高中生物教学过程的复等位基因问题的解析

詹天明

◆摘  要：从教材中等位基因的概念出发，提出复等位基因的产生和相关问题。运用所学的生物学知识解决有关基因型、表现型、基因频率和基因型频率的相关问题，培养学生的知识迁移能力和学科核心素养。

◆关键词：基因;复等位基因;基因频率;基因型频率

基因是具有遗传效应的DNA片段，是遗传和变异的基本单位，基因在染色体线性排列。高中生物学的遗传问题都是与基因有关的问题，本文就复等位基因的产生，基因型和表现型的确定，基因频率和基因型频率的计算等有关复等位基因的相关问题进行解析。

一、复等位基因的形成

等位基因是指位于同源染色体的相同位置上，控制着生物的相对性状的一对基因。等位基因的出现是由于基因突变的结果。真核生物在细胞分裂过程中，DNA分子复制时，由于堿基对的缺失、增添或替换，而引起的基因结构的改变，从而导致等位基因的出现。例如人类白化病的出现，是由于正常β基因上决定第6个密码子的一个碱基对T//A突变为A//T，导致显性基因突变为隐性基因;白化病的出现也是显性基因突变为隐性基因;控制老鼠毛色的基因由控制鼠色的A基因突变为a1、a2、a3、a4等多个复等位基因，从而引起生物种群中相对性状的多样化。

二、复等位基因的基因型和表现型的计算

生物的基因型和表现型一般是指二倍体生物的基因型和表现型。若基因位于常染色体上，如豌豆的高茎和矮茎，高茎（D）对矮茎（d）为显性，基因型只有DD、Dd、dd三种。在完全显性的情况下，只有高茎（DD、Dd）和矮茎（dd）两种表现型。但在某些相对性状不完全显性的情况下，如控制某植物花色的红花（A）和白花（a）基因，则会出现红色（AA）、粉色（Aa）和白色（aa）三种表现型。若基因在性染色体上，如人类的红绿色盲，正常（A）对色盲（a）为显性，在女性个体中有XAXA、XAXa、XaXa三种基因型、男性个体中有XAY、XaY二种基因型，所以总共有5种基因型。确定表现型时，若完全显性，有两种表现型，若不完全显性，则有三种表现型。

例1：控制某动物毛色的基因有A、a1、a2、a3、a4五个复等位基因，其中A对a1、a2、a3、a4为显性，a1对a2、a3、a4为显性，a2对a3、a4为显性，a3对a4为显性，则该动物群体中有多少种基因型？有多少种表现型？表现为a1性状的基因型有多少种？

三、复等位基因种群中基因频率和基因型频率的计算

某种群中，控制性状的一对基因分别为A、a，则该种群中生物A基因频率的计算公式是：P（A的基因频率）= A/（A+a）×100%，q（a的基因频率）=a/（A+a）×100%;基因型频率计算：根据哈迪-温伯格遗传平衡定律：p2表示AA的基因型的频率，2pq表示Aa基因型的频率q2表示aa基因型的频率。其中p是A基因的频率;q是a基因的频率。基因频率之和和基因型频率之和都应等于1，即p+q=（p+q）2=p2+2pq+q2 =1，二项式的各项分别代表相应的各种基因型频率。

生物的性状受到复等位基因控制时，以ABO血型为例，基因（IA、IB和i）频率和基因型（IAIA、IBIB、ii、IAIB、IAi和IBi）频率的计算公式是：P（IA的基因频率）= IA/（IA+IB+i）×100%，q（IB的基因频率）=IB/（IA+IB+i）×100%，r（i的基因频率）=i/（IA+IB+i）×100%。基因型频率计算：根据哈迪-温伯格遗传平衡定律：p2表示IAIA的基因型的频率，q2表示IBIB基因型的频率，r2表示ii基因型的频率，2pq表示基因型IAIB的基因型频率，2pr表示基因型IAi的基因型频率，2qr表示基因型IBi的基因型频率，其中p是IA基因的频率;q是IB基因的频率，r是i的基因频率。基因频率之和和基因型频率之和都等于1，即p+q+r=（p+q+r）2=p2+ q2 +r2+2pq +2pr+2qr=1，二项式各项分别代表相应的各种基因型频率。

四、复等位基因的相关例题分析

例2：ABO血型由复等位基因IA，IB和i三种基因控制。红细胞表面有两种抗原——A抗原和B抗原，这两种抗原分别由IA和IB控制，i基因不编码任何的抗原。抗A血清和抗B血清可以使含不同表面抗原的红细胞发生凝集反应（“+”表示发生凝集反应，“-”表示不发生凝集反应），如下表所示。

请回答下列问题：

（1）ABO血型的遗传遵循孟德尔的_____________定律;

（2）某夫妇的三个孩子血型分别是A型、B型和O型，则这对夫妇的基因型是__________________。

（3）一对夫妇丈夫为AB型血，妻子为A型血，生了2个孩子，在一次外出旅游中该夫妇不小心和1个孩子走散了（未走散的孩子为B型血），幸运的是，警方找到了1个疑似的儿童。现在警方己经取得了该疑似孩子的血液样品，请设计一个简单的实验判断警方找到的这个孩子是否有可能是这对夫妇走散的。可能用到的实验材料及器材：疑似孩子血液样品、抗A血清、抗B血清、载玻片、盖玻片、显微镜等。（要求：写出基本的实验思路和遗传图解分析并得出结论）

答案：（1）分离 ;（2）IAi和IBi ;（3）

实验思路：取疑似孩子血液样品制作成临时装片分成两组，并分别加入抗A血清和抗B血清，在显微镜下观察红细胞是否会发生凝集反应。

遗传分析：丈夫为AB型血，妻子为A型血，且未走散的孩子为B型血，则这对夫妇的基因型为IAIB 和IAi，遗传图解如下：

结果分析：由遗传图解可知：这对夫妇的孩子的血型有三种可能，分别是A型、B型和AB型。若加入抗A血清和抗B血清的实验组红细胞均未发生凝集反应，则该疑似小孩的血型为O型，不是该夫妇走失的孩子;若加入抗A血清或抗B血清的实验组任何一组红细胞发生凝集反应或均发生凝集反应，则该疑似小孩可能是该夫妇走失的孩子。

例3：瓢虫是二倍体生物，决定某种瓢虫翅色的复等位基因有多种，但效应最为显著的是TA、TB、TC、t四种复等位基因，且TA、TB、TC相对t为显性，TA、TB、TC之间互为并显性关系。若以此四种复等位基因为计算依据，则该瓢虫种群中的表现型种类是（    ）。

A.4种;B.5种;C.7种;D.12种

解析：以此四种复等位基因为计算依据，该瓢虫种群中显性纯合子和含t的显性杂合子表现型相同，共有4种纯合子，对应4种不同的表现型;不含t的显性杂合子共有三种，对应3种不同的表现型，共有7种表现型，选C。

例4：现有以下牵牛花的四组杂交实验，请分析并回答问题。

A组：红花×红花→红花、蓝花

B组：蓝花×蓝花→红花、蓝花

C组：红花×蓝花→红花、蓝花

D组：红花×红花→全为红花

其中，A组中子代红花数量为298，蓝花数量为101;B、C组未统计数量。

（1）若花色只受一对等位基因控制，则_____________组和_____________组对显隐性的判断正好相反，遵循遗传的 _____________定律。

（2）有人对实验现象提出了假说：花色性状由三个复等位基因（A+、A、a）控制，其中A决定蓝色，A+和a都决定红色，A+相对于A、a是显性，A相对于a为显性。若该假说正确，则A组所用的两个红花亲本基因型是______________。

（3）若（2）中所述假说正确，那么红花植株的基因型可能有_____________种，为了测定其基因型，某人分别用A+A和Aa植株对其进行测定。

①若用A+A植株与待测植株杂交，则可以判断出的基因型是_____________。

②若用Aa植株与待测植株杂交，则可以判断出的基因型是_____________。

解析：

（1）A组中，蓝花为子代新出现性状，因而判断其为隐性性状;同理B组判断红花是隐性性状，一对相对性状遵循遗传的分离定律。

（2）若该假说正确，A+A+、A+A、A+a都是红色，AA、Aa为蓝色，aa是红色，A组中双亲都是红色，而后代出现了红花和蓝花，则双亲为A+A与A+A或A+A与A+a。

（3）若（2）中所述假说正确，红花植株基因型有A+A+、A+A、A+a、aa，共4种：①A+A与A+A+杂交子代全是红花，A+A与aa杂交子代红花∶蓝花=1∶1，A+A与A+A杂交子代红花∶蓝花=3∶1，A+A与A+a杂交子代红花∶蓝花=3∶1，故用A+A杂交可测定A+A+和aa。②A+A+与Aa杂交子代全是红花，A+A与Aa杂交子代红花∶蓝花=1∶1，A+a与Aa杂交子代红花∶蓝花=3∶1，aa与Aa杂交子代红花∶蓝花=1∶1，故用Aa杂交可测定A+A+、A+a。

答案：（1）A、B，基因分离;（2）A+A与A+A（或A+A与A+a）;（3）4，①A+A+和aa;②A+A+、A+a

参考文献

[1]颜凤英.基于科学大概念的跨学科主题单元设计[D].宁波：宁波大学，2013.

[2]温哈伦.以大概念理念进行科学教育[M].韦钰译.北京：科学普及出版社，2016.

[3]名师导學[M].北京：东方出版社，2019：139-146.