測交實(shí)驗(yàn)方案的由來

黃 琴

(四川省成都市石室中學(xué) 610000)

“孟德爾遺傳定律”在高中生物學(xué)“遺傳與進(jìn)化”模塊中起到了承前啟后的作用。孟德爾的研究方法之一是假說—演繹法。假說—演繹法是現(xiàn)代科學(xué)研究的常用方法，是在觀察和分析基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想像提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理，再通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)演繹推理的結(jié)論。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)論相符，則證明假說是正確的；反之，則說明假說是錯(cuò)誤的。通過學(xué)習(xí)孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)可以較好地體驗(yàn)假說—演繹法的應(yīng)用，這也是遺傳學(xué)的基本研究思路。假說—演繹的基本環(huán)節(jié)概括為觀察現(xiàn)象—提出問題—作出假設(shè)—演繹推理—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 測交實(shí)驗(yàn)方案的由來

孟德爾的假說合理解釋了豌豆一對(duì)相對(duì)性狀雜交實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的性狀分離現(xiàn)象。然而，一種正確的假說，僅僅能解釋已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不夠的，還應(yīng)該可以預(yù)測另一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 這就要求設(shè)計(jì)一個(gè)不同于之前實(shí)驗(yàn)的方案，同時(shí)也符合假說內(nèi)容。

筆者認(rèn)為孟德爾測交實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過程為：根據(jù)假說推測，就高莖和矮莖這一相對(duì)性狀，收獲的豌豆遺傳因子組成有3種：DD、Dd和dd，于是雜交實(shí)驗(yàn)方案有如下4類(表1)。

表1 測交實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)過程中的幾種組合

表1中，組合①和④分別雜交一次，子代不會(huì)出現(xiàn)性狀分離比，故排除不能選；組合②雜交實(shí)驗(yàn)，在孟德爾之前的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)實(shí)施了這樣的方案(即F1自交)，亦不可再用來證明假說的正確性；組合③雜交，在之前的實(shí)驗(yàn)中沒有做過，且可出現(xiàn)性狀分離。既能滿足假說還可以預(yù)測另一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以成為最后的實(shí)驗(yàn)方案，即Dd×dd。

那么，這僅僅是依據(jù)假說的推理演繹方案，必須要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才可以證明其是否成立。如何選擇Dd個(gè)體呢？根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)豌豆材料，要選擇Dd的個(gè)體，理論上可以從之前實(shí)驗(yàn)的子二代和子一代中篩選，但是只有子一代的高莖豌豆全都是Dd個(gè)體，子二代高莖中無法篩選出Dd，于是確定用F1進(jìn)行雜交。而對(duì)于dd如何選擇呢？由于假說的觀點(diǎn)(顆粒遺傳)還沒有得到確認(rèn)，融合遺傳觀點(diǎn)還在影響著當(dāng)時(shí)的生物學(xué)工作者，為避免雜交過程對(duì)隱性遺傳因子的影響，選擇雜交實(shí)驗(yàn)中的隱性性狀的親本最為合適。綜上，孟德爾最后確定的測交方案為F1(Dd)×P(dd)。由表1可知，測交也得做正反交實(shí)驗(yàn)，以此說明孟德爾假說的正確性。

2 測交實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路在高考題中的應(yīng)用

2016年新課標(biāo)I卷生物試題第32題：已知果蠅的灰體和黃體受一對(duì)等位基因控制，但這對(duì)相對(duì)性狀的顯隱性關(guān)系和該等位基因所在的染色體是未知的。同學(xué)甲用一只灰體雌蠅與一只黃體雄蠅雜交，子代中♀灰體∶♀黃體∶♂灰體∶♂黃體為1∶1∶1∶1。同學(xué)乙用兩種不同的雜交實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性。

請(qǐng)根據(jù)上述結(jié)果，回答下列問題：

(1)僅根據(jù)同學(xué)甲的實(shí)驗(yàn)，能不能證明控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性？(2)請(qǐng)用同學(xué)甲得到的子代果蠅為材料設(shè)計(jì)兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都能獨(dú)立證明同學(xué)乙的結(jié)論。(要求：每個(gè)實(shí)驗(yàn)只用一個(gè)雜交組合，并指出支持同學(xué)乙結(jié)論的預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。)

解析：在第(2)問中，要想獨(dú)立證明乙同學(xué)的觀點(diǎn)即控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性。運(yùn)用孟德爾的假說演繹思路，在觀點(diǎn)成立的前提下，推測出雜交實(shí)驗(yàn)的親本基因型為XBXb×XbY，子代果蠅的基因型有XBXb、XbXb、XBY、XbY。并結(jié)合前面孟德爾測交方案的設(shè)計(jì)思路(即一個(gè)正確的結(jié)論不僅可以解釋當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還可以預(yù)測另一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果)進(jìn)行列表分析(表2)。

表2 雜交組合分析表

表2中，組合④雜交一次，子代不會(huì)出現(xiàn)性狀分離比，故排除不能選；組合②雜交實(shí)驗(yàn)，在題干實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)有了這樣的實(shí)驗(yàn)方案，不可再用來證明該結(jié)論的正確性；組合①雜交和組合③雜交的方案，此前沒有做過，且可出現(xiàn)不同的性狀分離比，滿足實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)要求，故最后選擇的兩種實(shí)驗(yàn)方案為XbXb×XBY和XBXb×XBY。

因題干沒有給定基因型，故在最后答題時(shí)只能呈現(xiàn)雜交組合的表現(xiàn)型：實(shí)驗(yàn)一為雌性黃體×雄性灰體，預(yù)期結(jié)果為子代所有的雌性都表現(xiàn)為灰體，所有的雄性都表現(xiàn)為黃體；實(shí)驗(yàn)二為雌性灰體×雄性灰體，預(yù)期結(jié)果為子代中所有的雌性都是灰體，雄性一半灰體，一半黃體。

由此，孟德爾豌雜交試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路完美地呈現(xiàn)在高考試題考查中，達(dá)到了考綱對(duì)遺傳學(xué)部分知識(shí)遷移應(yīng)用能力的考查要求。