【高中生物必修二】第一章 孟德尔豌豆杂交与遗传因子学说
第一章 遗传因子
1.1 孟德尔豌豆杂交实验和单一性状
融合遗传指双亲的遗传物质在子代内产生混合,使子代表现出介于双亲之间的性状(特征),双亲遗传物质融合至子代且无法还原。
孟德尔反对融合遗传理论,认为"融合"过程并不是随机混乱,而是有所规律的。孟德尔希望用简单明了的方法证明遗传中的规律,最后基于以下原因选择了豌豆作为实验工具
- 豌豆自花传粉,自然状态为纯种。花较大,容易进行杂交过程。
- 性状容易区分。
孟德尔采用七对相对性状进行分析,并通过去雄(除去未成熟花雄蕊)、采集花粉、撒花粉至雌蕊的方式进行杂交后(需要用纸袋隔离确保非目标花粉进入雌蕊)发现子二代七对性状分离比均接近3:1。就高矮茎这一性状而言,子一代\(F_1\)均为高茎,但子二代\(F_2\)的比例近乎3:1。
孟德尔引入遗传因子来解释实验。遗传因子分为显性(大写)与隐性(小写),并成对出现。一对遗传因子中只要有一个显性遗传因子,则表现出显性性状(AA,Aa,aA),否则为隐性性状(aa),因此最终比例为3:1。
配子时一对遗传因子等概率(0.5)随机留下一个,两个配子融合产生子代。
在试验过程中,孟德尔选取的母株为AA与aa的结合,配子杂交为Aa,呈显性性状(高茎)。后使用测交实验得出\(Dd x dd\)子二代比率\(1:1\)验证理论正确性。
孟德尔的理论被归纳为分离定律,或孟德尔第一定理,即在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子时,成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。
1.2 自由组合定律-分离定律在不同性状间相互独立
自由组合定律,指控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的。在形成配子时,同一性状的成对遗传因子彼此分离,不同性状的遗传因子自由组合。注意,这里理解互不干扰时最好使用条件概率与独立的概念。
此后,我们将用基因代替遗传因子。表型代表性状,基因型代表表型有关的基因组成。控制相对性状的基因叫做等位基因。
推论与拓展
- 纯合子自交后代不会性状分离,杂合子自交什么都可能发生 。
- 纯隐因子因不贡献显性因子有特殊性,常用于判断遗传因子。未知遗传因子X与纯隐测交,结果均为纯隐则X为纯隐,若两种都有则X为杂合子,若只有纯显则X为纯显。
- 同性状个体\(P_1,P_2\)产生子代\(F_1\)性状分离,则说明该性状为显性且\(P_1,P_2\)均为为杂合子。
- 一个性状可能由多对遗传因子控制
- 性状一对基因考虑用二项分布公式,此处为应用, 两对基因考虑用9331的棋盘划分,三对考虑画4个9331的表格。总体而言,子代比例和为4的次方数时,可以用来判定该性状有几对基因。可参考该视频
- 二项分布公式与等位基因独立性(自由组合定律)可以被灵活应用在很多地方。在谈论基因型时,每对配子显隐恒使用0.5/0.5(杂合子)或1/0(纯合子)作为概率。在谈论表型时,9331可以被视为0.75和0.25的二项分布结论基本型。父本母本之间的交配可以被视为配子概率的相乘。如此可以将生物问题转换为概率问题。
- 关注表型和基因型的区别以及对概率的影响。
- 分开关注每一对等位基因。
概念
- 自交:植物中指同一株雄花粉落在同一株雌花柱头,或自花传粉
- 测交:广义指以测试为目的的交配。例如与已知遗传因子的个体进行杂交实验,倒推未知个体的遗传因子组成。
- 性状:能观察到的特征
- 相对性状:同一生物同一种性状的不同表现
- 正交和反交:取AB分别为父母本并称为正交的情况下,交换父母本的实验称为反交
- 显性性状(dominant trait),指子一代显现出来的性状。注意dominant隐含了更有可能出现、更决定性、更有影响力,甚至是唯一性等意味。故若看到足够数量下某一代仅有唯一性状,则该形状为dominant trait。
- 隐性性状(recessive trait),指子一代未显现出来,但在子二代存在的性状。注意recessive隐含了倒行,退后等意味,代表该性状需要倒退至更早来获得遗传。故若看到相同性状子一代诞下不同性状子代,则隐形性状来自更早一代,且子一代一定为杂合子。
- 性状分离, 指同代表现出不同的相对性状,即均包含显性和隐性性状。
- 杂合子和纯合子,语用不明,有时指一对遗传因子是否一致,有时在等位基因下理解,有时以整条基因下理解。
- 分离定律针对一对遗传因子。自由组合定律针对多对遗传因子之间的独立性。
- 表型代表性状,基因型代表表型有关的基因组成。控制相对性状的基因叫做等位基因。
例题
书1.2第四题,个体BbDd与X交配,子代表型比例为BD:bD:Bd:bd = 3:1:3:1,问X是什么
因为子代表型D:d = 1:1, 而我们已经拥有Dd杂合子,故X基因型对表型概率无贡献,必须是dd。因子代表型B:b为3:1, 而我们有Bb杂合子,子代显性概率从0.5上升至0.75,X的基因型需要作出概率贡献,所以不能是bb。纯显会导致概率上升至百分之百,所以是杂合Bb。最后X为Bbdd。注意这里的解题思路没有围绕3:1或1:1的记忆,而是依靠基因型和表型概率加以判断。