常见遗传变异实验设计题及解题策略

常见遗传变异实验设计题及解题策略

常见遗传变异实验设计题及解题策略

江西省信丰中学罗义庆

“遗传定律”是高中生物学的主干知识，也是历年高考的重点。随着高考对实验能力要求的提升，对遗传知识的考核方向也发生了变化,把遗传定律与实验设计相结合的遗传实验设计

题成为了高考重要题型，实验设计本来是学生的弱项，更何况是遗传实验设计题,它让学生感觉无从下手。本文在此对有关运用遗传定律以区别性状的显隐性；推断基因位于常染色体还是X染色体上等实验设计题的设计方法和原理总结如下：

一、一对相对性状（完全显性）的显、隐性的判断

1. 定义法：具有相对性状的纯合体亲本杂交，子一代表现出来的那个亲本的性状为显性性状，未表现出来的那个亲本的性状为隐性性状。如高茎×矮茎→高茎，则高对矮是显性性状，矮是隐性性状。可用公式表示为A×B→A，A为显性

性状、B为隐性性状

若已知亲本皆为纯合体，可利用显、隐性性状的概念，用杂交的方法即选取具有不同性状的两亲本杂交，后代表现出的那一种亲本的性状即为显性性状，另一亲本的性状为隐性性状。

例1 果蝇的翅有残翅和长翅，且此性状是细胞核遗传，

现若有实验过程中所需要的纯种果蝇，请设计实验确定长翅和残翅的显隐性。

解答：选取纯种长翅果蝇与异性的纯种残翅果蝇交配，若后代全为长翅，则长翅为显性，残翅为隐性；若后代全为残翅，则残翅为显性，长翅为隐性。

2. 性状分离法：据“杂合体自交后代出现性状分离”。新出现的性状为隐性性状。如高茎×高茎→高茎、矮茎，则矮茎是隐性性状。可用公式表示为A×A→A、B，B为隐性性状。

即通过相同性状的亲本杂交，观察后代性状。

若已知亲本是野生型（显性中既有纯合体也有杂合体），可利用显性杂合体自交会出现性状分离的原理，选取具有相同性状的两亲本杂交，看后代有无性状分离，若有则亲本的性状为显性性状。

方法1杂交的方式：.A与B杂交后代只表现一个性状，则出现的性状即为显性性状，未出现性状的即为隐性性状（A、B 为一对相对性状），

方法2自交的方式：A和B自交，若能发生性状分离的亲本一定为显性；不能发生性状分离的无法确定，有可能为隐性性状，也有可能为显性性状。

例2．将纯种黄色玉米种子用X射线处理后种植，长成高大植株，经自花传粉后结穗，穗上出现从未见过的“红粒”性状。经鉴定，红粒与黄粒是一对相对性状，且为常染色体完全显

性遗传。请你用该果穗上的红粒与黄粒为实验材料设计实验，以鉴定这一相对性状的显隐性关系。

解析：根据题意分析可知：红粒是由纯种黄粒经基因突变而产生的性状，红粒与黄粒是由一对等位基因控制的，遵循基因分离定律。要鉴定红粒与黄粒之间的显隐性关系可通过自交或杂交的后代是否发生性状分离来加以分析确定。

答案：方案一．自交：若子代全部表现为黄粒或红粒，可认定黄粒或红粒为纯种；再让子代纯种黄粒和纯种红粒杂交，其后代表现出的性状为显性，未表现出的性状为隐性。若自交后代出现性状分离，则亲本性状为显性，新出现性状为隐性。

方案二．杂交：若后代出现某一亲本性状，则该性状为显性性状，另一性状为隐性性状。若后代表现出两种亲本性状，可再进行自交，出现性状分离的为显性性状，未出现性状分离的为隐性性状。

例3 已知牛的有角与无角为一对相对性状，由常染色体上的等位基因A与a控制。在自由放养多年的一群牛中（无角的基因频率与有角的基因频率相等），为了确定有角与无

角这对相对性状的显隐性关系，用上述自由放养的牛群（假设无突变发生）为实验材料，再进行新的杂交实验，应该怎样进行？

解答：从牛群中选择多对有角牛与有角牛杂交（有角牛×有

角牛）。如果后代出现无角小牛，则有角为显性，无角为隐性；如果后代全部为有角小牛，则无角为显性，有角为隐性。

二、显性纯合体、杂合体的判断：

方法1 自交的方式：让某些显性性状的个体进行自交，若后代能发生性状分离则亲本一定为杂合体，若后代无性状分离，则可能为纯合体。此法适合于植物，而且是最简便的方法，但不适合对于动物。（如果是动物，用相同性状的雌雄个体交配）

方法2 测交的方式，让待测个体与隐性类型测交，若后代出现隐性类型，则一定为杂合体，若后代只有显性性状，则可能为纯合体。待测对象若为雄性动物，要求与多个隐性雌性个体交配，以使后代产生更多的个体，使结果更有说服力。方法3 用花药离体培养形成单倍体植株并用秋水仙素处理加倍后获得的植株为纯合体。

例1．3支试管内分别装有红眼雄性和两种不同基因型的红眼雌性果蝇，还有—支试管内装有白眼果蝇。请利用实验室条件设计最佳方案，鉴别上述3支试管内果蝇的基因型(显性基因用B表示)。

解析：果蝇的红眼和白眼为一对相对性状，红眼为显性性状，白眼为隐性性状，控制这对性状的基因位于性染色体上。雄果蝇的基因型有两种：XBY(红眼)和XbY(白眼)，雌果蝇的基因型有三种：XBXB(红眼)、XBXb(红眼)、XbXb(白眼)，

雌果蝇和雄果蝇可直接通过观察成体第二性征的差别鉴定。通过以上分析可知，唯有红眼雌果蝇的基因型需要鉴别(有XBXB和XBXb两种基因型)。可以直接用红眼果蝇与白眼果蝇交配，若后代有白眼果蝇，说明该红眼雌果蝇是杂合体，基因型为XBXb，若后代全为红眼果蝇，说明该红眼果蝇是纯合体，基因型为XBXB。至此，设计的实验方案也就出来了。

答案：先根据第二性征鉴别四支试管内果蝇的性别，若为红眼雄性果蝇，则该试管内果蝇基因型为XBY，再用白眼雄性果蝇分别与另两管的红眼雌性果蝇交配，若后代中出现性状分离，则该管中果蝇的基因型为XBXb；若后代中不出现性状分离，则该管中果蝇的基因型为XBXB。

三、控制一对相对性状基因位置的判断

1、基因位于X染色体上还是位于常染色体上的判断（1）若该相对性状的显隐性是未知的，但亲本皆为纯合子,则用正交和反交的方法。

① 若正交和反交的后代表现型相同,都表现同一亲本的性状,这基因位于常染色体上。

遗传图解：

P BB(♀) × bb(♂) P bb(♀ ) × BB(♂)

↓ ↓F1 Bb F1

Bb

②若正交组合后代全表现为甲性状,而反交组合后代中雌性全表现为甲性状，而雄性全表现为乙性状则甲为显性性状，且基因位于X染色体上。其遗传图谱如下：

正交P XBXB × Xb Y 反交P XbXb × XBY

↓ ↓

F1 XBXb XBY F1

XBXb XbY

例1 果蝇的眼色有红眼和白眼。且眼色的遗传是细胞核遗传，现若有实验过程中所需要的纯种果蝇，你如何确定红眼对白眼是显性，控制红眼和白眼的基因位于X染色体上？

解答：方法:①纯种白眼♀× 纯种红眼♂ ②纯种白眼♂× 纯种红眼♀

结果及结论：杂交组合①中后代雌性全为红眼，雄性全为白眼，在杂交组合②中后代全为红眼，则红眼对白眼是显性，控制红眼和白眼的基因位于X染色体上。

（2）若该相对性状的显隐性是未知的，但亲本皆为野生型（既有杂合子又有纯合子）也用正交和反交的方法，实验结果的表达方式不同。

① 若后代的性状表现与性别无关，则基因位于常

染色体上，表现型多的为显性性状，少的为隐性性状，遗传

图解：

正交P BB 或Bb (♀) × bb（♂）反交P BB 或Bb (♂) × bb（♀）

↓

↓

F1 B bb F1

B bb

② 若某组合中雌性全为甲性状，雄性全为乙性状，其反交组合中甲性状多于乙性状，则甲性状为显性，且为伴X遗传。遗传图解：

正交P XBXb 或XBXB × XbY 反交P

XbXb × XBY

↓ ↓F1 XB Xb Xb XbY

XBXb XbY

例2 从一个自然果蝇种群中选出一部分未交配过的灰色和黄色两种体色的果蝇，这两种体色的果蝇数量相等，每种体色的果蝇雌雄各半。已知灰色和黄色这对相对性状受一对等位基因控制，所有果蝇均能正常生活，性状的分离符合遗传的基本定律，现用两个杂交组合：灰色雌蝇×黄色雄蝇、黄色雌蝇×灰色雄蝇，只做一代杂交试验，每个杂交组合选用多对果蝇。推测两个杂交组合的子一代可能出现的性状，

并以此为依据，对哪一种体色为显性性状，以及控制体色的基因位于X染色体上还是常染色体上这两个问题，做出相应的推断。(要求：只写出子一代的性状表现和相应推断的结论)解答：

如果两个杂交组合的子一代中都是黄色个体多于灰色个体，并且体色的遗传与性别无关，则黄色为显性，基因位于常染色体上。

如果两个杂交组合的子一代中都是灰色个体多于黄色个体，并且体色的遗传与性别无关，则灰色为显性，基因位于常染色体上。

如果在杂交组合灰色雌蝇×黄色雄蝇中，子一代中的雄性全部表现灰色，雌性全部表现黄色；在杂交组合黄色雌蝇×灰色雄蝇中，子一代中的黄色个体多于灰色个体，则黄色为显性，基因位于X染色体上。

如果在杂交组合黄色雌蝇×灰色雄蝇中，子一代中的雄性全部表现黄色，雌性全部表现灰色；在杂交组合灰色雌蝇×黄色雄蝇中，子一代中的灰色个体多于黄色个体，则灰色为显性，基因位于X染色体上。

2、若已知性状的显隐性，则只需一个杂交组合即雌性隐性与雄性显性杂交

应对策略：一般采用隐性雌性与显性雄性杂交的方法进行推测，若基因位于X染色体上，则后代中雌雄的表现型完

全不同（雌性显性，雄性隐性）；若位于常染色体上则雌雄后代的表现型与性别无关（雌雄个体二种表现型都可能存在）。

答案模式：选什么亲本交配结果：子代表现如何结论：基因位于什么染色体上

（1）亲本为纯合子则有：

①若后代雌性全为显性，雄性全为隐性，则为伴X遗传，遗传图解：

P XbXb × XBY

↓

F1 XBXb Xb Y

②若后代全为显性与性别无关，则为常染色体遗传，遗传图解：

P bb （♀）× BB（♂）

↓

F1 Bb

例3 果蝇的翅有残翅和长翅且长翅对残翅是显性，现若有能够满足实验过程中所需要的纯种果蝇，请选择适合的材料，设计实验判定控制残翅和长翅的基因位于常染色体上还是位于X染色体上？

解答：方法：长翅（♂）× 残翅（♀）若后代全为长翅，与性别无关，则基因位于常染色体上；若后代雌性全为长翅，

雄性全为残翅，则基因位于X染色体上。

（2）若亲本为野生型的，则有：

① 若后代雌性全为显性，雄性全为隐性，则为伴X 遗传，遗传图解：

P XbXb × XBY

↓

F1 XBXb Xb Y

②若后代显性多于隐性且与性别无关，则为常染色体遗传，遗传图解：

P bb （♀）× BB 或Bb （♂）

↓

F1 B bb

例4 果蝇的翅有残翅和长翅且长翅对残翅是显性，现只有从自然界捕获的有繁殖能力的雌雄果蝇，设计实验判定控制残翅和长翅的基因位于常染色体上还是位于X染色体上？

解答：方法：长翅（♂）× 残翅（♀）；若后代全为长翅多于残翅个体，且与性别无关，则基因位于常染色体上。若后代雌性全为长翅，雄性全为残翅，则基因位于X染色体。3、一对相对性状（完全显性）仅是X染色体遗传还是X、Y 染色体同源区段的遗传

适用条件：已知性状的显隐性和基因型。

基本思路一：用组合“纯合隐雌×纯合显雄” 【XaXa×XAYA （XAY）】进行杂交，观察分析F1性状。

结果结论一：若子代中的雌雄果蝇全部表现为显性性状，说明此等位基因位于X、Y染色体上的同源区段；若子代中的雌果蝇全部表现为显性性状，雄果蝇全部表现为隐性性状，说明此等位基因位仅位于X染色体上。

基本思路二：用组合“杂合显雌×纯合显雄” 【XAXa×XAY （XAYA ）】进行杂交，观察分析F1性状。

结果结论二：若子代中的雌雄果蝇全部表现为显性性状，说明此等位基因位于X、Y染色体上的同源区段上；若子代中的雌果蝇全部表现为显性性状，雄果蝇出现性状分离，说明此等位基因位仅位于X染色体上。

例5、（2008年广东高考）科学家研究黑腹果蝇时发现，刚毛基因（B）对截毛基因（b）为显性。若这对等位基因存在于X和Y染色体上的同源区段，则刚毛雄果蝇可表示为XBYB或XBYb或XbYB；若为仅X染色体上，则只能表示为XBY。现有各种雌雄纯种果蝇若干，可利用一次杂交实验来推测这对等位基因是位于X、Y染色体上的同源区段还是仅位于X染色体上。

请你完成推断过程：

（1）选用作为亲本进行杂交，雌雄亲本果蝇的表现型分别是。

（2）预期结果及结论：

解析：由题意可知实验的生物学实验材料都是各种纯种雌雄果蝇，且刚毛为显性性状，截毛为隐性性状，因此可以用“（截毛雌）纯合隐雌×纯合显雄（刚毛雄）”进行杂交，观察分析F1性状。

答案：（1）纯种；“截毛雌×刚毛雄”（2）若后代雌性个体全部是刚毛，雄性全部是截毛，说明是这对等位基因是仅位于X染色体上；若后代雌雄性个体全部是刚毛，说明这对等位基因是位于X染色体上的同源区段。

例4石刀板是一种名贵蔬菜，为XY型性别决定雌、雄异株植物。野生型石刀板叶窄，产量低。在某野生种群中，发现生长着少数几株阔叶石刀板（突变型），雌株、雄株均有，雄株的产量高于雌株。

（1）要大面积扩大种植突变型石刀板，可用

（2分）来大量繁殖。有人认为阔叶突变型株是具有杂种优势或具有多倍体特点的缘故。请设计一个简单实验来鉴定突变型的出现是基因突变还是染色体组加倍所致？

（2）若已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，请设计一个简单实验方案加以判定。（要求写出杂交组合，杂交结果，得出结论）

（3）若已证实为阔叶显性突变所致，突变基因可能位于常染色体上，还可能位于Ｘ染色体上。请设计一个简单实验方

案加以判定（要求写出杂合组合，杂交结果，得出结论）（4）野生石刀板种群历经百年，窄叶基因频率由98％变为10％，则石刀板是否已发生了生物的进化，为什么？

答案:（1）植物组织培养(2分)

取根尖分区制成装片，显微观察有丝分裂中期细胞内同源染色体数目．

若观察到同源染色体增倍，则属染色体组加倍所致；否则为基因突变所致(6分)

（2）选用多株阔叶突变型石刀板雌、雄相交。

若杂交后代出现了野生型，则为显性突变所致；若杂交后代仅出现突变型，则为隐性突变所致。(6分)

（3）选用多对野生型雌性植株与突变型雄性植株作为亲本杂交。.

若杂交后代野生型全为雄株，突变型全为雌株，则这对基因位于Ｘ染色体上；

若杂交后代，野生型和突变型雌、雄均有．则这对基因位于常染色体。(6分)

（4）已进化，生物的进化的实质在于种群基因频率的改变。(2分)

四、细胞质遗传与细胞核遗传的判断

用正交和反交的方法，若正交和反交后代表现不一致，

都只与母本性状相同，则为细胞质遗传；若正交和反交的后代的表现型相同，且比例一致，都与母本无关则是细胞核遗传。

例7 有人发现某种花卉有红花和白花两种表现型。请你设计一个实验，探究花色的遗传是细胞质遗传还是细胞核遗传。用图解和简洁语言回答。

解答：

(1) 正交P 红花♀ × 白花♂反交P 白花♀ × 红花♂

↓

↓

F1

F1

若正交与反交产生的F1的性状表现都与母本相同。则该花色的遗传为细胞质遗传。

若正交与反交产生的F1的性状表现都与母本无关。表现为红花或白花的一种。则该花色的遗传为细胞核遗传。

上述的设计方法各有自己的适用范围,一般来说,如果题中只要求判断一对相对性状的显隐性，则考虑用自交或杂交的方法,据F1表现型作出判断。若题中要求显隐性和遗传方式综合判断，则考虑用正交和反交的方法或杂交组合隐性(♀)×显性(♂) 据F1表现型作出判断。总之,要灵活运用上述

实验设计方法,针对具体问题选出最佳实验组合方案。

五、根据性状判断生物性别的实验设计

解题思路: 要通过性状判断生物性别，在选择亲本时，只要让具有同型性染色体(XX或ZZ)的个体表现型是隐性性状，

具有异型性染色体(XY或ZW)的个体表现型是显性性状即可。这样在子代中具有同型性染色体(XX或ZZ)的个体表现型是

显性，具有异型性染色体(XY或ZW)的个体表现型是隐性性状。

3、有一种雌雄异株的草本经济植物，属XY型性别决定，但雌株是性杂合子(即XY)，雄株是性纯合子(即XX)。已知

其叶片上的斑点是X染色体上的隐性基因(b)控制的。某园艺场要通过杂交培育出一批在苗期就能识别雌雄的植株，则应选择：

(1)表现型为______的植株作母本，其基因型为______。表现型为______的植株作父本，其基因型为______。

(2)子代中表现型为______的是雌株。子代中表现型为

______的是雄株。

解析:要通过性状来判断性别，应用伴性遗传规律，即选择控制性状的基因在性染色体上。题中已知，某植物为XY型性别决定，并且也已知控制叶片有斑点与无斑点这一相对性状的基因位于X染色体上。不同于一般XY型性别决定的是：雌株是性杂合子，雄株是性纯合子。由题意可知：雌株基因

型为XBY、XbY，表现型为无斑点、有斑点。雄株基因型为XBXB、XBXb、XbXb，表现型分别为无斑点、无斑点、有斑点。通过6个杂交组合的分析，可知要通过性状判断性别，则应选无斑点的雌株(XBY)与有斑点的雄株(XbXb)杂交，这样在苗期表现为有斑点(XbY)的则为雌株，表现为无斑点(XBXb)的则为雄株。要通过性状判断生物性别，在选择亲本时，只要让具有同型性染色体(XX或ZZ)的个体表现型是隐性性状，具有异型性染色体(XY或ZW)的个体表现型是显性性状即可。这样在子代中具有同型性染色体(XX或ZZ)的个体表现型是显性，具有异型性染色体(XY或ZW)的个体表现型是隐性性状。

答案(1)无斑点XBY 有斑点XbXb (2)有斑点无斑点六. 探究一对或两对相对性状的遗传符合什么遗传规律类型应对策略：

一般采用先杂交后自交或测交的方法，这正符合孟德尔发现两大遗传规律时所采用的做法。只要实验结果与预期结果相符，即可得出结论。

（1）验证基因分离定律时研究对象仅为某一性状；验证基因自由组合定律研究对象则为两个性状。

（2）植物体常采用测交法或自交法，自交法一般较方便；动物一般采用测交法。自交后的比例：分离定律为3：1 自由组合定律为9：3：3：1；测交后的比例：分离定律为1：

1 自由组合定律为1：1：1：1

（3）基本思路：若出现相应性状分离比则符合相应遗传规律；若不出现相应性状分离比则不符合相应遗传规律。例1．用纯种有色饱满籽粒的玉米与无色皱缩籽粒的玉米杂交，（实验条件满足实验要求）全部表现为有色饱满，自交后，代的性状表现及比例为：有色饱满73％，有色皱缩2％，无色饱满2％，无色皱缩23％．回答下列问题：（1）上述一对性状的遗传符合____________定律．

（2）上述两对性状的遗传是否符合自由组合定律?为什么?

___________________________________________ （3）请设计一个实验方案，验证这两对性状的遗传是否符合自由组合定律．（实验条件满足实验要求）

实验方案实施步骤：

①_________________________________

②_________________________________

③_________________________________

答案：3．（1）基因的分离（2）不符合；因为玉米粒色和粒形的每一对相对性状的分离比为3∶1，两对性状综合考虑，如果符合自由组合规律，自交后代分离比应符合∶1 或

9∶3∶3∶1．

（3）方案1①纯种有色饱满的玉米和纯种无色皱缩的玉米进行杂交，获得代．②取植株10株，与无色皱缩的玉米进

行杂交．③收获杂交后代种子并统计不同表现型的数量比例．如四种表现型比例符合1∶1∶1∶1，则符合自由组合规律．若四种表现型比例不符合1∶1∶1∶1，则不符合自由组合规律．

方案2①纯种有色饱满的玉米和纯种无色皱缩的玉米进行杂交，获得代．②取植株的花粉进行植物组织培养，获得单倍体植株幼苗；再用秋水仙素处理幼苗．③收获种子并统计不同表现型的数量比例．如四种表现型比例符合1∶1∶1∶1，则符合自由组合规律．若四种表现型比例不符合1∶1∶1∶1，则不符合自由组合规律．

例2．（1）科学家研究黑腹果蝇时发现，刚毛基因（B）对截刚毛基因（b）为完全显性。若这对等位基因位于X、Y染色体上的同源区段，则刚毛雄果蝇可表示为XBYB、XBYb、XbYB；若仅位于X染色体上，则只能表示为XBY。现有各种纯种果蝇若干，请利用一次杂交实验来推断这对等位基因是位于X、Y染色体上的同源区段还是仅位于X染色体上，写出遗传图解，并简要说明推断过程。

（2）果蝇的灰身和黑身受一对等位基因控制，位于常染色体上；果蝇的红眼和白眼也受一对等位基因控制，位于X染色体上。下表是实验结果：P

灰身× 黑身（♂）

红眼（♀）× 白眼（♂）

F1

灰身

红眼

F­2

灰身:黑身= 3 : 1

红眼: 白眼= 3 : 1

①试判断F2中红眼、白眼果蝇的性别分别是_______和

________。

②现用纯合的灰身红眼果蝇（♀）与黑身白眼果蝇（♂）杂交，让F1个体间杂交得F2。预期F2可能出现的基因型有______种，雄性中黑身白眼果蝇出现的概率是

_______________。

（3）科学家摩尔根用纯种灰身残翅果蝇与黑身长翅果蝇交配，所获得的子代（F1）全部为灰身长翅果蝇，请你运用一种最简便的方法来判断果蝇来身和黑身、长翅和残翅的遗传行为是否遵循基因的自由组合定律。

实验方法：

___________________________________________________ ___________。

结果预测及结论：

___________________________________________________ _____

___________________________________________________ _______________________。

答案：用纯种截刚毛雌果蝇与纯种刚毛雄果蝇杂交，若子一代雄果蝇为刚毛，则这对等位基因位于X、Y染色体上的同源区段；若子一代雄果蝇为截刚毛，则这对等位基因仅位于X染色体上。推断过程如下：

（1）