高考生物重难点解析: 基因的自由组合定律,高分必背!

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1.孟德尔的两对性状的杂交实验


(1)配子的产生

①假说:F1在产生配子时,每对遗传因子彼此分离,不同对的遗传因子可以自由组合。


②F1产生的配子

a.雄配子种类及比例:YR∶Yr∶yR∶yr=1∶1∶1∶1。

b.雌配子种类及比例:YR∶Yr∶yR∶yr=1∶1∶1∶1。


(2)配子的结合

①假说:受精时,雌雄配子的结合是随机的。

②F1配子的结合方式有16种。


(3)遗传图解



(4)假说验证

①方法:测交实验。

②遗传图解



2.自由组合定律

(1)实质:非同源染色体上的非等位基因自由组合。(如图)



(2)时间:减数第一次分裂后期。


(3)范围:有性生殖的生物,真核细胞的核内染色体上的基因。无性生殖和细胞质基因遗传时不遵循。


3.自由组合定律在实验中的应用

9∶3∶3∶1是两对相对性状自由组合出现的表现型比例,题干中如果出现附加条件,可能会出现9∶3∶4;9∶6∶1;


15∶1;9∶7等表现型比例,分析时可以按两对相对性状自由组合的思路来考虑:



(1)巧用分离定律分析自由组合问题;

(2)自由组合定律的应用。


类型一巧用分离定律分析自由组合问题

【典例1】某种植物的果皮有毛和无毛、果肉黄色和白色为两对相对性状,各由一对等位基因控制(前者用D、d表示,后者用F、f表示),且独立遗传。利用该种植物三种不同基因型的个体(有毛白肉A、无毛黄肉B、无毛黄肉C)进行杂交,实验结果如下:



回答下列问题:

(1)果皮有毛和无毛这对相对性状中的显性性状为______,果肉黄色和白色这对相对性状中的显性性状为________。


(2)有毛白肉A、无毛黄肉B和无毛黄肉C的基因型依次为_______。


(3)若无毛黄肉B自交,理论上,下一代的表现型及比例为_______。


(4)若实验3中的子代自交,理论上,下一代的表现型及比例为_______。


(5)实验2中得到的子代无毛黄肉的基因型有_________。


【答案】

(1)有毛 黄肉

(2)DDff、ddFf、ddFF

(3)无毛黄肉:无毛白肉=3:1

(4)有毛黄肉:有毛白肉:无毛黄肉:无毛白肉=9:3:3:1

(5)ddFF、ddFf


【解析】

(1)由实验1∶有毛A与无毛B杂交,子一代均为有毛,可判断有毛为显性性状,双亲关于果皮有毛和无毛的基因均为纯合的;由实验3:白肉A与黄肉C杂交,子一代均为黄肉,可判断黄肉为显性性状,双亲关于果肉颜色的基因均为纯合的。


(2)依据实验1中的白肉A与黄肉B杂交,子一代黄肉与白肉的比为1:1”,可判断亲本B关于果肉颜色的基因为杂合的。结合(1)的分析可推知:有毛白肉A、无毛黄肉B和无毛黄肉C的基因型分别为DDff、ddFf、ddFF。


(3)无毛黄肉B的基因型为ddFf,理论上其自交下一代的基因型及比例为ddFF:ddFf:ddff=1:2:1,所以下一代的表现型及比例为无毛黄肉:无毛白肉=3:1


(4)综上分析可推知:实验3中的子代的基因型均为DdFf,理论上其自交下一代的表现型及比例为有毛黄肉(D_F_):有毛白肉(D_ff):无毛黄肉(ddF_):无毛白肉(ddff)=9:3:3:1。


(5)实验2中的无毛黄肉B(ddFf)和无毛黄肉C(ddFF)杂交,子代的基因型为 ddFf和ddFF两种,均表现为无毛黄肉。


【总结】

本题的难点在于显隐性的判断与亲本基因型的判断。


(1)根据子代性状判断显隐性的方法:

①不同性状的亲本杂交→子代只出现一种性状→子代所出现的性状为显性性状,双亲均为纯合子。


②相同性状的亲本杂交→子代出现不同性状→子代所出现的新的性状为隐性性状,亲本为杂合子。


(2)用分离定律解决自由组合问题的思路

先将自由组合定律问题转化为若干个分离定律问题。在独立遗传的情况下,有几对相对性状(或几对基因)就可以分解为几个分离定律问题,然后按照题目要求的实际情况进行重组。


此法“化繁为简,高效准确”。以本题的第(1)和(2)小题为例来领会这种解题方法:


实验1可分解为如下两个分离定律的内容:

①有毛A× 无毛B→有毛,结合显隐性的判断方法,推知有毛为显性,有毛A与无毛B的基因型分别为DD和dd;


②白肉A× 黄肉B→黄肉:白肉=1:1,不能判断显隐性,但能确定双亲一个为杂合子(Ff),一个为隐性纯合子(ff)。


同理,实验3也可分解为如下两个分离定律的内容:


①有毛A× 无毛C→有毛,推出有毛为显性,有毛A与无毛C的基因型分别为DD和dd;


②白肉A× 黄肉C→黄肉,推出黄肉为显性,白肉A与 黄肉C的基因型分别为ff和FF。


在上述分析的基础上,根据题目要求的实际情况进行重组,即可推出亲本有毛白肉A、无毛黄肉B和无毛黄肉C的基因型。第(3)、(4)(5)小题的解题方法与此类似。


【典例2】油菜物种I(2n=20)与II(2n=18)杂交产生的幼苗经秋水仙素处理后,得到一个油菜新品系(住:I的染色体和II的染色体在减数分裂中不会相互配对)。


组别

亲代

F1表现型

F1自交所得F2的表现型及比例

实验一

甲×乙

全为产黑色种子植株

产黑色种子植株:产黄色种子植株=3:1

实验二

乙×丙

全为产黄色种子植株

产黑色种子植株:产黄色种子植株=3:13


(1)秋水仙素通过抑制分裂细胞中________的形成,导致染色体加倍‘获得的植株进行自交,子代_______(会/不会)出现性状分离。


(2)观察油菜新品根尖细胞有丝分裂,应观察______区的细胞,处于分裂后期的细胞中含有_______条染色体。


(3)该油菜新品系经过多代种植后出现不同颜色的种子,已知种子颜色由一对基因A/a控制,并受另一对基因R/r影响。用产黑色种子植株(甲)、产黄色种子植株(乙和丙)进行以下实验:


①由实验一得出,种子颜色性状中黄色对黑色为________性


②分析以上实验可知,当________基因存在时会抑制A基因的表达。实验二中丙的基因型为________,F2代产黄色种子植株中杂合子的比例为________。


③有人重复实验二,发现某一F1植株,其体细胞汇中含R/r基因的同源染色体有三条(其中两条含R基因),请解释该变异产生的原因:________。让该植株自交,理论上后代中产黑色种子的植株所占比例为________。


【答案】

(1)纺锤体 不会

(2)分生 76

(3)①隐 ②R AARR 10/13 ③丙植株在减数第一次分裂后期含R基因的同源染色体未分离或丙植株在减数第二次分裂后期含R基因的姐妹染色单体未分离 1/48


【解析】

(1)秋水仙素通过抑制有丝分裂前期纺锤体的形成,导致染色体数目加倍,由于Ⅰ的染色体和Ⅱ的染色体在减数分裂中不会相互配对,故得到的新植株为纯合子,该植株进行自交,子代不会发生性状分离。


(2)植物根尖分生区细胞才能进行有丝分裂,该新品种体细胞染色体数目为(10+9)×2=38,由于有丝分裂后期着丝点断裂染色体数目加倍,故处于分裂后期的细胞中含有76条染色体。


(3)①有题意知,实验一F1全为黑色,说明黑色为显性性状,黄色为隐形性状。


②实验二中子二代表现为3:13,类似喻9:3:3:1的比例,说明F1基因型为AaRr,表现为黄色,说明R基因中存在会抑制A基因的标答,故两实验中亲本的甲、乙、丙的基因型为:AArr、aarr、AARR,F2产黄色种子植株中,纯合子只有1/13AARR、1/13aaRR、1/13aarr,故杂合子占10/13


③实验二中,乙、丙的基因型分别为aarr、AARR,原本F1基因型为AaRr,现发现子一代体细胞含有两条染色体含R基因(基因型为AaRRr)


说明丙植株在减数第一次分裂后期含R基因的同源染色体未分离或丙植株在减数第二次分裂后期含R基因的姐妹染色单体未分离,由于该植株基因型为AaRRr,自交可分解两个分离定律的


问题来看,即Aa自交和RRr自交,Aa自交会产生3/4A_,1/4aa,RRr可产生4种类型的配子,分别为1/3Rr、1/3R、1/6RR、1/6r,故后代中产黑色种子(A_rr)的植株所占比例为1/6×1/6×3/4=1/48。


【总结】

本题的难点在于

1、显隐性的判断与亲本基因型的判断,根据子代性状判断显隐性的方法:

①不同性状的亲本杂交→子代只出现一种性状→子代所出现的性状为显性性状,双亲均为纯合子。


②相同性状的亲本杂交→子代出现不同性状→子代所出现的新的性状为隐性性状,亲本为杂合子。


③根据子代性状分离比→若子代出现3:1的性状分离比,占3份的性状为显性性状,且亲本为杂合子自交。


2.用分离定律解决自由组合问题的思路:先将自由组合定律问题转化为若干个分离定律问题。在独立遗传的情况下,有几对相对性状(或几对基因)就可分解为几个分离定律问题,然后按照题目要求的实际情况进行重组。


此法“化繁为简,高效准确”,如AaRr自交,可拆分成Aa×Aa和Rr×Rr,再分别求出所需要的基因型的概率,再相乘就得轻易的得出相应基因型的概率。


3.对于三体自交的计算,以题中基因为RRr的个体为例,关键在于RRr个体产生配子的种类与比例,考生可用标号法来确定种子的类型及比例,将第一个R所在染色体记为1号,第二个R所在染色体记为2号,将r所在的染色体记为3号,然后进行排列组合,可产生的配子的染色体组成就有(1,23)、(12,3)、(13,2)三种情况,然后转换成相应染色体上的基因,就能得到产生配子的类型及概率为1/3Rr、1/3R、1/6RR、1/6r


4.本题的易错点在于忽略了题干中的隐含条件,如第三小题第2小问,题目要求计算的是F2代产黄色种子植株中杂合子的比例,有的同学往往计算的是F2代植株中杂合子的比例。

类型二自由组合定律的应用

【典例1】用某种高等植物的纯合红花植株与纯合白花植株进行杂交,F1全部表现为红花。若F1自交,得到的F2植株中,红花为272株,白花为212株;若用纯合白花植株的花粉给F1红花植株授粉,得到的子代植株中,红花为101株,白花为302株。根据上述杂交实验结果推断,下列叙述正确的是


A. F2中白花植株都是纯合体

B. F2中红花植株的基因型有2种

C. 控制红花与白花的基因在一对同源染色体上

D. F2中白花植株的基因类型比红花植株的多


【解析】

用纯合红花植株与纯合白花植株进行杂交,F1全部表现为红花。若F1自交,得到的F2植株中,红花为272株,白花为212株,即红花∶白花≈9∶7,是9∶3∶3∶1的变式,而且用纯合白花植株的花粉给F1红花植株授粉,得到的子代植株中,红花为101株,白花为302株,即红花∶白花≈1∶3;


由此可推知该对相对性状由两对等位基因控制(设为A、a和B、b),并且这两对等位基因的遗传遵循基因的自由组合定律,说明控制红花与白花的基因分别位于两对同源染色体上,故C项错误;


F1的基因型为AaBb,F1自交得到的F2中白花植株的基因型有A_bb、aaB_和aabb,所以F2中白花植株不都是纯合体,A项错误;


F2中红花植株(A_B_)的基因型有4种,而白花植株的基因型有9-4=5种,故B项错误,D项正确。


【答案】D

【总结】

是否遵循自由组合定律的判断方法


(1)两对等位基因控制的性状不一定都遵循自由组合定律



如图中A-a、B-b两对等位基因之间的遗传不遵循自由组合定律,分为以下两种情况:


①在不发生交叉互换的情况下,AaBb自交后代性状分离比为3∶1。


②在发生交叉互换的情况下,其自交后代有四种表现型,但比例不是9∶3∶3∶1。


(2)验证自由组合定律的实验方案

①测交法:双杂合子F1×隐形纯合子,后代F2中双显性∶前显后隐∶前隐后显∶双隐形=1∶1∶1∶1


②自交法:双杂合子F1自交,后代F2中双显性∶前显后隐∶前隐后显∶双隐形=9∶3∶3∶1


【解题技巧与方法总结】


1、巧用分离定律分析自由组合问题

利用孟德尔由简到繁的指导思想,在分析配子的类型、子代的基因型或表现型等问题时,先分析一对等位基因,再分析第二对,第三对……最后进行综合计算。


如:在独立遗传的情况下,有几对基因就可分解为几个杂交组合,如AaBb×Aabb可分解为如下两个组合:Aa×Aa;Bb×bb,然后再按分离定律来进行分析。


【提示】等位基因独立遗传时后代基因型及表现型数:


基因对数

F1配子的种数

F1配子的组合数

F2的基因型数

F2的表现型数

F2的性状分离比

1

2

4

3

2

3∶1

2

4

16

9

4

9∶3∶3∶1

……

……

……

……

……

……

n

2n

4n

3n

2n

(3∶1)n


2.基因的自由组合定律的验证方法


验证方法

结论

自交法

若F1自交后代的分离比为9:3:3:1,则符合基因的自由组合定律,由位于两对同源染色体上的两对等位基因控制

测交法

若测交后代的性状比例为1:1:1:1,由位于两对同源染色体上的两对等位基因控制

花粉鉴定法

花粉有四种表现型,比例为1:1:1:1,则符合自由组合定律

单倍体育种法

取花药离体培养,用秋水仙素处理单倍体幼苗,若植株性状有四种表现型,比例为1:1:1:1,则符合自由组合定律


3.自由组合定律常用解题技巧


(1)根据后代分离比解题。在基因的分离定律中,不同基因型之间交配,后代在性状上往往有一些规律性的分离比。


如杂种F1(一对杂合基因,有显隐性关系)自交,后代分离比为3:1,测交比是1:1;亲本之一为显性纯合子,其后代只有显性性状的个体。利用这些规律性的分离比是解自由组合题目的技巧之一。


(2)运用隐性纯合突破法解题。隐性性状的个体可直接写出其基因型,显性性状可写出部分基因型,再结合减数分裂产生配子和受精作用的相关知识,能够推出亲代的基因型。


(3)运用综合分析法解题。如已知一个亲本的基因型为BbCc,另一个为bbC_。后代中四种表现型个体比近似于3:1:3:1,即总份数为8。


根据受精作用中雌雄配子结合规律可断定一个亲本可产生两种配子,另一个亲本能产生四种配子,雌雄配子随机结合的可能性有8种,可推知另一个体基因型为bbCc。

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