利用“配子测交”思维，探析遗传题中异常遗传现象

安徽 余中宾

生物学科思维是指本学科特有而其他学科所不具有的，能够为解释生物生命现象及其内在规律提供逻辑依据的思想理念，掌握生物学科思维可为培养学科核心素养提供具体措施。遗传学是高中生物的重点和难点，遗传题的复杂性往往体现在多样的异常遗传现象中。各种遗传现象的表现是由其基因型决定的，通过配子传递给后代。配子测交就是指通过测交的杂交方式，依据后代的表现型及数量比得出待测个体的配子组成，逆推出待测个体的基因型或染色体组成，从而揭示异常遗传现象的根本原因。

1.回归教材看“配子测交”思维

孟德尔一对相对性状的杂交实验的性状分离现象及比例为3∶1的解释的关键是F1产生两种配子且数量比是1∶1。人教版教材通过“性状分离比的模拟”实验加强学生的进一步体验。实际上，F1杂合子测交后代的表现型及比例为1∶1就是由F1杂合子产生配子的数量比决定的，即测交后代性状分离比直接表明了待测个体产生的配子种类及比例。为了突出“配子测交”思维在遗传现象中的重要作用，人教版教材的课后练习明确了花粉鉴定法可用于验证分离定律。其次，孟德尔对两对性状的杂交实验中性状自由组合现象解释的验证也应用了配子测交思维。

2.遗传题中体现的“配子测交”思维

2.1 通过异常测交现象，逆推亲本多样的基因型

【例1】已知水稻的抗旱性（A）和多颗粒（B）属显性，各由一对等位基因控制且独立遗传。现有抗旱、多颗粒植株若干，对其进行测交，子代的性状分离比为抗旱多颗粒∶抗旱少颗粒∶敏旱多颗粒∶敏旱少颗粒= 2∶2∶1∶1，若这些亲代植株相互授粉，后代性状分离比为 （ ）

A.24∶8∶3∶1 B.9∶3∶3∶1

C.15∶5∶3∶1 D.25∶15∶15∶9

【解析】此题的特点是测交后代比例不是1∶1∶1∶1，说明抗旱、多颗粒的植株基因型不是唯一的，通过结果逆推可知其待测亲代产生的配子种类及比例为AB∶Ab∶aB∶ab = 2∶2∶1∶1，即A∶a = 2∶1；B∶b = 1∶1。亲代植株随机杂交，配子随机结合可知，后代抗旱（A ）∶敏旱（aa）= 8∶1，多粒（B_）∶少粒（bb）= 3∶1，故后代性状分离比为（8∶1）×（3∶1）= 24∶8∶3∶1。

如果直接考虑亲本A_ B_ 的四种基因型，并利用题干测交过程，从后代直接推测其具体的种类及比例，就会陷入烦琐的分析中。利用“配子测交”思维，可以直接判断出亲本产生配子的种类及比例，得出亲代基因型为1/3 AABb和2/3 AaBb，同时也可以通过乘法原理很快推出子代的性状分离比。

【答案】A

2.2 由复等位基因的测交结果，逆推亲本基因型

【例2】在小鼠的常染色体上有一系列决定体色的复等位基因（A1、A2、a，前者对后者为显性），该复等位基因在决定小鼠体色时其表现型与基因型的关系如表1（注：A1纯合时存在胚胎致死）。请回答：一只黄色雄鼠与多只黑色雌鼠交配，子代________（填“能”或“不能”）同时出现灰色和黑色小鼠，理由是______________________________________ 。

表1

【解析】根据表格信息可知，黄色鼠的基因型有两种：A1A2或A1a。它与黑色鼠（aa）交配属于测交，后代的性状及比例是由黄色鼠产生的配子决定的，如果黄色鼠基因型是A1A2，产生的配子是A1∶A2= 1∶1，所以后代基因型及比例为A1a（黄色）∶A2a（灰色）= 1∶1；若黄色鼠基因型是A1a，则后代基因型及比例为A1a（黄色）∶aa（黑色）= 1∶1。由此可见，后代不可能同时出现灰色和黑色小鼠。

【答案】不能 该黄色小鼠基因型只能是A1A2或A1a

2.3 遗传致死的异常遗传现象探析

2.3.1 配子致死的异常遗传现象

【例3】现用某野生植物甲（AABB）、乙（aabb）两品种作亲本杂交得F1，F1测交结果如表2，下列有关选项不正确的是 （ ）

表2

A.F1产生的基因型为AB的花粉有50 %不能萌发，不能实现受精

B.F1自交得F2，F2的基因型有9种

C.F1花粉离体培养，将得到四种表现型不同的植株

D.正交与反交结果不同，说明该两对基因的遗传不遵循基因的自由组合定律

【解析】F1的基因型为AaBb，两对基因自由组合。进行正反交的测交实验结果是由待测个体产生配子情况决定的。表中F1作为父本的测交结果说明，F1产生了四种花粉：AB∶Ab∶aB∶ab = 1∶2∶2∶2；产生了四种卵细胞：AB∶Ab∶aB∶ab = 1∶1∶1∶1。说明其产生AB的花粉50 %不能萌发。

【答案】D

花粉致死情况在伴性遗传的测交中的现象也很明显。例如：女娄菜是一种雌雄异株的草本植物，控制植株绿色（A）和金黄色（a）的基因位于X染色体上；如果含有a的花粉致死，那么用多株绿色雌株和金黄色雄株（XaY）测交，可能出现表3中的遗传现象。

表3

2.3.2 染色体变异引起配子致死的异常遗传现象

对染色体变异引起的配子致死异常遗传现象的解释：如图1甲、乙分别代表某种植物两个不同个体细胞的部分染色体及基因组成。已知失去图示三种基因中的任意一种都会使配子致死，且甲、乙植物减数分裂不发生交叉互换，图1乙中两对同源染色体的情况是发生了染色体的易位。两种植物的表现型是一致的，基因型均为AaBbCc，如何通过杂交实验区分呢。可通过“配子测交”思维：甲有四种基因型的后代（AabbCc、AaBbcc、aabbCc和aaBbcc），乙只有两种基因型的后代（AabbCc和aaBbcc）。根据基因的自由组合定律，究其原因是乙植物产生了Aac和BbC的两种配子致死。

图1

【例4】某植株的一条染色体发生缺失突变，获得该缺失染色体的花粉不育，缺失染色体上具有红色显性基因B，正常染色体上具有白色隐性基因b（图2）。如以该植株为父本，测交后代中部分表现为红色性状。下列解释合理的是 （ ）

图2

A.减数分裂时染色单体1或2上的基因b突变为B

B.减数第二次分裂时姐妹染色单体3与4自由分离

C.减数第二次分裂时非姐妹染色单体之间自由组合

D.减数第一次分裂时非姐妹染色单体之间交叉互换

【解析】由于染色体缺失导致花粉不育，该植物作父本只产生含基因b的可育配子，测交后代只有基因型为bb的白色性状。既然后代中有表现为红色性状的个体，“配子测交”思维说明父本产生的可育配子中含有基因B，且在无结构缺失的染色体上，最可能是在减数第一次分裂时非姐妹染色单体发生交叉互换。

【答案】D

3.“配子测交”思维在遗传探究中的应用

3.1 基因定位

基因在染色体上，染色体整条或者部分的缺失会导致相应的基因缺失，通过配子影响了后代基因的缺失。通过“配子测交”思维，测交后代的性状表现直接反映了配子中基因的有无，从而定位该基因是否在相应染色体上。

【例5】玉米非糯性（W）对糯性（w）为显性，控制该性状的基因位于9号染色体上。若9号染色体某一区段缺失，不影响减数分裂过程，染色体区段缺失的雄配子不育而雌配子可育。请回答：

（1）现有染色体正常的糯性玉米和一条9号染色体区段缺失的非糯性玉米（该玉米不含w基因），请完善下列杂交实验以判断玉米的非糯性基因是否在缺失区段上：

①选择上述材料进行杂交，其中__________（填“糯性”或“非糯性”）玉米做母本；

②获得F1并____________________________________________________________________ ；

③结果分析与判断

若F1中非糯性∶糯性＝1∶1则________________________________ ；

若F1___________________________________________________________________________________。

（2）经实验证实控制玉米非糯性的基因在缺失区段上，让上述实验中所获F1自由交配，F2中基因型为ww的个体出现的概率是__________________________________________________ 。

【解析】（1）根据“配子测交”思维，本题解题关键是检测其产生的可育配子情况，染色体区段缺失导致的是雄配子不育，所以用染色体区段缺失的非糯性玉米做母本：当W基因不在9号染色体缺失区段，则配子都含W基因，测交后代全为非糯性；如果在缺失区段，则产生两种配子W∶0 = 1∶1，F1是非糯性（Ww）∶糯性（w0）＝1∶1。（“0”表示未含相应的基因）（2）验证结果是基因定位在缺失区段上，则雌配子是W∶w∶0 = 1∶2∶1；雄配子是W∶w = 1∶2。F2中ww的个体出现的概率是1/2×2/3 = 1/3。

【答案】（1）①非糯性 ②统计表现型及比例（或统计性状分离比） ③控制非糯性的基因在缺失区段上

全为非糯性，则控制非糯性的基因不在缺失区段上

（2）1/3

3.2 判断基因连锁情况

如果两对基因在同一对同源染色体上，就可通过“配子测交”思维来判断其基因连锁情况，如表4（图形表示，代表染色体，“ ”代表基因）：

表4

3.3 判断基因工程中目的基因整合情况

例如，科研人员挑选出成功导入基因T的抗性番茄植株，其整合情况可能如图3（代表染色体，“ ”代表T基因）所示（不考虑其他变异情况），如何确定导入基因T的位置和数量呢？分析如下：如果是甲情况，植物产生的配子中都含有T基因，测交后代全表现出抗性；如果是乙情况，产生的配子中一半含有T基因，则测交后代有抗性的占一半；如果是丙情况，按照基因的自由组合定律，其产生配子中有三种情况，含有两个T基因的配子、含有一个T基因的配子，不含有T 基因的配子，所以测交后代有抗性的占3/4。

图3

总之，遗传规律适用于有性生殖生物的核基因遗传，有性配子随机结合是得出后代性状及比例的桥梁。而测交后代的表现型及比例通过配子情况直接反映了待测亲本的基因组成，可进一步推测基因所在染色体组成类型的情况。多数异常的遗传现象解释或遗传学上的应用往往可由亲本产生的配子的角度进行分析。将“配子测交”思维渗透到此类遗传现象的解释中，往往能抓住问题根本。