對白花三葉草產(chǎn)氰特性的遺傳分析

1、對白花三葉草產(chǎn)氰特性的遺傳分析尹思媛一、問題背景我們在生物·必修2中曾學習過孟德爾的豌豆雜交試驗。其中在研究兩對相對性狀的自由組合時，采用純種的黃色子葉同時又是圓形籽粒的豌豆植株與綠色子葉同時又是皺縮籽粒的豌豆植株雜交（黃對綠為顯性，圓對皺為顯性），則F1的豌豆都是黃色圓粒的籽粒，F(xiàn)2中除親本兩種類型外，還有新的性狀組合出現(xiàn)，黃圓：黃皺：綠圓：綠皺=9：3：3：1。現(xiàn)在，讓我們對這一結論做一些類比。在現(xiàn)實中，很有可能會出現(xiàn)兩對處于不同染色體上的等位基因影響同一性狀的現(xiàn)象。如雞冠的表型遺傳由R，P兩種基因控制。研究發(fā)現(xiàn)，僅R為顯性（R_PP）時為玫瑰冠，僅P為顯性（rrP_）時為豆冠，

2、雙顯性（R_P_）時為胡桃冠，雙隱性（rrpp）為單冠。若以此為研究對象模擬豌豆進行雜交試驗，則F2中胡桃冠：玫瑰冠：豆冠：單冠仍為9：3：3：1。不過基因的相互作用還有許多其它形式，從而使孟德爾9：3：3：1表型比率被修飾成多種形式，下面我們來介紹其中一個例子。二、問題的提出在三葉型牧草中，白花三葉草有兩個穩(wěn)定遺傳的品種，葉片內(nèi)含氰（HCN）和不含氰的?，F(xiàn)已知白花三葉草葉片內(nèi)氰化物經(jīng)下列生化途徑產(chǎn)生：氰酸酶產(chǎn)氰糖苷酶前體物 產(chǎn)氰糖苷 氰現(xiàn)仿照豌豆雜交試驗，使兩個不含氰的純合植株進行雜交，F(xiàn)1個體全部含氰，則Fn中含氰個體占Fn白花三葉草總數(shù)的比例是多少？三、問題的分析兩個非等位基因只有同時存

3、在時才出現(xiàn)某一性狀，其中任何一個基因發(fā)生突變時都會導致同一突變型性狀的出現(xiàn)，這些基因稱為互補基因。為便于問題的研究，讓我們設H和D基因同時決定白花三葉草的產(chǎn)氰特性。其中基因D的作用在于決定產(chǎn)氰糖苷酶的合成，基因H的作用在于決定氰酸酶的合成。很顯然，只有當基因D和H功能完全（D_H_）時，才能在葉片中生成氰，單獨的D或H基因，亦即它們中任何一個發(fā)生突變時則不能產(chǎn)生氰化物（ddh_或D_hh）；兩個基因同時突變成隱性時（ddhh）也不含氰，現(xiàn)遺傳分析如右圖： P DDhh × ddHH 減數(shù)分裂 減數(shù)分裂 配子 Dh dH 受精F1 DdHh 含氰 F2 D_H_ ddH_ D_hh d

4、dhh 含氰 不含氰 9 ： 3 ： 3 ：1 9 ： 7四、模型中的假設（1） 我們假設，所有白花三葉草從F1代起嚴格自交；（2） 我們假設所有白花三葉草個體都能產(chǎn)生等量自交后代。因為所求值為比例，故與具體數(shù)值沒有關聯(lián)，為計算簡便，按16株計；（3） 我們假設同一代所有白花三葉草的繁殖是同時的，且不與子代繁殖的時間產(chǎn)生交錯；（4） 我們假設基因D和基因H皆獨立遺傳，是非連鎖的。5、 數(shù)據(jù)收集與計算由遺傳分析可知，F(xiàn)1中含氰個體比例為1，F(xiàn)2為。由于不含氰品種缺少D、H至少一種基因，因此其自交后代也必然為不含氰品種?，F(xiàn)考慮F2中含氰個體基因型及自交后代基因型，類比豌豆雜交試驗，易知DDHH：D

5、dHH：DDHh：DdHh=1：2：2：4。DDHH 現(xiàn)考慮F3中含氰個體基因型及自交后代基因型，代數(shù)個體數(shù)基因型DDHHDdHHDDHhDdHh總個體數(shù)100011續(xù)表212241631×16+2×4+2×4+4=362×8+4×2=242×8+4×2=244×4=16256436×16+24×4+24×4+16=78424×8+16×2=22424×8+16×2=22416×4=644096.n 表1 不同含氰個體基因型的數(shù)量分析六

6、、模型的建立與求解 由表1易知，與分別為公比為4，首項為1；公比為16，首項為1的等比數(shù)列。 現(xiàn)令，則· 由表1易知， ··· 則為公比為2，首項為的等比數(shù)列。 =16現(xiàn)令再令則為公比為2的等比數(shù)列 由以上計算可得下表代數(shù)個體數(shù)基因數(shù)DDHHDdHHDDHhDdHh總個體數(shù)n 表2 第n代不同含氰個體基因型數(shù)量統(tǒng)計由表2知 Fn中含氰個體總數(shù)為 所占比例為6、 模型檢驗為檢驗所得結果是否正確，計算過程是否有誤，我們現(xiàn)在將結果與前面算出的幾組數(shù)據(jù)進行比較：當n=1時，相符。當n=2時，相符。當n=3時，相符。當n=4時，相符。由此可見，我們建立的模型是正確

7、的，存在規(guī)律性，沒有出現(xiàn)計算偏差。7、 結果分析含氰個體所占比例由所求模型可作出以下圖像：Fn 代數(shù) 圖1 不同代數(shù)含氰個體所占比例圖像分析由圖可見，含氰個體所占比例是在不斷減小的，為什么呢？這是因為前一代中的顯性雜合子在下一代中將出現(xiàn)3：1或9：7的性狀分離，這些隱性雜合子個體加入不含氰的群體中去，它們的子代同樣永不含氰，從而使含氰個體比例不斷下降。不過，我們還可以看出這一下降速度先快后慢，到以后幾年就很不明顯了，這一現(xiàn)象又如何解釋呢？參照表1和表2，不難發(fā)現(xiàn)DDHH型個體所占比例是不斷上升的（如圖2）。Fn 代數(shù)我們知道，純合顯性個體的自交后代將不會出現(xiàn)性狀分離。而造成含氰個體比例下降的顯

8、性雜合子比例逐年下降。也就是說，很多年后，新的不含氰個體將主要由前一代不含氰個體產(chǎn)生，而由前一代含氰雜合子產(chǎn)生的不含氰個體只占有很小的比重，這也就不難解釋為什么含氰個體所占比例逐漸趨于恒定了。 Fn代數(shù)DDHH個體在含氰個體中所占比例DDHH個體在含氰個體中所占比例 圖2 不同代數(shù)DDHH個體在含氰個體中所占比例圖像分析八、模型的改進方向與展望 在進行評估后，我們發(fā)現(xiàn)模型存在以下一些不足之處： （1）我們僅分析了白花三葉草嚴格自交時的遺傳狀況，沒有考慮其它情況； （2）我們沒有考慮礦質營養(yǎng)、光照、水分、溫度、個體差異等對白花三葉草產(chǎn)生后代量的影響，而是認為它們產(chǎn)生的后代是等量的。上述因素都會對白花三葉草含氰個體比例產(chǎn)生一定影響，若考慮這些因素，將使我們的模型更為完善，但那樣或許得到一些非常復雜難解的教列，且缺乏明顯的規(guī)律性，所以我們對此作了一些簡化。最后，作為高中生，我們想說，遺傳分析題一直是生物考試一大熱點。我們曾在教輔書上看到過Aa個體連續(xù)自交模型這一課題，所以想到了寫這篇文章，其實也