从杂交实验中寻找实验设计的解题思路

周俊伊

【摘 要】 本文立足于从孟德尔的豌豆杂交实验和摩尔根的果蝇杂交实验中寻找方法来解决实验设计类题目，判断相对性状的显隐性、基因存在的位置等问题。

【关键词】 杂交实验  实验设计

人教版高中生物必修2中有两个关键的杂交实验，一个是孟德尔的豌豆杂交实验，一个是摩尔根的果蝇杂交实验。在高三一轮复习中，遇到的很多实验设计类的题目，其实都可以从这两个实验中找到答案。

一、显隐性性状的判断

在孟德尔豌豆杂交实验（一）中，选用高茎豌豆和矮茎豌豆杂交，F1中全为高茎，新授课时，我们会问学生一个问题：矮茎哪里去了呢？放到一轮复习中，学生已经知道矮茎为隐形形状，所以在F1中没有表现出来，这就是判断显隐性的第一种方法。用具有相对性状的纯合亲本杂交，F1表现出来的性状就为显性性状，没表现出的性状为隐性性状。有没有第二种方法呢？继续看孟德尔的实验，他让F1进行自交得到F2代，在F2代中既出现了高茎又出现了矮茎，我们把这种现象称为性状分离。新的问题出现了，F2代中的矮茎从哪里来的呢？学生知道是藏在了F1中。这是判断显隐性的第二种方法。用某一性状自交或是用相同性状的个体杂交，若后代出现性状分离，那么与亲本表现型不同的那种性状即为隐形性状。

二、判断基因的位置

1. 判断两对基因是否位于同一对同源染色体上

孟德尔做了两个杂交实验，区别在于豌豆杂交实验（一）选择了一对相对性状来进行观察，而豌豆杂交实验（二）选择了两对相对性状来进行观察。通过减数分裂我们知道，控制相对性状的基因位于同源染色体的同一位置，所以叫做等位基因，在减数分裂过程中，由于同源染色体在减Ⅰ后期会彼此分开移向细胞两级，所以位于同源染色体上的等位基因也会彼此分离，这才有了F2代中3：1的显隐比。在豌豆杂交实验（二）中，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上，减数分裂中，同源染色体分开的同时，非同源染色体就能够自由组合，而位于非同源染色体上的非等位基因也就自由组合了，F2中就出现了四种表现型为9：3：3：1的结果。如何判断两对等位基因是否在同一对同源染色体上，办法就很简单了，用具有两对相对性状且纯合的雌雄个体杂交得F1，再将F1中的雌雄个体相互交配产生F2，统计F2中性状的分离比。若符合9：3：3：1或者是该比例的变化形式，那么就能说明两对基因分别位于两对同源染色体上，若不符合该比例，则说明两对基因位于一对同源染色体上。

2. 判断基因位于细胞质中还是细胞核中

在孟德尔豌豆杂交（一）中已经提及，无论用高茎作母本（正交），还是作父本（反交），杂交后产生的子一代总是高茎。那如果正交后是高茎，反交后代是矮茎。又说明什么呢？根据受精作用的过程，我们知道精子和卵细胞结合时，精子提供了细胞核，而卵细胞既提供了细胞核又提供了细胞质;又根据DNA在真核细胞中分布的实验结论：真核细胞的DNA主要分布于细胞核，线粒体和叶绿体上也含有少量的DNA。我们把位于线粒体和叶绿体上的DNA称为细胞质基因，这就不难看出，受精卵中的基因有两部分，一部分是精、卵细胞核里的核基因，一部分是卵细胞细胞质里的质基因。所以我们可以用正反交来判断基因是在细胞质中还是在细胞核中，若正反交的结果一致，则基因在细胞核中;若正反交结果不一致（总是和母本的相同）則基因在细胞质中。

3. 判断基因位于常染色体上还是位于X染色体上

证明基因位于染色体上的实验是果蝇杂交实验，美国生物学家摩尔根，在萨顿提出基因在染色体上的假说后，选择了果蝇进行杂交实验，在F2代中也出现了3：1的性状分离比，符合分离定律，说明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的。但他也发现了另外一个现象：白眼性状总是出现在雄性果蝇中，与性别相关联，于是大胆提出假设控制白眼的基因位于X染色体上。经过演绎推理可以证明假说是合理的，可如何验证这一假说呢？延用孟德尔的“假说演绎法”进行验证，在F1中选出个体进行测交实验，每每讲到这里，学生总会习惯性的选择F1中的红眼雌果蝇和白眼雄果蝇进行交配，但结果却是白眼性状既出现在雄果蝇中又出现在了雌果蝇中，且比例为1：1，这样一来就只是证明了F1的红眼雌果蝇是个杂合子能够产生两种配子，并没有证明白眼基因与性别之间的关联。所以要证明白眼基因位于X染色体上，测交实验应该选择F1代的红眼雄果蝇和上述实验中产生的白眼雌果蝇进行测交实验（隐雌×显雄）。结果显示，白眼雌果蝇的白眼基因只出现在后代雄果蝇中，以此才能验证白眼基因位于X染色体上的假说。由此我们也可以得出判断基因是在常染色体上还是在X染色体上的实验思路：在已知显隐性的前提下，用隐雌×显雄，观察后代，若子代中的雄性个体全为隐性性状，雌性个体全为显性性状，则基因位于X染色体上;若子代中的雌雄个体中既有显性性状又有隐性性状，且各占1/2，则基因位于常染色体上。在这里还要强调一下，还有一种ZW型性别决定的生物，那这一设计就改为隐雄×显雌，若子代中雌性个体全为隐形，雄性个体全为显性，则基因位于Z染色体上。

通过对教材中杂交实验的分析能够得到实验设计的考查方向和设计的要点和思路。我们深信，不脱离教材的一轮复习才是最有效的复习手段。