2024届人教版高考生物一轮复习生物变异的实验设计及分析学案

第 5 讲　生物变异的实验设计及分析

生物变异的实验设计题是高考的重点和难点，此类题目综合性强，要求学生有较强的推理能力、判断能力和设计实验的能力。随着新高考对学生的科学探究和科学思维要求的提高，考查“基因突变、染色体变异”有关的实验设计题目会有所体现，试题可能会借助模式图、信息资料等形式创设新情境综合考查。

1．“三看法”判断可遗传变异类型

(1)DNA分子内的变异。

(2)DNA分子间的变异。

2．变异类型的实验探究方法归纳

(1)可遗传变异与不可遗传变异的判断。

①自交或杂交获得子代，子代自交或子代之间杂交，用这种方法确定变异的原因。如果子代自交或杂交的后代出现变异性状，则变异性状是由于遗传物质变化引起的，反之，变异性状的出现仅是由环境引起的，遗传物质没有改变。

②将变异个体和正常个体培养在相同的环境条件下，两者没有出现明显差异，则原来的变异性状是由环境引起的。

(2)染色体变异与基因突变的判别。

①判别依据：光学显微镜下能观察到的是染色体变异，不能观察到的是基因突变。

②具体操作：制作正常个体与待测变异个体的有丝分裂临时装片，找到中期图像进行染色体结构与数目的比较可以判断是否发生了染色体变异。

(3)显性突变与隐性突变的判定。

[典例]　玉米非糯性基因(A)对糯性基因(a)为显性，植株紫色基因(B)对植株绿色基因(b)为显性，这两对等位基因分别位于第9号和第6号染色体上。现有非糯性紫株、非糯性绿株和糯性紫株三个纯种品系供实验选择。

(1)若要验证基因的自由组合定律，应选择的杂交组合是________________________。

(2)当用X射线照射纯合糯性紫株玉米花粉后，将其授与纯合糯性绿株的个体上，发现在F1的734株中有2株为绿色。关于这2株绿色植株产生的原因，有两种推测：

推测一：少数花粉中紫色基因(B)突变为绿色基因(b)，导致F1少数绿苗产生。

推测二：6号染色体载有紫色基因(B)的区段缺失导致的。已知第6号染色体区段缺失的雌、雄配子可育，而缺失纯合子(两条同源染色体均缺失相同片段)致死。

某同学设计了以下杂交实验，以探究X射线照射花粉后产生的变异类型。

实验步骤：

第一步：选上述绿色植株与____________纯种品系杂交，得到F2；

第二步：让F2植株自交，得到F3；

第三步：观察并记录F3____________。

结果预测及结论：

①若F3植株的______________，说明推测一成立；

②若F3植株的______________，说明推测二成立。

[解析]　(1)若要验证基因的自由组合定律，杂交F1的基因型应该是AaBb，因此选用的亲本是非糯性绿株(AAbb)和糯性紫株(aaBB)。(2)纯合糯性紫株玉米的基因型是aaBB，产生的精子的基因型是aB，纯合糯性绿株的基因型是aabb，产生的卵细胞的基因型是ab，杂交后代的基因型是aaBb，都是紫株，如果用X射线照射纯合糯性紫株玉米花粉后，将其授与纯合糯性绿株的个体上，发现在F1的734株中有2株为绿色，绿株的出现可能的原因是精子中B基因突变形成b，或者精子中B基因所在的染色体片段缺失；如果是基因突变引起的，该突变绿株的基因型是bb，与紫株纯合品系杂交，F2的基因型是Bb，F2自交得到F3的基因型及比例是BB∶Bb∶bb＝1∶2∶1，紫株∶绿株＝3∶1；如果是染色体片段缺失引起的，则突变绿株的基因型用B－b表示，与紫株纯合品系杂交，F2的基因型是Bb、BB－，比例是1∶1，Bb自交后代的基因型及比例是BB∶Bb∶bb＝1∶2∶1，BB－自交后代的基因型及比例是BB∶BB－∶B－B－＝1∶2∶1，其中B－B－致死，因此F2自交得到的F3的表型及比例是紫株∶绿株＝6∶1。

[答案]　(1)非糯性绿株和糯性紫株　(2)非糯性紫株(或糯性紫株)　植株颜色及比例　①紫色∶绿色＝3∶1　②紫色∶绿色＝6∶1

探究生物变异类型题目的解题思路

[针对训练]

1．(2022·郑州高三期中)大豆是雌雄同花植物，野生型大豆雌蕊与雄蕊育性正常。科学家从大豆种群中分离到雄性不育单基因突变体甲(隐性性状)和雄性不育单基因突变体乙(隐性性状)，为判断这两种突变体是否由同一突变基因控制，下列设计方案及预测合理的是(　 )

A．将突变体甲与突变体乙进行杂交，若子代均为雄性不育植株，则两种突变体由同一突变基因控制

B．将突变体甲与野生型大豆杂交获得F1，再将F1与突变体乙杂交得F2，若F2均为雄性不育，则两种突变体由同一突变基因控制

C．将突变体甲与野生型大豆杂交获得F1，再将F1与突变体乙杂交得F2，若F2均为雄性可育，则两种突变体由不同突变基因控制

D．将突变体甲、突变体乙分别与野生型大豆杂交获得F甲1、F乙1，再将F甲1与F乙1杂交得F2，若F2中出现雄性不育植株，则两种突变体由不同突变基因控制

解析：选C　突变体甲与突变体乙均为雄性不育植株，故两种突变体不能进行杂交，A错误；若这两种突变体由同一突变基因(设为a)控制，则突变体甲(aa)与野生型大豆(AA)杂交所得F1的基因型为Aa，再将F1与突变体乙(aa)杂交，所得F2的基因型及比例为Aa∶aa＝1∶1，即乙中雄性可育∶雄性不育＝1∶1，B错误；若这两种突变体由不同突变基因控制，设突变体甲的基因型为aaBB、突变体乙的基因型为AAbb，则突变体甲与野生型大豆(AABB)杂交所得F1的基因型为AaBB，再将F1与突变体乙杂交，所得F2的基因型为AaBb和AABb，即F2均为雄性可育，C正确；若两种突变体由不同突变基因控制，突变体甲、突变体乙分别与野生型大豆杂交，所得F甲1、F乙1的基因型分别为AaBB、AABb，再将F甲1与F乙1杂交，所得F2的基因型为AABB、AABb、AaBB、AaBb，即F2均为雄性可育，D错误。

2．一对毛色正常鼠交配，产下多只鼠，其中一只雄鼠的毛色异常。分析认为，鼠毛色出现异常的原因有两种：一是基因突变的直接结果(控制毛色基因的显隐性未知，突变只涉及一个亲本常染色体上一对等位基因中的一个基因)：二是隐性基因携带者之间交配的结果(只涉及亲本常染色体上一对等位基因)。假定这只雄鼠能正常生长发育，并具有生殖能力，后代可成活。为探究该鼠毛色异常的原因，用上述毛色异常的雄鼠分别与其同一窝的多只雌鼠交配，得到多窝子代。请预测结果并作出分析。

(1)如果每窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为________，则可推测毛色异常是____性基因突变为____性基因的直接结果，因为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)如果不同窝子代出现两种情况，一种是同一窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例为________，另一种是同一窝子代全部表现为________鼠，则可推测毛色异常是隐性基因携带者之间交配的结果。

解析：如果毛色异常雄鼠是基因突变的结果(由于基因突变只涉及一个亲本常染色体上一对等位基因中的一个基因)，则毛色正常鼠是隐性纯合子，毛色异常雄鼠是杂合子。将毛色异常雄鼠与其同窝的多只雌鼠交配(相当于测交)，每窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为1∶1。如果毛色异常雄鼠是隐性基因携带者之间交配的结果，则毛色异常鼠是隐性纯合子，与其同窝的毛色正常雌鼠有一部分是杂合子，有一部分是显性纯合子。将毛色异常雄鼠与其同窝的多只雌鼠交配有两种情况，一种是同一窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例为1∶1，另一种是同一窝子代全部表现为毛色正常。

答案：(1)1∶1　隐　显　只有两个隐性纯合亲本中一个亲本的一个隐性基因突变为显性基因时，才能得到每窝毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为1∶1的结果　(2)1∶1　毛色正常

3．二倍体动物缺失一条染色体称为单体。大多数单体动物不能存活，但在黑腹果蝇中，点状染色体(Ⅳ号染色体)缺失一条可以存活，而且能够繁殖后代。请回答：

(1)果蝇群体中存在无眼个体，无眼基因位于常染色体上，将无眼果蝇个体与野生型纯合个体交配，子代的表型及比例如下表：

据此判断，显性性状为________，理由是________________________________________

________________________________。

(2)根据上述判断结果，可利用正常无眼果蝇与野生型(纯合)Ⅳ号染色单体果蝇交配，探究无眼基因是否位于Ⅳ号染色体上。

请完成以下实验设计：

实验步骤：让正常无眼果蝇与野生型(纯合)Ⅳ号染色体单体果蝇交配，获得子代；统计子代的__________，并记录。

实验结果预测及结论：

①若子代中________________________，则说明无眼基因位于Ⅳ号染色体上。

②若子代中____________，则说明无眼基因不位于Ⅳ号染色体上。

解析：(1)由表中数据可知，F1全为野生型，F2中野生型∶无眼约为3∶1，所以野生型是显性性状。(2)要判断无眼基因是否位于Ⅳ号染色体上，可让正常无眼果蝇与野生型(纯合)Ⅳ号染色体单体果蝇交配，假设控制无眼的基因为b，如果无眼基因位于Ⅳ号染色体上，则亲本为bb×BO(BO表示缺失一条点状染色体)，子代中会出现bO∶Bb＝1∶1，即无眼果蝇∶野生型果蝇＝1∶1；如果无眼基因不位于Ⅳ号染色体上，则亲本为bb×BB，子代全为野生型。

答案：(1)野生型　F1全为野生型(F2中野生型∶无眼约为3∶1)　(2)表型及比例　①出现野生型果蝇和无眼果蝇且比例为1∶1　②全为野生型