《2026年新高考5年真题生物河北专版》

23. （13分）T-DNA插入失活是研究植物基因功能的常用方法，研究者将带有卡那霉素抗性基因的T-DNA插入拟南芥2号染色体的A基因内，使其突变为丧失功能的a基因，花粉中A基因功能的缺失会造成其不育。请回答下列问题：
(1)基因内碱基的增添、缺失或替换都可导致基因突变。
(2)以Aa植株为父本(填“父本”或“母本”)与野生型拟南芥杂交，F₁中卡那霉素抗性植株的占比为0，其反交的F₁中卡那霉素抗性植株的占比为1/2。
（3）为进一步验证基因A的功能，将另一个A基因插入Aa植株的3号染色体。仅考虑基因A和a，该植株会产生3种基因型的可育花粉，其中具有a基因的花粉占比为1/3。该植株自交得到F₁。利用图1所示引物P1和P2、P1和P3分别对F₁进行PCR检测，电泳结果如图2所示。根据电泳结果F₁植株分为Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型植株占比为2/3。F₁中没有检测到仅扩增出600bp条带的植株，其原因为仅含a基因的花粉不育。
（4）实验中还获得了一个E基因被T-DNA插入突变为e基因的植株，e基因纯合的种子不能正常发育而退化。为分析基因E/e和A/a在染色体上的位置关系，进行下列实验：
①利用基因型为AaEE和AAEe的植株进行杂交，筛选出基因型为AaEe的F₁植株。
②选出的F₁植株自交获得F₂。不考虑其他突变，若F₂植株中花粉和自交所结种子均发育正常的植株占比为0，E/e和A/a在染色体上的位置关系及染色体交换情况为基因A与e连锁、a与E连锁，在形成配子的过程中没有发生染色体交换；若两对基因位于非同源染色体，该类植株的占比为1/6。除了上述两种占比，分析该类植株还可能的其他占比和原因：1/110，F₁(AaEe)植株的A与e连锁、a与E连锁，在形成配子的过程中发生部分染色体互换，且雌雄配子互换率均为10%。

答案：
23. 参考答案
(1)替换
(2)父本 $1/2$
(3)$1/3$ $2/3$ 仅含a基因的花粉不育
(4)①AaEe ②基因A与e连锁、a与E连锁，在形成配子的过程中没有发生染色体交换 $1/6$ $1/110$，${F_{1}(AaEe)}$植株的A与e连锁、a与E连锁，在形成配子的过程中发生部分染色体互换，且雌雄配子互换率均为$10\%$
命题意图 本题主要考查基因的自由组合和连锁互换的相关知识，意在考查考生的理解能力、获取信息的能力和综合运用能力。
解题思路
(1)基因突变是指DNA分子中发生碱基的增添、缺失或替换，而引起的基因碱基序列的改变。
(2)由题干可知，将带有卡那霉素抗性基因的T - DNA插入拟南芥2号染色体的A基因内，使其突变为丧失功能的a基因，且花粉中A基因功能缺失会造成不育，即a花粉不育，因此，Aa植株与野生型（AA）杂交，正反交的遗传图解如下：
正交：${P Aa^{\sigma} × 野生型AA^{\varphi}}$
配子：${A}$ ${a}$（不育） ${A}$
${F_{1} AA}$（无卡那霉素抗性）
反交：${P 野生型AA^{\sigma} × Aa^{\varphi}}$
配子：${A}$ ${A}$ ${a}$
${F_{1} AA : Aa（具有卡那霉素抗性）= 1 : 1}$
由上图可知，以Aa植株为父本与野生型杂交，${F_{1}}$中卡那霉素抗性植株占比为0，其反交的${F_{1}}$中卡那霉素抗性植株的占比为$1/2$。
(3)将另一个A基因插入Aa植株的3号染色体，仅考虑基因A和a，该植株产生的花粉基因型如下：
${\frac{1}{3}AA^{\sigma} : \frac{1}{3}Aa^{\sigma} : \frac{1}{3}A^{\sigma} : \frac{1}{3}a^{\sigma}（不育）}$
由图可知，该植株会产生3种基因型的可育花粉，类型及比例为${AA : A : Aa = 1 : 1 : 1}$，其中具有a基因的花粉（Aa）占$1/3$。该植株产生的雌配子基因型及比例为${AA : A : Aa : a = 1 : 1 : 1 : 1}$。分析题图1，引物P1和P2可扩增出A基因，P1和P3可扩增出a基因，结合题图2分析，该植株自交得到的${F_{1}}$植株分为Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型植株含A和a基因，Ⅱ型植株只含A基因。该植株自交子代基因型及比例分析如表：
| 配子 | $\frac{1}{4}AA^{\varphi}$ | $\frac{1}{4}A^{\varphi}$ | $\frac{1}{4}Aa^{\varphi}$ | $\frac{1}{4}a^{\varphi}$ |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| $\frac{1}{3}AA^{\sigma}$ | $\frac{1}{12}AAAA$ | $\frac{1}{12}AAA$ | $\frac{1}{12}AAAa$ | $\frac{1}{12}AAa$ |
| $\frac{1}{3}Aa^{\sigma}$ | $\frac{1}{12}AAAa$ | $\frac{1}{12}AAa$ | $\frac{1}{12}AAaa$ | $\frac{1}{12}Aaa$ |
| $\frac{1}{3}A^{\sigma}$ | $\frac{1}{12}AAA$ | $\frac{1}{12}AA$ | $\frac{1}{12}AAa$ | $\frac{1}{12}Aa$ |
由上表可知，${F_{1}}$中Ⅰ型植株占比为$\frac{1}{12}×8 = \frac{2}{3}$；${F_{1}}$中没有检测到仅扩增出600 bp条带的植株，即只含a基因的植株，原因是亲本植株产生的只含a基因的花粉不育。
(4)①实验获得一个E基因被T - DNA插入突变为e基因的植株（Ee），且e基因纯合的种子不能正常发育而退化，即ee纯合致死。可利用a花粉不育和ee纯合致死两个特性确定基因E/e和A/a在染色体上的位置关系，即利用基因型为AaEe和aaEe的植株进行杂交，应筛选出基因型为AaEe的${F_{1}}$植株。
②筛选出的基因型为AaEe的${F_{1}}$植株自交得到${F_{2}}$。若两对等位基因位于一对同源染色体上，由${F_{1}}$植株亲本基因型可知，${F_{1}}$植株a、E基因连锁，A、e基因连锁，${F_{1}}$植株自交后代情况如下：
${F_{1} \xleftarrow{aE Ae} × \xleftarrow{aE(不育) Ae} ^{\sigma}}$
${F_{2} AaEe : AAee（种子退化）}$
${F_{2}}$中AaEe植株产生的花粉存在不育，且其自交所结种子存在退化情况，因此，在a、E基因连锁，A、e基因连锁，且形成配子过程中未发生染色体互换的情况下，${F_{2}}$植株中花粉和自交所结种子均发育正常的植株（AAEE）占比为0。若两对等位基因位于非同源染色体上，${F_{1}}$植株自交后代情况如下：
${F_{1} \xleftarrow{AE Ae aE ae} × \xleftarrow{AE Ae aE(不育) ae(不育)} ^{\sigma}}$
${F_{2} AAEE : AAEe : AaEE : AaEe : AAee : Aaee（种子退化）}$
${1 : 2 : 1 : 2 : 1 : 2}$
因此，当基因E/e和A/a位于非同源染色体上时，得到${F_{2}}$植株中花粉和自交所结种子均发育正常的植株（AAEE）占比为$\frac{1}{6}$。当${F_{1}(AaEe)}$植株的A与e连锁、a与E连锁，该类植株的占比与以上两种情况不同。假设雌雄配子交换率均为$10\%$，则${F_{1}}$雌配子基因型及比例为${aE : Ae : AE : ae = 45 : 45 : 5 : 5}$；雄配子基因型及比例为${aE(不育) : Ae : AE : ae(不育) = 45 : 45 : 5 : 5}$，即${Ae : AE = 9 : 1}$。由于e基因纯合的种子不能正常发育而退化，则${F_{2}}$植株中花粉和自交所结种子均发育正常的植株（AAEE）占比为$\frac{1}{10}×\frac{1}{20}÷(1 - \frac{9}{10}×\frac{1}{2}) = \frac{1}{110}$。
正交:
反交:
${F_{1}}$配子情况图:
${F_{1}}$植株自交后代情况图1:
${F_{1}}$植株自交后代情况图2:
${F_{1}}$植株自交后代情况图3: