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遺傳、變異與育種 1.玉米是雌雄同株植物(頂部生雄花序,中部生雌花序),體細胞中染色體有20條(2n=20)。下面以玉米為材料來完成相關的實驗。 (1)將發(fā)芽的玉米種子研磨液過濾置于試管中,加入斐林試劑,55 ℃水浴加熱2 min,試管中如果出現(xiàn)磚紅色沉淀,則說明有　　　　　　的存在。 (2)將水培的玉米幼苗置于冰箱低溫室(4 ℃)誘導培養(yǎng)36 h,欲觀察染色體的形態(tài)和數(shù)目,需用顯微鏡觀察根尖分生區(qū)處于　　　　　　期的細胞,細胞中染色體的形態(tài)有　　　　種,數(shù)量可能是　　　　　　條。 (3)在一個育種實驗中,采用植株A、B玉米進行下圖所示的實驗。請回答下列問題。 三種授粉方式所獲得的玉米粒色如下表: 授粉方式 紫紅粒玉米/粒 黃粒玉米/粒 Ⅰ 587 196 Ⅱ 0 823 Ⅲ 412 386 ①在進行以上三種授粉實驗時,常需要將雌、雄花序在人工授粉前和授粉后用袋子罩住,目的是防止　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②用G代表顯性基因,g代表隱性基因,則植株A和植株B的基因型分別為　　　　,Ⅰ的子代中,紫紅色玉米粒的基因型是　　　　。 ③若只進行Ⅲ這一種實驗,根據(jù)表中Ⅲ的實驗結果,如何進一步設計實驗確定玉米粒色的顯隱性關系?　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案 (1)還原糖 (2)有絲分裂中　10　20或40 (3)①混入別的花粉(實驗要求以外的花粉落在雌蕊柱頭上) ②Gg、gg　GG、Gg　③將紫紅粒玉米和黃粒玉米培養(yǎng)成植株,分別進行同株異花傳粉(自交),觀察后代的性狀 解析 (1)還原糖與斐林試劑發(fā)生反應,在55 ℃水浴加熱的條件下生成磚紅色沉淀。(2)處于有絲分裂中期的細胞,染色體形態(tài)比較穩(wěn)定,數(shù)目比較清晰,因此觀察染色體的形態(tài)和數(shù)目,需用顯微鏡觀察根尖分生區(qū)處于有絲分裂中期的細胞。細胞中染色體的形態(tài)有10種。低溫能夠導致一些細胞中的染色體數(shù)加倍,處于有絲分裂中期的細胞中的染色體數(shù)可能為20條或40條。(3)①人工授粉前后,雌、雄花序都進行套袋處理,其目的是防止混入別的花粉(實驗要求以外的花粉落在雌蕊柱頭上),進而對實驗結果產(chǎn)生干擾。②Ⅰ和Ⅱ是自交,Ⅲ是雜交,由三種授粉的結果可知,紫紅粒為顯性,黃粒為隱性。③若只進行Ⅲ這一種實驗,要進一步設計實驗確定玉米粒色的顯隱性關系,可將紫紅粒玉米和黃粒玉米培養(yǎng)成植株,分別進行同株異花傳粉(自交),觀察后代玉米種子的顏色,出現(xiàn)性狀分離的親本所具有的性狀為顯性性狀。 2.某科研人員野外考察時,發(fā)現(xiàn)了一種閉花受粉植物。該植物的花有紅、粉、白三種顏色(若花色由一對等位基因控制,用A、a表示;若受多對等位基因控制,用A、a,B、b……表示);莖稈的無刺、有刺(用R、r表示)是另一種性狀。為了研究上述性狀的遺傳,用紅花有刺植株(甲)、白花有刺植株(乙)、白花無刺植株(丙和丁)進行如下實驗: 組別 P F1 F2 一 甲(紅花有刺)乙(白花有刺) 紅花有刺 紅花有刺∶粉花有刺∶白花有刺=9∶6∶1 二 丙(白花無刺)乙(白花有刺) 白花有刺 白花有刺∶白花無刺=3∶1 三 丁(白花無刺)乙(白花有刺) 紅花有刺 紅花有刺∶粉花有刺∶白花有刺∶白花無刺=27∶18∶3∶16 回答下列問題。 (1)莖稈有刺屬于　　　　性狀,花色基因的遺傳遵循　　　　　　　　　　　　　　定律。 (2)第一組雜交實驗中,F2中粉花有刺的基因型為 　。 (3)分析表中三組雜交實驗可知,實驗中沒有出現(xiàn)紅花無刺和粉花無刺類型,原因可能是無刺基因純合時,紅花和粉花基因不能表達。現(xiàn)有第三組雜交實驗的F1紅花有刺植株若干,可用測交實驗驗證此推測。 ①第三組雜交實驗的F1基因型為　　　　　　;測交實驗時用該F1與基因型為　　　　　　的個體雜交。 ②若測交后代基因型有　　　種,表現(xiàn)型及比例為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,則支持該推測。 答案 (1)顯性　基因的自由組合 (2)AAbbRR、AabbRR、aaBBRR、aaBbRR (3)①AaBbRr　aabbrr?、?　紅花有刺∶粉花有刺∶白花有刺∶白花無刺=1∶2∶1∶4 解析 (1)組別二的親本為無刺有刺,F1為有刺,因此有刺為顯性性狀;根據(jù)組別一中F2植株花色的表現(xiàn)型及比例為紅花∶粉花∶白花=9∶6∶1,可推斷花色由兩對等位基因控制,其遺傳遵循基因的自由組合定律。(2)據(jù)(1)分析,紅花植株的基因型為A_B_,粉花植株的基因型為A_bb、aaB_,白花植株的基因型為aabb。莖稈有刺植株的基因型為R_。由于組別一親本都表現(xiàn)為有刺,F1和F2也都表現(xiàn)為有刺,說明組別一有刺植株的基因型都是RR,則F2中粉花有刺植株的基因型為AAbbRR、AabbRR、aaBBRR、aaBbRR。(3)組別三的F2出現(xiàn)紅花、粉花和白花三種性狀,說明F1的基因型為AaBb, F2出現(xiàn)有刺和無刺兩種性狀,則F1的基因型為Rr。綜合分析,F1的基因型為AaBbRr。用基因型分別為AaBbRr和aabbrr的植株進行測交實驗,若推測成立,則后代植株的基因型有8種,表現(xiàn)型有4種,比例為紅花有刺∶粉花有刺∶白花有刺∶白花無刺=(1/41/2)∶(1/21/2)∶(1/41/2)∶(111/2)=1∶2∶1∶4。 3.某農(nóng)科院培育出新品種香豌豆(自花傳粉,閉花受粉),其花的顏色有紅、白兩種,莖的粗細由兩對獨立遺傳的核基因控制,但不清楚花色性狀的核基因控制情況。請回答以下問題。 (1)若花色由A、a這對等位基因控制,且該植物種群中自然條件下紅色植株均為雜合子,則紅色植株自交后代的表現(xiàn)型及其比例為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)若花色由A、a,B、b這兩對等位基因控制,現(xiàn)有一基因型為AaBb的植株,其體細胞中相應基因在DNA上的位置及控制花色的生化流程如下圖。 ①控制花色的兩對基因的遺傳符合孟德爾的　　　　定律。 ②該植株自交時(不考慮基因突變和交叉互換現(xiàn)象),后代中純合子的表現(xiàn)型為　　　　,紅色植株占　　　　　。 (3)假設莖的粗細由C、c,D、d兩對等位基因控制,只有d基因純合時植株表現(xiàn)為細莖,只含有D一種顯性基因時植株表現(xiàn)為中粗莖,其他表現(xiàn)為粗莖。那么基因型為CcDd的植株自然狀態(tài)下繁殖,理論上子代的表現(xiàn)型及比例為　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案 (1)紅色∶白色=2∶1 (2)①基因分離　②白色　1/2 (3)粗莖∶中粗莖∶細莖=9∶3∶4 解析 (1)由題意可知,種群中的紅色均為雜合子,因此該種群紅色是顯性,而只有顯性純合致死才能有該現(xiàn)象出現(xiàn),則紅色植株自交后代分離比應該為1AA(致死)∶2Aa∶1aa,所以后代表現(xiàn)型比例是紅色∶白色=2∶1。(2)若花色由A、a,B、b兩對等位基因控制,兩對等位基因位于一對同源染色體上,減數(shù)分裂形成配子的過程中等位基因隨同源染色體的分離而分離,因此符合基因分離定律。根據(jù)基因分離定律,基因型為AaBb的植株自交時,產(chǎn)生雌雄配子Ab、aB各兩種,因此后代基因型及比例為1AAbb∶2AaBb∶1aaBB,表現(xiàn)型及比例為紅色∶白色=1∶1,所以紅色占1/2,純合子不能同時合成兩種酶,所以都是白色。(3)由題意可知,莖有粗、中粗和細三種,莖的粗細由兩對獨立遺傳的核基因控制,因此C、c和D、d兩對等位基因的遺傳符合基因自由組合定律,又因為該花是閉花受粉,基因型為CcDd的植株自然狀態(tài)下繁殖是自交,所以后代基因型及比例為9C_D_∶3C_dd∶3ccD_∶1ccdd,由于只有d基因純合時植物表現(xiàn)為細莖,只含有D一種顯性基因時植株表現(xiàn)為中粗莖,其他表現(xiàn)為粗莖,所以表現(xiàn)型及比例為粗莖∶中粗莖∶細莖=9∶3∶4。 4.豚鼠毛的顏色由兩對等位基因(E和e,F和f)控制,其中一對等位基因控制色素的合成,另一對等位基因控制顏色的深度,豚鼠毛的顏色與基因型的對應關系見下表。 基因型 E_ff E_Ff E_FF或ee__ 豚鼠毛顏色 黑色 灰色 白色 某課題小組用一只基因型為EeFf的雄性灰毛豚鼠探究兩對等位基因(E和e,F和f)在染色體上的位置,進行了以下實驗,請補充完整并作出相應預測。 (1)實驗假設:兩對等位基因(E和e,F和f)在染色體上的位置有以下三種類型。 (2)實驗方法:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,觀察并統(tǒng)計其子代豚鼠毛的顏色和比例。 (3)可能的實驗結果(不考慮交叉互換)及相應結論: ①若子代豚鼠表現(xiàn)為　　　　　　　　　　　　　,則兩對基因分別位于兩對同源染色體上,符合圖中第一種類型; ②若子代豚鼠表現(xiàn)為　　　　　　　　　　　　　　　,則兩對基因在一對同源染色體上,符合圖中第二種類型; ③若子代豚鼠表現(xiàn)為　　　　　　　　　　　　　,則兩對基因在一對同源染色體上,符合圖中第三種類型。(請在C圖中標出基因在染色體上的位置) 答案 (2)讓這只基因型為EeFf的雄性灰毛豚鼠與多只隱性純合雌性白毛豚鼠進行測交 (3)灰毛∶黑毛∶白毛=1∶1∶2　灰毛∶白毛=1∶1　黑毛∶白毛=1∶1　如下圖 解析 (2)判斷豚鼠基因在染色體上的位置需用測交法,故讓這只基因型為EeFf的雄性灰毛豚鼠與多只隱性純合雌性白毛豚鼠進行測交。(3)若基因的位置是第一種類型,則這兩對基因的遺傳遵循基因的自由組合定律,測交后代有4種基因型:EeFf、Eeff、eeFf和eeff,表現(xiàn)型為灰毛∶黑毛∶白毛=1∶1∶2;若基因的位置是第二種類型,該個體可產(chǎn)生EF和ef兩種配子,測交后代為EeFf(灰色)∶eeff(白色)=1∶1;第三種類型如答案圖所示,該個體可產(chǎn)生Ef和eF兩種配子,測交后代為Eeff(黑色)∶eeFf(白色)=1∶1。 5.某二倍體鳥類雄鳥的性染色體組成是ZZ,雌鳥的性染色體組成是ZW。長腿和短腿由等位基因A、a控制,羽毛的灰色和白色由等位基因B、b控制。某生物科研小組進行了如下兩組實驗。 實驗一:長腿灰羽(♀)長腿灰羽(♂)→長腿灰羽雌鳥3/16、長腿白羽雌鳥3/16、短腿灰羽雌鳥1/16、短腿白羽雌鳥1/16、長腿灰羽雄鳥3/8、短腿灰羽雄鳥1/8。 實驗二:長腿白羽(♀)短腿灰羽(♂)→長腿灰羽雌鳥1/4、長腿白羽雌鳥1/4、短腿灰羽雌鳥1/4、短腿白羽雌鳥1/4。 請回答下列問題。 (1)根據(jù)雜交實驗推斷,A、a和B、b兩對等位基因中,位于Z染色體上的是　　　　,控制這兩對性狀的基因的遺傳符合　　　　　　　　　　定律。 (2)實驗一的親本中雌性個體的基因型為　　　　　　,產(chǎn)生的F1中b的基因頻率為　　　　。選出F1中的長腿灰羽個體隨機交配,子代中長腿灰羽的概率為　　　　。 (3)實驗二中沒有雄性個體是因為含有　　　　基因的　　　　　　(填“精子”或“卵細胞”)不能參與受精作用。 (4)在自然環(huán)境中,白羽的鳥比灰羽的鳥更容易被天敵發(fā)現(xiàn),則經(jīng)過若干年后,種群中B的基因頻率將　　　　(填“變大”“變小”“不變”或“無法判斷”)。 (5)在鳥類的飼料中添加堿基類似物,發(fā)現(xiàn)子代出現(xiàn)多種多樣的突變類型,說明基因突變具有　　　　　　　　(特點)。 答案 (1)B、b　基因的自由組合 (2)AaZBW　1/3　7/9 (3)b　卵細胞 (4)變大 (5)不定向性 解析 (1)根據(jù)實驗一可知:長腿灰羽(♀)長腿灰羽(♂)雜交,后代雌性中既有灰羽,又有白羽,但是雄性中只有灰羽,說明B、b基因位于Z染色體上。長腿、短腿在后代的雌性和雄性中都有,且都是長腿∶短腿=3∶1,說明控制腿長短的基因位于常染色體上。(2)長腿∶短腿=3∶1,說明親代基因型為Aa;灰羽雌鳥∶白羽雌鳥=1∶1,雄鳥全為灰羽,說明親代基因型為ZBW和ZBZb。綜合上述分析可知,親代基因型為AaZBW和AaZBZb。只研究羽毛顏色的遺傳,F1的基因型及比例為ZBZB∶ZBZb∶ZBW∶ZbW=1∶1∶1∶1,因此F1中b的基因頻率為(1+1)/(4+2)=1/3。選出F1中的長腿灰羽個體隨機交配,由于每一對性狀都遵循基因的分離定律,可以先將每一對性狀拆開單獨計算,之后再綜合起來。對于腿的長短這一對性狀而言,子代中短腿的概率為2/32/31/4=1/9,則長腿的概率為1-1/9=8/9;對于白羽和灰羽這一對性狀而言,子代中白羽的概率為1/21/4=1/8,則灰羽的概率為1-1/8=7/8,子代中長腿灰羽的概率為8/97/8=7/9。(3)根據(jù)親本的表現(xiàn)型:長腿白羽(♀)短腿灰羽(♂),可推知親本的基因型大致為A_ZbW、aaZBZb,再根據(jù)后代雌性中長腿灰羽占1/4,長腿白羽占1/4,短腿灰羽占1/4,短腿白羽占1/4,可推知親本雌性的基因型為AaZbW。正常情況下后代雄性的基因型應該為1/4AaZBZb、1/4aaZBZb、1/4AaZbZb、1/4aaZbZb,但是后代沒有雄性,原因是母本產(chǎn)生的含有b基因的卵細胞不能參與受精作用。(4)由于白羽的鳥比灰羽的鳥更容易被天敵發(fā)現(xiàn),因此經(jīng)過長期的自然選擇,白羽的鳥越來越少,因此種群中b的基因頻率將變小,B的基因頻率將變大。(5)在鳥類的飼料中添加堿基類似物,發(fā)現(xiàn)子代出現(xiàn)多種多樣的突變類型,說明基因突變具有不定向性。 6.肌營養(yǎng)不良癥是一種遺傳性疾病,有的是常染色體顯性遺傳,有的是常染色體隱性遺傳,也有伴X染色體隱性遺傳。 (1)某人患肌營養(yǎng)不良癥,其父母雙方均正常,則可推測該病為　　　　(填“顯性”或“隱性”)遺傳病。若該患者為女性,則可推測致病基因位于　　　　　　　　(填“常染色體”或“X染色體”)上。為什么?　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)對某迪謝內肌營養(yǎng)不良家族的成員進行基因診斷,得到如下遺傳系譜圖。 據(jù)圖分析,該病的遺傳方式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。若Ⅲ3同時是迪謝內肌營養(yǎng)不良基因和紅綠色盲基因的攜帶者,Ⅳ3不患這兩種病,不考慮交叉互換,說明Ⅲ3所攜帶的兩種致病基因　　　　　　　　　　　　(填“分別位于兩條X染色體上”或“位于同一條X染色體上”)。 答案 (1)隱性　常染色體　因為該隱性遺傳病患者為女性,會有兩個致病基因,其中一個必然來自父方,而其父親不患該病,所以致病基因位于常染色體上 (2)伴X染色體隱性遺傳病　位于同一條X染色體上 解析 (1)某人患肌營養(yǎng)不良癥,其父母雙方均正常,則可推測該病為隱性遺傳病。若該隱性遺傳病患者為女性,會有兩個致病基因,其中一個必然來自父方,而其父親不患該病,所以致病基因位于常染色體上。(2)據(jù)圖分析,Ⅰ的表現(xiàn)都正常,生了一個患病的男孩,由此可見該病為隱性遺傳病;同時從圖中還看出該患病男孩的致病基因來自母親,即具有一個致病基因就患病,因此該病為伴X染色體隱性遺傳病。若Ⅲ3同時是迪謝內肌營養(yǎng)不良基因和紅綠色盲基因的攜帶者,Ⅳ3不患這兩種病,不考慮交叉互換,說明Ⅲ3 所攜帶的兩種致病基因位于同一條X染色體上。如果兩個致病基因位于兩條X染色體上,而Ⅳ3將肯定有一條X染色體來自Ⅲ3,患迪謝內肌營養(yǎng)不良或患紅綠色盲,不可能是正常個體。 7.在栽培某種農(nóng)作物(2n=42)的過程中,有時會發(fā)現(xiàn)單體植株(2n-1),如有一種單體植株比正常植株缺少一條6號染色體,稱為6號單體植株。 (1)6號單體植株的變異類型為　　　　　　　　　　,該植株的形成是因為親代中的一方在減數(shù)分裂過程中　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　未分離。 (2)6號單體植株在減數(shù)第一次分裂時能形成　　　　個四分體。如果該植株能夠產(chǎn)生數(shù)目相等的n型和n-1型配子,則自交后代(受精卵)的染色體組成類型及比例為(體細胞中一對同源染色體同時缺失的植株稱為缺體)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)科研人員利用6號單體植株進行雜交實驗,結果如下表所示。 雜交親本 實驗結果 6號單體(♀)正常二倍體(♂) 子代中單體占75%,正常二倍體占25% 6號單體(♂)正常二倍體(♀) 子代中單體占4%,正常二倍體占96% ①單體♀在減數(shù)分裂時,形成的n-1型配子　　　　(填“多于”“等于”或“少于”)n型配子,這是因為6號染色體往往在減數(shù)第一次分裂過程中因無法　　　　　　　　　　　而丟失。 ②n-1型配子對外界環(huán)境敏感,尤其是其中的　　　(填“雌”或“雄”)配子育性很低。 (4)現(xiàn)有該作物的兩個品種,甲品種抗病但其他性狀較差(抗病基因R位于6號染色體上),乙品種不抗病但其他性狀優(yōu)良,為獲得抗病且其他性狀優(yōu)良的品種,理想的育種方案是以乙品種6號單體植株為　　　　(填“父本”或“母本”)與甲品種雜交,在其后代中選出單體,再連續(xù)多代與　　　　　　　　　　　　雜交,每次均選擇抗病且其他性狀優(yōu)良的單體植株,最后使該單體　　　　,在后代中挑選出RR型且其他性狀優(yōu)良的新品種。 答案 (1)染色體變異(染色體數(shù)目變異)　6號染色體的同源染色體或姐妹染色單體 (2)20　正常二倍體(2n)∶單體(2n-1)∶缺體(2n-2)=1∶2∶1 (3)①多于　聯(lián)會(無法形成四分體)?、谛? (4)母本　乙品種6號單體　自交 解析 (1)由題可知,6號單體植株比正常植株缺少一條6號染色體,屬于染色體數(shù)目變異,該植株的形成是因為親代中的一方在減數(shù)第一次分裂后期6號染色體的同源染色體未分離或減數(shù)第二次分裂的后期姐妹染色單體未分離。(2)該農(nóng)作物(2n=42)有21對同源染色體,由于缺少一條6號染色體,故6號單體植株在減數(shù)第一次分裂時能形成20個四分體。如果該植株能夠產(chǎn)生數(shù)目相等的n型和n-1型配子,則自交后代(受精卵)的染色體組成類型及比例為正常二倍體(2n)∶單體(2n-1)∶缺體(2n-2)=1∶2∶1。(3)由表格可知,6號單體(♂)正常二倍體(♀),理論上,子代中單體和正常二倍體各占50%,而實際上單體占75%,正常二倍體占25%,說明單體♀在減數(shù)分裂時,形成的n-1型配子多于n型配子,這是因為6號染色體往往在減數(shù)第一次分裂過程中因無法聯(lián)會而丟失。由第二組雜交實驗可知,n-1 型配子對外界環(huán)境敏感,尤其是其中的雄配子育性很低。(4)通過雜交育種的方法可以將優(yōu)良性狀集中到一個個體上,理想的育種方案是以乙品種6號單體植株為母本與甲品種雜交,在其后代中選出單體,再連續(xù)多代與乙品種6號單體雜交,每次均選擇抗病且其他性狀優(yōu)良的單體植株,最后使該單體自交,在后代中挑選出RR型且其他性狀優(yōu)良的新品種。