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新人教生物一輪復(fù)習(xí)微專題5
攻克生物變異的實(shí)驗(yàn)探究題
類型一　探究某一變異性狀是否為可遺傳變異的方法
1.兩類變異的本質(zhì)區(qū)別：新性狀能否遺傳。
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法
(1)將變異個(gè)體置于與原來類型相同的特定環(huán)境下種植，觀察變異性狀是否消失，若不消失則為可遺傳變異，反之則為不可遺傳變異。
(2)某些情況下也可以通過自交觀察后代是否發(fā)生性狀分離。
[例1] (2023·成都七中診斷)研究者用X射線照射紫株玉米(AA)后，用該玉米花粉給綠株玉米(aa)授粉，F(xiàn)1幼苗中出現(xiàn)少量綠苗。下列敘述錯(cuò)誤的是 (　　)
A.可通過觀察少量綠苗的長勢判斷是否可遺傳
B.推測X射線照射可導(dǎo)致A基因突變?yōu)閍
C.推測X射線照射可導(dǎo)致帶有A基因的染色體片段缺失
D.可通過光學(xué)顯微鏡觀察染色體的形態(tài)初步判斷變異的原因
答案　A
解析　若判斷該種性狀是否可遺傳，應(yīng)將綠苗自交，看是否產(chǎn)生綠苗后代，觀察綠苗的長勢無法判斷該性狀是否可遺傳，A錯(cuò)誤；親本中紫株的基因型為AA，綠株的基因型為aa，F(xiàn)1幼苗中出現(xiàn)少量綠苗，說明X射線照射可能導(dǎo)致A基因突變?yōu)閍，B正確；帶有A基因的染色體片段缺失也可能會(huì)導(dǎo)致后代出現(xiàn)綠苗，C正確；如果是染色體片段缺失，可以用光學(xué)顯微鏡觀察到，基因突變無法用光學(xué)顯微鏡直接觀察，因此可通過光學(xué)顯微鏡觀察染色體的形態(tài)初步判斷變異的原因，D正確。
[例2] (2023·新未來聯(lián)考)玉米是我國重要的糧食產(chǎn)品之一。育種專家常采用雜交的方式來選育新品種。育種專家在用純合的細(xì)莖(不抗倒伏)玉米(AA)和粗莖(抗倒伏)玉米(aa)雜交得到的后代中，發(fā)現(xiàn)了一株粗莖的個(gè)體，對于粗莖個(gè)體出現(xiàn)的原因，提出以下的假設(shè)：①環(huán)境條件引起染色體數(shù)目加倍；②發(fā)生了基因突變；③發(fā)生了染色體片段缺失；④水肥充足造成莖稈粗壯，遺傳物質(zhì)沒有改變。回答下列問題。
(1)若是該粗莖玉米是由染色體數(shù)目加倍引起的，則引起這種變異的環(huán)境因素最可能是________，檢測該變異類型最簡便的方法是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)有人欲用雜交的方式確定假設(shè)②③的變異類型，已知玉米若出現(xiàn)兩條同源染色體相同片段的缺失，則形成的種子無發(fā)芽能力。用該粗莖玉米與純合的細(xì)莖玉米雜交獲得F1，F(xiàn)1隨機(jī)受粉產(chǎn)生F2，觀察、統(tǒng)計(jì)F2植株的表型及比例。
a.若F2表型及比例為________，則該粗莖植株的成因是基因突變，并用遺傳圖解解釋F1到F2的過程。
b.若F2表型及比例為__________________________________________________，
則該粗莖植株的成因是染色體片段缺失。
(3)欲探究該粗莖玉米的產(chǎn)生是否是由水肥條件影響的，寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案　(1)低溫　顯微鏡觀察處于有絲分裂中期的細(xì)胞，確定其染色體數(shù)目是否加倍
(2)a.細(xì)莖∶粗莖＝3∶1
b.細(xì)莖∶粗莖＝4∶1或者細(xì)莖∶粗莖∶不發(fā)芽種子＝12∶3∶1
(3)取該玉米的組織進(jìn)行植物組織培養(yǎng)，得到幼苗，均分為甲、乙兩組，甲組栽種在水肥充足的土壤中，乙組栽種在相對貧瘠的土壤中，觀察莖的粗細(xì)
解析　(2)b.若該粗莖植株的成因是染色體片段缺失，則其基因型為aO，aO與AA雜交獲得F1(Aa、AO)，F(xiàn)1隨機(jī)受粉產(chǎn)生F2，F(xiàn)1中A的基因頻率為1/2，a的基因頻率為1/4，O的基因頻率為1/4，則F1隨機(jī)受粉，F(xiàn)2中OO(種子無發(fā)芽能力)＝1/4×1/4＝1/16，粗莖(aa、aO)＝1/4×1/4＋1/4×1/4×2＝3/16，細(xì)莖＝1－1/16－3/16＝12/16，因此，F(xiàn)2表型及比例為細(xì)莖∶粗莖＝4∶1或細(xì)莖∶粗莖∶不發(fā)芽種子＝12∶3∶1。
類型二　基因突變的類型與判斷方法
顯性突變和隱性突變的判斷
(1)類型
(2)判定方法
①選取突變體與其他已知未突變純合子雜交，據(jù)子代性狀表現(xiàn)判斷。
②讓突變體自交，觀察子代有無性狀分離來判斷。
[例3] 某植物為嚴(yán)格自花傳粉植物，在野生型窄葉種群中偶見幾株闊葉幼苗。回答下列問題：
(1)判斷該變異性狀是否能夠遺傳，最為簡便的方法是 _____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)有人對闊葉幼苗的出現(xiàn)進(jìn)行分析，認(rèn)為可能有兩種原因：一是基因突變，二是染色體加倍成為多倍體。請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)鑒定闊葉幼苗出現(xiàn)的原因。_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)已知該性狀是通過基因突變產(chǎn)生的，若要判斷該突變是顯性突變還是隱性突變，應(yīng)選擇的實(shí)驗(yàn)方案是___________________________________________
__________________________________________________________________。
①若后代________，說明該突變?yōu)殡[性突變；
②若后代________，說明該突變?yōu)轱@性突變。
答案　(1)待該闊葉幼苗長大成熟后，讓其自交，觀察后代是否出現(xiàn)闊葉性狀
(2)取野生型植株和闊葉植株的根尖分生區(qū)細(xì)胞制成裝片，用顯微鏡觀察有絲分裂中期細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目，若觀察到闊葉植株的染色體加倍，則說明是染色體加倍的結(jié)果，否則為基因突變
(3)讓闊葉植株與窄葉植株雜交　①全為窄葉
②出現(xiàn)闊葉
類型三　不同突變體是否為同一位點(diǎn)突變的判斷
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：將突變株1與突變株2進(jìn)行雜交，根據(jù)子代是否為野生型個(gè)體判斷突變基因?qū)?yīng)的位置。
[例4] (2023·河北衡水調(diào)研)相對野生型紅眼果蠅而言，白眼、朱紅眼、櫻桃色眼均為隱性突變性狀，基因均位于X染色體上。為判斷三種影響眼色的突變是否有染色體同一位點(diǎn)的基因突變，實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果如下。下列敘述正確的是 (　　)
實(shí)驗(yàn)一：白眼♀×櫻桃色眼♂→櫻桃色眼♀∶白眼♂＝1∶1
實(shí)驗(yàn)二：白眼♀×朱紅眼♂→紅眼♀∶白眼♂＝1∶1
A.白眼與櫻桃色眼是同一基因的不同突變
B.由實(shí)驗(yàn)一可知櫻桃色眼對白眼為隱性
C.控制4種眼色的基因互為等位基因
D.4種眼色基因的遺傳遵循基因自由組合定律
答案　A
解析　分析實(shí)驗(yàn)一，白眼♀×櫻桃色眼♂，后代雌性性狀表現(xiàn)與父本相同，雄性性狀表現(xiàn)與母本相同，說明白眼和櫻桃色眼受X染色體上的一對等位基因控制，且櫻桃色眼對白眼為顯性，A正確，B錯(cuò)誤；分析實(shí)驗(yàn)二，白眼♀×朱紅眼♂，后代雌性都表現(xiàn)為野生型紅眼，雄性性狀表現(xiàn)與母本相同，說明白眼和朱紅眼不是X染色體上同一位點(diǎn)的基因突變，C錯(cuò)誤；根據(jù)上述分析可知，4種眼色基因均位于X染色體上，不遵循基因的自由組合定律，D錯(cuò)誤。
[例5] (2023·河南天一大聯(lián)考)野生型紅眼果蠅群體中出現(xiàn)了朱紅眼(基因a)、亮紅眼(基因b)和朱砂眼(基因d)三種單基因隱性突變果蠅。現(xiàn)有朱紅眼、亮紅眼、朱砂眼三個(gè)純合品系，各品系果蠅不含其他品系的突變基因。讓朱紅眼品系果蠅和亮紅眼品系果蠅正反交，F(xiàn)1均為野生型，讓F1的雌性果蠅和朱砂眼品系的雄性果蠅雜交，F(xiàn)2也均為野生型。實(shí)驗(yàn)小組準(zhǔn)備了若干支試管，從F2中隨機(jī)選擇雌雄果蠅各1只放入每支試管并用紗布密封，讓各試管的果蠅繼續(xù)繁殖一代產(chǎn)生F3，發(fā)現(xiàn)F3的各試管中突變型果蠅所占比例不同，其中突變型果蠅所占比例最大的試管中，雌性群體中野生型∶突變型＝9∶7，雄性群體中野生型∶突變型＝9∶23。回答下列問題：
(1)分析題意可知，a、b、d基因位于________對同源染色體上。某同學(xué)認(rèn)為這3個(gè)基因中僅有一個(gè)基因位于X染色體上，你認(rèn)為位于X染色體上的基因是________，判斷的理由是________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)根據(jù)題意分析，突變型果蠅所占比例最大的試管中，最初加入的雌雄果蠅的基因型分別為________；各試管中突變型果蠅所占比例最小的試管中，突變型果蠅所占比例為________，且均為________(填“雌性”或“雄性”)。
(3)某實(shí)驗(yàn)小組在亮紅眼品系果蠅群體中偶然發(fā)現(xiàn)了一只猩紅眼雄果蠅，經(jīng)檢測該猩紅眼突變體是野生型紅眼果蠅單基因隱性突變產(chǎn)生b1的結(jié)果，請你設(shè)計(jì)一次雜交實(shí)驗(yàn)判斷b1和b基因是否為等位基因，寫出雜交實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論：________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案　(1)3　d　朱紅眼品系果蠅和亮紅眼品系果蠅正反交，F(xiàn)1均為野生型，因此a和b基因均位于常染色體上，而F3的雌雄群體中突變型所占的比例不同，因此必然有一對基因位于X染色體上，即d基因位于X染色體上(答案合理即可)
(2)AaBbXDXd、AaBbXDY　1/4　雄性
(3)讓該猩紅眼雄果蠅與若干只亮紅眼雌果蠅雜交，若雜交后代為猩紅眼或亮紅眼，則b1和b基因是等位基因，若雜交后代全部為野生型，則b1和b基因不是等位基因(答案合理即可)
解析　(1)根據(jù)題意可知，F(xiàn)3的各試管中突變型果蠅所占比例不同，突變型果蠅所占比例最大的試管中親本的雌雄果蠅均含3對等位基因，雜交后代雌性群體中野生型占9/16，雄性群體中野生型占9/32，由于雌雄個(gè)體各占一半，因此整體中野生型所占比例為(1/2)×(9/16)＋(1/2)×(9/32)＝27/64＝(3/4)3，因此3對基因的遺傳遵循基因的自由組合定律，即3對基因位于3對同源染色體上。由于朱紅眼品系果蠅和亮紅眼品系果蠅正反交，F(xiàn)1均為野生型，因此a和b基因均位于常染色體上，而F3的雌雄群體中突變型所占比例不同，因此必然有一對基因位于X染色體上，即d基因位于X染色體上。
(2)根據(jù)題意，讓朱紅眼品系果蠅和亮紅眼品系果蠅進(jìn)行正反交，F(xiàn)1均為野生型，F(xiàn)1雌性果蠅的基因型為AaBbXDXD，朱砂眼品系的雄果蠅的基因型為AABBXdY，雜交后代的基因型為A_B_XDXd和A_B_XDY，其中雜交后代中突變型果蠅所占比例最大的試管中，親本的基因型組合為AaBbXDXd、AaBbXDY；突變型果蠅所占比例最小的試管中，親本的基因型組合為AABBXDXd、AABBXDY，雜交后代的突變型全部為朱砂眼，基因型為AABBXdY，所占比例為1/4，且全部為雄性。
(3)若要判斷b1和b基因是否為等位基因，可以讓該猩紅眼雄果蠅與若干只亮紅眼雌果蠅雜交，若b1和b基因是等位基因，則雜交組合為b1b1和bb，雜交后代基因型為b1b，可能表現(xiàn)為猩紅眼或亮紅眼；若b1和b基因不是等位基因，則雜交組合為b1b1BB(或BBXb1Y)和B1B1bb(或bbXB1XB1)，雜交后代基因型為B1b1Bb(或BbXB1Xb1、BbXB1Y)，全部表現(xiàn)為野生型。
類型四　染色體變異、基因重組和基因突變的顯微判斷
染色體變異在光學(xué)顯微鏡下能觀察到，而基因突變和基因重組不能，所以可通過顯微觀察法辨別染色體變異，即制作臨時(shí)裝片，觀察有絲分裂中期染色體是否發(fā)生變異，若有，則為染色體變異，否則為基因突變或基因重組(此處注意，若基因突變引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變也可用顯微鏡判斷，例如光學(xué)顯微鏡下觀察血細(xì)胞涂片，若發(fā)現(xiàn)鐮刀狀紅細(xì)胞，可判斷發(fā)生了基因突變)。
[例6] (2023·廣東珠海調(diào)研)生物學(xué)研究中會(huì)用到模式生物，它們通常具有生長繁殖周期短、遺傳信息清楚、生命力頑強(qiáng)等特點(diǎn)。果蠅可作為模式生物，1933年、1946年、1995年和2011年，6位研究果蠅的科學(xué)家先后4次獲得諾貝爾獎(jiǎng)。果蠅的正常翅和缺刻翅由位于X染色體上的一對等位基因(A/a)控制，Y染色體上沒有它的等位基因。某科研小組用射線照射一對正常翅果蠅產(chǎn)生的受精卵，由這些受精卵發(fā)育成的F1個(gè)體中出現(xiàn)了一只缺刻翅雌性(只考慮一種類型的變異)，將該果蠅與純合正常翅的雄果蠅雜交產(chǎn)生F2。回答下列問題：
(1)果蠅作為模式生物，除題干中的特點(diǎn)外，還包括_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)若缺刻翅的出現(xiàn)是基因突變的結(jié)果，當(dāng)F2中出現(xiàn)缺刻翅時(shí)，并不能確定是否發(fā)生了顯性突變(基因a突變?yōu)榛駻)，原因是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
若想證明缺刻翅的出現(xiàn)是發(fā)生顯性基因突變的結(jié)果，可采取的簡單做法是
___________________________________________________________________，
結(jié)果為_______________________________________________________________時(shí)，缺刻翅基因?yàn)锳。
(3)若F2中正常翅∶缺刻翅＝2∶1，顯微鏡下觀察到F1中該缺刻翅雌蠅體內(nèi)有五種形態(tài)的染色體，則這種變異屬于________，解釋出現(xiàn)以上結(jié)果的原因：___________________________________________________________________。
答案　(1)易飼養(yǎng)、產(chǎn)生的后代多、有多對易于區(qū)分的相對性狀　(2)無論缺刻翅是顯性突變還是隱性突變，后代都會(huì)出現(xiàn)缺刻翅　統(tǒng)計(jì)F2中缺刻翅的性別比例　雌、雄果蠅中均有缺刻翅(或缺刻翅中雌∶雄＝1∶1)　(3)(X)染色體結(jié)構(gòu)變異　正常翅對缺刻翅為顯性，射線照射引起受精卵中X染色體上A基因片段缺失，F(xiàn)1中缺刻翅雌蠅的基因型為XaXO，該雌蠅與正常翅的雄蠅XAY雜交，F(xiàn)2中XOY的胚胎(個(gè)體)致死

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