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“摩尔根果蝇实验教学中四种假设”教学

摩尔根的实验:1910 年,摩尔根从野生型的红眼果蝇培养瓶中发现了一只白眼的雄果蝇,这只例外的白眼 雄果蝇特别引起了他的重视,他抓住这个例外不放,用它作了一系列设计精巧的实验。

实验一:红眼雌蝇和这只发现的白眼雄蝇进行杂交

摩尔根用白眼雄果蝇作了果蝇杂交实验并发现后代的特点之后,提出问题:F2 中红眼果蝇与白眼果蝇的数 目比例是 3:1,这是否符合孟德尔遗传定律?毫无疑问,3:1 的特点是符合孟德尔遗传定律的,但是发现 这种性状的遗传还跟性别有关,于是能推想到控制这种性状的基因在性染色体上。(先展示实验一,学生 回答出红眼对白眼为显性,且眼色的性状符合孟德尔定律。但我又提示:细心的摩尔根在实验结果中又有 了新的发现:眼色性状与性别有关,而分离定律不能解释性别问题。你认为控制红、白眼的基因位于什么 染色体上?学生想到有可能是在性染色体上。学生想到有可能是在性染色体上。我再次提示:果蝇有两种 性染色体, 分别是 X 和 Y, 且存在同源区段和非同源区段 , 你认为控制果蝇眼色的基因是在哪条染色体上? 这时让同学讨论交流,并鼓励学生进行假设。)

摩尔根当年按照这个思维过程思考,当他想到控制这种性状的基因在性染色体上之后,他会一下子就做出 这个基因在 X 染色体上的假设吗?应该不会吧!如果考虑周全的话,他应该会做出那些假设呢?按常理应 该会有三种假设:控制果蝇眼色的基因可能在:(1)X 染色体上(2)在 Y 染色体上(3)在 XY 染色体上都有。

(1) 若仅位于 Y 染色体的非同源区段, 则白眼雄蝇表示为 XYb 红眼雌蝇表示为 XX

P

XX

×

XYb



F1

XX

×

XYb

↓雌雄交配

F2

XX 、 XYb

①雌果蝇没有红、白眼色这一对相对性状。

②摩尔根实验中的雄果蝇无论 F1 还是 F2 均为白眼。

与客观事实和实验事实均不符,此假说不成立。

(2) 若仅位于 X 染色体的非同源区段,则白眼雄蝇表示为 XbY,红眼雌蝇表示为 XBXB,

摩尔根的实验可表示为下图:

P

XBXB ×

XbY



F1

XBXb

×

XBY

↓雌雄交配

F2

XBXB、XBXb、XBY、XbY

按此假设推出的结果与实验结果符合。

(3) 若位于 X、Y 的同源区段,则白眼雄蝇表示为 XbYb,红眼雌蝇表示为 XBXB,摩尔根的实验可表示为下 图:

P

XBXB ×

XbYb



F1

XBXb

×

XBYb

↓雌雄交配

F2

XBXB、XBXb、XBYb、XbYb

按此假设推出的结果与实验结果符合。

后两种假设都可以解释实验一的现象。再如何二者择一呢?用类比孟德尔所用的测交方法:应该是让其和 隐性纯合子:白眼雌蝇杂交,这就是实验三。如何得到白眼雌蝇呢,在摩尔根所作的实验二就可以得到白 眼雌蝇。

实验二:将实验一中所得的F1中的红眼雌蝇和白眼雄蝇进行杂交

P:

红眼♀×白眼♂



F1

红眼♀

红眼♂白眼♀ 白眼♂

实验结果:红眼:白眼≈1:1;雌性:雄性≈1:1

F1 的红眼雌果蝇应为杂合子, 这是 F2 出现白眼雄果蝇的关键原因, 因此, 若用它和白眼雄果蝇交配的话, 则子代预计应该出现 4 种表现型:红眼雌蝇、白眼雌蝇、红眼雄蝇、白眼雄蝇,比例为 1:1:1:1

(1)仅位于 X 染色体的非同源区段

P

XBXb

×

XbY

↓雌雄交配

F1 XBXb、XbXb、XBY、XbY

(2)位于 X、Y 的同源区段

P

XBXb ×

XbYb



F1

XBXb、XbXb、XBYb、XbYb

两种假设推出的结果与实验结果都符合。

实验三:白眼雌蝇和红眼雄蝇进行杂交

P

白眼♀×红眼♂



F1

红眼♀

白眼♂

实验结果:红眼:白眼≈1:1;雌性:雄性≈1:1

(1)仅位于 X 染色体的非同源区段

P

XbXb ×

XBY



F

XBXb、 XbY

(2)位于 X、Y 的同源区段

P

XbXb

× XBYB

P

XbXb

×

XbYB

P

XbXb

× XBYb







F1

XBXb 、XbYB

F1

XbXb 、XbYB

F1

XBXb 、XbYb

此实验非常关键,因为若 Y 染色体上也有决定眼色的基因的话,则红眼雄果蝇可以表示为 XBXB、XBYb、 XbYB ,和白眼雌果蝇交配会出现三种可能的结果。摩尔根任意选择红眼雄果蝇和白眼雌果蝇交配,结果都 只出现了子代雌蝇都是红眼、雄蝇都是白眼这一种情况。所以控制果蝇眼色的基因只位于 X 染色体的非同 源区段,Y 染色体上没有相应的等位基因。



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