用石刁柏“吃透”生物变异类型

湖南 庞业军

用石刁柏“吃透”生物变异类型

湖南 庞业军

生物的变异按遗传物质是否改变可分为可遗传的变异和不遗传的变异，其中可遗传的变异包括基因突变、基因重组和染色体变异；按对生物生存是否有利可分为有利变异和不利变异。变异类型比较多，学生容易混淆，如果再让学生用实验方法来证明，难度会更大，笔者经过多年的总结，以“石刁柏”为材料来说明这些变异类型。

材料：石刁柏，俗称芦笋，是一种名贵蔬菜，属于XY型性别决定。野生型窄叶芦笋，产量低。在某野生种群中，发现少数几株阔叶芦笋，雌株、雄株均有，阔叶雄株的产量明显高于阔叶雌株。

问题一：该芦笋的阔叶性状是否可以遗传？

【分析】不遗传的变异是由于环境条件的改变，遗传物质没有发生变化，其性状是不能传给后代的；而可遗传的变异是由于遗传物质的改变引起的，其性状是可以遗传给后代的。因此可以通过让阔叶的雌雄芦笋杂交，观察后代有无阔叶性状出现，若有阔叶性状出现，说明阔叶性状能够传给后代，是可遗传的变异，否则是不遗传的变异。

【技巧归纳】

可遗传变异与不遗传的变异的判断方法：

问题二：属于哪种可遗传变异？

有人认为阔叶芦笋具有杂种优势或是多倍体。请设计一个简单的实验方案来鉴定阔叶变异株的出现是基因突变还是染色体组加倍所致？

【分析】染色体组加倍是染色体数目的变异，在显微镜下是可以观察到的，而基因突变是基因结构的改变，是分子水平上的变化，在显微镜下是看不到的。因此取芦笋的分生区组织制成装片借助显微镜观察便可区分这两种变异。

【技巧归纳】

染色体结构或数目变异与基因突变的判别：

（1）判别依据：

光学显微镜下能观察到的是染色体变异，不能观察到的是基因突变。

（2）具体操作：

制作正常个体与待测变异个体的有丝分裂细胞临时装片，找到中期细胞进行染色体结构与数目的比较可以判断是否发生了染色体结构或数目变异。

【例】若石刁柏阔叶（A）对窄叶（a）为显性（基因在常染色体上），纯合阔叶与窄叶杂交，在后代群体中出现了一株窄叶雄性个体。出现该窄叶雄性个体的原因可能是亲本在产生配子过程中发生了基因突变或染色体片段缺失。现有基因型为AA、Aa和aa的雌雄个体可供选择，请完成下列实验步骤及结果预测，以探究其原因。（注：一对同源染色体都缺失相同片段时胚胎致死；各型配子活力相同）

实验步骤：

①用该窄叶雄性个体与基因型为______________个体杂交，获得F1；

②F1自由交配，观察、统计F2表现型及比例。

结果预测：

Ⅰ．如果__________________________________，则为基因突变；

Ⅱ．如果__________________________________，则为染色体片段缺失。

【解析】基因突变只改变基因的种类，基因的数目没有变化；染色体结构的缺失突变体减少了缺失段的基因，即缺失部分基因，属于染色体结构的变异；染色体整条缺失，则导致整条染色体上的基因全部缺失，属于染色体数目的变异。题中突变体为窄叶，若为基因突变，则突变体的基因型为aa；若为染色体片段缺失，则突变体基因型为a，缺失的基因可用0或_代替，即基因型可写成a0或a_。这样题目便转化为证明突变体的基因型了。因此可用突变体与基因型为AA或Aa个体杂交，再让F1个体自由交配得F2，统计F2的表现型及比例便可得到答案。

【答案】

方法一：AA的雌性 阔叶∶窄叶=3∶1 阔叶∶窄叶=4∶1

方法二：Aa的雌性 阔叶∶窄叶=7∶9 阔叶∶窄叶=7∶8

【技巧归纳】

运用假说-演绎法，首先确定杂交的亲本类型，再假设突变体是基因突变或染色体片段缺失，根据杂交后代的不同的性状表现，再把杂交实验结果变为条件，把假设变为结果，完成作答。

问题三：如何判断显、隐性突变？

若已经证实阔叶为基因突变所致，有两种可能：一是显性突变；二是隐性突变。请设计一个简单的实验方案加以判定。

【分析】基因突变可分为显性突变和隐性突变。显性突变即由aa突变为Aa；隐性突变又有两种情况，一种是由AA突变为Aa，这在当代不表现出来，若在当代表现即为另一种情况，AA突变为aa。因此证明显性突变还是隐性突变就转化为证明突变体的基因型了。

【技巧归纳】

（1）若突变体只有一个，选取突变体与其他已知未突变（野生型）个体杂交，据子代性状表现判断。若子代既有突变体也有野生型个体，即为显性突变；若子代全为野生型个体即为隐性突变。

（2）若突变体有多个，既有雌性也有雄性，则选取突变个体相互交配，观察子代有无性状分离而判断。若子代既有突变体也有野生型个体，即为显性突变；若子代全为突变体，即为隐性突变。

问题四：如何判断突变基因位置？

1.若已经证实阔叶为显性突变，突变基因可能位于常染色体上，也可能位于X染色体上。请设计一个简单实验方案加以判定。

【分析】根据已知条件阔叶为显性突变，要判断这对基因位于常染色体上还是X染色体上，首先要弄清基因在常染色体上的遗传与伴X遗传的特点：常染色体上基因的遗传中，后代的性状表现与性别无关，而位于X染色体上基因的遗传是与性别相关联的。在选择亲本杂交时，应保证前者杂交后代中雌雄表现型一致，而后者杂交后代中雌雄表现型不同，从而达到判定的目的。要使杂交后代雌雄表现型不同，让隐性的雌性个体与显性的雄性个体杂交便可得到。

【技巧归纳】

①已知性状的显隐性：选择纯合隐性雌性个体与显性雄性个体杂交。若后代雌雄表现型相同，则基因位于常染色体上；若后代雌雄表现型不同，则基因位于X染色体上。

②正交、反交实验判断（显、隐性未知）：若结果相同，基因在常染色体上；若结果不同，基因在X染色体上。

2.若已经证实阔叶为显性突变，证明控制该性状的基因只位于X染色体上还是X、Y的同源区段。

【分析】位于X、Y同源区段的遗传如下表：

_XBXB_____________XBXb________XbXb_XBYB_____________XBYb____________子代雌雄表现型不同_子代雌雄表现型不同_XbYB____________子代雌雄表现型不同_子代雌雄表现型不___同_XbYb____________________________________________________________________________________

从表中可以看出，只有表中标出的四种杂交类型，其后代的性状表现与性别有关，其他几种杂交类型子代雌雄个体的性状表现型相同。

选取亲本杂交时，只要杂交后代出现两种不同的情况：一种与性别相关联，一种与性别无关，便可得出结论。

因此选择纯种的阔叶雄性植株与窄叶雌性植株杂交，若子代雌雄表现型相同且全为阔叶，则该基因位于X、Y的同源区段；若子代雌性全为阔叶，雄性全为窄叶，则该基因只位于X染色体上。

3.若已经证实阔叶为显性突变，证明控制该性状的基因位于常染色体上还是X、Y的同源区段。

【分析】常染色体上基因的遗传，子代的性状表现与性别无关，而X、Y的同源区段的遗传，有的与性别无关，有的与性别相关联。因此在选择亲本杂交时，要让子代在表现型上出现差异则可达到目的。

【技巧归纳】

①雌性窄叶×雄性纯合阔叶→F1→F1的雌雄个体自由交配得F2，观察F2的性状表现。

②雄性窄叶×雌性纯合阔叶→F1→F1的雌雄个体自由交配得F2，观察F2的性状表现。

以第①种为例分析：

若F2中阔叶∶窄叶=3∶1，且窄叶只出现在雌性个体中，则基因位于X、Y同源区段。

若F2中阔叶∶窄叶=3∶1，且雌雄中均有窄叶出现，则基因位于常染色体上。

（作者单位：湖南省常德市第三中学）