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细胞质遗传与被子植物的种皮、果皮的遗传极其相似,子代都保持了母本的性状,即都具有“母系遗传”的特点,但是控制种皮、果皮性状的基因既可以是核基因也可以是质基因,其遗传既可属于细胞核遗传也可属于细胞质遗传,所以两者的遗传方式是有根本区别的。正因如此,关于种子遗传与细胞质遗传的考题在高考试题中也是频频出现,现有两个典型例子分析如下:
例1 回答一组与高等植物个体发育有关的问题:
Ⅰ.某种植物体细胞染色体数为2N=6条。现有一雄性植株(染色体组成为AABBCC,字母AA代表一对同源染色体,字
母BB代表一对同源染色体,以此类推。下同)向一雌性植株(染色体组成为aabbcc)授粉。请回答:
(1)该雌性植株种子中,种皮、子叶、胚乳细胞的染色体组成分别为aabbcc、AaBbCc、AaaBbbCcc。
(2)若该植株为一种水果(类似梨),那么上述雌性植株经过授粉后所结果子的风味是否改变?不改变。
(3)将上述雌性植株经过授粉后所结的种子种下去,萌发长成的植株所结的果子不仅风味极佳,而且具有抗虫特性,现希望繁殖该品种,宜采用的方法是无性繁殖(嫁接、扦插、组织培养)。
Ⅱ.豌豆的硬荚、圆滑种皮和黄色子叶对软荚、皱缩种皮和绿色子叶是显性。现有纯种硬荚、圆滑种皮、黄色子叶的花粉授给纯种软荚、皱缩种皮、绿色子叶的植株,完成杂交。设三对等位基因依次为Aa、Bb、Cc,且独立遗传。回答下列问题:
(1)在一豆荚内有3粒豌豆,在其形成过程中,子房、胚珠、受精次数分别是1个、3个、6次。
(2)将上述杂交种子播种,所结果实的性状是硬荚、圆滑种皮、黄色子叶和硬荚、圆滑种皮、绿色子叶,其比例为3:1。
(3)现用基因型为aaBBCC、aabbcc的豌豆杂交得F1,F1自交得F2。F2植株所结种子种皮的分离比是3:1、子叶颜色的分离比是5:3。
解析:本题要求从遗传角度分析高等植物个体发育等综合知识,符合“能把握所学知识的要点和知识之间的内在联系”的高考能力测试目标。
Ⅰ.解答此类问题的关键是理解果实各个部分的发育来源、过程。种皮由珠被(母本)细胞发育而来,其染色体组成与母本相同。子叶为胚的一部分,它由受精卵发育而来;胚乳细胞由受精极核发育而来。
(1)精子的染色体组成为ABC,卵细胞、极核的染色体组成为abc。故种皮、子叶、胚乳细胞的染色体组成分别为aabbcc、AaBbCc、AaaBbbCcc。
(2)水果的风味主要由果皮决定,它由子房壁和花托(母本)细胞发育而来,所以授粉后所结果实的风味不改变。
(3)因为无性繁殖可最大限度地保持母本的性状,所以利用无性繁殖的方法可以快速繁殖该杂交品种。
Ⅱ.(1)一个豆荚由一个子房发育而来,3粒豌豆由3个胚珠发育而来,由于是双受精作用,所以受精次数为6次。
(2)豆荚(相当于果皮)由子房壁发育而来,种皮由珠被细胞发育而来,均为母本的体细胞,子叶是胚的组成部分,属于子代。Aa、Bb、Cc三对等位基因独立遗传,则:AABBCC(♂) ×aabbcc(♀),母本所结果实有关的基因型为:豆荚(子房壁)aabbcc、子叶(胚)AaBbCc、种皮(珠被)aabbcc。将上述种子播种,胚AaBbCc发育为植株,基因型为AaBbCc,自交后母本(AaBbCc)所结果实有关结构的基因型为:豆荚Aa(硬荚)、种皮Bb(圆滑)、子叶(胚)1/4CC(黄)+2/4Cc(黄)+1/4cc(绿),所以所结果实的性状是硬荚、圆滑种皮、黄色子叶和硬荚、圆滑种皮、绿色子叶,其比例为3:1。
(3)F2植株所结种子的实质是F3,但种皮为F2。
因为三对等位基因独立遗传,满足基因的遗传定律,所以可将三对性状(等位基因)分别研究,又因为基因aa纯和,可略去,则有:
例2 现有纯种的紫色种皮和纯种的白色种皮菜豆品系。请回答证明菜豆种皮颜色这一性状是由核基因还是质基因控制的实验设计方案中的相关问题:
(1)杂交时,应选用的亲本组合是紫色菜豆(♀)×白色菜豆(♂)、白色菜豆(♀) ×紫色菜豆(♂)。收获种子时观察到种皮颜色:前者为 紫 色,后者为 白 色。用此实验结果 不能 (填“能”或“不能”)得出相应的结论。原因是种皮是由母本珠被(细胞)直接发育而来的,不属于子代结构。
(2)将上述杂交实验收获的种子分别种下去,预测结果并得出相应结论:
无论正交和反交,如果F1代产生种子的种皮颜色都表现为紫色或白色的一种,则控制种皮颜色的基因是核基因。
如果F1代产生种子的种皮颜色都只与亲本组合中的母本相同,则控制种皮颜色的基因是质基因。
解析:种皮是由母本珠被(细胞)直接发育而来的,不属于子代结构,即种皮颜色决定于母本,故紫色菜豆(♀)×白色菜豆(♂)→收获种子为紫种皮;白色菜豆(♀) ×紫色菜豆(♂)→收获种子为白种皮,表象为“母系遗传”,但可通过观察F1代所结种子予以区分:无论正交还是反交,如果F1代所结种子的种皮颜色都只表现为紫色或白色的一种,则控制种皮颜色的基因是核基因;如果F1代所结种子的种皮颜色都只与亲本组合中的母本相同,则控制种皮颜色的基因是质基因。
从上述两例可以看出,细胞质遗传与被子植物的种皮、果皮的遗传的确很相似,因此相关考题也颇具迷惑性,但只要掌握以下规律和方法,这类问题便迎刃而解:
1.果实的发育与遗传(见附表1)
2.子房与果实之间的对应关系
①1个子房形成1个果实,1个胚珠形成1粒种子。若1个子房有多个胚珠,则1个果实包含多粒种子;②1粒种子需要1个卵细胞、2个极核和2个精子;而完成双受精的2个精子由1个花粉粒形成。
3.如何确定种皮、果皮的遗传是细胞核遗传还是细胞质遗传?
可将具有母本性状的这些种子再种植下去,得到F1植株,将F1植株进行自交(自花传粉)观察所结果实的果皮和种皮性状,若所有F1植株所结果实的果皮和种皮性状都与母本相同(未发生性状分离),则属于细胞质遗传;若发生性状分离,则属于细胞核遗传。
例1 回答一组与高等植物个体发育有关的问题:
Ⅰ.某种植物体细胞染色体数为2N=6条。现有一雄性植株(染色体组成为AABBCC,字母AA代表一对同源染色体,字
母BB代表一对同源染色体,以此类推。下同)向一雌性植株(染色体组成为aabbcc)授粉。请回答:
(1)该雌性植株种子中,种皮、子叶、胚乳细胞的染色体组成分别为aabbcc、AaBbCc、AaaBbbCcc。
(2)若该植株为一种水果(类似梨),那么上述雌性植株经过授粉后所结果子的风味是否改变?不改变。
(3)将上述雌性植株经过授粉后所结的种子种下去,萌发长成的植株所结的果子不仅风味极佳,而且具有抗虫特性,现希望繁殖该品种,宜采用的方法是无性繁殖(嫁接、扦插、组织培养)。
Ⅱ.豌豆的硬荚、圆滑种皮和黄色子叶对软荚、皱缩种皮和绿色子叶是显性。现有纯种硬荚、圆滑种皮、黄色子叶的花粉授给纯种软荚、皱缩种皮、绿色子叶的植株,完成杂交。设三对等位基因依次为Aa、Bb、Cc,且独立遗传。回答下列问题:
(1)在一豆荚内有3粒豌豆,在其形成过程中,子房、胚珠、受精次数分别是1个、3个、6次。
(2)将上述杂交种子播种,所结果实的性状是硬荚、圆滑种皮、黄色子叶和硬荚、圆滑种皮、绿色子叶,其比例为3:1。
(3)现用基因型为aaBBCC、aabbcc的豌豆杂交得F1,F1自交得F2。F2植株所结种子种皮的分离比是3:1、子叶颜色的分离比是5:3。
解析:本题要求从遗传角度分析高等植物个体发育等综合知识,符合“能把握所学知识的要点和知识之间的内在联系”的高考能力测试目标。
Ⅰ.解答此类问题的关键是理解果实各个部分的发育来源、过程。种皮由珠被(母本)细胞发育而来,其染色体组成与母本相同。子叶为胚的一部分,它由受精卵发育而来;胚乳细胞由受精极核发育而来。
(1)精子的染色体组成为ABC,卵细胞、极核的染色体组成为abc。故种皮、子叶、胚乳细胞的染色体组成分别为aabbcc、AaBbCc、AaaBbbCcc。
(2)水果的风味主要由果皮决定,它由子房壁和花托(母本)细胞发育而来,所以授粉后所结果实的风味不改变。
(3)因为无性繁殖可最大限度地保持母本的性状,所以利用无性繁殖的方法可以快速繁殖该杂交品种。
Ⅱ.(1)一个豆荚由一个子房发育而来,3粒豌豆由3个胚珠发育而来,由于是双受精作用,所以受精次数为6次。
(2)豆荚(相当于果皮)由子房壁发育而来,种皮由珠被细胞发育而来,均为母本的体细胞,子叶是胚的组成部分,属于子代。Aa、Bb、Cc三对等位基因独立遗传,则:AABBCC(♂) ×aabbcc(♀),母本所结果实有关的基因型为:豆荚(子房壁)aabbcc、子叶(胚)AaBbCc、种皮(珠被)aabbcc。将上述种子播种,胚AaBbCc发育为植株,基因型为AaBbCc,自交后母本(AaBbCc)所结果实有关结构的基因型为:豆荚Aa(硬荚)、种皮Bb(圆滑)、子叶(胚)1/4CC(黄)+2/4Cc(黄)+1/4cc(绿),所以所结果实的性状是硬荚、圆滑种皮、黄色子叶和硬荚、圆滑种皮、绿色子叶,其比例为3:1。
(3)F2植株所结种子的实质是F3,但种皮为F2。
因为三对等位基因独立遗传,满足基因的遗传定律,所以可将三对性状(等位基因)分别研究,又因为基因aa纯和,可略去,则有:
例2 现有纯种的紫色种皮和纯种的白色种皮菜豆品系。请回答证明菜豆种皮颜色这一性状是由核基因还是质基因控制的实验设计方案中的相关问题:
(1)杂交时,应选用的亲本组合是紫色菜豆(♀)×白色菜豆(♂)、白色菜豆(♀) ×紫色菜豆(♂)。收获种子时观察到种皮颜色:前者为 紫 色,后者为 白 色。用此实验结果 不能 (填“能”或“不能”)得出相应的结论。原因是种皮是由母本珠被(细胞)直接发育而来的,不属于子代结构。
(2)将上述杂交实验收获的种子分别种下去,预测结果并得出相应结论:
无论正交和反交,如果F1代产生种子的种皮颜色都表现为紫色或白色的一种,则控制种皮颜色的基因是核基因。
如果F1代产生种子的种皮颜色都只与亲本组合中的母本相同,则控制种皮颜色的基因是质基因。
解析:种皮是由母本珠被(细胞)直接发育而来的,不属于子代结构,即种皮颜色决定于母本,故紫色菜豆(♀)×白色菜豆(♂)→收获种子为紫种皮;白色菜豆(♀) ×紫色菜豆(♂)→收获种子为白种皮,表象为“母系遗传”,但可通过观察F1代所结种子予以区分:无论正交还是反交,如果F1代所结种子的种皮颜色都只表现为紫色或白色的一种,则控制种皮颜色的基因是核基因;如果F1代所结种子的种皮颜色都只与亲本组合中的母本相同,则控制种皮颜色的基因是质基因。
从上述两例可以看出,细胞质遗传与被子植物的种皮、果皮的遗传的确很相似,因此相关考题也颇具迷惑性,但只要掌握以下规律和方法,这类问题便迎刃而解:
1.果实的发育与遗传(见附表1)
2.子房与果实之间的对应关系
①1个子房形成1个果实,1个胚珠形成1粒种子。若1个子房有多个胚珠,则1个果实包含多粒种子;②1粒种子需要1个卵细胞、2个极核和2个精子;而完成双受精的2个精子由1个花粉粒形成。
3.如何确定种皮、果皮的遗传是细胞核遗传还是细胞质遗传?
可将具有母本性状的这些种子再种植下去,得到F1植株,将F1植株进行自交(自花传粉)观察所结果实的果皮和种皮性状,若所有F1植株所结果实的果皮和种皮性状都与母本相同(未发生性状分离),则属于细胞质遗传;若发生性状分离,则属于细胞核遗传。