新陈代谢、遗传学和生态学是中学生物学中理论知识的三大部分内容。尤其是遗传学内容是高中生物学的核心和支柱，是高考生物学命题的重要根据地，高考试题该部分占的比例，历年都较大，出活题、考能力的主角非它莫属。可见，它是高考重(点)中之重，难(点)中之难，热(点)中之热。高考中连续几年不回避，不能不说是重点了。在近几年高考理综生物试题中，实验设计题是必不可少的一道20分以上大题。也是历年考生最头疼、失分最多的一道题。
学生经过前三轮的复习，对生物实验设计的一般题目都能比较好的掌握，但对遗传学实验设计的题目还是无从下手。没有掌握正确的解题方法，乱写一气，严重影响得分率。如何提高学生遗传学实验设计的能力，提高得分率，必须对遗传学实验设计的进行专题复习，对大量的题目进行归类讲解。使学生知道一般的解题方法。实验设计和探究能力是一种较高的综合能力，要在高考中拿到这类题目的高分，需要我们注重平时的积累。
归类复习能在比较短的时间里使学生熟悉遗传学实验设计题目的基本类型，了解解题的基本方法。我们在具体的教学中采用了以下的归类。
准备题 下列各项依次采用哪种方法最适宜：①鉴别一只羊是纯合体还是杂合体 ②在一对相对性状中区分显隐性 ③不断提高小麦抗病品种的纯度 ④检验杂种基因型的方法
A.杂交、自交、测交、测交 B.测交、测交、杂交、自交
C.测交、杂交、自交、测交 D.杂交、杂交、杂交、测交
解析 考查生物相交的应用。各项最适方法依次是：测交、杂交、自交、测交。答案：C。
生物的几种交配类型归纳介绍：
（1）杂交：不同的生物体间相互交配。
（2）自交：同一植物体的自花受粉和雌雄异花的同株受粉均属于自交。自交是获得纯系的有效方法。自交也是鉴别纯合子与杂合子的常用方法之一。
（3）测交：杂种子一代与隐性个体相交，用来测定Fl的基因型。测交是遗传规律理论假设的验证实验。测交也可用于纯合子与杂合子的鉴定。
（4）正交与反交：正交与反交是相对而言的，正交中的父方与母方恰好是反交中的母方和父方。正交与反交可以用来检验是细胞核遗传或细胞质遗传。
一、相对性状显隐关系确定的实验设计
例1 科学家选用萌发的普通甜椒的种子搭载“神舟”飞船,应用在微重力和宇宙射线等各种因素作用下生物易发生基因突变的原理,在从太空返回后种植得到的植株中选择果实较大的个体,培育出大果实“太空甜椒”。假设果实大小是一对相对性状,且由单基因控制的完全显性遗传,请你用原有的纯种小果实普通甜椒和大果实甜椒为实验材料,设计一个实验方案,以鉴别太空甜椒大果实这一性状的基因型。
解析 直接用纯种小果实与大果实杂交，观察后代的性状：
1、如果后代全表现为小果实，则小果实为显性，大果实为隐性；
2、如果后代全表现为大果实或大果实与小果实的比例为1∶1，则大果实为显性，小果实为隐性。
例2 马的毛色有栗色和白色两种。正常情况下，一匹母马一次只能生一匹小马，假定毛色由基因B和b控制，此基因位于常染色体上。现提供一个自由放养多年的农场马群为实验动物，在一个配种季节从该马群中随机抽取1头栗色公马和多头白色母马交配，⑴如果后代毛色均为栗色；⑵如果后代小马毛色有栗色的，也有白色的。能否分别对⑴⑵结果判断控制马毛色基因的显隐性关系。若能，说明理由；若不能，设计出合理的杂交实验。
解析 这道题比较开放。（1）能。理由：如果栗色为隐性，则这匹公马的基因型为bb，白色母马的基因型为BB、Bb，那么后代小马的基因型为Bb和bb，即既有白色的也有栗色的。如果栗色为显性，则这匹栗色公马的基因型为BB或Bb，多匹白色母马的基因型均为bb，那么后代小马的基因型为Bb，全为栗色或Bb和bb，栗色和白色均有。综上所述，只有在栗色公马为显性纯合体的情况下才会出现后代小马毛色全为栗色的杂交结果。（2）不能。杂交方案：从马群中随机选择多对栗色母马与这匹栗色公马杂交（栗色×栗色）。如果后代出现白马。则栗色为显性，白色为隐性；如果后代全部为栗色马，则白色为显性，栗色为隐性。
二、验证遗传规律的实验设计
例3 用纯种有色饱满籽粒的玉米与无色皱缩籽粒的玉米杂交（实验条件满足实验要求），F1全部表现为有色饱满，F1自交后，F2的性状表现及比例为：有色饱满73%，有色皱缩2%，无色饱满2%，无色皱缩23%。回答下列问题：
（1）上述一对性状的遗传符合_________________定律。
（2）上述两对性状的遗传是否符合自由组合定律？为什么？
（3）请设计一个实验方案，验证这两对性状的遗传是否符合自由组合定律。（实验条件满足实验要求）
实验方案实施步骤：①____________；②____________；③_______________。
答案 （1）基因的分离 （2）不符合；因为玉米粒色和粒形的每对相对性状的分离比均为3：1，两对性状综合考虑，如果符合自由组合规律，F1自交后代分离比应符合9：3：3：1。（3）实验步骤：①纯种有色饱满的玉米和纯种无色皱缩的玉米杂交，获得F1 ②取F1植株10株，与无色皱缩的玉米进行杂交 ③收获杂交后代种子，并统计不同表现型的数量比例 结果预测：①若后代种子四种表现型比例符合1：1：1：1，则说明符合自由组合定律；②若后代种子四种表现型比例不符合1：1：1：1，则说明不符合自由组合定律。
对学生应强调一对性状分离为比3：1，二对性状分离比为9：3：3：1。
三、纯合体、杂合体鉴定的实验设计
例4 3支度管内分别装有红眼雄性和两种不同基因型的红眼雌性果蝇，还有1支试管内装有白眼果蝇。请利用实验室条件设计最佳方案，鉴别上述3支试管内果蝇的基因型（显性基因用B表示）。
解析 果蝇的红眼和白眼为一对相对性状，红眼为显性性状，白眼为隐性性状，控制这对性状的基因位于X染色体上。雄果蝇的基因型有两种：XBY（红眼）、XbY（白眼）；雌果蝇的基因型有三种：XBXB（红眼）、XBXb（红眼）、XbXb（白眼），雌果蝇和雄果蝇可直接通过观察成体第二性征的差别来鉴定。通过以上分析可知，唯有红眼雌果蝇的基因型（有XBXB和XBXb两种基因型）需要鉴别。可以直接用红眼雌果蝇与白眼雄果蝇交配，若后代有白眼果蝇，说明该红眼雌果蝇是杂合体，基因型为XBXb；若后代全为红眼果蝇，说明该红眼果蝇是纯合体，基因型为XBXB。至此，设计的实验方案也就出来了。
答案 先根据第二性征鉴别四支试管内果蝇的性别，若为红眼雄性果蝇，则该试管内果蝇基因型为XBY，再用白眼雄性果蝇分别与另两管的红眼雌性果蝇交配，若后代中出现性状分离，则该管中果蝇的基因型为XBXb；若后代中不出现性状分离，则该管中果蝇的基因型为XBXB。
四、根据某一性状辨别生物性别的实验设计
例5 （2001年上海高考）果蝇的红眼（B）对白眼（b）是一对相对性状，基因B、b位于X染色体上。请设计一个实验，单就颜色便能鉴别雏蝇的雌雄。
解析 根据题意分析可知，雌果蝇含有两条同型的性染色体XX，雄果蝇含有两条异型的性染色体X、Y，控制眼色的基因位于X染色体上。很显然，雄果蝇的基因型有两种：XBY（红眼）、XbY（白眼）；雌果蝇的基因型有三种：XBXB（红眼）、XBXb（红眼）、XbXb（白眼）。要辨别雌雄唯有让某一性别表现为单一的眼色。可以通过上述六组亲本杂交结果分析得知，只有杂交亲本组合“XBY×XbXb”的后代从眼色性状可以直接判断出性别：红眼为雌性，白眼为雄性。
答案 让白眼雌果蝇（XbXb ）与红眼雄果蝇（XBY）杂交，后代中凡是红眼的都是雌果蝇，白眼的都是雄果蝇。
五、育种过程的实验设计
例6 （2003江苏）现在三个番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为AabbDD，C品种的基因型为aaBBDD。三对等位基因分别位于三对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形三对相对性状。请回答：
（1）如何运用杂交育种方法利用以上三个品种获得基因型为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）
（2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要几年？
（3）如果要缩短获得aabbdd植株的时间，可采用什么方法？（写出方法的名称即可）
解析 根据题意可知，三对等位基因（A、a，B、b和D、d）遵循基因的自由组合定律，实验设计要求培育出纯合体（aabbdd），即培育出能够稳定遗传个体。由于a、b、d基因不在同一个个体上，因此先由两个亲本通过杂交，得到F1（含a、b或a、d或b、d）；再通过F1与第三个亲本杂交，得到含有a、b、d杂合体F2；最后通过F2自交可以得到aabbdd 的基因型个体。从时间上来看，若A与B杂交得到杂交一代，杂交一代与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，可以得到基因型为aabbdd的种子，aabbdd的种子发育成为aabbdd基因型植株需要一年。共需4年。
若想缩短育种年限，可选用单倍体育种的方法：杂交二代AaBbDd可产生abd型的配子，将花药离体培养成单倍体幼苗，再用秋水仙素处理，用二年时间可得到aabbdd基因型植株。
答案 （1）A与B杂交得到杂交一代，杂交一代与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，可以得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成基因型为aabbdd植株 ；（2）4年；（3）单倍体育种技术。
六、探究遗传方式的实验设计
例7 有人选取豌豆的高茎与矮茎杂交得子一代，子一代全为高茎。子一代自交得子二代，子二代出现了性状分离，但分离比并不是预期的3∶1，而是出现了高∶矮=35∶1。试分析产生这一现象的原因，并设计一个实验方案加以证明。
解析 这种特殊遗传现象（不常见）的出现必然有规律的特殊性。这类实验设计包含了遗传规律建立的一般程序：提出假说、肯定假说、预期结果、杂交实验、比较分析。从所学的遗传知识可以预测产生这一现象的原因是杂种一代变成了多倍体（四倍体）。
F1 DDdd
♂
♀
1 DD
4Dd
1dd
1DD
1DDDD
4DDDd
1DDdd
4Dd
4DDDd
16DDdd
4Dddd
1dd
1DDdd
4Dddd
1dddd
配子
F2
表现型 高茎∶矮茎=35∶1
答案 实验假设：豌豆杂合体自交后代性状分离比为35∶1的原因可能是染色体加倍形成了四倍体DDdd 。同源四倍体减数分裂产生配子时，其配子的总组合数为 。其种类和比例为 DD∶Dd∶dd =1∶4∶1。
实验目的：探究F1的基因组成是否是四倍体。
实验原理：四倍体DDdd产生的配子有三种：DD、Dd 、dd。其比例为1∶4∶1。通过测交实验可测定F1的基因型。
实验材料 ：待测豌豆、矮茎豌豆、剪刀、毛笔、纸袋等
实验思路 : 肯定假说、预期结果、测交实验、记录测交结果、比较分析两者的结果即可得出结论。
实验过程：根据假说，测交后代性状分离比为高∶矮=5∶1。用上述待测的F1与隐性亲本测交，记录测交结果。再比较分析测交结果与预期结果是否一致。如果一致则说明F1染色体数目已加倍而成为四倍体。
七．表型模写的实验设计
主要考查了学生对基因型、表现型、突变与环境的认识与理解，考查学生对已知实验现象的假设能力、验证能力和实验结果分析能力。环境条件的改变，有时会导致表现型的改变。不过，因环境改变所引起的表型改变，与某基因型所引起的表型变化通常是不一样的。但是，有时环境条件的改变所引起的表型改变，很像某基因型引起的表型变化。这在生物学上称为表型模写。表型模写的性状是不能真实遗传的。因为其遗传物质并没有发生改变。
例8 已知家鸡的突变类型无尾(M)对普通类型有尾(m)是显性。现用普通有尾鸡自交产的受精卵来孵小鸡，在孵化早期向卵内注射一点点胰岛素，孵化出的小鸡就表现出无尾性状。
(1)普通有尾鸡自交产的受精卵的基因型是______，如果不在孵化早期向卵内注射胰岛素，正常情况下表现型应是______。
(2)孵化早期一般是指胚胎发育的______期。
(3)你认为上述实验中胰岛素的作用是_______。
(4)请设计实验探究你在(3)中的假设，简要写出实验步骤、实验结果和结论。
解析 本题中题干正是一个表型模写的例子。普通有尾鸡自交产的受精卵的基因型是 mm，正常情况下表现型应是有尾。在孵化早期向卵内注射胰岛素，引起了无尾性状，是否发生了遗传物质的改变，这是本题的切入点。胰岛素引起的无尾性状能否真实遗传，这是实验设计的出发点。
答案 (1)mm，有尾；(2)卵裂和囊胚；(3)诱导基因m突变为M（或影响胚胎的正常发育）；(4)让上述注射胰岛素后产生的无尾鸡，成熟后雌雄交配（1分）。所产受精卵正常孵化(不注射胰岛素)。观察后代相关性状表现（1分）。如果后代出现无尾鸡，则证明胰岛素的作用是诱导基因发生突变（1分）；如果后代全部表现出有尾性状，则证明胰岛素的作用并非诱导基因突变，只是影响了鸡的胚胎发育的正常进行（1分）。
实际上遗传学实验设计的类型还有很多，不可能都罗列。但基本方法是不会有很大的变化。所以，除上课讲解外，还应加强实验设计和探究能力的培养。
1.要抓好课本上的基础实验，要求明确每个实验的原理、目的、材料、方法步骤、注意事项及结论，并能做到对基础实验所涉及的方法、技能进行迁移与综合运用。
2.要对课本中一些科学家的经典实验(肺炎双球菌的转化实验、噬菌体侵染细菌的实验等)进行剖析，吸取其精华，并能应用到自己的实验设计当中去。
3.要学习一些实验设计方面的基本知识。加强实验设计方面的试题训练，毕竟目前的高考还仅限于笔试。
这样，我们完全有理由相信学生对这类题目不再为难。
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