对白花三叶草产氰特性的遗传分析

1、对白花三叶草产氰特性的遗传分析尹思媛一、问题背景我们在生物·必修2中曾学习过孟德尔的豌豆杂交试验。其中在研究两对相对性状的自由组合时，采用纯种的黄色子叶同时又是圆形籽粒的豌豆植株与绿色子叶同时又是皱缩籽粒的豌豆植株杂交（黄对绿为显性，圆对皱为显性），则F1的豌豆都是黄色圆粒的籽粒，F2中除亲本两种类型外，还有新的性状组合出现，黄圆：黄皱：绿圆：绿皱=9：3：3：1。现在，让我们对这一结论做一些类比。在现实中，很有可能会出现两对处于不同染色体上的等位基因影响同一性状的现象。如鸡冠的表型遗传由R，P两种基因控制。研究发现，仅R为显性（R_PP）时为玫瑰冠，仅P为显性（rrP_）时为豆冠，

2、双显性（R_P_）时为胡桃冠，双隐性（rrpp）为单冠。若以此为研究对象模拟豌豆进行杂交试验，则F2中胡桃冠：玫瑰冠：豆冠：单冠仍为9：3：3：1。不过基因的相互作用还有许多其它形式，从而使孟德尔9：3：3：1表型比率被修饰成多种形式，下面我们来介绍其中一个例子。二、问题的提出在三叶型牧草中，白花三叶草有两个稳定遗传的品种，叶片内含氰（HCN）和不含氰的。现已知白花三叶草叶片内氰化物经下列生化途径产生：氰酸酶产氰糖苷酶前体物 产氰糖苷 氰现仿照豌豆杂交试验，使两个不含氰的纯合植株进行杂交，F1个体全部含氰，则Fn中含氰个体占Fn白花三叶草总数的比例是多少？三、问题的分析两个非等位基因只有同时存

3、在时才出现某一性状，其中任何一个基因发生突变时都会导致同一突变型性状的出现，这些基因称为互补基因。为便于问题的研究，让我们设H和D基因同时决定白花三叶草的产氰特性。其中基因D的作用在于决定产氰糖苷酶的合成，基因H的作用在于决定氰酸酶的合成。很显然，只有当基因D和H功能完全（D_H_）时，才能在叶片中生成氰，单独的D或H基因，亦即它们中任何一个发生突变时则不能产生氰化物（ddh_或D_hh）；两个基因同时突变成隐性时（ddhh）也不含氰，现遗传分析如右图： P DDhh × ddHH 减数分裂 减数分裂 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、模型中的假设（1） 我们假设，所有白花三叶草从F1代起严格自交；（2） 我们假设所有白花三叶草个体都能产生等量自交后代。因为所求值为比例，故与具体数值没有关联，为计算简便，按16株计；（3） 我们假设同一代所有白花三叶草的繁殖是同时的，且不与子代繁殖的时间产生交错；（4） 我们假设基因D和基因H皆独立遗传，是非连锁的。5、 数据收集与计算由遗传分析可知，F1中含氰个体比例为1，F2为。由于不含氰品种缺少D、H至少一种基因，因此其自交后代也必然为不含氰品种。现考虑F2中含氰个体基因型及自交后代基因型，类比豌豆杂交试验，易知DDHH：D

5、dHH：DDHh：DdHh=1：2：2：4。DDHH 现考虑F3中含氰个体基因型及自交后代基因型，代数个体数基因型DDHHDdHHDDHhDdHh总个体数100011续表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 不同含氰个体基因型的数量分析六

6、、模型的建立与求解 由表1易知，与分别为公比为4，首项为1；公比为16，首项为1的等比数列。 现令，则· 由表1易知， ··· 则为公比为2，首项为的等比数列。 =16现令再令则为公比为2的等比数列 由以上计算可得下表代数个体数基因数DDHHDdHHDDHhDdHh总个体数n 表2 第n代不同含氰个体基因型数量统计由表2知 Fn中含氰个体总数为 所占比例为6、 模型检验为检验所得结果是否正确，计算过程是否有误，我们现在将结果与前面算出的几组数据进行比较：当n=1时，相符。当n=2时，相符。当n=3时，相符。当n=4时，相符。由此可见，我们建立的模型是正确

7、的，存在规律性，没有出现计算偏差。7、 结果分析含氰个体所占比例由所求模型可作出以下图像：Fn 代数 图1 不同代数含氰个体所占比例图像分析由图可见，含氰个体所占比例是在不断减小的，为什么呢？这是因为前一代中的显性杂合子在下一代中将出现3：1或9：7的性状分离，这些隐性杂合子个体加入不含氰的群体中去，它们的子代同样永不含氰，从而使含氰个体比例不断下降。不过，我们还可以看出这一下降速度先快后慢，到以后几年就很不明显了，这一现象又如何解释呢？参照表1和表2，不难发现DDHH型个体所占比例是不断上升的（如图2）。Fn 代数我们知道，纯合显性个体的自交后代将不会出现性状分离。而造成含氰个体比例下降的显

8、性杂合子比例逐年下降。也就是说，很多年后，新的不含氰个体将主要由前一代不含氰个体产生，而由前一代含氰杂合子产生的不含氰个体只占有很小的比重，这也就不难解释为什么含氰个体所占比例逐渐趋于恒定了。 Fn代数DDHH个体在含氰个体中所占比例DDHH个体在含氰个体中所占比例 图2 不同代数DDHH个体在含氰个体中所占比例图像分析八、模型的改进方向与展望 在进行评估后，我们发现模型存在以下一些不足之处： （1）我们仅分析了白花三叶草严格自交时的遗传状况，没有考虑其它情况； （2）我们没有考虑矿质营养、光照、水分、温度、个体差异等对白花三叶草产生后代量的影响，而是认为它们产生的后代是等量的。上述因素都会对白花三叶草含氰个体比例产生一定影响，若考虑这些因素，将使我们的模型更为完善，但那样或许得到一些非常复杂难解的教列，且缺乏明显的规律性，所以我们对此作了一些简化。最后，作为高中生，我们想说，遗传分析题一直是生物考试一大热点。我们曾在教辅书上看到过Aa个体连续自交模型这一课题，所以想到了写这篇文章，其实也