内容正文:
第五单元 遗传的基本规律和伴性遗传
第3讲 基因在染色体上和伴性遗传
1903年,美国遗传学家萨顿在研究蝗虫精子和卵细胞形成过程中发现:“基因和染色体存在明显的平行关系:
(一)萨顿的假说---基因和染色体的关系
基因的行为 染色体的行为
体细胞中的存在形式
配子中的存在形式
在体细胞中的来源
形成配子时的组合方式
传递中的性质 杂交过程保持完整性和独立性 相对稳定的形态结构
成对
成对
成对中的一个
成对中的一个
一个来自父方,一个来自母方
一条来自父方,一条来自母方
等位基因分离,(非)非等位基因自由组合
同源染色体分开,非同源染色体自由组合
萨顿由此提出了假说---基因在染色体上
一、基因在染色体上的“假说”与“实验证据”
染色体在配子形成和受精过程中也保持相对稳定的形态和结构
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(二)基因位于染色体上的实验证据
(1)观察现象、提出问题
红眼
3∶1
红眼
分离
性别
1909年,摩尔根用果蝇做杂交实验,通过假说演绎法,用实验证明了---基因在染色体上。
(2) 提出假说、解释问题
假说:控制果蝇白眼的基因只位于X染色体上,Y染色体上无相应的等位基因
无法验证假说,但得到了白眼雌果蝇。
可证明假说成立。
(3)演绎推理、作出预期:进行测交实验
(4)实验验证、得出结论----基因在染色体上。
1、杂交子代中,雌雄果蝇中均有红眼和白眼,与基因位于常染色体表现相同,故根据本实验的结果无法验证假说,但通过
2、杂交子代中,雌果蝇全为红眼,雄果蝇全为白眼,性状表现与性别相联系,与基因位于常染色体表现不同,由此
提示:可用F1的红眼雌果蝇与白眼雄果蝇进行测交实验,如果后代中出现红眼雌果蝇、白眼雌果蝇、红眼雄果蝇和白眼雄果蝇这4种类型,且数量各占1/4,再选用其中的白眼雌果蝇与红眼雄果蝇交配,如果子代中雌果蝇都是红眼,雄果蝇都是白眼,则可以证明他们的解释是正确的。
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人的体细胞有23对染色体,却有约2.6万个基因,基因与染色体可能有怎样的对应关系呢?
一条染色体上可能有多个基因
基因在染色体上呈线性排列
染色体是基因的主要载体
果蝇X染色体上的部分基因
生物体细胞中的基因都位于染色体上吗?
细胞质基因,原核细胞
基因线性排列是指基因是一个接着一个,之间没有重复、分枝等现象。
提示:①真核生物的细胞核基因都位于染色体上,而细胞质中的基因位于细胞的线粒体和叶绿体的DNA上;
②原核细胞中无染色体,原核细胞的基因位于拟核DNA或细胞质的质粒DNA上
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回顾科学史:在基因研究中,有许多科学家取得成就。下列成就分别是由哪些科学家来完成的?
①提出“性状是由遗传因子决定的”观点;
②把“遗传因子”改为“基因”,并提出“等位基因”概念;
③提出“基因在染色体上”的假说;
④第一个用实验证明了“基因在染色体上”。
孟德尔
约翰逊
摩尔根
萨顿
例1.果蝇中,正常翅(A)对短翅(a)为显性,相关等位基因位于常染色体上;红眼(B)对白眼(b)为显性,相关等位基因位于X染色体上。现有一只纯合红眼短翅雌果蝇和一只纯合白眼正常翅雄果蝇杂交,F1雌雄交配,则F2中( )
A.表现型有4种,基因型有12种
B.雄果蝇的红眼基因来自F1的父方
C.雌果蝇中纯合子与杂合子的比例相等
D.雌果蝇中正常翅个体与短翅个体的比例为3∶1
D
解析:选D 亲本的基因型为aaXBXB和AAXbY,它们杂交所得F1的基因型为AaXBXb和AaXBY,则F2的表现型有6种,基因型有12种;F2雄果蝇的红眼基因来自F1的母方;F2雌果蝇中纯合子占1/4(1/8AAXBXB和1/8aaXBXB),则杂合子占3/4;F2雌果蝇中正常翅个体占3/4(1/4AA和2/4Aa),短翅个体占1/4(1/4aa)。
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例2.如图为摩尔根的果蝇杂交实验。由于F2白眼全为雄性,摩尔根提出控制眼色基因在性染色体上的3种假设。
假说1:假设基因在Y染色体上,X染色体上没有它的等位基因;
假说2:假设基因在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因;
假说3:假设基因在X和Y染色体上都有。
(1)根据实验现象,________(填“红眼”或“白眼”)是显性性状,果蝇的红眼和白眼这一对相对性状________(填“是”或“否”)遵循分离定律。
红眼
是
[解析] (1)红眼雌蝇与白眼雄蝇杂交,F1都是红眼果蝇,F1的红眼雌雄果蝇杂交,F2中红眼果蝇与白眼果蝇的比例是3∶1,因此,判断红眼性状是显性,红眼和白眼的遗传遵循分离定律。
(2)若假说1成立,F1中的雄性果蝇应为白眼,因此判断假说1不能解释上述现象。假说2、3都能解释上述实验现象。假说3是基因在X和Y染色体上都有,按照假说3,P为XAXA和XaYa,F1为XAXa和XAYa,F2为XAXA、XAXa、XAYa、XaYa。①用F2雌蝇与白眼雄蝇做单对交配,子代为半数F2产生的子代全部是红眼,半数F2产生的子代是红眼雌蝇∶白眼雌蝇∶红眼雄蝇∶白眼雄蝇=1∶1∶1∶1;②用白眼雌蝇与野生型纯合红眼雄蝇交配,子代果蝇都是红眼;③用白眼雌蝇和白眼雄蝇交配,子代果蝇都是白眼。3组实验中,实验②在不同假设中的预期结果不同,可以根据实际的实验结果判断哪一种假设是成立的,因此,最关键的是实验②
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例2.如图为摩尔根的果蝇杂交实验。由于F2白眼全为雄性,摩尔根提出控制眼色基因在性染色体上的3种假设。
假说1:假设基因在Y染色体上,X染色体上没有它的等位基因;
假说2:假设基因在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因;
假说3:假设基因在X和Y染色体上都有。
Ⅰ写出假说3预期的实验结果__。Ⅱ你认为3组实验中,最关键的是实验___,原因是___。
(2)能解释实验现象的假说是____ _。为了进一步确定上述假说哪个是正确的,摩尔根又设计了3组测交实验:①用F2雌蝇与白眼雄蝇做单对交配;
②用白眼雌蝇与野生型纯合红眼雄蝇交配;
③用白眼雌蝇和白眼雄蝇交配。
实验①:半数F2产生的子代全部是红眼,半数F2产生的子代是红眼雌蝇∶白眼雌蝇∶红眼雄蝇∶白眼雄蝇=1∶1∶1∶1;
实验②:子代果蝇都是红眼;
实验③:子代果蝇都是白眼
②
原因:实验②在不同假设中的预期结果不同,可以根据实际的实验结果判断哪一种假设是成立的
假说2和假说3
[解析] (1)红眼雌蝇与白眼雄蝇杂交,F1都是红眼果蝇,F1的红眼雌雄果蝇杂交,F2中红眼果蝇与白眼果蝇的比例是3∶1,因此,判断红眼性状是显性,红眼和白眼的遗传遵循分离定律。
(2)若假说1成立,F1中的雄性果蝇应为白眼,因此判断假说1不能解释上述现象。假说2、3都能解释上述实验现象。假说3是基因在X和Y染色体上都有,按照假说3,P为XAXA和XaYa,F1为XAXa和XAYa,F2为XAXA、XAXa、XAYa、XaYa。①用F2雌蝇与白眼雄蝇做单对交配,子代为半数F2产生的子代全部是红眼,半数F2产生的子代是红眼雌蝇∶白眼雌蝇∶红眼雄蝇∶白眼雄蝇=1∶1∶1∶1;②用白眼雌蝇与野生型纯合红眼雄蝇交配,子代果蝇都是红眼;③用白眼雌蝇和白眼雄蝇交配,子代果蝇都是白眼。3组实验中,实验②在不同假设中的预期结果不同,可以根据实际的实验结果判断哪一种假设是成立的,因此,最关键的是实验②
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例3.已知果蝇基因B和b分别决定灰身和黑身,基因W和w分别决定红眼和白眼。如图表示某果蝇体细胞中染色体和部分基因示意图。下列相关叙述错误的是( )
A. 基因W和w的碱基数目可能不同
B.摩尔根通过假说—演绎法证明果蝇的白眼基因
位于X染色体上
C.该果蝇与多只灰身雄果蝇杂交,若子代出现性
状分离,则性状分离比为灰身∶黑身=3∶1
C
D.果蝇是遗传学常用的实验材料,原因之一是果
蝇的染色体数目较少
解析:选D 等位基因是由原基因发生基因突变而来,而基因突变包括碱基对的增添、 缺失或改变,因此基因W和w的碱基数目可能不同;摩尔根通过假说—演绎法证明果蝇的白眼基因位于其X染色体上;摩尔根选择果蝇是因为它的染色体数少、易观察、繁殖速度快;若该果蝇(Bb)与多只灰身雄果蝇(BB或Bb)杂交,子代出现性状分离,由于灰身雄果蝇的基因型可能有两种,则性状分离比可能不是灰身∶黑身=3∶1。
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果蝇的优点:
1.易饲养,繁殖快,后代数量多
2.染色体少、易观察
3.相对性状多且易于区分
实验材料:
红眼果蝇和白眼果蝇
例4.孔雀鱼是一种常见的观赏鱼,其性别决定方式为XY型。用“礼服”品种的雌鱼和雄鱼做亲本杂交,后代中雌鱼均表现为“礼服”性状;雄鱼表现为1/2“礼服”性状、1/2 “无礼服”性状。则F1个体自由交配所得F2的表型(雌“礼服”∶雌“无礼服”∶雄“礼服”∶雄“无礼服”)之比为( )
A.7∶1∶6∶2 B.9∶3∶3∶1 C.1∶1∶1∶1 D.1∶7∶6∶2
A
A [根据分析可推出,F1个体的基因型为XBXB(“礼服”)、XBXb(“礼服”)、XBY(“礼服”)和XbY(无“礼服”),比例为1∶1∶1∶1,若F1个体自由交配,则F1群体中卵细胞的种类与比例为XB∶Xb=3∶1,精子的种类与比例为XB∶Xb∶Y=1∶1∶2,则F1个体自由交配所得F2的表型之比为雌“礼服”∶雌“无礼服”∶雄“礼服”∶雄“无礼服”=(3/4×2/4+1/4×1/4)∶(1/4×1/4)∶(3/4×2/4)∶(1/4×2/4)=7/16∶1/16∶6/16∶2/16=7∶1∶6∶2,即A正确。]
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(一)性别决定方式
(1)性染色体决定性别(XY、ZW)
雌雄同株的生物有无性染色体?
性染色体只存在于生殖细胞中吗?
性染色体上的基因都与性别决定有关吗?
没有(如水稻,玉米)
体细胞也有
不是(如色盲)
例、自然状况下,鸡有时会发生性反转,母鸡逐渐变为公鸡,已知鸡的性别由性染色体决定。如果性反转公鸡与正常母鸡交配,并产生后代,后代中母鸡和公鸡的比例是( WW基因型不成活 )A.1:0 B.1:1 C.2:1 D.3:1
C
ZW型:鸟类、蛾蝶类
XY型:高等动物、果蝇等
雄性为XY(异型)
雌性为XX(同型)
雄性为ZZ(同型)
雌性为ZW(异型)
二、伴性遗传
某些遗传病的致病基因位于性染色体上,所以遗传上“总是和性别相联系”,这种现象叫做伴性遗传。
性别和其他性状类似,也是受遗传物质和环境共同影响的,性反转现象可能是某种环境因素,使性腺出现反转现象,但遗传物质组成不变。
蝗虫、蟋蟀等直翅目昆虫和蟑螂等少数动物的性别决定属于XO型。如雌性蝗虫有24条染色体(22+XX);雄性蝗虫有23条染色体(22+X)。雌性为同配性别,体细胞中含有2条X染色体;雄性为异配性别,但仅含有1条X染色体。
如雌性蝗虫有24条染色体(22+XX);雄性蝗虫有23条染色体(22+X)。此类型中,雌性产生2型配子,雄性产生单一类型配子,性别比例为1∶1。
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(2) 染色体(组)数决定性别(蜜蜂、蚂蚁等)
蜂王
(2n=32)
卵细胞
(n=16)
雄蜂
(n=16)
雄蜂
(n=16)
精子
(n=16)
受精卵
(2n=32)
蜂王♀
(2n=32)
工蜂♀
(2n=32)
工蜂(不育)
(2n=32)♀
蜜蜂
雄峰(n=16), 产生精子(n=16)
(3) 基因决定性别(喷瓜,玉米)
喷瓜的性别由一对复等位基因决定,其中aD控制雄性,a+控制两性,ad控制雌性,并且三个基因的显性程度为aD>a+>ad 。
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减数分裂的两次分裂第一次分裂是不均等分裂,分裂产生的两个细胞一个里边没有染色体,只有其他细胞成分,并将消失。而染色体都集中到另一个细胞,并将进一步分裂成2个精子。
(二)X、Y染色体“同源区段”基因的遗传:
X、Y染色体同源区段基因的遗传与常染色体上基因的遗传一定相同吗?
假设控制某个相对性状的基因B、b位于X、Y的同源区段上,那么雌性个体的基因型有: 。
雄性个体基因型有: 。
如果位于X的非同源区段呢 ?
XBXB、XBXb、XbXb.
XBYB、XBYb、XbYB、XbYb
♂性有2种基因型:XBY、XbY;
♀性有3种基因型:XBXB、XBXb、XbXb。
①在X、Y的同源区段,存在等位基因,而非同源区段则相互不存在等位基因。
(1)X1Y中X1来自母亲,Y来自父亲,向下一代传递时,X1只能传给女儿,Y只能传给儿子。
(2)X2X3中X2、X3一条来自父亲,一条来自母亲。向下一代传递时,X2、X3任何一条既可传给女儿,又可传给儿子。
(3)一对染色体组成为X1Y、X2X3的夫妇生两个女儿,则女儿中来自父亲的都为X1,且是相同的;但来自母亲的可能为X2,也可能为X3,不一定相同。
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母题:(全国卷Ⅰ)某种羊的性别决定为XY型。已知其有角和无角由位于常染色体上的等位基因(N/n)控制;黑毛和白毛由等位基因(M/m)控制,且黑毛对白毛为显性。回答下列问题:
(1)公羊中基因型为NN或Nn的表现为有角,nn无角;母羊中基因型为NN的表现为有角,nn或Nn无角。若多对杂合体公羊与杂合体母羊杂交,则理论上,子一代群体中公羊的表现型及其比例为_______ ;母羊的表现型及其比例为 。
(2)某同学为了确定M/m是位于X染色体上,还是位于常染色体上,让多对纯合黑毛母羊与纯合白毛公羊交配,子二代中黑毛∶白毛=3∶1,我们认为根据这一实验数据,不能确定M/m是位于X染色体上,还是位于常染色体上,还需要补充数据,如统计子二代中白毛个体的性别比例,若 ,则说明M/m是位于X染色体上;若________________ __,则说明M/m是位于常染色体上。
有角∶无角=3∶1
有角∶无角=1∶3
白毛个体全为雄性
白毛个体中雄性∶雌性=1∶1
解析:根据题中已知条件,交配的公羊和母羊均为杂合子,则子代的基因型为NN∶Nn∶nn=1∶2∶1,已知母羊中基因型为NN的表现为有角,nn或Nn无角,则子一代群体中母羊的表现型及比例为有角∶无角=1∶3;公羊中基因型为NN或Nn的表现为有角,nn无角,则子一代群体中公羊的表现型及比例为有角∶无角=3∶1。
解析:若M/m位于常染色体上,则白毛个体中雌雄比例为1∶1;若M/m位于X染色体上,则子二代的基因型为XMXM、XMXm、XMY、XmY,其中白色个体均为雄性。
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母题:(全国卷Ⅰ)某种羊的性别决定为XY型。已知其有角和无角由位于常染色体上的等位基因(N/n)控制;黑毛和白毛由等位基因(M/m)控制,且黑毛对白毛为显性。回答下列问题:
(3)一般来说,对于性别决定为XY型的动物群体而言,当一对等位基因(如A/a)位于常染色体上时,基因型有______种;当其仅位于X染色体上时,基因型有______种;当其位于X和Y染色体的同源区段时(如图所示),基因型有______种。
解析:常染色体:AA、Aa、aa3种;
X染色体上:XAXA、XAXa、XaXa、XAY、XaY,共5种;
X和Y的同源区段:XAXA、XAXa、XaXa、XAYA、XaYa、XAYa、XaYA,共7种
变式:某昆虫的性别决定方式是XY型,其羽化昼夜节律受常染色体及性染色体上的2对等位基因(A/a、D/d)控制,不同基因型的个体表型为正常节律或长节律。A、D基因编码的产物形成蛋白二聚体,是个体表现为正常节律的必要条件。回答下列问题。
(1)纯合正常节律雄性亲本(XDY、 XAY等视为纯合)与纯合长节律雌性亲本杂交,后代雌、雄个体分别表现为正常节律和长节律。甲同学据此推断A/a基因位于常染色体上、D/d基因位于X染色体上,你认为该同学的观点是否正确?为什么?(共4分)
(2)现用雌、雄亲本均为长节律的个体进行杂交,F1全部表现为正常节律,则雌、雄亲本的基因型分别为__ ______或___ __ ___。(每空2分)
(3)上述F1雌、雄个体相互交配,则F2雌、雄性个体中正常节律与长节律个体的比值分别为________、________。(每空2分)
不正确。A/a基因位于X染色体上、D/d基因位于常染色体上,结果也符合题意。
3∶1
3∶5
ddXAXA、DDXaY
aaXDXD、AAXdY
[解析] (1)若D/d基因位于常染色体上,A/a基因位于X染色体上,亲本为DDXAY×DDXaXa,后代雌性全部为正常节律,雄性全部为长节律,遗传图解为:
(2)雌雄亲本均为长节律,F1全部表现为正常节律,则雌雄亲本均应为纯合子,且雌性亲本性染色体上必须含两个显性基因。故亲本的基因型为aaXDXD、AAXdY或ddXAXA、DDXaY。
(3)设A/a位于X染色体上,F1基因型为DdXAXa、DdXAY,后代D_∶dd=3∶1,雌性中XAXA∶XAXa=1∶1,雌性正常节律∶长节律=3∶1;雄性XAY∶XaY=1∶1,雄性中正常节律=3/4×1/2=3/8,长节律=1-3/8=5/8,雄性中正常节律∶长节律=3∶5。
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Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
1
2
1
2
3
4
6
5
1
2
3
5
7
6
8
10
9
11
12
4
特点:
XbXb
XbY
XbY
XbY
① 男患多于女患
交叉遗传:男性患者的色盲基因必然来自母亲,以后又必定传给女儿。
XBY
XBXb
XBX-
XBX-
② 女病,父子病;
③ 常常隔代遗传、交叉遗传
男正,母女正;
1、伴X染色体隐性遗传的特点
女患者多还是男患者多?
(三) X、Y染色体“非同源区段”基因的遗传:
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特点:
①
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
1
2
1
2
3
4
6
5
1
2
3
5
7
6
8
9
4
7
8
XBY
XBX-
XBX-
② 男病,母女病;
女正,父子正;
XbXb
XbY
XbXb
XbY
2、伴X染色体显性遗传的特点
③ 常常连续遗传
女患者多还是男患者多?
女患多于男患
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
1
2
1
2
3
4
6
5
1
2
3
5
7
6
8
9
4
7
8
3、伴Y染色体遗传的特点
特点:
①伴Y染色体遗传没有显隐性之分;
② 传男不传女,父传子,子传孙,子子孙孙无穷尽。
例1.某种高度近视是由X染色体上显性基因(A)引起的遗传病,但男性不发病。现有一女性患者与一不携带该致病基因的男性结婚,其后代患病率为50%。下列叙述不正确的是( )
A.该女性患者的女儿基因型是XAXa B.该女性患者的母亲也是患者
C.人群中男性不携带该致病基因 D.人群中该病的发病率低于50%
C
C [某种高度近视是由X染色体上显性基因(A)引起的遗传病,但男性不发病。在群体中女性的基因型及表型为XAXA(高度近视)、XAXa(高度近视)、XaXa(视力正常)。男性的基因型及表型为XAY(视力正常)、XaY(视力正常)。据此分析:现有一女性患者(XAX-)与不携带该致病基因的男性(XaY)结婚。①假设该女性患者基因型为XAXA,则后代基因型及表型为XAXa(女儿高度近视)、XAY(儿子正常)、后代患病率为50%,与题意吻合。②假设该女性患者基因型为XAXa,则后代基因型及表型为XAXa(女儿高度近视)、XaXa(女儿正常)、XAY(儿子正常)、XaY(儿子正常),后代患病率为25%,与题意不吻合。因此该女性患者基因型为XAXA,与不携带该致病基因的男性(XaY)结婚,女儿的基因型为XAXa,A正确。该女性患者(XAXA)的两条X染色体一条来自母亲,一条来自父亲,则母亲的基因型为XAX-,表型为高度近视,故其母亲也是患者,B正确。人群中男性的基因型及表型为XAY(视力正常)、XaY(视力正常),其中XaY携带致病基因,C错误。人群中男女比例为1∶1,且男性全正常,但女性中存在患病和正常的,因此人群中该病的发病率低于50%,D正确。]
22
例2.果蝇杂交实验结果如下表所示,对实验结果的分析错误的是( )
亲代 F1
实验一 刚毛♀×截毛 刚毛♀∶刚毛 =1∶1
实验二 截毛♀×刚毛 刚毛♀∶截毛 =1∶1
实验三 截毛♀×刚毛 截毛♀∶刚毛 =1∶1
A.刚毛对截毛为显性性状
B.X染色体和Y染色体上均有控制刚毛/截毛的基因
C.实验二和实验三中父本均为杂合子
D.实验三F1的刚毛雄蝇中刚毛基因位于X染色体上
D
D [根据实验一判断刚毛对截毛为显性,A项正确;根据实验二和实验三判断X染色体和Y染色体上均有控制刚毛/截毛的基因,实验二亲本的基因型为XaXa×XAYa,实验三亲本的基因型为XaXa×XaYA,实验三F1的刚毛雄蝇的基因型为XaYA,B、C项正确,D项错误。]
23
(四)伴性遗传在生产实践中的应用
芦花鸡的条纹是由Z染色体上的显性基因B控制的,试写出根据羽毛特征就能区分性别的遗传图解。
(用必要的文字说明和遗传图解表示)
例题.鸡的性别决定方式属于ZW型,现有一只纯种雌性芦花鸡与一只纯种雄性非芦花鸡交配多次,F1中雄性均为芦花性状,雌性均为非芦花性状。据此推测错误的是 ( )
A.控制芦花和非芦花性状的基因在Z染色体上,而不可能在W染色体上
B.雄鸡中芦花鸡的比例比雌鸡中的相应比例大
C.让F1中的雌雄鸡自由交配,产生的F2中表现型雄鸡有一种,雌鸡有两种
D.将F2中的芦花鸡雌雄交配,产生的F3中芦花鸡占3/4
C
A、由题意分析可知芦花鸡与非芦花鸡在雌性和雄性中都有出现,说明控制该性状的基因不在W染色体上,则应该在Z染色体上,A正确;
B、根据鸡的性染色体组成可知雄鸡只有当两个Z上都是隐性基因a时才表现为非芦花鸡,而雌鸡只要有一个b基因就表现为非芦花鸡了,所以雌鸡的非芦花鸡比例比雄鸡大,则雄鸡中芦花鸡的比例比雌鸡中的相应比例大,B正确;
C、已知母本芦花鸡是ZAW,父本非芦花鸡是ZaZa,则F1中的雌雄鸡基因型分别是ZaW、ZAZa,所以产生的F2雄鸡为ZaZa和ZAZa,雌鸡为ZAW和ZaW,可见雌鸡和雄鸡都有两种表现型,C错误;
D、已知F2雄鸡为ZaZa和ZAZa,雌鸡为ZAW和ZaW,将F2中的芦花鸡雌雄交配,即ZAW与ZAZa杂交,则产生的F3中芦花鸡占34,D正确.
故选:C.
25
3
5
7
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