似曾相识的轮回：高考命题试题中的材料类似

 

来源公众号：南山区卢开雄名师工作室　作者：location 

    豌豆是孟德尔遗传学研究中的重要模式生物，也是高考遗传题中的常客。孟德尔在研究豌豆杂交实验过程中，研究了7对豌豆相对性状。后来的研究发现，其基因定位是这样的：

    其中子叶颜色（黄色、绿色）与花的颜色（红色、白色）位于第1对同源染色体上，茎的高度（高茎、矮茎）、花的位置（腋生、顶生）与豆荚形状（饱满、不饱满）位于第4对同源染色体上，豆荚颜色（绿色、黄色）位于第5对同源染色体上，种子形状（圆粒、皱粒）位于第7对同源染色体上。

    近年来，中国科学家破解了孟德尔7对豌豆相对性状的遗传规律：据研究负责人、中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员程时锋介绍，1865年，“现代遗传学之父”孟德尔通过豌豆种子的圆皱等7对性状开展杂交实验，首次提出了“遗传因子”控制性状的理论，并推导出遗传变异的规律。此后，各国科研人员陆续找到了控制种子圆皱、子叶颜色、花色、植株高度的基因，然而控制豆荚颜色、豆荚形状和豌豆花位置的关键基因一直是“未解之谜”。对此，程时锋带领国际科研团队，综合运用基因组学、遗传学、生物信息学和分子生物学等手段，对来自世界各地近700份豌豆样本的演化进程与基因组多样性展开系统解析。研究发现，控制豌豆绿荚与黄荚差异的，并非传统意义上的基因突变，而是一段基因组大片段缺失；决定豌豆花位置的是编码类共受体激酶的Fa基因；控制豆荚饱满与皱缩形状的，是两个彼此独立但功能相关的果皮发育调控基因。在此基础上，科研人员构建了全球豌豆多样性高分辨率单倍型变异图谱和表型变异图谱，解析了72个关键农艺性状的遗传基础。

    因此，今年的高考生物学科遗传题的命题，考查豌豆的遗传特性，可以说也是顺理成章的事情。

    我们来看看2012年广东卷的遗传题：（2012年广东卷·生物学）子叶黄色（Y，野生型）和绿色（y，突变型）是孟德尔研究的豌豆相对性状之一。野生型豌豆成熟后，子叶由绿色变为黄色。

    （1）在黑暗条件下，野生型和突变型豌豆的叶片总叶绿素含量的变化见图10。其中，反映突变型豌豆叶片总绿叶素含量变化的曲先是____________。

   （2）Y基因和y基因的翻译产物分别是SGR^Y蛋白和SGR^y蛋白，其部分氨基酸序列见图11。据图11推测，Y基因突变为y基因的原因是发生了碱基对的_______和_______。进一步研究发现，SGR^Y蛋白和SGR^y蛋白都能进入叶绿体。可推测，位点_______的突变导致了该蛋白的功能异常，从而使该蛋白调控叶绿素降解的能力减弱，最终使突变型豌豆子叶和叶片维持“常绿”。

    （3）水稻Y基因发生突变，也出现了类似的“常绿”突变植株y2，其叶片衰老后仍为绿色。为验证水稻Y基因的功能，设计了以下实验，请完善。

    （一）培育转基因植株：

    Ⅰ.植株甲：用含有空载体的农杆菌感染________的细胞，培育并获得纯合植株。

    Ⅱ.植株乙：________，培育并获得含有目的基因的纯合植株。

    （二）预测转基因植株的表现型：

    植株甲：________维持“常绿”；植株乙：________。

    （三）推测结论：________。

    【答案】（1）A （2）替换  增加   ③  （3）（一）突变植株y2   用Y基因的农杆菌感染纯和突变植株y2  （二）能   不能维持“常绿”  （三）Y基因能使子叶由绿色变为黄色

    【解析】（1）根据题干所给信息“野生型豌豆成熟后，子叶由绿色变为黄色”，可推测出野生型豌豆成熟后，子叶发育成的叶片中叶绿素含量降低。分析图10，B从第六天开始总叶绿素含量明显下降，因此B代表野生型豌豆，则A为突变型豌豆。

    (2)根据图11可以看出，突变型的SGRy蛋白和野生型的SGRY有3处变异，①处氨基酸由T变成S,②处氨基酸由N变成K，可以确定是基因相应的碱基发生了替换，③处多了一个氨基酸,所以可以确定是发生了碱基的增添；从图11中可以看出SGRY蛋白的第12和38个氨基酸所在的区域的功能是引导该蛋白进入叶绿体，根据题意，SGRy和SGRY都能进入叶绿体，说明①②处的变异没有改变其功能；所以突变型的SGRy蛋白功能的改变就是有由③处变异引起。 

    (3)本实验通过具体情境考查对照实验设计能力。欲通过转基因实验验证Y基因“能使子叶由绿色变为黄色”的功能，首先应培育纯合的常绿突变植株y2，然后用含有Y基因的农杆菌感染纯合的常绿突变植株y2，培育出含有目的基因的纯合植株观察其叶片颜色变化。为了排除农杆菌感染对植株的影响，应用含有空载体的农杆菌感染常绿突变植株y2作为对照。 

    再看看今年的东北三省和内蒙古自治区的遗传题：（2025年东三省高考卷·生物学）科学家系统解析了豌豆7对性状的遗传基础，以下为部分实验，回答下列问题。

    （1）将控制花腋生和顶生性状的基因定位于4号染色体上，用F/f表示。在大多数腋生纯系与顶生纯系的杂交中，F₂腋生:顶生约为3:1，符合孟德尔的________定律。

    （2）然而，某顶生个体自交，子代个体中20%以上表现为腋生。此现象________（填“能”或“不能”）用基因突变来解释，原因是________。

    （3）定位于6号染色体上的基因D/d可能与（2）中的现象有关。为了验证这个假设，用两种纯种豌豆杂交得到F₁，F₁自交产生的F₂表型和基因型的对应关系如下表，表格内“+”、“-”分别表示有、无相应基因型的个体。

腋生表型				顶生表型
基因型	FF	Ff	ff	基因型	FF	Ff	ff
DD	+	+	–	DD	–	–	+
Dd	+	+	–	Dd	–	–	+
dd	+	+	+	dd	–	–	–

    结果证实了上述假设，则F₂中腋生:顶生的理论比例为________，并可推出    （2）中顶生亲本的基因型是________。

    （4）研究发现群体中控制黄色子叶的Y基因有两种突变形式y-1和y-2，基因结构示意图如下。Y突变为y-1导致其表达的蛋白功能丧失，Y突变为y-2导致________。y-1和y-2纯合突变体都表现为绿色子叶。

    在一次y-1纯合体与y-2纯合体杂交中，F₁全部为绿色子叶，F₂出现黄色子叶个体，这种现象可因减数分裂过程中发生染色体互换引起。图中哪一个位点发生断裂并交换能解释上述现象？________（填“①”或“②”或“③”）。若此F₁个体的20个花粉母细胞（精母细胞）在减数分裂中各发生一次此类交换，在减数分裂完成时会产生______个具有正常功能Y基因的子细胞。

    【答案】（1）分离 （2）    ①不能    ②基因突变的频率很低    

    （3）①13：3 ②ffDd     （4）①
     基因无法正常表达    ②  ②    ③  20或二十

    【解析】

    （1）豌豆花腋生和顶生性状属于相对性状，其由一对等位基因F/f控制，即一对等位基因控制的一对相对性状；大多数腋生纯系与顶生纯系的杂交中，F₂腋生：顶生约为3：1，符合孟德尔的分离定律。

    （2）基因突变具有低频性，即频率很低，若发生基因突变，某顶生个体自交，不可能出现子代个体中20%以上表现为腋生。即某顶生个体自交，子代个体中20%以上表现为腋生。此现象不能用基因突变来解释，原因是基因突变出现的频率很低。

    （3）分析题表可知，F₂中F_D_+F_dd+ffdd为腋生，ffD_为顶生，可见F₂属于9：3：3：1变式，即F₂中腋生（F_D_+F_dd+ffdd=9+3+1=13）：顶生（ffD_=3）=13：3，可见（2）中顶生亲本的基因型为ffDd。

    （4）分析题图可知，Y基因非编码区启动子区缺失了部分序列使得Y基因突变为y-2，导致RNA聚合酶无法识别并结合启动子，基因无法正常表达。根据题意可知，Y控制黄色子叶，y-1因为编码区插入了一段DNA序列导致其表达的蛋白功能丧失，而y-2因为启动子区缺失了部分序列导致基因无法正常表达；在一次y-1纯合体与y-2纯合体杂交中，F₁全部为绿色子叶，F₂出现黄色子叶个体，这种现象可因减数分裂过程中发生染色体互换引起。分析题图可知，图中y-1与y-2②位点发生断裂并交换，能产生正常Y基因，可解释上述现象。在一次y-1纯合体与y-2纯合体杂交中，F₁全部为绿色子叶，F₁基因型为y-1y-2，1个基因型为y-1y-2的花粉母细胞经过减数分裂且减数分裂中发生一次②位点的交换，产生4个精细胞，其中只有1个具有正常功能Y基因，则F₁个体的20个花粉母细胞（精母细胞）在减数分裂中各发生一次此类交换，在减数分裂完成时会产生20个具有正常功能Y基因的子细胞。

    材料是不是有点相似性？

    经典遗传一直是高考中的热点，怎么把模式生物研究透彻、引向深入，也应该是遗传学学习与研究的重要形式。

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