2024年高考生物大一轮必修2复习讲义：：微专题5 攻克生物变异的实验探究题

攻克生物变异的实验探究题

类型一　探究某一变异性状是否为可遗传变异的方法

1.两类变异的本质区别：新性状能否遗传。

2.实验设计方法

(1)将变异个体置于与原来类型相同的特定环境下种植，观察变异性状是否消失，若不消失则为可遗传变异，反之则为不可遗传变异。

(2)某些情况下也可以通过自交观察后代是否发生性状分离。

[例1] (2023·成都七中诊断)研究者用X射线照射紫株玉米(AA)后，用该玉米花粉给绿株玉米(aa)授粉，F1幼苗中出现少量绿苗。下列叙述错误的是    (　　)

A.可通过观察少量绿苗的长势判断是否可遗传

B.推测X射线照射可导致A基因突变为a

C.推测X射线照射可导致带有A基因的染色体片段缺失

D.可通过光学显微镜观察染色体的形态初步判断变异的原因

答案　A

解析　若判断该种性状是否可遗传，应将绿苗自交，看是否产生绿苗后代，观察绿苗的长势无法判断该性状是否可遗传，A错误；亲本中紫株的基因型为AA，绿株的基因型为aa，F1幼苗中出现少量绿苗，说明X射线照射可能导致A基因突变为a，B正确；带有A基因的染色体片段缺失也可能会导致后代出现绿苗，C正确；如果是染色体片段缺失，可以用光学显微镜观察到，基因突变无法用光学显微镜直接观察，因此可通过光学显微镜观察染色体的形态初步判断变异的原因，D正确。

[例2] (2023·新未来联考)玉米是我国重要的粮食产品之一。育种专家常采用杂交的方式来选育新品种。育种专家在用纯合的细茎(不抗倒伏)玉米(AA)和粗茎(抗倒伏)玉米(aa)杂交得到的后代中，发现了一株粗茎的个体，对于粗茎个体出现的原因，提出以下的假设：①环境条件引起染色体数目加倍；②发生了基因突变；③发生了染色体片段缺失；④水肥充足造成茎秆粗壮，遗传物质没有改变。回答下列问题。

(1)若是该粗茎玉米是由染色体数目加倍引起的，则引起这种变异的环境因素最可能是________，检测该变异类型最简便的方法是_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)有人欲用杂交的方式确定假设②③的变异类型，已知玉米若出现两条同源染色体相同片段的缺失，则形成的种子无发芽能力。用该粗茎玉米与纯合的细茎玉米杂交获得F1，F1随机受粉产生F2，观察、统计F2植株的表型及比例。

a.若F2表型及比例为________，则该粗茎植株的成因是基因突变，并用遗传图解解释F1到F2的过程。

b.若F2表型及比例为__________________________________________________，

则该粗茎植株的成因是染色体片段缺失。

(3)欲探究该粗茎玉米的产生是否是由水肥条件影响的，写出实验设计思路：_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

答案　(1)低温　显微镜观察处于有丝分裂中期的细胞，确定其染色体数目是否加倍

(2)a.细茎∶粗茎＝3∶1

b.细茎∶粗茎＝4∶1或者细茎∶粗茎∶不发芽种子＝12∶3∶1

(3)取该玉米的组织进行植物组织培养，得到幼苗，均分为甲、乙两组，甲组栽种在水肥充足的土壤中，乙组栽种在相对贫瘠的土壤中，观察茎的粗细

解析　(2)b.若该粗茎植株的成因是染色体片段缺失，则其基因型为aO，aO与AA杂交获得F1(Aa、AO)，F1随机受粉产生F2，F1中A的基因频率为1/2，a的基因频率为1/4，O的基因频率为1/4，则F1随机受粉，F2中OO(种子无发芽能力)＝1/4×1/4＝1/16，粗茎(aa、aO)＝1/4×1/4＋1/4×1/4×2＝3/16，细茎＝1－1/16－3/16＝12/16，因此，F2表型及比例为细茎∶粗茎＝4∶1或细茎∶粗茎∶不发芽种子＝12∶3∶1。

类型二　基因突变的类型与判断方法

显性突变和隐性突变的判断

(1)类型

(2)判定方法

①选取突变体与其他已知未突变纯合子杂交，据子代性状表现判断。

②让突变体自交，观察子代有无性状分离来判断。

[例3] 某植物为严格自花传粉植物，在野生型窄叶种群中偶见几株阔叶幼苗。回答下列问题：

(1)判断该变异性状是否能够遗传，最为简便的方法是 _____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)有人对阔叶幼苗的出现进行分析，认为可能有两种原因：一是基因突变，二是染色体加倍成为多倍体。请设计一个简单的实验鉴定阔叶幼苗出现的原因。_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(3)已知该性状是通过基因突变产生的，若要判断该突变是显性突变还是隐性突变，应选择的实验方案是___________________________________________

__________________________________________________________________。

①若后代________，说明该突变为隐性突变；

②若后代________，说明该突变为显性突变。

答案　(1)待该阔叶幼苗长大成熟后，让其自交，观察后代是否出现阔叶性状

(2)取野生型植株和阔叶植株的根尖分生区细胞制成装片，用显微镜观察有丝分裂中期细胞内的染色体数目，若观察到阔叶植株的染色体加倍，则说明是染色体加倍的结果，否则为基因突变

(3)让阔叶植株与窄叶植株杂交　①全为窄叶

②出现阔叶

类型三　不同突变体是否为同一位点突变的判断

实验设计方法：将突变株1与突变株2进行杂交，根据子代是否为野生型个体判断突变基因对应的位置。

[例4] (2023·河北衡水调研)相对野生型红眼果蝇而言，白眼、朱红眼、樱桃色眼均为隐性突变性状，基因均位于X染色体上。为判断三种影响眼色的突变是否有染色体同一位点的基因突变，实验过程和结果如下。下列叙述正确的是    (　　)

实验一：白眼♀×樱桃色眼♂→樱桃色眼♀∶白眼♂＝1∶1

实验二：白眼♀×朱红眼♂→红眼♀∶白眼♂＝1∶1

A.白眼与樱桃色眼是同一基因的不同突变

B.由实验一可知樱桃色眼对白眼为隐性

C.控制4种眼色的基因互为等位基因

D.4种眼色基因的遗传遵循基因自由组合定律

答案　A

解析　分析实验一，白眼♀×樱桃色眼♂，后代雌性性状表现与父本相同，雄性性状表现与母本相同，说明白眼和樱桃色眼受X染色体上的一对等位基因控制，且樱桃色眼对白眼为显性，A正确，B错误；分析实验二，白眼♀×朱红眼♂，后代雌性都表现为野生型红眼，雄性性状表现与母本相同，说明白眼和朱红眼不是X染色体上同一位点的基因突变，C错误；根据上述分析可知，4种眼色基因均位于X染色体上，不遵循基因的自由组合定律，D错误。

[例5] (2023·河南天一大联考)野生型红眼果蝇群体中出现了朱红眼(基因a)、亮红眼(基因b)和朱砂眼(基因d)三种单基因隐性突变果蝇。现有朱红眼、亮红眼、朱砂眼三个纯合品系，各品系果蝇不含其他品系的突变基因。让朱红眼品系果蝇和亮红眼品系果蝇正反交，F1均为野生型，让F1的雌性果蝇和朱砂眼品系的雄性果蝇杂交，F2也均为野生型。实验小组准备了若干支试管，从F2中随机选择雌雄果蝇各1只放入每支试管并用纱布密封，让各试管的果蝇继续繁殖一代产生F3，发现F3的各试管中突变型果蝇所占比例不同，其中突变型果蝇所占比例最大的试管中，雌性群体中野生型∶突变型＝9∶7，雄性群体中野生型∶突变型＝9∶23。回答下列问题：

(1)分析题意可知，a、b、d基因位于________对同源染色体上。某同学认为这3个基因中仅有一个基因位于X染色体上，你认为位于X染色体上的基因是________，判断的理由是________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)根据题意分析，突变型果蝇所占比例最大的试管中，最初加入的雌雄果蝇的基因型分别为________；各试管中突变型果蝇所占比例最小的试管中，突变型果蝇所占比例为________，且均为________(填“雌性”或“雄性”)。

(3)某实验小组在亮红眼品系果蝇群体中偶然发现了一只猩红眼雄果蝇，经检测该猩红眼突变体是野生型红眼果蝇单基因隐性突变产生b1的结果，请你设计一次杂交实验判断b1和b基因是否为等位基因，写出杂交实验方案及实验结果和结论：________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

答案　(1)3　d　朱红眼品系果蝇和亮红眼品系果蝇正反交，F1均为野生型，因此a和b基因均位于常染色体上，而F3的雌雄群体中突变型所占的比例不同，因此必然有一对基因位于X染色体上，即d基因位于X染色体上(答案合理即可)

(2)AaBbXDXd、AaBbXDY　1/4　雄性

(3)让该猩红眼雄果蝇与若干只亮红眼雌果蝇杂交，若杂交后代为猩红眼或亮红眼，则b1和b基因是等位基因，若杂交后代全部为野生型，则b1和b基因不是等位基因(答案合理即可)

解析　(1)根据题意可知，F3的各试管中突变型果蝇所占比例不同，突变型果蝇所占比例最大的试管中亲本的雌雄果蝇均含3对等位基因，杂交后代雌性群体中野生型占9/16，雄性群体中野生型占9/32，由于雌雄个体各占一半，因此整体中野生型所占比例为(1/2)×(9/16)＋(1/2)×(9/32)＝27/64＝(3/4)3，因此3对基因的遗传遵循基因的自由组合定律，即3对基因位于3对同源染色体上。由于朱红眼品系果蝇和亮红眼品系果蝇正反交，F1均为野生型，因此a和b基因均位于常染色体上，而F3的雌雄群体中突变型所占比例不同，因此必然有一对基因位于X染色体上，即d基因位于X染色体上。

(2)根据题意，让朱红眼品系果蝇和亮红眼品系果蝇进行正反交，F1均为野生型，F1雌性果蝇的基因型为AaBbXDXD，朱砂眼品系的雄果蝇的基因型为AABBXdY，杂交后代的基因型为A_B_XDXd和A_B_XDY，其中杂交后代中突变型果蝇所占比例最大的试管中，亲本的基因型组合为AaBbXDXd、AaBbXDY；突变型果蝇所占比例最小的试管中，亲本的基因型组合为AABBXDXd、AABBXDY，杂交后代的突变型全部为朱砂眼，基因型为AABBXdY，所占比例为1/4，且全部为雄性。

(3)若要判断b1和b基因是否为等位基因，可以让该猩红眼雄果蝇与若干只亮红眼雌果蝇杂交，若b1和b基因是等位基因，则杂交组合为b1b1和bb，杂交后代基因型为b1b，可能表现为猩红眼或亮红眼；若b1和b基因不是等位基因，则杂交组合为b1b1BB(或BBXb1Y)和B1B1bb(或bbXB1XB1)，杂交后代基因型为B1b1Bb(或BbXB1Xb1、BbXB1Y)，全部表现为野生型。

类型四　染色体变异、基因重组和基因突变的显微判断

染色体变异在光学显微镜下能观察到，而基因突变和基因重组不能，所以可通过显微观察法辨别染色体变异，即制作临时装片，观察有丝分裂中期染色体是否发生变异，若有，则为染色体变异，否则为基因突变或基因重组(此处注意，若基因突变引起细胞结构改变也可用显微镜判断，例如光学显微镜下观察血细胞涂片，若发现镰刀状红细胞，可判断发生了基因突变)。

[例6] (2023·广东珠海调研)生物学研究中会用到模式生物，它们通常具有生长繁殖周期短、遗传信息清楚、生命力顽强等特点。果蝇可作为模式生物，1933年、1946年、1995年和2011年，6位研究果蝇的科学家先后4次获得诺贝尔奖。果蝇的正常翅和缺刻翅由位于X染色体上的一对等位基因(A/a)控制，Y染色体上没有它的等位基因。某科研小组用射线照射一对正常翅果蝇产生的受精卵，由这些受精卵发育成的F1个体中出现了一只缺刻翅雌性(只考虑一种类型的变异)，将该果蝇与纯合正常翅的雄果蝇杂交产生F2。回答下列问题：

(1)果蝇作为模式生物，除题干中的特点外，还包括_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)若缺刻翅的出现是基因突变的结果，当F2中出现缺刻翅时，并不能确定是否发生了显性突变(基因a突变为基因A)，原因是_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

若想证明缺刻翅的出现是发生显性基因突变的结果，可采取的简单做法是

___________________________________________________________________，

结果为_______________________________________________________________时，缺刻翅基因为A。

(3)若F2中正常翅∶缺刻翅＝2∶1，显微镜下观察到F1中该缺刻翅雌蝇体内有五种形态的染色体，则这种变异属于________，解释出现以上结果的原因：___________________________________________________________________。

答案　(1)易饲养、产生的后代多、有多对易于区分的相对性状　(2)无论缺刻翅是显性突变还是隐性突变，后代都会出现缺刻翅　统计F2中缺刻翅的性别比例　雌、雄果蝇中均有缺刻翅(或缺刻翅中雌∶雄＝1∶1)　(3)(X)染色体结构变异　正常翅对缺刻翅为显性，射线照射引起受精卵中X染色体上A基因片段缺失，F1中缺刻翅雌蝇的基因型为XaXO，该雌蝇与正常翅的雄蝇XAY杂交，F2中XOY的胚胎(个体)致死