🧬 IGCSE 生物學 (0610) 讀書筆記：單基因遺傳 (Monohybrid Inheritance)

歡迎來到遺傳學的世界！這一章將解釋為什麼你會長得像你的父母和祖父母——這一切都歸功於微觀的遺傳法則。理解這些規則（特別是如何預測遺傳雜交）對於你的考試以及理解生命運作方式至關重要！如果一開始覺得詞彙很複雜，請不要擔心；我們會逐一拆解每個術語。

本節重點介紹單基因遺傳 (Monohybrid Inheritance)，這意味著我們一次只研究一個特徵（例如花色或頭髮質感）。

導論重點：

我們將專注於單一基因如何決定特定性狀。

1. 遺傳學必備詞彙 (Core)

要談論遺傳學，我們需要共同的語言。以下是必須掌握的定義：

1.1 什麼是遺傳？(17.4.1)

遺傳 (Inheritance) 簡單來說就是遺傳資訊從一代（父母）傳遞（過繼）到下一代（後代）的過程。

1.2 基因、等位基因與染色體
  • 染色體 (Chromosome)： 位於細胞核內、由 DNA 組成的線狀結構，包含了遺傳資訊。
  • 基因 (Gene) (17.4.2)： 基因是一段特定的 DNA，負責編碼特定的蛋白質。該蛋白質通常決定了某種特定的特徵或性狀（例如：眼球顏色的基因）。
  • 等位基因 (Allele) (17.4.3)： 等位基因是基因的另一種形式或版本。將基因想像成特徵（冰淇淋的口味），而等位基因就是具體的版本（朱古力或雲呢拿）。
1.3 基因型 vs. 表型

這是一個非常重要的區分！

基因型 (Genotype) (17.4.2)：

  • 這是生物體的遺傳組成，具體是指特定基因所對應的一對等位基因。
  • 比喻： 它是隱藏在細胞內的「食譜」。
  • 例子： 如果一株植物擁有高莖 (T) 和矮莖 (t) 的等位基因，其基因型為 Tt。

表型 (Phenotype) (17.4.3)：

  • 這是生物體表現出來的特徵或物理外觀，由基因型決定。
  • 比喻： 它是你能看到的「成品蛋糕」。
  • 例子： 如果植物的基因型是 Tt，其表型可能是高莖。

快速複習： 基因型 (G) = 遺傳密碼；表型 (P) = 外在表現。

2. 描述等位基因組合與表現 (Core)

由於我們從每位父母那裡各繼承一個等位基因，因此每個基因我們都會擁有一對等位基因。我們使用大寫字母表示顯性等位基因，小寫字母表示隱性等位基因（例如：A 或 a）。

2.1 顯性與隱性等位基因

顯性等位基因 (Dominant Allele) (17.4.8)：

  • 即使基因型中只存在一個，也能在表型中表現出來的等位基因。
  • 以大寫字母表示（例如：A）。
  • 技巧： 顯性等位基因是「強勢」的——它只需要出現一次就能主導結果。

隱性等位基因 (Recessive Allele) (17.4.9)：

  • 只有在存在兩個拷貝（且沒有顯性等位基因）時，才能在表型中表現出來的等位基因。
  • 以小寫字母表示（例如：a）。
  • 如果顯性等位基因 (A) 存在，隱性等位基因 (a) 就會被掩蓋。
2.2 純合子與雜合子

我們根據生物體攜帶的等位基因對將其分類：

純合子 (Homozygous) (17.4.4)：

  • 生物體對於特定基因擁有兩個相同的等位基因。
  • 例子： AA（顯性純合子）或 aa（隱性純合子）。
  • 純合子個體也稱為純種 (pure-breeding) (17.4.5)，因為如果兩個相同的純合子個體繁殖，後代將擁有相同的基因型（例如：AA x AA 只會產生 AA）。

雜合子 (Heterozygous) (17.4.6)：

  • 生物體對於特定基因擁有兩個不同的等位基因。
  • 例子： Aa。
  • 在雜合子中，顯性等位基因 (A) 決定了表型。
  • 雜合子個體不是純種 (not pure-breeding) (17.4.7)，因為它們可能會將兩種不同的等位基因（A 或 a）傳給後代。

重點回顧：

要表現出隱性性狀，你需要兩個隱性等位基因 (aa)。如果你至少有一個顯性等位基因 (AA 或 Aa)，你就會表現出顯性性狀。

3. 預測結果：單基因雜交 (Core)

我們使用遺傳圖解和龐氏表 (Punnett squares) 來預測後代可能的基因型和表型。這對於計算常見的 1:1 和 3:1 表型比率 (17.4.11) 非常重要。

3.1 逐步繪製遺傳圖解 (17.4.11)

在繪製雜交圖時，我們遵循標準約定（P 代，F1 代）。讓我們看看經典的例子：兩個雜合子個體雜交 (Aa x Aa)。


例子：豌豆植株高度 (T = 高，t = 矮)

第 1 步：親代表型 (P)

高莖植株 x 高莖植株 (兩者均為雜合子)

第 2 步：親代基因型 (P)

Tt x Tt

第 3 步：配子 (性細胞)

配子只攜帶一個等位基因。將字母分開。

親代 1 產生的配子：T 和 t
親代 2 產生的配子：T 和 t

第 4 步：受精 (F1 後代) - 使用龐氏表 (17.4.12)

龐氏表有助於展示配子融合時所有可能的組合：

配子 ↓ T t
T TT Tt
t Tt tt

第 5 步：基因型和表型比率 (F1)

基因型：

  • TT: 1
  • Tt: 2
  • tt: 1
  • 基因型比率：1 : 2 : 1

表型：

  • 高莖 (TT 和 Tt): 3
  • 矮莖 (tt): 1
  • 表型比率：3 : 1

你知道嗎？「遺傳學之父」孟德爾 (Gregor Mendel) 在 1800 年代通過研究豌豆建立了這些規則！


3.2 預測 1:1 的表型比率

當雜合子與隱性純合子雜交（例如 Tt x tt）時，會產生 1:1 的比率。

  • 基因型：Tt (50%) 和 tt (50%)
  • 表型：高莖 (50%) 和 矮莖 (50%)

重點回顧：

你必須熟悉遺傳圖解的步驟：P 基因型 → 配子 → F1 後代。最常見的比率是 3:1 和 1:1。

4. 追蹤性狀：系譜圖 (Core)

系譜圖 (Pedigree diagrams) (17.4.10) 是家族樹，用於展示遺傳特徵如何在幾代之間傳遞。你必須學會解讀它們。

符號說明：
  • 正方形 = 男性
  • 圓形 = 女性
  • 陰影形狀 = 受影響個體（顯示該性狀/疾病）
  • 未塗色形狀 = 不受影響個體（不顯示該性狀/疾病）
  • 形狀之間的水平線 = 配對/父母
  • 向下垂直線 = 後代
解讀隱性性狀：

識別隱性特徵的最好方法是：

兩位不受影響的父母生下了一位受影響的孩子。
如果親代 1（不受影響）和親代 2（不受影響）生下了一個陰影孩子（受影響），該孩子必須是隱性純合子 (aa)。由於父母不受影響但攜帶 'a' 等位基因，他們必須都是雜合子攜帶者 (Aa)。這種模式即為隱性性狀的識別特徵。

重點回顧：

系譜圖是視覺化工具。留意性狀「跳過」一代的情況——這是隱性等位基因的強烈指標。

5. 單基因遺傳的延伸概念 (Supplement)

如果你正在修讀 Extended 課程（目標為 A*-C 等級），你需要掌握這些複雜的遺傳模式。

5.1 測交 (Test Cross) (17.4.13)

有時你觀察到顯性表型（例如高莖豌豆），但不知道其基因型。它可能是 TT 或 Tt。

測交用於通過將該生物體與隱性純合子個體進行雜交來確定未知的基因型。

  • 如果未知個體是顯性純合子 (TT)：
    TT x tt → 所有後代均為 Tt（100% 表現顯性表型）。
  • 如果未知個體是雜合子 (Tt)：
    Tt x tt → 後代為 50% Tt 和 50% tt。

如果即使有一個後代表現出隱性表型（例如矮莖），那麼該未知親代一定就是雜合子 (Tt)。

5.2 共顯性 (Codominance) (17.4.14)

在簡單顯性中，一個等位基因完全掩蓋另一個。在共顯性中，當兩種等位基因同時存在於雜合子狀態時，它們對表型的貢獻相等。

  • 沒有哪個等位基因是真正的顯性或隱性。
  • 結果是混合的表型。
  • 我們使用帶有上標的大寫字母來表示共顯性（例如 CR 和 CW）。

例子：花色 (CR = 紅色, CW = 白色)

  • 基因型 CRCR：表型為 紅色
  • 基因型 CWCW：表型為 白色
  • 基因型 CRCW：表型為 粉紅色（兩種性狀都顯現出來）。
5.3 ABO 血型遺傳 (17.4.15)

人類 ABO 血型系統是一個涉及多等位基因（群體中存在超過兩種等位基因）和共顯性的重要例子。

血型有三種等位基因：IA, IB 和 IO（有時寫作 i）。

  • IA 和 IB 是共顯性。
  • IO 對 IA 和 IB 均為隱性。

四種可能的表型（血型）及其基因型如下：

表型 (血型) 可能的基因型
A IAIA 或 IAIO
B IBIB 或 IBIO
AB IAIB (共顯性)
O IOIO (隱性)
5.4 性連鎖 (Sex Linkage) (17.4.16)

性染色體： 女性有兩條 X 染色體 (XX)；男性有一條 X 和一條 Y 染色體 (XY)。

性連鎖特徵是由位於性染色體之一上的基因決定的性狀（通常是 X 染色體，因為 Y 染色體小得多且攜帶的基因較少）。

為什麼男性更常見？(17.4.16)

如果導致疾病的基因是隱性的且位於 X 染色體上（X 連鎖隱性），男性 (XY) 只需要繼承一個隱性等位基因拷貝（在他唯一的 X 染色體上）就會表現出該性狀。女性 (XX) 需要兩個拷貝，因此這使得該性狀在女性中較少見。

例子：紅綠色盲 (17.4.17)

這種疾病受 X 染色體上的隱性等位基因控制。

  • 我們用 X 和 Y 表示染色體，並用上標表示等位基因 (17.4.18)。
  • XN = 正常視力等位基因 (顯性)
  • Xn = 色盲等位基因 (隱性)
基因型 表型
XNXN 不受影響的女性
XNXn 攜帶者女性 (不受影響)
XnXn 受影響的女性
XNY 不受影響的男性
XnY 受影響的男性

注意區別：男性要么受影響，要么不受影響。女性可以是無影響、受影響或攜帶者。

Extended 課程重點回顧：

共顯性會導致混合表型。血型涉及共顯性 (A 和 B) 和隱性 (O)。性連鎖意味著基因位於 X 染色體上，這解釋了為什麼男性更容易患上 X 連鎖隱性遺傳病。