 下面就常見類型的實驗設(shè)計進(jìn)行總結(jié) 以明確解題的基本套路 1 一對相對性狀基因位置的判斷 1 基因位于x染色體上還是位于常染色體上的判斷 若相對性狀的顯隱性是未知的 且親本皆為純合子 則用正交和反交的方法 a 若正交和反交的后代表現(xiàn)型相同 都表現(xiàn)同一親本的性狀 則這對基因位于常染色體上 遺傳圖解如下 b 若正交后代全表現(xiàn)為甲性狀 而反交后代中雌性全表現(xiàn)為甲性狀 雄性全表現(xiàn)為乙性狀 則甲性狀為顯性性狀 且基因位于x染色體上 遺傳圖解如下 若相對性狀的顯隱性已知 只需一個雜交組合判斷基因的位置 則用隱性雌性個體與顯性雄性純合個體雜交的方法 a 若基因位于x染色體上 則后代中雌雄個體的表現(xiàn)型完全不同 雌性個體表現(xiàn)顯性性狀 雄性個體表現(xiàn)隱性性狀 遺傳圖解如下 b 若基因位于常染色體上 則雌雄后代的表現(xiàn)型與性別無關(guān) 遺傳圖解如下 2 基因是伴x染色體遺傳還是x y染色體同源區(qū)段的遺傳的判斷適用條件 已知性狀的顯隱性和控制性狀的基因在性染色體上 基本思路一 用 純合隱性雌 純合顯性雄 進(jìn)行雜交 觀察分析f1的性狀 基本推論一 若子代中雌雄個體全表現(xiàn)顯性性狀 說明此等位基因位于x y染色體的同源區(qū)段上 若子代中雌性個體全表現(xiàn)顯性性狀 雄性個體全表現(xiàn)隱性性狀 說明此等位基因僅位于x染色體上 基本思路二 用 雜合顯性雌 純合顯性雄 進(jìn)行雜交 觀察分析f1的性狀 基本推論二 若子代中雌雄個體全表現(xiàn)顯性性狀 說明此等位基因位于x y染色體的同源區(qū)段上 若子代中雌性個體全表現(xiàn)顯性性狀 雄性個體中既有顯性性狀又有隱性性狀 說明此等位基因僅位于x染色體上 2 兩對相對性狀的基因位置的判斷適用條件 已知控制相對性狀的基因在常染色體上 判斷等位基因在同一對同源染色體上 還是在不同對的同源染色體上 基本思路 一般采用先雜交后自交或測交的方法 對植物常采用測交法或自交法 自交法一般較方便 對動物一般采用測交法 若自交的結(jié)果為9 3 3 1或測交的結(jié)果為1 1 1 1 則兩對等位基因在不同對的同源染色體上 遵循基因的自由組合定律 若自交或測交不出現(xiàn)以上比例 不存在基因互作的情況 則兩對等位基因很可能在同一對同源染色體上 3 環(huán)境因素 外因 和遺傳因素 內(nèi)因 對生物性狀影響的實驗設(shè)計生物性狀既受基因的控制 又受環(huán)境的影響 當(dāng)性狀改變時 可能是由基因決定的 也可能是由環(huán)境影響的 探究生物性狀的改變是由基因還是由環(huán)境引起的 表型模擬 需要改變環(huán)境條件進(jìn)行實驗探究 實驗假設(shè)切入點 是否發(fā)生遺傳物質(zhì)的改變 可用自交或測交的方法進(jìn)行 變異產(chǎn)生的性狀能否遺傳 可通過觀察性狀的改變與環(huán)境的關(guān)系來判斷 以上是幾種類型的實驗探究方案 在解這類試題時 先從以下幾個方面進(jìn)行思考 1 實驗?zāi)康氖鞘裁?2 顯隱性性狀已知嗎 哪些條件是未知的 3 從已知條件到實驗?zāi)康闹g可能的實驗方案是什么 4 邏輯推理是否嚴(yán)謹(jǐn) 在明確了這些問題后 再按題目要求進(jìn)行規(guī)范化作答 1 人們在野兔中發(fā)現(xiàn)了一種使毛色為褐色的基因 t 位于x染色體上 已知沒有x染色體的胚胎是致死的 如果褐色的雌兔 染色體組成為xo 與正常灰色 t 雄兔交配 預(yù)期子代中褐色兔所占比例和雌 雄之比分別為 a 3 4與1 1b 2 3與2 1c 1 2與1 2d 1 3與1 1解析 雌兔為 xto 雄兔為 xty 兩兔交配 其子代基因型分別為xtxt xto xty oy 因沒有x染色體的胚胎是致死的 因此子代只有xtxt xto xty三種基因型兔 且數(shù)量之比為1 1 1 子代中xtxt為褐色雌兔 xto為正常灰色雌兔 xty為褐色雄兔 故子代中褐色兔占2 3 雌雄之比為2 1 答案 b 2 2015年浙江五校聯(lián)考 某育種專家在農(nóng)田中發(fā)現(xiàn)一株大穗不抗病的小麥 自花受粉后獲得160粒種子 這些種子發(fā)育成的小麥中有30株大穗抗病和若干株小穗抗病 其余的都不抗病 若將這30株大穗抗病的小麥作為親本自交 在f1中選擇大穗抗病小麥再進(jìn)行自交 理論上f2中能穩(wěn)定遺傳的大穗抗病小麥占f2中所有大穗抗病小麥的比例為 a 2 10b 7 10c 2 9d 7 9 解析 由題意可知 大穗 不抗病是顯性性狀 小穗 抗病是隱性性狀 設(shè)相關(guān)基因用a a和b b表示 30株大穗抗病植株的基因型為1 3aabb 2 3aabb 在f1中選擇的再次進(jìn)行自交的大穗抗病植株中 有3 5aabb 2 5aabb f1大穗抗病小麥自交產(chǎn)生的f2中 大穗抗病植株的基因型為7 10aabb 2 10aabb 所以f2中能穩(wěn)定遺傳的大穗抗病小麥占所有大穗抗病小麥的比例為7 9 答案 d 3 下表表示果蠅三個純合品種的性狀和控制相應(yīng)性狀的基因 其中 野生型 的翅型 眼色均為顯性 回答下列問題 1 翅型和眼色這兩對性狀的遺傳遵循 定律 研究伴性遺傳時 可選用的親本組合是 與 2 讓 中的雌性與 中的雄性雜交 在25 條件下培養(yǎng) f1均為長翅紅眼 則f1的基因型為 3 將上述f1的雌 雄個體相互交配 理論上f2中殘翅白眼果蠅占 若在37 條件下培養(yǎng) 發(fā)現(xiàn)f2中殘翅個體比例高于理論值 出現(xiàn)這一結(jié)果的原因是溫度改變直接導(dǎo)致性狀改變 而遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生變化 為驗證該結(jié)論 請選用f2中的果蠅為實驗材料設(shè)計實驗 寫出實驗思路 并預(yù)期結(jié)果 解析 1 從表格可以看出 殘翅 白眼均是由隱性基因控制的 所以 野生型的長翅 紅眼均由顯性基因控制 控制翅型的基因位于常染色體上 而控制眼色的基因位于x染色體上 所以 兩對基因的遺傳遵循基因自由組合定律 在研究伴性遺傳時 應(yīng)選用位于性染色體上的基因控制的性狀 即所選親本應(yīng)為 與 2 由于 均為純合品種 f1均為長翅紅眼 據(jù)此判斷 中雌蠅的基因型為aaxbxb 中雄蠅的基因型為aaxby f1的基因型為aaxbxb 長翅紅眼雌蠅 aaxby 長翅紅眼雄蠅 3 讓f1的雌雄個體交配 f2中殘翅白眼果蠅的基因型為aaxby 理論上所占的比例為 1 4 1 4 1 16 由于37 的培養(yǎng)溫度高于25 所以 殘翅比例上升可能與溫度的變化有關(guān) 而遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生變化 所以 用f2中的殘翅雌 雄果蠅相互交配 在25 條件下培養(yǎng) 子代中會出現(xiàn)長翅果蠅 答案 1 基因自由組合 2 aaxby aaxbxb 3 1 16實驗思路 用f2中的殘翅雌 雄果蠅相互交配 并在25 條件下培養(yǎng) 實驗結(jié)果 子代中會出現(xiàn)長翅果蠅 4 南瓜皮色分為白色 黃色和綠色 皮色性狀的遺傳涉及兩對等位基因 分別用h h和y y表示 現(xiàn)用白甲 白乙 黃色和綠色4個純合品種進(jìn)行雜交實驗 結(jié)果如下 實驗1 黃 綠 f1表現(xiàn)為黃 f1自交 f2表現(xiàn)為3黃 1綠 實驗2 白甲 黃 f1表現(xiàn)為白 f1自交 f2表現(xiàn)為12白 3黃 1綠 實驗3 白乙 綠 f1表現(xiàn)為白 f1 綠 回交 f2表現(xiàn)為2白 1黃 1綠 分析上述實驗結(jié)果 請回答 1 南瓜皮色遺傳 填 遵循 或 不遵循 基因自由組合定律 2 南瓜皮的色素 酶和基因的關(guān)系如下圖所示 若h基因使酶1失去活性 則控制酶2合成的基因是 白甲 白乙的基因型分別為 3 若將實驗3得到的f2白皮植株自交 f3的皮色的表現(xiàn)型及比例是 4 研究發(fā)現(xiàn) 與正常酶1比較 失去活性的酶1氨基酸序列有兩個突變位點 如下圖 據(jù)圖推測 h基因突變?yōu)閔基因時 導(dǎo)致 處突變的原因是發(fā)生了堿基對的 導(dǎo)致 處突變的原因是發(fā)生了堿基對的 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn) 失活的酶1相對分子質(zhì)量明顯小于正常酶1 出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是蛋白質(zhì)合成 解析 1 根據(jù)實驗2中f2的性狀分離比 自由組合定律的變式 可知 南瓜皮色遺傳遵循基因自由組合定律 2 因為h基因使酶1失去活性 根據(jù)實驗2的f2中黃色所占比例可知 控制黃色的基因組成中有顯性基因 所以控制酶2合成的基因是y 因為實驗2 白甲 黃 f1表現(xiàn)為白 f1自交 f2表現(xiàn)為12白 3黃 1綠 所以f1的基因型一定是hhyy 親本中黃色的基因型為hhyy 白甲的基因型是hhyy 實驗3 白乙 綠 f1表現(xiàn)為白 所以白乙的基因型是hhyy或hhyy f1 綠 回交 f2表現(xiàn)為2白 1黃 1綠 所以f1的基因型是hhyy 白乙的基因型是hhyy 3 根據(jù)以上分析可知 實驗3中f2的白色的基因型是1 2hhyy和1 2hhyy 1 2hhyy自交后代f3表現(xiàn)為12白 3黃 1綠 1 2hhyy自交后代f3表現(xiàn)為3白色 1綠色 所以將實驗3得到的f2白皮植株自交 f3的皮色的表現(xiàn)型及比例是白色 1 2 12 16 1 2 3 4 黃色 1 2 3 16 綠色 1 2 1 16 1 2 1 4 24 3 5 4 據(jù)圖分析可知 處發(fā)生了氨基酸種類的替換 此部位后面的氨基酸種類不變 所以導(dǎo)致 處突變的原因是發(fā)生了堿基對的替換 處氨基酸的種類和后面的排列順序都發(fā)生了較大改變 所以導(dǎo)致 處突變的原因是發(fā)生了堿基對的增添或缺失 因為失活的酶1相對分子質(zhì)量明顯小于正常酶1 說明失活的酶1的氨基酸數(shù)目減少 出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是蛋白質(zhì)合成提前終止 答案 1 遵循 2 yhhyyhhyy 3 白 黃 綠 24 3 5 4 替換增添或缺失提前終止 5 2015年成都模擬 果蠅的灰身和黑身 剛毛和截毛各為一對相對性狀 分別由等位基因a a d d控制 某科研小組用一對灰身剛毛果蠅進(jìn)行了多次雜交實驗 f1代表表現(xiàn)型及比例如下表 1 果蠅控制剛毛和截毛的等位基因位于 染色體上 2 上表實驗結(jié)果存在與理論分析不吻合的情況 原因可能是基因型為 的受精卵不能正常發(fā)育成活 3 若上述 2 題中的假設(shè)成立 則f1代成活的果蠅共有 種基因型 在這個種群中 黑身基因的基因頻率為 讓f1代灰身截毛雄果蠅與黑身剛毛雌果蠅自由交配 則f2代雌果蠅共有 種表現(xiàn)型 4 控制果蠅眼色的基因僅位于x染色體上 紅眼 r 對白眼 r 為顯性 研究發(fā)現(xiàn) 眼色基因可能會因染色體片段缺失而丟失 記為xc 若果蠅兩條性染色體上都無眼色基因 則其無法存活 在一次用純合紅眼雌果蠅 xrxr 與白眼雄果蠅 xry 雜交的實驗中 子代中出現(xiàn)了一只白眼雌果蠅 欲用一次雜交實驗判斷這只白眼雌果蠅出現(xiàn)的原因 請簡要寫出實驗